涟漪的光芒:事实,机制和规范

光源的光通量脉动受到卫生标准的限制,并且逐年减少。 但是,在屏幕亮度波动方面,没有卫生标准。 尽管事实上人们已经比在离线场景中看显示器和电话的时间更长。


让我们看看所观察场景的亮度脉动如何以及如何受到影响,以及现实中光源和屏幕如何脉动。

亮度脉动对人体健康的影响机制

自60年代以来,在脉动照明频率处具有特征性峰值的人的脑电图被证明是脉动光对神经系统的有害影响的证据。


当以120 Hz频率脉动的照明开启时,左侧是控制EEG,右侧是120 Hz的峰值。

如今,根据神经生理学家的说法,在神经系统上强加高频附加节律并不会造成伤害。 图片仅显示了神经系统对光脉冲的敏感性。 峰值随重要环境参数变化的频率在EEG上爬出-做得好,健康!

但是,长时间进行密集的视觉工作,明显的灯光脉动确实有害,因为它们会干扰视线的移动。


冰冷的目光是盲目的;要看到,就需要移动目光。 1965年,阿尔弗雷德·亚伯斯(Alfred Yarbus)成为历史上最美丽的女人之一,脸上的表情。

一个人的视线痉挛地移动-扫视。 意识无法觉察到100 Hz或更高频率的涟漪,但是在跳跃的短时间内亮度下降会阻止视图“捕捉”到新的点。

当物体快速移动(铅笔测试),相机移动并且眼睛快速移动时,也会表现出相同的效果:观察者从被照亮的物体的幻像中看到间歇的痕迹。 这使得很难将视线转移到预期目标上,扫视变得更加频繁和混乱。


在脉动照明下移动物体的幻像的外观。

关于脉动对人体健康影响的当前数据的最全面,最可靠的摘要是IEEE推荐的《调制高亮度LED中的电流以减轻观看者的健康风险的方法》 。 该文件引用的研究显示以下内容:

  1. 照明的高频脉动会导致疲劳加剧,视觉性能下降,眼睛疲劳,头痛和焦虑。
  2. 随着脉动深度的增加,负面影响的严重性增加。
  3. 随着频率的增加,降低不良反应的风险。

频率脉动影响上限的最乐观估计是基于这样一个事实,即人类神经纤维的动作电位发展的特征时间为5 ms,对应于200 Hz的带宽。 国内GOST规定不要考虑频率超过300 Hz的脉动或复杂脉动的谐波。 但是,实际上,由大量相互作用的神经元组成的复杂系统会响应高达千赫兹的频率。

IEEE引入了以下风险等级标准:

  1. 在小于f = 90 Hz的频率下的低风险等级对应于波动等级,百分比不超过0.025⋅f; 大于90 Hz-不超过0.08⋅f。 在高于1250 Hz的频率下,纹波电平没有限制。 对于当前的100 Hz频率,与低风险级别相对应的纹波级别不高于8%。
  2. 安全的纹波深度水平,在该水平上没有统计学上可检测到的影响-90 Hz以下的频率为0.01 0f,90 Hz以上的频率为0.0333⋅f。 对于100 Hz的频率,已知的安全波纹度不高于3%。

法律关于亮度脉动的说法

国内标准将高达300 Hz的频率上的“正常脉动”归一化,这是正确的,因为要让数以百万计的人考虑脉动照明的频谱特征是不现实的,所以最好考虑至少一个数字。

但是一个数字仍然没有解决,自苏联时代以来,卫生标准已经规定了在不同情况下的脉动水平不高于20%,15%,10%和5%。 随着时间的流逝,表明在何种情况下允许出现何种波动的监管文件数量只会越来越大。

但是在非国家标准中,可以并且应该使用简化的规范。 足以接受的是, 在人们经常停留的地方,脉动不超过3%是允许的 。 这是合理的,并且显然符合所有卫生标准,并且在大多数情况下是自动执行的。

五年前,要实现小于15%的亮度波动(例如LED灯)是极为困难的。 如今,由于难以将功能齐全的驱动器放置在如此小的体积内,甚至花费很少的金钱,在某些情况下,纹波级别也达到百分之几十,在小型灯(例如G9​​等)中尤为常见。 但是对于典型的现代认真制造的LED灯来说,照明波动通常为1-2%。 和一个很好的规范!

但是不要成为完美主义者。 今天要求脉动水平为0.5%或更低意味着意味着价格过高,有时甚至会欺骗。 产生理想的东西是不合理的昂贵,任何开发人员都会证实这一点。 买方不是与开发人员进行沟通,而是与经理进行沟通,经理的工作是承诺“-是的,当然,我们确实有您所需要的”。

亮度纹波的实际值

在2015年,我担任代理 《照明工程》(Lighting Engineering)杂志的总编辑监督了市场上照明设备实际参数的研究。 特别是,我将5个经过认证的实验室检查的灯泡转移到LampTest.ru,并确保AlexeyNadezhin的测量结果与我们测量结果相符 ,我将来自他项目的400多个灯泡的统计数据包括在内。

MPEI与照明工程系的学生一起测量了MPEI宿舍房间中111种不同显示器型号的脉动频谱和深度。 在工作中,我们使用了eLait02照度计-亮度计-脉搏计 ,该仪器已输入到测量仪器的寄存器中,并且经过了验证。

这就是他们所揭示的:

街道钠灯​​的典型纹波水平约为30%。 在大多数机构和教育机构中, 具有“经典” EMPR的4×18荧光灯管的灯具的典型脉动水平超过40%。


典型的荧光灯以100 Hz的电源电压的两倍频率脉动,纹波深度超过40%。

白炽灯发出的荧光较少,但也很健康。 LampTest的数据与由其技术总监谢尔盖·马马耶夫(Sergey Mamaev)在Eco-E实验室中直接测量获得的数据一致,我带来了在大型连锁店购买的一袋各种白炽灯泡进行测量的结果。 随着功率的增加,白炽灯丝的发光变得更加惯性,波纹水平下降,但仍保持在可接受的值以上。

不同容量白炽灯的光通量中的波纹。 在下文中,根据IEEE标准的明显安全级别以绿色突出显示。

紧凑型荧光灯(CFL)的脉动约为白炽灯的一半(6-10%对15-20%)。 LED灯有两个品种-大部分都非常好,所需的脉动更少,达到100%(恐怖)。 所有条纹的LED灯大多良好,纹波低。


研究的节能灯(a),LED灯(b)和办公室LED灯,路灯和工业LED灯(g)的纹波系数。

在2016-2017年,我结合了生产照明实验室负责人的位置,并测量了来自不同制造商的许多灯具。 如今,LED灯具的纹波水平超过10%令人惊讶。 实际值不超过3%。

这些变化迅速发生。 最近,用于照明博物馆的最佳轨道灯之一的旧标本-ERCO落入了手中。 CCT = 3000 K和Ra = 90时约90 lm / W的效率是两到三年前ERCO的水平,但今天是可以接受的。 但这是什么:我用灯转动了测角计,并在屏幕上看到一个哨子,我检查了波纹度-超过30%。 这些灯具的Thridonic Tridonic电源必须扔掉,并更换为纹波约为1%的任何现代电源。

好吧,最有趣的是监视器屏幕的亮度脉动。 由于以下情况,在带有显示器的家庭房间中,国内标准最严格的脉动水平受到限制:如果您同时用两个以不同频率脉动的信号源照亮一个场景,则这两个频率及其一整套导数(包括低频差)都会影响神经系统。 即使在苏联,他们也不知道如何应对显示器亮度的波动,并习惯于“转动螺母”照明技术人员。

显示器和屏幕的亮度波动是由背光的PWM控制引起的,因此,在100%的亮度下,波动通常为零,并且随着亮度的降低而增加。 例如,AOC i2769vm监视器在最大亮度下没有波纹,在95%时波纹亮度为8.5% ; 在一半亮度下(参见下图)达到100%; 当亮度小于一半时,波纹深度仍为100%,但是在闪光之间会出现停顿


AOC i2769vm屏幕亮度波动特征。 这里和下面是Ecolight-AP程序的屏幕截图

以Samsung S7 Edge为例,说明智能手机屏幕上涟漪的性质和频谱的一个典型示例-亮度降低时,涟漪从5%增加到69%,基本频率从60 Hz变为241 Hz。 由于自发光AMOLED屏幕的设计特性,可能会发生频率变化。 请注意,按照IEEE标准增加频率不会使屏幕的波纹参数超出危险区域。


三星S7 Edge屏幕亮度在100%和50%亮度水平时的形状(顶部)和波纹光谱(底部)。

因此,在进行统计测量之前,智能手机的监视器和屏幕的亮度设置为50%。 结果是灾难性的。 只有一小部分标本进入绿色甚至黄色区域。 某些屏幕的主谐波频率低于70 Hz,根据IEEE所述,这会导致严重疾病,头痛甚至癫痫发作。


显示器,笔记本电脑和可穿戴电子设备的屏幕波纹的频率和深度。

手机屏幕上的涟漪是一场灾难吗? 否,但是在阅读时,最好将亮度设置为100%,并且在运输过程中不要看电话,而是看女孩。

注1:这篇文章是对在《光学杂志》上以俄语发表和OSA 以英语发表的结果的流行介绍。
注意2:如果您在莫斯科,并且可以使用大量的监视器和电话(电器商店的陈列室?),我建议重新测量所有设备。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN405821/


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