Почему пульсирует светодиодные светильники
Обновлено: 18.04.2024
Опасная пульсация (мерцание) бытовых ламп
О механизмах разрушительного воздействия пульсации света и его плодах написано немало, и вовсе не написанием очередной страшилки я хотел заняться, принимаясь за текст этой статьи. Поэтому просто ограничусь предостережением: световое мерцание способно привести к последствиям различной тяжести: от головной боли и раздражения глаз - до патологий органов зрения и даже сердечно-сосудистой системы .
О чём идёт речь
Пульсация света (мерцание) - это неравномерное свечение источника на протяжении его работы, когда с определённой периодичностью (чаще всего незаметной для глаза) он светит то более ярко, то менее, или не светит вообще.
Такое явление характерно для всех без исключения источников света , работающих от переменного или импульсного тока, поэтому для нас важен не сам факт наличия, а его характеристики.
Вот такие интересные анимированные картинки замедленного в 120 раз мерцания лампы накаливания и LED выложил в блоге компании LampTest на Хабре Алексей Надеждин:
пульсация лампы накаливания пульсация лампы накаливания пульсация светодиодной лампы без выпрямляющего драйвера пульсация светодиодной лампы без выпрямляющего драйвераКак видите, характер пульсации разный: LED без дополнительного выпрямляющего драйвера (таких сейчас уже практически нет) мгновенно включается/выключается, в то время как остывание спирали лампы накаливания заметно сглаживает мерцание. Из этого становится очевидным: мерцание мерцанию рознь, и разные пульсации могут обладать различными и вполне измеряемыми показателями.
Пульсация света характеризуется двумя параметрами : глубиной и частотой.
Глубина говорит об отношении самого тёмного свечения к самому светлому, частота - о скорости их смены.
Для человека важны оба параметра, поскольку увеличение глубины усугубляет негативное воздействие на здоровье, в то время как увеличение частоты - снижает эти риски.
📌 Чем выше частота пульсации света и меньше её глубина - тем источник света безопаснее
Какие показатели пульсации (мерцания) можно считать безопасными
Нормирование допустимых уровней пульсации света устанавливается СНиП 23-05-95. Документ регламентирует показатели по значению коэффициента пульсации (Кп) .
Коэффициент пульсации - это взятое в процентах отношение разности максимального и минимального значения освещённости - к его среднему значению.
Да, за основу расчёта берётся именно освещённость, а не световой поток, поскольку из-за отражений и пр. в помещении показатели пульсации в разных его зонах будут различаться, а ведь именно это имеет значения для нормативов. При расчёте показателей для отдельно взятой лампы в отрыве от освещаемого ей помещения справедливо оперировать и световым потоком.
Как ни странно, но частоту пульсации этот коэффициент не учитывает , ну а те показатели, которые принимают в расчёт частоту (индекс мерцания, например) - не фиксируются в нормативах. Поэтому вряд ли можно говорить однозначно, что источники света, имеющие показатели Кп ниже требуемых нормативом, однозначно наносят вред, т.к. могут обладать более высокой частотой пульсации, нивелирующей высокую глубину.
Тем не менее, этот норматив - единственное, на что можно ориентироваться в практической деятельности.
Вот выдержка из СНиП, устанавливающая максимальные значения Кп для помещений различного назначения:
- жилые комнаты: не нормируется
- детские комнаты: 10%
- рабочие комнаты, кабинеты, офисы: 15%
- рабочее место оператора ПК: 5%
- учебные аудитории: 10%
- торговые залы: 10%
Как видите, для жилых комнат этот коэффициент вообще не определён, поэтому нам остаётся только ориентироваться на ограничения для остальных помещений и, исходя из них, стараться придерживаться значений 10-20% в зависимости от того, насколько длительным может быть нахождение человека в той или иной комнате, а также насколько напряжённая зрительная работа будет там производиться.
Однако, как уже говорилось в самом начале, Кп не указывают на коробках с лампочками и сайтах магазинов (во всяком случае, я пока не замечал). Да и мерцания лампы зависит не только от самой лампы, но и от характеристик тока в сети, поэтому даже если бы какие-то параметры и были указаны, в каждом конкретном случае замеры с высокой долей вероятности дали бы отличающиеся от них результаты.
Как обнаружить опасное мерцание
Наличие пульсации как таковой можно определить, посмотрев близко на источник света через камеру телефона или цифрового фотоаппарата (будут заметны тёмные полосы), но это не позволит определить никакие параметры мерцания (частоту/глубину). Более того, у современных моделей цифровых камер часто присутствует программное подавление мерцания, и тогда такой эксперимент вряд ли окажется успешным.
Как избавиться от пульсаций светодиодной лампы
Большинство из нас считают, что светодиодные лампы имеют очень низкий коэффициент пульсаций. На сам деле оказывается, что это не совсем так. Точнее, совсем не так. В этой статье мы выясним, почему светодиодная лампа заметно мерцает и как можно устранить этот недостаток.
Нормативы и стандарты
Согласно СП 52.13330.2016 и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 требования к коэффициенту пульсаций осветительных приборов достаточно жесткие:
- для помещений, где ведутся работы повышенной точности – до 10%;
- для помещений с вращающимися механизмами – до 10%;
- для детских садов - до 10%;
- для помещений, работают с ПК - до 5%;
- для других общественных непроизводственных помещений – до 20%.
Почему мерцает светодиодная лампа
Мнение, что светодиодные лампы якобы не мерцают, обусловлено тем, что светодиоды питаются постоянным напряжением. Но те полупроводники, которые установлены в лампочках используемых нами дома, питаются совсем не постоянным напряжением. Да, сетевое напряжение выпрямляется драйвером лампочки, сглаживается, но совсем не идеально. А поскольку светодиод имеет очень малую инерционность, его световой поток повторяет пульсации напряжения питания. Этот визуальный эффект мы и называем мерцанием.
Выпрямитель и сглаживающий конденсатор есть у драйверов любого типа Выпрямитель и сглаживающий конденсатор есть у драйверов любого типаВажно! Особенно это касается низкокачественных бюджетных источников света, в которых коэффициент пульсаций питающего напряжения может достигать 30% и более. Такая лампочка годится лишь для освещения подсобок и подъездов, поскольку уже через 10 минут нахождения в помещении с таким освещением глаза полезут на лоб в буквальном смысле.
Сравнительный тест ламп разного типа и производителя на коэффициент пульсаций светового потока
Как избавиться от мерцания?
Или хотя бы не избавиться, а свести его к минимуму. Тут есть три варианта:
- Покупать только дорогие качественные лампы известных брендов.
- «Влезть» в схему встроенного в лампочку драйвера.
- Встроить небольшую схему в светильник.
Ну первое понятно. Здоровье дороже. Второй и третий же варианты подойдут в том случае, если мы все же умудрились купить источник света с большим коэффициентом пульсаций. Начнем со второго. Для этого придется разобрать лампочку, чтобы добраться до драйвера. К сожалению, разобрать и потом качественно собрать можно приборы далеко не всех производителей. Тем не менее, есть немало ламп, которые позволяют это сделать, не применяя зубила, напильника, ножа и кувалды.
Доработка с разборкой
Разбираем лампочку и находим на плате драйвера сглаживающий высоковольтный конденсатор. Опознать его несложно – это большой бочонок, который может находиться в любом положении – стоять, лежать, висеть на выводах.
Обязательно читаем маркировку на конденсаторе. Емкость его может быть разной – зависит от мощности лампы и жадности производителя, а вот рабочее напряжение будет не ниже 400 В .
Сглаживающий высоковольтный конденсатор легко отличить по маркировке Сглаживающий высоковольтный конденсатор легко отличить по маркировкеВыпаиваем его, предварительно определившись с полярностью. Со стороны минусового вывода на таких конденсаторах обычно стоят «минусики» по всей длине корпуса. На место выпаянного устанавливаем другой с тем же или большим рабочим напряжением (важно!) и емкостью в 1.5 – 2 раза больше емкости стоявшего. Собираем лампочку и в принципе все, доработка закончена, можно включать!
Полезно! Если лампочка начала мерцать не сразу после покупки, а спустя какое-то время, то очень может быть, что ее сглаживающий конденсатор потерял емкость (высох электролит). В этом случае на место старого можно попробовать установить заведомо исправный той же емкости.
Доработка без разборки
Если по каким либо причинам лампочку разобрать не удалось или места для нового конденсатора (он будет большего размера, чем установленный) нет, то придется мудрить со светильником. Есть и еще одна причина, по которой разборка лампы нежелательно – гарантия. Но в этом случае вместо того, чтобы плясать с бубном и прикручивать какие-то схемы, лучше сдать этот прибор по гарантии как неисправный.
Для этого варианта доработки нам понадобится высоковольтный диодный мост, выдерживающий обратное напряжение не ниже 300 В и ток не ниже 200 мА. Можно собрать мост и на отдельных диодах с теми же характеристиками. К примеру, на Д226.
Еще придется найти высоковольтный электролитический конденсатор на рабочее напряжение не ниже 400 В. Емкость его будет зависеть от мощности лампы и может колебаться от 2.2 до 10 мкФ. Чем мощнее лампа, тем большую емкость должен иметь конденсатор и тем меньший коэффициент пульсаций будет у выпрямленного напряжения. Теперь собираем простую схему и устанавливаем ее в светильник, включив в разрыв питающих лампочку проводов:
Схема, уменьшающая пульсации светодиодных ламп Схема, уменьшающая пульсации светодиодных лампПри включении светильника произойдет следующее. Переменное сетевое напряжение будет выпрямлено и сглажено нашей схемой. Поступив на лампу, оно сгладится еще раз конденсатором драйвера. Диодный мост драйвера при этом никакого эффекта относительно пульсаций давать не будет. В результате коэффициент пульсаций питающего напряжения, а значит, и мерцание светового потока будет намного ниже.
Важно! С предлагаемой схемой не будут работать лампы, драйвер которых собран на основе гасящего конденсатора (на первом рисунке нижнее фото). Такая лампочка не выйдет из строя, она просто не будет светиться. Впрочем, схемы с гасящим конденсатором сегодня устанавливаются в самые бюджетные, недолговечные и недорогие лампочки, которые лучше вообще не покупать.
Вот в принципе и все по теме устранения мерцания светодиодных ламп. Оба метода просты и достаточно действенны, но все же лучше покупать качественный товар, а не дорабатывать только что купленный.
Мерцание светодиодных ламп
Многие лампы создают эффект мерцания, который отрицательно влияет на зрение и самочувствие человека. Для того, чтобы снизить влияние этого явления на организм, необходимо разобраться в причинах его возникновения. При покупке ламп следует обращать внимание на коэффициент пульсации, чем он ниже – тем лучше.
Мерцание и пульсация: что это
Мерцание (пульсация) – это мигания высокой частоты, создаваемые осветительным прибором. Человеческий глаз практически не воспринимает эти колебания, но мозг реагирует на мерцание лампы при частоте до 300 Гц.
Коэффициент пульсации светодиодных ламп – это показатель, выражаемый в процентах и отображающий степень колебаний при изменении светового потока. Конструктивные особенности источника света является главной причиной появления мерцаний. Нормирование коэффициента пульсации произошло не так давно, и сегодня его значение контролируется санитарными нормами. Периодически осуществляются проверки освещения специальными госорганами.
Существует несколько способов, которые позволяют измерить коэффициент пульсации источников света в домашних условиях. Но для получения максимально точных результатов используются специальные приборы – люксметры. Результаты выводятся на дисплей люксметра сразу после нажатия кнопки, после чего можно оценить их соответствие допустимым показателям.
Краткое объяснение физических процессов
Причиной мерцания является природа переменного тока (АС). Возникают непрерывные колебания тока и напряжения, избежать которых можно путем использования постоянного тока (DC) в качестве питающего.
Переменный ток электросетей имеет номинальную частоту 50–60 Гц, частота мигания осветительных приборов выше в два раза. Результаты исследований говорят о том, что при мерцании 3–70 Гц у людей, находящихся под таким источником света, могут наблюдаться неприятные ощущения. Более высокие показатели (100–500 Гц) практически не заметны человеку и могут выявляться только путем наблюдения специального эффекта, называемого стробоскопическим.
Причины мерцания (мигания) светодиодных ламп
Мерцание светодиодных ламп связано с особенностями их конструкции. Лампа представляет собой прямой преобразователь электрического тока в световой луч, который мгновенно реагирует на импульсы питающего тока. При использовании простейшего варианта подключения LED-светильника мерцания прямо пропорциональны частоте протекающего тока.
Есть еще несколько причин мерцания светодиодных ламп:
- Использование неисправных ламп.
- Использование диммеров, построенных на тиристорах.
- В электрической сети есть недостатки. К примеру, низкое напряжение или плохая проводимость, связанная с окислением контактов в патроне.
- На подсветке в выключателе есть индикатор.
Важно знать. Самые сильные и частые пульсации светового потока создают устаревшие лампочки накаливания.
Как бороться с пульсацией и мерцанием
Самостоятельно убрать мерцание можно такими способами:
- Замена старого конденсатора на новый.
- Ограничение тока через светодиоды токогасящим резистором.
- Подключение фильтров, сделанных своими руками. Они будут гасить высокочастотные помехи, поступающие из сети на блок питания.
- Установка диммеров, работающих на повышенной частоте. Это поможет визуально сгладить свечение и сделать мерцание незаметным глазу.
Важно знать. В светодиодных лампах используется драйвер, который контролирует подачу тока по цепи светодиодов. Но не все производители светодиодных источников света используют надежные драйверы, способные сократить пульсации до приемлемых показателей.
Лампы с маркировкой «без пульсации»
Производители не указывают коэффициент пульсации на коробке. Но если лампа качественная – на ее упаковке обязательно будет стоять значок «без пульсации». Проверить, соответствует ли эта информация действительности, можно на специализированных веб-ресурсах. Также можно самостоятельно определить наличие пульсации разными методами.
Приобрести качественные осветительные приборы можно в интернет-магазине «Свет Депо». Здесь в широком ассортименте представлены люстры, светильники, настольные лампы и другие осветительные приборы.
Проверка лампы в домашних условиях: какие есть способы тестирования
- Навести на лампу камеру смартфона на расстоянии примерно 50 см. Если пульсация есть – на экране будут видны полосы.
- Взять карандаш и быстро помахать им перед лампой. Если будет виден сплошной след от карандаша, значит, коэффициент пульсации находится в норме. Если след от карандаша распадается на фрагменты и посередине следа виден отдельный карандаш – мерцание присутствует, лампочка низкого качества.
Какой коэффициент пульсации считается нормой
Для разных видов ламп утверждены разные коэффициенты пульсации:
- лампы накаливания – 12-18 %;
- люминесцентные – 23-39 %;
- галогенные – 11-29 %;
- светодиодные – 0-8 %.
Нормативный коэффициент пульсации светодиодных ламп и других источников света для разных помещений отличается:
- игровые комнаты детских садов, учебные классы, кабинеты образовательных учреждений – до 10 %;
- торговые залы супермаркетов, производственные помещения – до 10 %;
- читальные залы – до 15 %;
- помещения для непродолжительного пребывания людей – до 20 %;
- кабинеты, оборудованные компьютерной техникой – до 5 %;
- помещения, в которых проводятся работы, требующие высокой точности – до 10 %;
Важно знать. Мозг реагирует даже на те мерцания ламп, которые зрительно не фиксируются.
Как влияет мерцание и пульсация лампы на человека
- понижается концентрация внимания;
- падает работоспособность;
- возникает ощущение внутреннего дискомфорта;
- возникает сухость и резь в глазах;
- наблюдается необъяснимый упадок настроения;
- возникает сильная усталость к концу дня и трудности с засыпанием.
Как влияет напряжение сети на мерцание светодиодов
Заниженное напряжение в электросети – одна из распространенных причин мерцания светодиодной лампы во включенном состоянии. Это явление наблюдается в некоторых городских кварталах и сельской местности, где напряжение в розетке не превышает 200 В. В такой местности стабильно светить будет только светодиодная лампочка с качественным встроенным драйвером. Рекомендуется покупать светодиодные лампы с диапазоном рабочих напряжений от 180 до 250 В.
Нестабильное напряжение в сети плохо воздействует на всех потребителей энергии, в том числе и на светодиодные источники света. Если энергетическому предприятию не удается держать его в норме, потребителям следует установить в доме стабилизаторы мощностью в несколько кВт. Благодаря этому устройству светодиодные лапы прослужат дольше и удастся решить проблему с мерцанием.
Рекомендации специалиста
Пульсация ламп накаливания и других источников света нередко возникает из-за того, что они изначально были низкокачественными. Производители оснащают их блоком питания с гасящим конденсатором, который служит вместо электронного драйвера. Из-за него при неблагоприятном внешнем воздействии устройство стабильно не функционирует. По этой причине не стоит покупать дешевые лампочки малоизвестных производителей.
В интернет-магазине «Свет Депо» покупатели смогут заказать качественные осветительные приборы с фирменной гарантией производителя. Стоимость товаров рассчитана на широкий круг потребителей. К примеру, потолочная люстра Lussole, подвесная люстра Lussole LGO.
Выводы
Лампы с высоким коэффициентом пульсации оказывают негативное влияние на здоровье человека. Для разных типов помещений установлены разные нормы коэффициента пульсации. Определить наличие мерцания можно самостоятельно, для этого используется обычный карандаш или камера смартфона. Чтобы избежать вредного воздействия данного явления стоит покупать лампы с маркировкой «без пульсации».
Если вам понравилась статья, вы можете купить светодиодные лампочки для себя в нашем интернет магазине Свет Депо.
Почему светодиодные лампы мерцают, чем опасно такое явление и как с ним бороться
Мигание источника света – неприятный эффект, который заметен глазу и негативно воспринимается человеком. Если превышен допустимый порог, это чревато проблемами со здоровьем. Что такое мерцание и каковы его нормы, читайте в статье ниже.
Что такое пульсация?
Пульсация, или интенсивность светового потока проявляется в мигании высокой частоты. Показатели, на которые реагирует человек, способные пагубно на него влиять, находятся в диапазоне до 300 Гц. Именно поэтому световое оборудование проходит обязательное нормирование. В зависимости от места, где планируют использовать лампы, устанавливают пограничные значения.
Для универсальной оценки используют специальный параметр – коэффициент пульсации. Он характеризует степень колебаний при изменении светового потока. Величина указывается в процентах, для ее измерения используют специальные приборы – люксметры. Показатели выводятся прямо на экран, поэтому можно быстро оценить качество светодиодной лампы.
Физика процесса
Показатели мерцания во многом зависят от характеристик сети, от которой питается оборудование. Проблема характерна для лампочек, работающих от переменного тока. Его частота составляет 50-60 Гц. При понижении параметра в сети мерцание увеличивается, и тогда люди, которые находятся в помещении, жалуются на дискомфорт и усталость.
Показатели переменного тока свыше 100 Гц человеческим глазом не отслеживаются, но могут быть идентифицированы специальным оборудованием. Чтобы избежать колебаний, необходимо использовать постоянный ток в качестве электроэнергии.
Важно знать! Стробоскопический эффект – это оптическая иллюзия, когда кажется, что подвижные циклически вращающиеся элементы стоят на месте. Эффект возникает вследствие мерцания источника света.
Нормы и стандарты для коэффициента пульсации
Мигание светодиодной лампы и стробоскопический эффект могут приводить к травмам и увечьям. Поэтому коэффициент пульсации ламп строго регламентирован для ряда объектов.
10% для промышленных производств, где требуется высокая точность работ.
10% для офисных представительств, где работают за компьютером.
15% для больничных учреждений, поликлиник и санаториев.
15% для учебных заведений, объектов детского дошкольного образования.
20% на производстве, где не требуется высокая точность.
Высокий коэффициент пульсации может визуально искажать объекты, в некоторых случаях провоцировать угнетенное состояние у людей, вызывать бессонницу и ухудшение самочувствия в целом.
Причины мерцания LED-ламп
Слабое напряжение в сети из-за перекоса фаз, недостаточной мощности трансформатора или падения напряжения на линии электропередач.
Ошибки монтажа электропроводки, перевернутое подключение, где перепутаны ноль и фаза, провоцируют перебои напряжения и мигание лампы.
Высокочастотные помехи. Лампы реагируют на некоторые виды бытовой техники (спутниковые антенны, микроволновые печи, радиотелефоны). Такое оборудование на сегодняшний день считается устаревшим, компенсировать помехи можно установкой фильтра.
Причины мигания при выключенном свете
Некачественная лампа, в которой вместо стабилизатора входящего тока стоит гасящий конденсатор малой емкости.
Выключатель с подсветкой, который тянет на себя часть напряжения, провоцируя перебои в сети и мигание.
Неисправности и дефекты проводки.
Как убрать пульсацию источника света
Мигание светодиодной лампы в некоторых случаях можно устранить самостоятельно.
Если причина в самой лампочке и она находится на гарантии, можно обратиться в магазин и заменить ее. Если же срок вышел, можно самостоятельно перепаять преобразователь, который находится под печатной платой. В некоторых случаях может помочь не полная замена драйвера, а только обновление конденсатора.
Если причиной мигания является выключатель с подсветкой, специалисты рекомендуют его заменить на обыкновенный. Альтернативное решение ситуации – добавить в цепь питания, которая идет к лампе, дополнительный резистор (мощность 2 Вт, сопротивление 50 кОм). Еще один вариант – компенсировать выключатель с подсветкой, установить бумажный конденсатор емкостью 0,5 мкФ, рассчитанный на напряжение 400-650 В.
Если причиной неисправности стали перепутанные провода, то с помощью оборудования нужно определить расположение ноля и фазы, затем правильно их зафиксировать.
При высокочастотных помехах и перебоях в электросети спасет стабилизатор напряжения. Лучше выбирать артикулы с сетевым фильтром.
Лампы с маркировкой «без пульсации»
Коэффициент пульсации обязательно указывается на упаковке лампы. Солидные производители, качество продукции которых не вызывает сомнений, ставят значок «без пульсации». Если вы ищете светодиодные лампы лучших брендов по доступной цене, интернет-магазин «Свет депо» готов предложить вам широкий выбор моделей. Они соответствуют стандартам безопасности, имеют гарантию.
Проверяем коэффициент пульсации в домашних условиях
Определить параметр можно в домашних условиях следующими способами.
С помощью камеры смартфона. Ее подносят на расстоянии 50 см ко включенной светодиодной лампе. Появление на экране движущихся полос сигнализирует о завышенном коэффициенте пульсации. При отсутствии такого эффекта можно говорить, что лампочка соответствует стандартам.
Второй способ требует карандаша или другого пишущего предмета. Его кончиком необходимо быстро двигать по полукругу включенной лампы. Если контуры множатся, это говорит о превышении нормы.
Важно знать! Подобные тесты выявляют только серьезные отклонения. На них нельзя полагаться в полной мере. Кроме этого, смартфоны могут обладать дополнительной стабилизацией при съемке, что будет компенсировать появление полос.
Мерцание и здоровье человека
Превышение нормальных параметров мерцания приводит ко множеству негативных последствий.
Вызывает чувство тревожности, ухудшает настроение.
Провоцирует сухость и дискомфорт в глазах.
Приводит к упадку сил, потере работоспособности.
Вызывает снижение концентрации внимания.
Повышает утомляемость, может провоцировать бессонницу.
Рекомендации специалиста
Мигание светодиодных ламп – серьезная проблема, которой не стоит пренебрегать. При выявлении такого эффекта необходимо предпринять все меры для его устранения или компенсации. Ключевым способом профилактики является приобретение качественных ламп. Выбирая продукцию в магазине «Свет депо», вы можете быть уверены в соблюдении всех необходимых норм. Мы сотрудничаем только с проверенными производителями, зарекомендовавшими себя годами успешной работы на рынке.
Выводы
Коэффициент пульсации, хотя малоизвестная, но очень важная характеристика источника света. Покупая световое оборудование, обязательно поинтересуйтесь: соответствует ли параметр действующим стандартам.
Пульсации яркости: факты, механизмы и нормы
Пульсации светового потока источников света ограничиваются санитарными нормами, и с каждым годом уменьшаются. А на пульсации яркости экранов санитарных норм нет. При том, что в мониторы и телефоны люди уже смотрят дольше, чем на офлайн-сцены.
Разберемся, как и на что влияет пульсация яркости наблюдаемых сцен, и как в действительности пульсируют источники света и экраны.
Механизм воздействия пульсаций яркости на здоровье человека
Энцефалограмма человека с характерным пиком на частоте пульсирующего освещения еще с 60-х годов публиковалась как доказательство вредного действия пульсаций освещенности на нервную систему.
Слева — контрольная ЭЭГ, справа — с пиком на частоте 120 Гц при включении освещения, пульсирующего с частотой 120 Гц.
Сегодня же, по мнению нейрофизиологов, навязывание нервной системе высокочастотного дополнительного ритма повредить не может. Картинка всего лишь показывает восприимчивость нервной системы к пульсациям освещенности. Вылезает на ЭЭГ пик с частотой изменения значимого параметра окружающей среды — молодец, здоров!
Однако, при длительной напряженной зрительной работе выраженные пульсации освещения действительно вредны, так как мешают движению взгляда.
Застывший взгляд слеп, чтобы видеть, нужно взгляд перемещать. Движение взгляда по лицу одной из самых красивых женщин в истории, Альфред Ярбус, 1965г.
Взгляд человека перемещается скачкообразно — саккадами. Пульсации на частотах 100 Гц и более сознанием не воспринимаются, но провалы освещенности в короткий миг перескока мешают взгляду «зацепиться» за новую точку.
Один и тот же эффект проявляется при быстром движении объекта (карандашный тест), сдвиге фотоаппарата, и быстром перемещении взгляда: наблюдатель видит прерывистый след из фантомов освещенных объектов. Это затрудняет перемещение взгляда на намеченную цель, саккады становятся более частыми и хаотичными.
Появление фантомов перемещающихся объектов при пульсирующем освещении.
Наиболее полным и достоверным обобщением современных данных о влиянии пульсаций освещения на здоровье человека является документ "IEEE Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers". Исследования, на которые ссылается документ, показывают следующее:
- Высокочастотные пульсации освещенности вызывают повышенную усталость, снижение производительности зрительной работы, усталость глаз, головные боли и тревожность.
- С увеличением глубины пульсаций выраженность негативного воздействия растет.
- С ростом частоты риски негативного воздействия снижаются.
IEEE вводит следующие критерии уровней риска:
- низкому уровню риска на частотах менее f = 90 Гц соответствует уровень пульсаций, в процентах не превышающий 0,025⋅f; более 90 Гц — не превышающий 0,08⋅f. При частотах более 1250 Гц ограничений на уровень пульсаций нет. Для актуальной частоты 100 Гц уровни пульсации, соответствующие низкому уровню риска, — не выше 8 %.
- безопасный уровень глубины пульсаций при котором нет статистически выявляемого воздействия — 0,01⋅f для частот ниже 90 Гц и 0,0333⋅f для частот выше 90 Гц. Для частоты 100 Гц заведомо безопасный уровень пульсаций — не выше 3 %.
Отечественные стандарты нормируют «просто пульсации» на частотах до 300 Гц, и это правильно, так как заставить миллионы людей учитывать спектральные особенности пульсирующего освещения нереально, хорошо бы учли хоть одну цифру.
Но одной цифры все равно не получилось, санитарные нормы еще со времен СССР регламентируют уровень пульсаций в разных ситуациях не выше 20 %, 15 %, 10 % и 5 %. И со временем количество нормативных документов, указывающих в каких случаях допустимы какие пульсации, становится только больше.
Но во внегосударственных стандартах можно и нужно использовать упрощенные нормы. Достаточно принять, что в местах постоянного пребывания людей допустимы пульсации не выше 3 %. Это и обосновано, и заведомо соответствует всем санитарным нормативам, и в большинстве случаев выполняется автоматически.
Еще пять лет назад добиться пульсаций яркости, например, светодиодного светильника, менее 15 % было чрезвычайно трудно. И сегодня попадаются экземпляры с уровнем пульсаций в десятки процентов, особенно часто среди малогабаритных ламп (типа G9 и т.п.) из-за трудностей размещения полнофункционального драйвера в столь в малом объеме да еще и за малые деньги. Но для типичного современного добросовестно изготовленного светодиодного светильника пульсации освещенности на уровне 1-2 % — норма. И превосходная норма!
Но не стоит быть перфекционистом. Требовать сегодня уровень пульсации 0,5 % и менее — значит напороться на завышенную цену, а подчас и на обман. Неоправданно дорого производить что-то идеальное, это подтвердит любой разработчик. Покупатель же общается не с разработчиком, а с менеджером, чья работа обещать «— да, конечно, у нас ровно то, что вам нужно».
Реальные значения пульсаций яркости
И со студентами кафедры Светотехники МЭИ измерили спектр и глубину пульсаций 111 разных моделей мониторов найденных в комнатах общежития МЭИ. В работе использовали внесенный в реестр средств измерений и поверенный люксметр-яркомер-пульсметр «еЛайт02».
И вот что выявили:
Типичный уровень пульсаций уличных натриевых светильников — около 30 %. Типичный уровень пульсаций светильников с люминесцентными трубчатыми лампами 4×18 с «классическим» ЭМПРА, стоящих в большинстве учреждений и учебных заведений — более 40 %.
Типичный люминесцентный светильник пульсирует на удвоенной частоте сетевого напряжения 100 Гц с глубиной пульсаций более 40 %.
Лампы накаливания пульсируют меньше люминесцентных, но тоже будь здоров. Данные LampTest согласуются с данными, полученными прямым измерением в лаборатории компании Эко-Е ее техническим директором Сергеем Мамаевым, куда я для измерений привез сумку разнообразных лампочек накаливания, купленных в крупных сетевых магазинах. С ростом мощности свечение нити накаливания становится более инерционным, уровень пульсаций падает, но все равно остается выше приемлемого значения.
Пульсации светового потока ламп накаливания разных мощностей. Здесь и далее зеленым выделен заведомо безопасный уровень по критериям IEEE.
Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) пульсируют примерно вдвое меньше ламп накаливания (6-10% против 15-20%). Светодиодные лампы бывают двух разновидностей — большая часть очень хороша, меньшая пульсирует как угодно вплоть до 100 % (ужас-ужас). Светодиодные светильники всех мастей большей частью хороши, пульсации низкие.
Коэффициент пульсации исследованных КЛЛ (а), СД ламп (б) и офисных светодиодных светильников, уличных и промышленных светодиодных светильников (г).
В 2016-2017 годах я совмещал должность руководителя производственной светотехнической лаборатории и измерил множество светильников разных производителей. Сегодня уровень пульсаций светодиодного светильника выше 10 % вызывает удивление. Значения до 3 % — фактическая норма.
И эти изменения произошли стремительно. Недавно попали в руки БУ-шные экземпляры одного из лучших трековых светильников для освещения музеев — ERCO. Эффективность около 90 лм/вт при КЦТ=3000 К и Ra=90 — уровень для ERCO двух-трехлетней давности, но приемлем и сегодня. Но что такое: поворачиваю гониометр со светильником и вижу на экране свистопляску, проверяю уровень пульсаций — более 30 %. Породистые источники питания Tridonic из этих светильников придется выкидывать и заменять на любые современные с пульсацией
Ну и самое интересное — пульсации яркости экранов мониторов. Наиболее жестко уровни пульсаций отечественные нормативы ограничивают в помещениях с дисплеями из-за следующего обстоятельства: если освещать сцену одновременно двумя пульсирующими на разной частоте источниками, на нервную систему воздействуют и обе эти частоты и целый букет их производных, включая низкочастотную разницу. Еще в СССР не знали как бороться с пульсацией яркости мониторов и привычно «завернули гайки» светотехникам.
Пульсация яркости мониторов и экранов вызвана ШИМ-регулировкой подсветки, поэтому на 100 % яркости пульсация как правило равна нулю, и при уменьшении яркости растет. Для примера у монитора AOC i2769vm при максимальной яркости пульсации отсутствуют, при 95% яркости пульсации составляют 8,5%; при половинной яркости (см. рисунок ниже) достигают 100%; а при яркости меньше половины глубина пульсаций все также 100%, но между вспышками света появляются паузы темноты.
Характер пульсаций яркости экрана AOC i2769vm. Здесь и ниже приведены скриншоты программы Эколайт-АП
Типичный пример характера и спектра пульсаций экрана смартфона на примере Samsung S7 Edge — при понижении яркости пульсации растут с 5 % до 69 %, и с 60 Гц на 241 Гц меняется частота основной гармоники. Возможно изменение частоты связано с конструктивной особенностью самосветящихся AMOLED-экранов. Отметим, что повышение частоты по критериям IEEE не вывело параметры пульсаций экранов из опасной зоны.
Форма (вверху) и спектр пульсации (внизу) яркости экрана Samsung S7 Edge при уровнях яркости 100 % и 50 %.
Поэтому перед измерениями для статистики яркость мониторов и экранов смартфонов выставлялась на 50 %. Результаты катастрофические. В зеленую и даже в желтую зону попала лишь незначительная доля экземпляров. У части экранов основная гармоника на частоте менее 70 Гц, что по данным IEEE приводит к выраженным недомоганиям, головным болям и даже эпилептическим припадкам.
Частота и глубина пульсации экранов мониторов, ноутбуков и носимой электроники.
Является ли пульсация экрана телефона катастрофой? Нет, но при чтении желательно выставлять яркость на 100 %, а в транспорте смотреть не в телефон, а на девушек.
Увидеть пульсацию
Я часто пишу о пульсации плохих светодиодных ламп (а теперь ещё и о пульсации подсветки телевизоров). Напомню, пульсация света может приводить к усталости глаз и мозга, вызывать головные боли и приводить к обострению нервных заболеваний.
Для определения пульсации света многие используют камеры смартфонов — если свет пульсирует, по экрану бегут полосы, причём чем они чернее, тем пульсация больше.
Но это лишь косвенный «взгляд на пульсацию» — мы видим интерференцию между пульсацией света и работой электронного затвора камеры. На некоторых смартфонах полос может и не быть из-за программного подавления пульсаций.
Сегодня я дам вам возможность увидеть пульсацию непосредственно, как она есть.
С помощью камеры, снимающей со скоростью 1200 кадров в секунду, я зафиксировал пульсацию света обычной лампы накаливания 25 Вт (у ламп накаливания чем меньше мощность, тем больше пульсация) и плохой светодиодной лампы.
Я воспроизвожу видео со скоростью 10 кадров в секунду, поэтому получается замедление в 120 раз.
Нить лампы накаливания не успевает остыть, поэтому пульсация небольшая — коэффициент пульсации 23%. Это означает, что минимум яркости лишь на 23% меньше уровня максимума. Такая пульсация практически незаметна глазами и вреда от неё нет.
А вот так светит плохая светодиодная лампа.
100 раз в секунду лампа полностью гаснет, а потом загорается снова. Коэффициент пульсации 100%.
Такая пульсация раздражает. Её отлично видно боковым зрением и при быстром переводе взгляда (объекты в поле зрения «распадаются» из-за стробоскопического эффекта). Именно от такой пульсации света устают глаза и может болеть голова.
К счастью, ламп с пульсацией на рынке всё меньше и меньше. Лампы с обычными цоколями E27 сейчас почти все без пульсации, пульсирующие лампы с цоколями E14 ещё встречаются (чаще всего филаментные свечки и шарики). К сожалению, более половины светодиодных микроламп с цоколем G9 имеют пульсацию 100% (очень сложно разместить в малюсеньком корпусе хороший драйвер со сглаживающим конденсатором).
Никогда не используйте в жилых помещениях лампы с видимой пульсацией света. Проверить наличие или отсутствие пульсации можно как с помощью смартфона, так и с помощью обычного карандаша.
Как оценить пульсацию светодиодных ламп
Приветствую, недавно выбирал светодиодные лампы для домашней мастерской и один из главных моих критериев — минимальные пульсации. К сожалению, большинство экземпляров дико мерцало из-за удешевленной схемотехники драйвера, что меня абсолютно не устраивает: глаза устают и в целом неприятно долго работать при таком освещении.
Необходимо было устройство, желательно портативное, чтобы позволяло измерять пульсации и быстро отсеивать плохие лампы или например делать выводы после собственных модификаций (стало лучше, хуже?). Покупать дорогостоящее узкоспециализированное оборудование заботливая жаба не позволила, к счастью нашлась одна очень хорошая идея. Что с того вышло, а также бонус про вредный энергосберегающий режим некоторых LCD телевизоров под катом.
Однажды блуждая по просторам современной информационной свалки, волею случая и хитроумных гуглоалгоритмов, нашёл тёплый ламповый YouTube канал Дмитрия Коржевского. Думаю, многие узнают автора по его версии мендосинского моторчика, или частым предложениям в комментариях, что ему было бы хорошо озвучивать аудиокниги :)
Подвис я там серьёзно, видео одно за другим как семечки, просто невозможно остановиться. Спасибо огромное Дмитрию, без преувеличения присутствует какая-то магическая подача материала. Особенно нравятся подробные разборы схемотехники разных самодельных устройств, имхо это один из лучших русскоязычных каналов такого формата.
Все самоделки с уникальной историей, продуманные до мелочей, созданы в ограниченных ресурсами условиях много лет назад (есть и свежие разработки), с огромным запасом прочности, сейчас мало кто так делает. Чувствуется полёт настоящей инженерной мысли, это вам не ардуино говнокодить. Понятно что некоторые решения сейчас менее актуальны, и современная элементная база позволяет большего, но в целях обучения премудростям «старой школы» и понимания азов на самых низких уровнях — однозначно рекомендую.
Поскольку в то время закопался я в дебри светодиодного освещения (заметка из будущего: статью начал писать полгода тому назад, что-то затянулся процесс), то меня очень заинтересовал ролик «Индикатор мерцания — в каждую избу!». Как говорится, гениальные решения обычно простые, и тут это действительно так: маленькая солнечная панель + конденсатор + 3,5 разъём + китайская шарманка в качестве усилителя = компактный и очень чувствительный прибор для выявления мерцания. Элемент типоразмера AA для масштаба:
Схема не требует редких деталей и доступна для повторения начинающим радиолюбителям. Конденсатор пойдёт почти любой в районе от 0,1 — до 10uF, его главная задача — отсекать постоянную составляющую. Солнечная панель тоже практически любая, чем выше её выходное напряжение, тем лучше, получится более чувствительный прибор и сможет легче раскачивать линейный вход усилителей, мне попалась на 5,5V — работает отлично.
Аудио разъем желательно хорошенько закрепить механически (сделать какое крепление или банально сода + суперклей), но я не стал особо заморачиваться и просто припаял обычную скрепку к существующим дорожкам, держится нормально, в процессе использования пока не оторвал. Если же портативность не нужна, то можно пустить в расход какой нибудь готовый аудио кабель уже с разъемом на конце (например от старой гарнитуры), припаять его к панели и включать в стационарный усилитель. Но лично мне маленький переносной приборчик нравится больше, можно даже в магазин с лампочками или телевизорами заглянуть на огонёк :)
Конкретных «попугаев» это самодельное устройство не покажет, получится лишь сравнивать относительно, но очень быстро. В качестве калибровочной константы для собственных ушей, рекомендуется взять обычную лампу накаливания (чем больше мощность тем лучше, более инертны, меньше мерцают). Поэтому сначала хотел было назвать статью «Услышать пульсацию», по аналогии с «Увидеть пульсацию», потом передумал. Кстати тут же вырисовывается ещё одна идея: взять микроконтроллер с быстрым АЦП (или внешним) и оцифровать сигнал из солнечной панели, но это явно усложняет устройство, а тут вся изюминка в простоте.
А теперь про бонус. Имеется не шибко умный телевизор марки Cамсука Samsung UE43NU7199. Меню задумчивое, скоростью реакции не блещет, много разного smart мусора от которого просто так не избавиться, зато достаточно приличное качество изображения. И всё бы хорошо, используется в основном для вывода картинки из внешних источников, поэтому его внутренний функционал совсем не интересует, но он, зараза заметно мерцает. Психанул я, думал уже вскрыть потроха и решать проблему на уровне железа, благо это LCD на светодиодной подсветке, что ещё относительно легко поддается модификациям в отличии от более продвинутых OLED братьев.
Перед разборкой клацал все возможные опции, заметил что мерцание зависит от уровня яркости, и значительно уменьшается если отключить режим энергосбережения (активен по умолчанию). А затем нашлась самая интересная опция, называется «Game Mode». И о чудо, при включении этого игрового режима, телик перестаёт мерцать практически полностью! Не знаю что там нахимичено в драйвере подсветки, но такой режим экономии по умолчанию мне совсем не подходит, повезло что можно настроить без аппаратного вмешательства.
Ладно, на этой позитивной ноте завершаю, надеюсь эта конструкция будет кому полезной и поможет у выборе/наладке/тестах светодиодной техники. Удачи!
Читайте также: