Ondulations de luminosité: faits, mécanismes et normes

Les pulsations du flux lumineux des sources lumineuses sont limitées par les normes sanitaires, et diminuent chaque année. Mais sur l'ondulation de la luminosité des écrans, il n'y a pas de normes sanitaires. Malgré le fait que les gens regardent déjà les moniteurs et les téléphones plus longtemps que sur les scènes hors ligne.


Voyons comment et ce que la pulsation de luminosité des scènes observées affecte et comment les sources de lumière et les écrans pulsent dans la réalité.

Le mécanisme d'influence des pulsations de luminosité sur la santé humaine

L'encéphalogramme d'une personne avec un pic caractéristique à la fréquence de l'éclairage pulsé depuis les années 60 a été publié comme preuve des effets nocifs des pulsations de lumière sur le système nerveux.


Sur la gauche se trouve l'EEG de contrôle, sur la droite, avec un pic à une fréquence de 120 Hz lorsque l'éclairage pulsant avec une fréquence de 120 Hz est allumé.

Aujourd'hui, selon les neurophysiologistes, l'imposition d'un rythme supplémentaire à haute fréquence sur le système nerveux ne peut pas faire de mal. L'image montre simplement la sensibilité du système nerveux aux pulsations de lumière. Le pic se glisse sur l'EEG avec la fréquence du changement d'un paramètre environnemental significatif - bien fait, sain!

Cependant, avec un travail visuel intense prolongé, des pulsations lumineuses prononcées sont vraiment nuisibles, car elles interfèrent avec le mouvement du regard.


Le regard figé est aveugle; pour voir, il faut bouger le regard. Le regard sur le visage de l'une des plus belles femmes de l'histoire, Alfred Yarbus, 1965.

Le regard d'une personne bouge de façon spasmodique - des saccades. Les ondulations à des fréquences de 100 Hz et plus ne sont pas perçues par la conscience, mais la luminance baisse en un court instant de saut empêchant le regard de "s'accrocher" à un nouveau point.

Le même effet se manifeste lorsque l'objet se déplace rapidement (test au crayon), la caméra se déplace et l'œil se déplace rapidement: l'observateur voit une trace intermittente des fantômes des objets illuminés. Cela rend difficile de changer le regard sur la cible visée, les saccades deviennent plus fréquentes et chaotiques.


L'apparition de fantômes d'objets en mouvement sous un éclairage pulsé.

Le résumé le plus complet et le plus fiable des données actuelles sur les effets des pulsations d'éclairage sur la santé humaine est le document des pratiques recommandées par l' IEEE pour la modulation du courant dans les LED à haute luminosité pour atténuer les risques pour la santé des téléspectateurs . Les études citées par le document montrent ce qui suit:

1. Les pulsations d'éclairage à haute fréquence entraînent une fatigue accrue, une diminution des performances visuelles, une fatigue oculaire, des maux de tête et de l'anxiété.
2. Avec l'augmentation de la profondeur des pulsations, la gravité de l'impact négatif augmente.
3. Avec une fréquence croissante, les risques d'effets indésirables sont réduits.

L'estimation la plus optimiste de la limite supérieure de l'influence des pulsations de fréquence est basée sur le fait que le temps caractéristique pour le développement du potentiel d'action d'une fibre nerveuse humaine est de 5 ms, ce qui correspond à une bande passante de 200 Hz. Domestic GOST prescrit de ne pas prendre en compte les pulsations ou harmoniques des pulsations complexes à une fréquence supérieure à 300 Hz. Cependant, dans la pratique, un système complexe d'un grand nombre de neurones en interaction répond à des fréquences allant jusqu'à kilohertz.

L'IEEE introduit les critères de niveau de risque suivants:

1. un faible niveau de risque à des fréquences inférieures à f = 90 Hz correspond au niveau d'ondulation, en pourcentage ne dépassant pas 0,025⋅f; plus de 90 Hz - ne dépassant pas 0,08⋅f. Aux fréquences supérieures à 1250 Hz, il n'y a aucune restriction sur le niveau d'ondulation. Pour la fréquence actuelle de 100 Hz, les niveaux d'ondulation correspondant au faible niveau de risque ne sont pas supérieurs à 8%.
2. un niveau sûr de profondeur d'ondulation auquel il n'y a aucun effet statistiquement détecté - 0,01 0f pour les fréquences inférieures à 90 Hz et 0,0333⋅f pour les fréquences supérieures à 90 Hz. Pour une fréquence de 100 Hz, un niveau d'ondulation notoirement sûr n'est pas supérieur à 3%.

Ce que dit la loi sur les pulsations de luminosité

Les normes nationales normalisent "juste l'ondulation" à des fréquences allant jusqu'à 300 Hz, et cela est exact, car il n'est pas réaliste de faire en sorte que des millions de personnes prennent en compte les caractéristiques spectrales de l'éclairage pulsé, il serait bon de prendre en compte au moins un chiffre.

Mais un chiffre n'a toujours pas fonctionné, les normes sanitaires depuis l'époque de l'URSS ont réglementé le niveau des pulsations dans différentes situations ne dépassant pas 20%, 15%, 10% et 5%. Et au fil du temps, le nombre de documents réglementaires indiquant dans quels cas quel type d'ondulation est autorisé, ne fait qu'augmenter.

Mais dans les normes non étatiques, des normes simplifiées peuvent et doivent être utilisées. Il suffit d'accepter que dans les lieux de séjour constant des personnes, des pulsations ne dépassant pas 3% sont autorisées . Ceci est justifié, et répond évidemment à toutes les normes sanitaires, et dans la plupart des cas, il est effectué automatiquement.

Il y a cinq ans, il était extrêmement difficile d'obtenir des pulsations de luminosité, par exemple, pour une lampe LED, inférieure à 15%. Et aujourd'hui, il existe des exemples avec un niveau d'ondulation de dizaines de pour cent, en particulier souvent parmi les lampes de petite taille (telles que G9, etc.) en raison des difficultés à placer un pilote entièrement fonctionnel dans un si petit volume et même pour peu d'argent. Mais pour une lampe LED moderne, fabriquée consciencieusement, une ondulation d'éclairage au niveau de 1-2% est la norme. Et une excellente norme!

Mais ne soyez pas perfectionniste. Exiger aujourd'hui un niveau de pulsation de 0,5% ou moins, c'est se heurter à un prix trop cher, et parfois même à la tromperie. Il est déraisonnablement cher de produire quelque chose d'idéal, tout développeur le confirmera. L'acheteur ne communique pas avec le développeur, mais avec le gestionnaire, dont le travail consiste à promettre "- oui, bien sûr, nous avons exactement ce dont vous avez besoin."

Valeurs réelles de l'ondulation de la luminosité

En 2015, j'étais en position d'agir Le rédacteur en chef de la revue "Lighting Engineering" a supervisé une étude des paramètres réels des dispositifs d'éclairage sur le marché. En particulier, j'ai transféré à LampTest.ru 5 pièces d'ampoules examinées dans un laboratoire accrédité, et en m'assurant que les résultats de mesure d'AlexeyNadezhin étaient en accord avec les nôtres, j'ai inclus dans les données statistiques de plus de 400 ampoules de son projet.

Et avec les étudiants du Département de génie de l'éclairage, MPEI a mesuré le spectre et la profondeur des pulsations de 111 modèles de moniteurs différents trouvés dans les chambres de l'auberge MPEI. Dans le travail, nous avons utilisé le posemètre eLait02-luminomètre-pulsemètre inscrit dans le registre des instruments de mesure et un photomètre vérifié.

Et voici ce qu'ils ont révélé:

Un niveau d'ondulation typique des lampes au sodium de rue est d'environ 30%. Le niveau de pulsation typique des luminaires équipés de lampes à tube fluorescent 4 × 18 avec un EMPR «classique» , que l'on trouve dans la plupart des établissements et des établissements d'enseignement, est supérieur à 40%.


Une lampe fluorescente typique vibre à une fréquence double de la tension du secteur de 100 Hz avec une profondeur d'ondulation de plus de 40%.

Les lampes à incandescence pulsent moins fluorescentes, mais aussi être en bonne santé. Les données LampTest sont cohérentes avec les données obtenues par mesure directe au laboratoire Eco-E par son directeur technique Sergey Mamaev, où j'ai apporté pour les mesures un sac de différentes ampoules à incandescence achetées dans les grandes chaînes de magasins. Avec une puissance croissante, la lueur du filament incandescent devient plus inertielle, le niveau d'ondulation chute, mais reste toujours supérieur à une valeur acceptable.

Ondulations dans le flux lumineux de lampes à incandescence de différentes puissances. Ci-après, le niveau évidemment sûr selon les critères IEEE est surligné en vert.

Les lampes fluorescentes compactes (LFC) pulsent environ deux fois moins que les lampes à incandescence (6-10% contre 15-20%). Les lampes à LED sont disponibles en deux variétés - la plupart sont très bonnes, moins de pulsations que souhaité jusqu'à 100% (horreur-horreur). Les lumières LED de toutes les bandes sont généralement bonnes, à faible ondulation.


Le coefficient d'ondulation des LFC (a), des lampes à LED (b) et des lampes à LED de bureau, des lampes de rue et des lampes industrielles (g) étudiées.

En 2016-2017, j'ai combiné le poste de chef d'un laboratoire d'éclairage de production et mesuré de nombreux luminaires de différents fabricants. Aujourd'hui, le niveau d'ondulation d'un luminaire LED supérieur à 10% est surprenant. Des valeurs jusqu'à 3% sont la norme actuelle.

Et ces changements se sont produits rapidement. Récemment, des spécimens utilisés de l'un des meilleurs éclairages sur rail pour l'éclairage des musées - ERCO, sont tombés entre les mains de. L'efficacité d'environ 90 lm / W à CCT = 3000 K et Ra = 90 est le niveau d'ERCO il y a deux ou trois ans, mais est acceptable aujourd'hui. Mais qu'est-ce que c'est: je tourne le goniomètre avec la lampe et vois un sifflet sur l'écran, je vérifie le niveau d'ondulation - plus de 30%. Les alimentations Thridonic Tridonic de ces luminaires devront être jetées et remplacées par toutes les modernes avec une ondulation de ~ 1%.

Eh bien, la chose la plus intéressante est les pulsations de luminosité des écrans du moniteur . Les niveaux de pulsation les plus stricts des normes domestiques sont limités dans les pièces domestiques avec des écrans en raison des circonstances suivantes: si vous éclairez une scène simultanément avec deux sources pulsant à des fréquences différentes, ces deux fréquences et un tas de leurs dérivés, y compris la différence de basse fréquence, affectent le système nerveux. Même en URSS, ils ne savaient pas comment faire face à la pulsation de la luminosité des moniteurs et habituellement «tournaient la noix» sur les techniciens d'éclairage.

L'ondulation de la luminosité des moniteurs et des écrans est causée par le contrôle PWM du rétro-éclairage.Par conséquent, à une luminosité de 100%, l'ondulation est généralement nulle et augmente avec une diminution de la luminosité. Par exemple, le moniteur AOC i2769vm n'a pas d'ondulation à la luminosité maximale, à 95% la luminosité d' ondulation est de 8,5% ; à demi-luminosité (voir la figure ci-dessous) atteindre 100%; et lorsque la luminosité est inférieure à la moitié, la profondeur d'ondulation est toujours de 100%, mais des pauses d'obscurité apparaissent entre les éclairs .


Caractère d'ondulation de la luminosité de l'écran AOC i2769vm. Voici et ci-dessous des captures d'écran du programme Ecolight-AP

Un exemple typique de la nature et du spectre des ondulations sur l'écran d'un smartphone utilisant le Samsung S7 Edge comme exemple - lorsque la luminosité est réduite, les ondulations augmentent de 5% à 69% et la fréquence fondamentale passe de 60 Hz à 241 Hz. Un changement de fréquence est possible en raison de la conception des écrans AMOLED auto-lumineux. Notez que l'augmentation de la fréquence selon les critères IEEE n'a pas fait sortir les paramètres d'ondulation des écrans de la zone de danger.


La forme (en haut) et le spectre d'ondulation (en bas) de la luminosité de l'écran du Samsung S7 Edge à des niveaux de luminosité de 100% et 50%.

Par conséquent, avant les mesures statistiques, la luminosité des moniteurs et écrans des smartphones a été fixée à 50%. Les résultats sont catastrophiques. Seule une petite fraction des spécimens est entrée dans le vert et même dans la zone jaune. Certains écrans ont une harmonique principale à une fréquence inférieure à 70 Hz, ce qui, selon l'IEEE, entraîne de graves affections, des maux de tête et même des crises d'épilepsie.


La fréquence et la profondeur de l'ondulation des écrans des moniteurs, des ordinateurs portables et de l'électronique portable.

L'ondulation de l'écran du téléphone est-elle un désastre? Non, mais lors de la lecture, il est souhaitable de régler la luminosité à 100%, et dans les transports, ne regardez pas le téléphone, mais les filles.

Note 1: Le poste est une présentation populaire des résultats publiés dans l'Optical Journal en russe et la publication OSA en anglais .
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