Flimmern und Stroboskop-Effekte

Gutes Licht ist wertvoll und flimmerfrei!

Gutes Licht muss viele, zum Teil sehr unter schiedliche Anforderungen an Beleuchtungseinrichtungen erfüllen.
Eine Qualitätsanforderung wird durch den zeitlichen Verlauf der Intensität einer Lichtquelle bestimmt. Im Begriff TLA (Temporal Light Artefacts) werden alle visuellen Effekte zusammengefasst, die durch Lichtquellen hervorgerufen werden, deren Intensität oder Spektralverteilung sich mit der Zeit ändert. Zwei bekannte Beispiele solcher Effekte sind Flimmern und Stroboskop-Effekt.

Durch die Umstellung auf die elektronische Lichtquelle LED mit ihrer nahezu trägheitslosen Reaktionszeit werden Einflüsse ihrer Spannungsversorgung unmittelbar wahrnehmbar.

Mit dem Inkrafttreten der EU-Verordnung 2019/2020 (Ökodesign-Anforderungen) am 1. September 2021 gelten erstmals Grenzwerte für das Flimmern (PstLM) und Stroboskop-Effekte (SVM) von LED- und OLED-Lichtquellen.

1. Alte Messverfahren

Für die Bewertung des Flimmerns bzw. der Lichtmodulation wurden häufig die Modulations-tiefe MD (vom englischen „Modulation Depth“) und der Flicker-Index (FI) verwendet.

Diese beiden Messverfahren MD und FI sind jedoch für die Beurteilung von Flimmern und stroboskopischem Effekt nur bedingt aussagekräftig, da sie die Einflüsse von gemischten Modulationsfrequenzen sowie die spezielle Kurvenform und den Tastgrad der Modulation auf die menschliche Wahrnehmung nicht ausreichend berücksichtigen. Ein weiterer Nachteil ist, dass MD und FI ohne Angabe der Modulationsfrequenz nicht aussagekräftig sind und sich auf kurze Bewertungszeiträume beschränken.

Als Nachteil kommt hinzu, dass Messwerte, die bei unterschiedlichen Frequenzen gemessen wurden, nicht direkt miteinander verglichen werden können. Ein solcher Vergleich wäre nur mithilfe einer frequenzabhängigen Konvertierung möglich.

Aus all diesen Gründen mussten neue Mess- und Bewertungsverfahren für TLA (Temporal Light Artefacts) entwickelt werden.

2. Neue Mess- und Bewertungsverfahren für TLA

2.1 PstLM -Messverfahren

Mit dem Mess- und Bewertungsverfahren PstLM (Perception of short term Light Modulation) wird das sichtbare Flimmern gemessen, das durch Lichtmodulation im Frequenzbereich 0,3 Hz bis 80 Hz verursacht wird.

Die Details dazu sind in IEC/TR 61547-1 und IEC 61000-4-15 beschrieben.

Blockschaltbild PstLM Messverfahren

Blockschaltbild PstLM Messverfahren

Lichtsensor:
Der erste Block enthält den Lichtsensor. Dieser wandelt das erfasste Lichtsignal in ein dazu proportionales elektrisches Signal um.

Normierung:
Dieser Block skaliert das Eingangssignal derart, dass die Amplitude des Ausgangssignals unabhängig vom absoluten Lichtniveau (z. B. der Beleuchtungsstärke) wird. Dazu wird das Eingangssignal auf den Durchschnittswert (DC-Anteil) des Eingangssignals normiert.

Auge-Gehirn-Modell:
Dieser Block bewertet das Signal mit einem sogenannten Auge-Gehirn-Modell, das die frequenzabhängige Flimmerwahrnehmung eines durchschnittlichen Menschen nachbildet. Das Ausgangssignal dieses Blocks entspricht dem PstLM-Wert.

Eine zuverlässige Bewertung von PstLM dauert etwa 1 Minute.

2.2 SVM-Messverfahren

Mit dem Mess- und Bewertungsverfahren SVM (Stroboscopic Visibility Measure) wird der Stroboskopeffekt bewertet, der im Zusammenspiel mit bewegten Objekten bei einer Licht-modulation im Frequenzbereich 80 Hz bis 2.000 Hz auftreten kann.

Blockschaltbild SVM Messverfahren

Lichtsensor:
Der erste Block enthält den Lichtsensor. Dieser wandelt das erfasste Lichtsignal in ein dazu proportionales elektrisches Signal um.

Summation der Spektrallinien:
In diesem Block wird der SVM-Messwert berechnet. Dies geschieht über eine Summation der Frequenzkomponenten des Eingangssignals nach der folgenden Formel:

Dabei werden die einzelnen normierten Frequenzkomponenten Ci des Signals mittels Ti frequenzabhängig entsprechend der menschlichen Wahrnehmung gewichtet und aufsummiert.
Ti in der Formel repräsentiert die menschliche Wahrnehmbarkeitsschwelle für den Stroboskopeffekt eines sinusförmigen Signales mit der Frequenz der i-ten Frequenzkomponente.

Das Ausgangssignal des Summationsblocks entspricht dem SVM-Wert.

Für die Berechnung des SVM-Werts ist ein Signal von mindestens 1 Sekunde erforderlich.

3. Betroffene Lichtquellen und Grenzwerte

3.1 Betroffene Lichtquellen

Die Grenzwerte für Flimmern und Stroboskop-Effekte, beschrieben in der EU-Verordnung 2019/2020 (Ökodesign-Anforderungen) und gültig ab 1. September 2021, müssen von folgenden Lichtquellen eingehalten werden:

LED- und OLED-Lichtquellen, die direkt an Netzspannung betrieben werden können (MLS / mains light source).

Lichtquellen, die nur mit einem separaten Betriebsgerät an Netzspannung betreibbar sind (NMLS / non-mains light source), müssen diese Grenzwerte nicht einhalten!

3.2 Grenzwerte

Für LED-MLS und OLED-MLS gelten ab 1. September 2021 folgende Grenzwerte, gemessen bei Volllast:

Flimmern: PstLM ≤ 1.0

Stroboskop-Effekt: SVM ≤ 0.4

Quelle:

Merkblatt FVB A7-2021

Zusammenfassung: Flimmern und Stroboskop-Effekte

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	FVB Merkblatt A7-2021 Flimmern und Stroboskop-Effekte