Ondulações de brilho: fatos, mecanismos e normas

As pulsações do fluxo luminoso das fontes de luz são limitadas pelos padrões sanitários e diminuem a cada ano. Mas na ondulação do brilho das telas não há padrões sanitários. Apesar do fato de as pessoas já olharem para monitores e telefones por mais tempo do que em cenas offline.


Vamos ver como e o que a pulsação de brilho das cenas observadas afeta e como as fontes de luz e as telas pulsam na realidade.

O mecanismo de influência das pulsações de brilho na saúde humana

O encefalograma de uma pessoa com pico característico na frequência da iluminação pulsante desde os anos 60 foi publicado como evidência dos efeitos nocivos das pulsações de luz no sistema nervoso.


À esquerda está o EEG de controle, à direita, com um pico na frequência de 120 Hz, quando a iluminação pulsando na frequência de 120 Hz está ligada.

Hoje, de acordo com neurofisiologistas, a imposição de um ritmo adicional de alta frequência no sistema nervoso não pode prejudicar. A imagem mostra apenas a sensibilidade do sistema nervoso a pulsações de luz. O pico se arrasta no EEG com a frequência da mudança de um parâmetro ambiental significativo - bem feito, saudável!

No entanto, com o trabalho visual intenso e prolongado, as pulsações pronunciadas da iluminação são realmente prejudiciais, pois interferem no movimento do olhar.


O olhar congelado é cego; para ver, é preciso mover o olhar. O olhar no rosto de uma das mulheres mais bonitas da história, Alfred Yarbus, 1965.

O olhar de uma pessoa se move espasmodicamente - sacadas. Ondulações em frequências de 100 Hz ou mais não são percebidas pela consciência, mas a luminância diminui em um curto momento de um salto, impedindo que a visão "pegue" em um novo ponto.

O mesmo efeito se manifesta quando o objeto se move rapidamente (teste a lápis), a câmera muda e o olho se move rapidamente: o observador vê um traço intermitente dos fantasmas dos objetos iluminados. Isso dificulta a mudança do olhar para o alvo pretendido, as sacadas se tornam mais frequentes e caóticas.


Aparência de fantasmas de objetos em movimento sob iluminação pulsante.

O resumo mais abrangente e confiável dos dados atuais sobre os efeitos das pulsações de iluminação na saúde humana são as práticas recomendadas pela IEEE para modular a corrente nos LEDs de alto brilho para mitigar os riscos à saúde dos espectadores . Os estudos citados pelo documento mostram o seguinte:

1. Pulsações de iluminação de alta frequência causam fadiga aumentada, desempenho visual diminuído, fadiga ocular, dores de cabeça e ansiedade.
2. Com o aumento da profundidade das pulsações, a gravidade do impacto negativo aumenta.
3. Com frequência crescente, os riscos de efeitos adversos são reduzidos.

A estimativa mais otimista do limite superior da influência das pulsações na frequência é baseada no fato de que o tempo característico para o desenvolvimento do potencial de ação de uma fibra nervosa humana é de 5 ms, o que corresponde a uma largura de banda de 200 Hz. O GOST doméstico prescreve não levar em consideração pulsações ou harmônicos de pulsações complexas a uma frequência superior a 300 Hz. No entanto, na prática, um sistema complexo de um grande número de neurônios interagindo responde a frequências de até kilohertz.

O IEEE apresenta os seguintes critérios de nível de risco:

1. um baixo nível de risco em frequências inferiores a f = 90 Hz corresponde ao nível de ondulação, em porcentagem não superior a 0,025⋅f; mais de 90 Hz - não excedendo 0,08⋅f. Em frequências acima de 1250 Hz, não há restrições quanto ao nível de ondulação. Para a frequência atual de 100 Hz, os níveis de ondulação correspondentes ao baixo nível de risco não são maiores que 8%.
2. um nível seguro de profundidade de ondulação em que não há efeito estatisticamente detectado - 0,01 0f para frequências abaixo de 90 Hz e 0,0333⋅f para frequências acima de 90 Hz. Para uma frequência de 100 Hz, um nível de ondulação conhecido como seguro não é superior a 3%.

O que a lei diz sobre pulsações de brilho

Os padrões domésticos normalizam "apenas ondulações" em frequências de até 300 Hz, e isso é correto, uma vez que não é realista fazer milhões de pessoas levarem em conta os recursos espectrais da iluminação pulsante, seria bom levar em consideração pelo menos uma figura.

Mas um número ainda não deu certo: os padrões sanitários desde os dias da URSS regulam o nível de pulsações em diferentes situações não superiores a 20%, 15%, 10% e 5%. E com o tempo, o número de documentos regulatórios indicando em quais casos que tipo de ondulação é permitido apenas aumenta.

Mas em padrões não estatais, normas simplificadas podem e devem ser usadas. É suficiente aceitar que em locais de permanência constante de pessoas são permitidas pulsações de não mais de 3% . Isso é justificado e obviamente atende a todos os padrões sanitários e, na maioria dos casos, é realizado automaticamente.

Há cinco anos, era extremamente difícil obter pulsações de brilho, por exemplo, de uma lâmpada LED, menos de 15%. E hoje existem casos com um nível de ondulação de dezenas de por cento, principalmente entre lâmpadas de tamanho pequeno (como G9, etc.) devido às dificuldades de colocar um driver totalmente funcional em um volume tão pequeno e até com pouco dinheiro. Porém, para uma lâmpada LED moderna, fabricada com consciência, típica, a ondulação da iluminação no nível de 1-2% é a norma. E uma excelente norma!

Mas não seja perfeccionista. Exigir um nível de pulsação de 0,5% ou menos hoje significa correr para um preço muito alto e, às vezes, até para enganar. É irracionalmente caro produzir algo ideal, qualquer desenvolvedor confirmará isso. O comprador não se comunica com o desenvolvedor, mas com o gerente, cujo trabalho é prometer "- sim, é claro, temos exatamente o que você precisa".

Valores reais da ondulação do brilho

Em 2015, eu estava na posição de atuar O editor-chefe da revista "Engineering Engineering" supervisionou um estudo dos parâmetros reais dos dispositivos de iluminação no mercado. Em particular, transferi para o LampTest.ru 5 peças de lâmpadas examinadas em um laboratório credenciado e, certificando-me de que os resultados das medições de AlexeyNadezhin estavam de acordo com os nossos, incluí nos dados estatísticos sobre mais de quatrocentas lâmpadas de seu projeto.

E com os alunos do Departamento de Engenharia de Iluminação, o MPEI mediu o espectro e a profundidade das pulsações de 111 diferentes modelos de monitores encontrados nas salas do albergue MPEI. No trabalho, utilizamos o medidor de luz eLait02, medidor de brilho e pulsômetro, inserido no registro de instrumentos de medição e um medidor de luz verificado.

E foi isso que eles revelaram:

Um nível de ondulação típico das lâmpadas de sódio nas ruas é de cerca de 30%. O nível de pulsação típico das luminárias com lâmpadas fluorescentes de tubo 4 × 18 com um EMPR “clássico” , encontrado na maioria das instituições e instituições de ensino, é superior a 40%.


Uma lâmpada fluorescente típica pulsa a uma frequência dupla da tensão de rede de 100 Hz, com uma profundidade de ondulação superior a 40%.

Lâmpadas incandescentes pulsam menos fluorescentes, mas também são saudáveis. Os dados do LampTest são consistentes com os obtidos por medição direta no laboratório Eco-E por seu diretor técnico Sergey Mamaev, onde trouxe para as medições uma sacola de várias lâmpadas incandescentes compradas em grandes cadeias de lojas. Com o aumento da potência, o brilho do filamento incandescente se torna mais inercial, o nível de ondulação cai, mas ainda permanece acima de um valor aceitável.

Ondulações no fluxo luminoso de lâmpadas incandescentes de diferentes capacidades. A seguir, o nível obviamente seguro de acordo com os critérios do IEEE é destacado em verde.

As lâmpadas fluorescentes compactas (CFLs) pulsam cerca da metade das lâmpadas incandescentes (6-10% versus 15-20%). As lâmpadas LED são fornecidas em duas variedades - a maioria é muito boa, menos pulsos, tanto quanto desejado, até 100% (horror-horror). As luzes LED de todas as faixas são principalmente boas, com baixa ondulação.


O coeficiente de ondulação das lâmpadas fluorescentes compactas (a), lâmpadas LED (b) e lâmpadas LED de escritório, lâmpadas LED industriais e de rua (g).

Em 2016-2017, combinei a posição de chefe de um laboratório de iluminação de produção e medi muitos equipamentos de diferentes fabricantes. Hoje, o nível de ondulação de uma luminária LED acima de 10% é surpreendente. Valores de até 3% são a norma real.

E essas mudanças ocorreram rapidamente. Recentemente, espécimes usados ​​de uma das melhores luzes para iluminação de museus - ERCO, caíram nas mãos de. Eficiência de cerca de 90 lm / W em CCT = 3000 K e Ra = 90 é o nível do ERCO de dois a três anos atrás, mas hoje é aceitável. Mas o que é: ligo o goniômetro com a lâmpada e vejo um apito na tela, verifico o nível de ondulação - mais de 30%. As fontes de alimentação Thridonic Tridonic desses equipamentos deverão ser descartadas e substituídas por quaisquer modernas com uma ondulação de ~ 1%.

Bem, o mais interessante são as pulsações de brilho das telas do monitor . Os níveis de pulsação mais rigorosos dos padrões domésticos são limitados em salas domésticas com monitores devido à seguinte circunstância: se você iluminar uma cena simultaneamente com duas fontes pulsando em frequências diferentes, essas frequências e um monte de seus derivados, incluindo a diferença de baixa frequência, afetam o sistema nervoso. Mesmo na URSS, eles não sabiam lidar com a pulsação do brilho dos monitores e habitualmente "enlouqueciam" os técnicos de iluminação.

A ondulação do brilho dos monitores e telas é causada pelo controle PWM da luz de fundo; portanto, com 100% de brilho, a ondulação geralmente é zero e aumenta quando o brilho diminui. Por exemplo, o monitor AOC i2769vm não possui ondulações com brilho máximo, com 95% de brilho ondulado é 8,5% ; com meia luminosidade (veja a figura abaixo), alcance 100%; e quando o brilho é menor que a metade, a profundidade da ondulação ainda é de 100%, mas pausas de escuridão aparecem entre os flashes de luz .


Caractere de ondulação do brilho da tela do AOC i2769vm. Aqui e abaixo estão as capturas de tela do programa Ecolight-AP

Um exemplo típico da natureza e do espectro de ondulações na tela de um smartphone usando o Samsung S7 Edge como exemplo - quando o brilho é reduzido, as ondulações aumentam de 5% para 69% e a frequência fundamental muda de 60 Hz para 241 Hz. Uma alteração de frequência é possível devido ao recurso de design de telas AMOLED auto-luminosas. Observe que o aumento da frequência de acordo com os critérios do IEEE não trouxe os parâmetros de ondulação das telas para fora da zona de perigo.


O formato (superior) e o espectro de ondulação (inferior) do brilho da tela do Samsung S7 Edge em níveis de brilho de 100% e 50%.

Portanto, antes das medições para as estatísticas, o brilho dos monitores e telas dos smartphones era de 50%. Os resultados são catastróficos. Apenas uma pequena fração dos espécimes entrou na zona verde e até na zona amarela. Algumas telas têm um harmônico principal a uma frequência inferior a 70 Hz, o que, segundo o IEEE, leva a doenças graves, dores de cabeça e até ataques epiléticos.


A frequência e profundidade da ondulação das telas de monitores, laptops e eletrônicos vestíveis.

A ondulação da tela do telefone é um desastre? Não, mas ao ler é desejável definir o brilho para 100% e, no transporte, olhe não para o telefone, mas para as meninas.

Nota 1: A publicação é uma apresentação popular dos resultados publicados no Optical Journal em russo e na publicação da OSA em inglês .
Nota 2: se você estiver em Moscou e tiver acesso a um grande volume de monitores e telefones ligados (showroom de uma loja de eletrônicos?), Proponho medir novamente todos os seus dispositivos.