Co je míhání světla (flicker)?

Míhání neboli flicker je vjem nestálosti světla způsobený tím, že se jeho světelný výkon nebo spektrální složení mění v čase. U LED osvětlení může být změna viditelná přímo jako blikání, ale časová modulace může vytvářet také stroboskopický jev nebo phantom array efekt při pohybu předmětu či očí.

Samotná fyzikální změna světla se označuje jako TLM – Temporal Light Modulation. To, co následně člověk vnímá, patří mezi TLA – Temporal Light Artefacts. K jejich objektivnímu hodnocení se dnes používají především ukazatele Pst_LM pro míhání a SVM pro stroboskopický jev.

Co je míhání neboli flicker?

Česká technická terminologie používá pojem míhání. V běžném jazyce se setkáme také s výrazy:

• flicker,
• flikr,
• blikání,
• poblikávání světla.

V evropských předpisech je míhání definováno jako dojem nestálosti zrakového vjemu při časově proměnném světelném podnětu pro statického pozorovatele ve statickém prostředí.

Změny mohou být:

• pravidelné i nepravidelné,
• velmi pomalé i velmi rychlé,
• způsobené samotným světelným zdrojem,
• LED driverem,
• stmívačem,
• nebo změnami napájecího napětí.

U LED je důležité, že světelný výkon dokáže velmi rychle reagovat na změnu elektrického proudu. Pokud proud není dostatečně stabilní, projeví se jeho časový průběh také ve světle.

TLM a TLA – jaký je mezi nimi rozdíl?

Moderní světelná technika rozlišuje příčinu a vnímaný následek.

TLM – Temporal Light Modulation označuje časovou modulaci světla samotného.

Mění se například:

• světelný tok,
• luminance,
• osvětlenost,
• nebo spektrální složení světla.

TLA – Temporal Light Artefacts jsou nežádoucí změny zrakového vnímání, které mohou být touto modulací vyvolány.

Flicker, stroboskopický jev a phantom array

Míhání – flicker

Světelnou změnu vnímáme přímo, přestože se pozorovatel ani okolní předměty nepohybují.

Typicky se takto výrazněji projevují nižší frekvence modulace, přibližně do desítek hertzů. Hranice ale není absolutní a vnímání závisí také na hloubce modulace, jasu a dalších podmínkách.

Stroboskopický jev

Vzniká při pohybu předmětu v časově modulovaném světle. Plynulý pohyb může vypadat jako:

• sekvence jednotlivých poloh,
• trhaný pohyb,
• pomalejší nebo rychlejší pohyb,
• nebo za určitých okolností zdánlivé zastavení.

Pro jeho objektivní hodnocení se používá SVM – Stroboscopic Visibility Measure.

Phantom array

Phantom array vzniká především při rychlém pohybu očí. Bodový nebo liniový světelný zdroj se potom může krátce jevit jako řada několika samostatných obrazů.

Tento efekt může vznikat i při frekvencích, při kterých už samotné blikání při statickém pohledu vůbec nevnímáme.

Proč může LED světlo míhat?

LED dioda sama reaguje na změnu elektrického proudu velmi rychle.

To je jedna z výhod LED technologie, ale zároveň to znamená, že změny výstupního proudu LED driveru mohou být velmi rychle převedeny na změny světelného výkonu.

Na míhání může mít vliv například:

• konstrukce LED driveru,
• zbytkové zvlnění jeho výstupního proudu,
• kvalita filtrace napájení,
• způsob stmívání,
• kompatibilita se stmívačem,
• kolísání sítě,
• a pracovní režim driveru.

Proto nelze obecně říci, že „LED blikají“. Výsledná časová modulace je vlastností celého elektrického systému LED + driver + řízení.

Proč se často objevuje frekvence 100 Hz?

Evropská elektrická síť pracuje s frekvencí:

50 Hz

Po usměrnění střídavého napětí vzniká u běžných napájecích obvodů významná složka s dvojnásobnou frekvencí:

100 Hz

Pokud LED driver tuto složku dostatečně nevyhladí, může se projevit jako periodická změna proudu LED a následně světelného toku.

Klasická vláknová žárovka také reaguje na síťovou frekvenci, její žhavé vlákno má ale výraznou tepelnou setrvačnost. Mezi jednotlivými půlperiodami okamžitě nevychladne.

LED tuto tepelnou setrvačnost nemá, a proto je kvalita napájecí elektroniky mnohem důležitější.

Jakou roli hraje LED driver?

LED driver převádí síťové střídavé napětí na elektrické podmínky vhodné pro LED modul.

Kromě správného proudu, účinnosti, bezpečnosti a životnosti může výrazně ovlivnit také časovou stabilitu světelného výkonu.

Kvalitní driver musí vhodně pracovat například s:

• usměrněním síťového napětí,
• filtrací nízkofrekvenčního zvlnění,
• regulací výstupního proudu,
• změnami vstupního napětí,
• a stmíváním.

Více o jeho dalších funkcích popisujeme také v článku LED driver a jeho důležitá úloha v LED svítidle.

Proč samotná frekvence nestačí?

Častou chybou je hodnotit flicker pouze podle údaje:

100 Hz, 500 Hz nebo 2 kHz

Frekvence je důležitá, ale sama o sobě nestačí.

Výsledný vjem ovlivňuje také:

• hloubka modulace – jak velký je rozdíl mezi maximem a minimem,
• tvar průběhu – sinus, pulzy, krátké špičky apod.,
• duty cycle – poměr doby zapnutí a vypnutí,
• celková luminance nebo osvětlenost,
• pohyb pozorovatele a objektu,
• a citlivost konkrétního člověka.

Například dvě světla mohou mít modulaci 100 Hz, ale jedno kolísá jen mezi 95 a 100 % výkonu, zatímco druhé mezi 0 a 100 %.

Jejich vizuální účinek bude výrazně odlišný.

Co je hloubka modulace?

Pro jednoduchý periodický průběh lze velikost změny světelného výkonu popsat například pomocí procentní modulace:

M = (L_max − L_min) / (L_max + L_min) × 100 %

kde L může představovat odpovídající měřenou světelnou veličinu.

Příklad:

• maximum 100 %, minimum 90 % → nízká modulace,
• maximum 100 %, minimum 50 % → vyšší modulace,
• maximum 100 %, minimum 0 % → velmi hluboká modulace.

Tato jednoduchá hodnota ale nezohledňuje citlivost člověka na různé frekvence. Proto dnes pro hodnocení světelných zdrojů dává větší smysl Pst_LM a SVM.

Co znamená PstLM?

Pst_LM je moderní ukazatel používaný pro hodnocení přímo vnímaného míhání.

Jeho název vychází z:

• st – short term,
• LM – light flickermeter method.

Na rozdíl od jednoduchého procenta modulace zohledňuje časový průběh a citlivost lidského vizuálního systému.

Evropská definice stanovuje:

Pst_LM = 1

jako úroveň, při které má průměrný pozorovatel přibližně 50% pravděpodobnost, že si míhání všimne.

Proto obecně platí:

nižší Pst_LM → menší pravděpodobnost viditelného míhání

Co znamená SVM?

SVM – Stroboscopic Visibility Measure slouží k hodnocení viditelnosti stroboskopického jevu při pohybu.

Hodnota:

SVM = 1

představuje za definovaných podmínek přibližnou prahovou úroveň viditelnosti pro průměrného pozorovatele.

Hodnota pod 1 tedy nemusí znamenat absolutně nulový stroboskopický efekt. Znamená nižší předpokládanou viditelnost podle použitého modelu.

SVM je určeno zejména pro běžné vnitřní aplikace s pohybem člověka nebo blízkých předmětů.

Jaké jsou současné evropské limity?

Současné evropské požadavky na ekodesign stanovují pro příslušné LED a OLED světelné zdroje napájené ze sítě při plném výkonu:

• Pst_LM ≤ 1,0 pro míhání,
• SVM ≤ 0,4 pro stroboskopický jev.

Hodnota SVM 0,4 je tedy výrazně pod základním prahem SVM = 1.

Je ale důležité rozumět rozsahu těchto požadavků. Jsou formulovány pro konkrétní kategorie světelných zdrojů a pro plný výkon.

U profesionálního osvětlení je proto vhodné sledovat chování systému také:

• při stmívání,
• při minimální světelné úrovni,
• a s konkrétním způsobem řízení.

PWM stmívání a flicker

Jedním ze způsobů regulace LED je PWM – Pulse Width Modulation.

Při klasickém PWM se LED velmi rychle přepíná mezi zapnutým a vypnutým stavem. Jas se mění pomocí poměru času, kdy je LED zapnutá.

PWM samo o sobě není automaticky špatné.

Při vhodně navržené vysoké frekvenci může být vizuální účinek výrazně menší než u nízkofrekvenčního PWM. Zároveň ale platí, že pouhý údaj „PWM 2 kHz“ ještě nestačí pro úplné posouzení TLA.

Více o různých elektrických metodách regulace popisujeme v hesle stmívání osvětlení.

DALI a switchDIM nejsou metodou regulace LED proudu

Je potřeba odlišovat řídicí systém a skutečný způsob, jakým driver mění proud LED.

Například:

• DALI a DALI-2 jsou digitální komunikační systémy,
• switchDIM je způsob zadávání povelů kompatibilnímu driveru tlačítkem.

Ani jedno samo o sobě neurčuje, zda elektronika uvnitř driveru používá:

• proudové stmívání,
• PWM,
• hybridní regulaci,
• nebo jinou metodu.

Proto není správné říci například:

„DALI světlo nebliká.“

Výsledná časová modulace závisí na konkrétním LED driveru a jeho pracovním režimu.

Proč se flicker může zhoršit při stmívání?

Stmívatelné svítidlo nemusí mít stejné TLM při 100 % a při 10 % výkonu.

Při nízkých světelných úrovních může driver:

• přejít na jiný způsob regulace,
• změnit frekvenci PWM,
• zvýšit hloubku modulace,
• nebo pracovat v přerušovaném režimu.

Proto je u stmívatelných profesionálních svítidel důležité posuzovat časovou stabilitu v celém používaném rozsahu stmívání, nikoliv pouze při plném výkonu.

Výzkum současných stmívatelných LED výrobků ukazuje, že SVM může u některých systémů při nízké světelné úrovni výrazně vzrůst, i když při plném výkonu dosahuje dobrých hodnot.

Proč vidíme pruhy na fotografii nebo videu?

Typickým praktickým příznakem časové modulace jsou tmavé nebo světlé pruhy na videu ze smartphonu.

Příčinou je kombinace:

• časově modulovaného světla,
• expozičního času kamery,
• snímkové frekvence,
• a často také tzv. rolling shutter snímače.

Platí také opak: pokud na telefonu žádné pruhy nevidíme, neznamená to automaticky nulovou časovou modulaci.

Kamera může mít právě takový expoziční čas, že se změny během jednoho snímku zprůměrují.

Může míhání způsobovat problémy?

Výzkum časové modulace světla spojuje nevhodné TLA například se:

• zrakovým diskomfortem,
• únavou,
• snížením výkonu při některých úlohách,
• a u citlivých osob také s bolestmi hlavy nebo migrenózními obtížemi.

Výrazné nízkofrekvenční blikání může být problémem také pro osoby s fotosenzitivitou.

Nelze ale určit jednu univerzální hranici typu:

„nad 100 Hz je světlo vždy bezpečné“

Reakce závisí na kombinaci frekvence, hloubky modulace, jasu, délky expozice, pohybu a individuální citlivosti.

Právě proto jsou moderní metriky založené na vnímání užitečnější než hodnocení podle jediné frekvence.

Stroboskopický efekt a pohybující se předměty

Stroboskopický jev není pouze estetický problém.

Časově modulované světlo může způsobit, že rychle se pohybující nebo rotující objekt působí:

• trhaně,
• pomaleji,
• jako několik samostatných obrazů,
• nebo za specifických podmínek téměř nehybně.

To je důležité zejména v prostředí s:

• rotujícími stroji,
• ventilátory,
• obráběcí technikou,
• pásovými dopravníky,
• a dalšími rychle se pohybujícími mechanismy.

Pro podobné aplikace proto může být potřeba přísnější posouzení než pouze splnění základního požadavku pro běžný obytný interiér.

Co znamená „flicker-free“?

Označení flicker-free je potřeba číst opatrně.

Nemusí znamenat:

absolutně nulovou časovou modulaci světla

Může znamenat například:

• že míhání není běžně viditelné,
• že výrobek splňuje určitou technickou mez,
• nebo jednoduše marketingové označení výrobce.

Pro technické porovnání je proto mnohem užitečnější hledat konkrétní údaje:

• Pst_LM,
• SVM,
• frekvenci modulace,
• hloubku modulace,
• a podmínky, při kterých byly hodnoty změřeny.

Zvlášť u stmívatelného výrobku je důležité vědět, zda hodnoty platí pouze pro 100 %, nebo také pro nižší úrovně.

Jak se míhání správně měří?

Pro profesionální měření se používá rychlý fotometrický snímač, nejčastěji fotodioda, a elektronika schopná zaznamenat průběh světla s dostatečným časovým rozlišením.

Měřicí systém zaznamená:

světelný signál → časový průběh → analýza → TLA metriky

Pro standardizovaná měření existují samostatné technické postupy například pro:

• Pst_LM – IEC TR 61547-1,
• SVM – IEC TR 63158,
• a obecné měření TLM – doporučení CIE.

Důležitá je:

• dostatečná vzorkovací frekvence,
• šířka pásma snímače,
• správná fotometrická spektrální odezva,
• doba měření,
• a přesně definovaný provozní stav svítidla.

Mobilní telefon je proto užitečný pouze jako orientační pomůcka, ne jako náhrada profesionálního měření.

Jak poznat kvalitní LED osvětlení?

Při výběru světelného zdroje nebo svítidla je vhodné sledovat více parametrů současně.

Z hlediska časové stability jsou užitečné zejména:

• nízké Pst_LM,
• nízké SVM,
• kvalitní LED driver,
• dobře navržený způsob stmívání,
• a ověřená kompatibilita driveru s LED modulem a řízením.

Současně samozřejmě zůstávají důležité také:

• světelný tok,
• měrný výkon,
• teplota chromatičnosti,
• podání barev,
• barevná tolerance,
• a celková kvalita světelně-technického návrhu.

Míhání u svítidel lampax

U svítidel lampax používáme profesionální LED drivery Tridonic. Kvalitní driver je důležitý nejen pro životnost a účinnost LED modulu, ale také pro stabilitu výstupního proudu a omezení nežádoucí časové modulace světla.

Tridonic se tématu Temporal Light Artefacts věnuje přímo ve své technické dokumentaci a pro hodnocení používá moderní metriky Pst_LM a SVM.

Je ale důležité nevytvářet z toho příliš obecný závěr. Výsledná hodnota TLM závisí na konkrétní kombinaci:

• LED driveru,
• LED modulu,
• nastaveného proudu,
• způsobu stmívání,
• a aktuální světelné úrovně.

Proto bych bez konkrétního měření u jednoho přesně definovaného provedení svítidla neuváděl univerzální hodnotu Pst_LM nebo SVM pro celou produktovou řadu.

Stejně tak není technicky přesné pouze napsat, že kvalitní driver znamená „světlo úplně bez blikání“. Přesnější je říci, že kvalitně navržený driver významně omezuje nežádoucí časovou modulaci a její viditelné projevy.

U stmívatelných variant je navíc potřeba sledovat chování při konkrétním způsobu řízení. Například DALI-2 nebo switchDIM určují, jak uživatel zadává požadovanou úroveň, ale samotný elektrický způsob regulace LED řeší elektronika driveru.