Чи знаєте ви, що більшість джерел світла в офісних будівлях не забезпечують безперервний світло? Високі частоти миготіння ледь помітні для неозброєного ока, але дослідження показали, що певні рівні впливу мерехтливого світла можуть бути небезпечними для здоров'я людини.
Звідки береться мерехтіння світла?
Всі джерела світла, що працюють на змінному струмі (AC), створюють мерехтливий світловий потік через флуктуацій струму і напруги. Флуоресцентні лампи, натрієві лампи високого тиску (HPS), світлодіодні джерела світла мають загальну природу мерехтіння. Для забезпечення найбільш комфортного і безпечного освітлення, потрібно харчування постійним струмом (DC). Частота електричної мережі зазвичай становить 50 або 60 Гц, частота мерехтіння люмінесцентної лампи зазвичай вище в два рази частоти електроенергії, 100 або 120 Гц. Мерехтіння з малою частотою, приблизно від 3 до 70 герц, може призвести до судом у чутливих людей, в той час як помірна частота мерехтіння, від приблизно 100 Гц до приблизно 500 герц, непомітна людському оку і може сприймається тільки через стробоскопічний ефект, однак може привести до несприятливих наслідків для здоров'я людини, таким як головний біль, напруга очей і втома.
Стробоскопічний ефект полягає в сприйнятті оком об'єктів, освітлюваних спалахами світла, коли об'єкти в русі можуть відображатися у вигляді серії нерухомих зображень.
Стробоскопічний ефект можна спостерігати декількома способами. Найпростіший - подивитися на джерело світла за допомогою цифрового фотоапарата, результат показує характерний хвильовий ефект, як на зображенні 1. Множинні тіні рухомого об'єкту, як показано на малюнку 3, також є характерною ознакою стробоскопічного ефекту. Стробоскопічний ефект може привести до помилкової інтерпретації роботи механізмів, наприклад видимість уповільненої або нерухомого стану швидко рухомих елементів.
Вимірювання рівня мерехтіння
В даний час немає офіційної стандартної процедури для вимірювання мерехтіння, але Світлотехнічне суспільство (IES) розробило дві методики для кількісної оцінки мерехтіння, які описані в рекомендаціях з розробки освітлювальних приладів. Перша і найбільш часто використовувана методика заснована на обчисленні відсотка мерехтіння. Відсоток мерехтіння вказує на середню кількість модуляції або зниження світловіддачі одного циклу включення-виключення. Джерело з 100-відсотковим мерехтінням означає, що в якийсь момент циклу він не робить ніякого світла, в той час як повністю стійкий світло матиме нульовий відсоток мерехтіння.
Інша методика дає індекс мерехтіння в інтервалі від нуля до одиниці. Індекс мерехтіння враховує відсоток мерехтіння і дві інших змінних: форму кривої зміни інтенсивності джерела світла, або вихідний кривої, і шпаруватість мигання, яка вказує відношення часу, коли джерело світла включений до повного циклу включення-виключення. Чим нижче відсоток мерехтіння і індекс мерехтіння, тим менше джерело блимає або створює відчутний стробоскопічний ефект.
Мерехтіння різних джерел світла
Незважаючи на те, що традиційні лампи розжарювання харчуються змінним не стабілізована струмом, рівень мерехтіння таких ламп невисокий. Спіраль лампи розжарювання просто не встигає охолонути до наступного імпульсу струму. Зовсім інакше поводяться люмінесцентні та газорозрядні лампи. Вони вимикаються практично миттєво при відключенні енергії. У 90-х роках минулого століття, рішенням цієї проблеми стало використання електронних баластів (ЕПРА), які подавали на лампу частоту понад 20 кГц, що робило мерехтіння невидимим для ока.
Чому мерехтять світлодіоди
Світлодіоди можуть давати мерехтіння світла навіть більше, ніж лампи розжарювання або люмінесцентні лампи, оскільки є прямими перетворювачами електричної енергії в світло. Це означає, що поки подається постійний струм, світлодіод буде горіти без мерехтіння. Як тільки струм припиниться, світлодіод миттєво згасне. Якщо ж струм зміниться, то пропорційно зміниться і світловий потік.
У разі простої схеми живлення світлодіода, в якій немає стабілізації постійного струму за допомогою драйвера. яскравість світлодіода буде змінюватися одночасно з циклом змінного струму. Випрямлений змінний струм викликає пульсації напруги і струму на світлодіоді. Ця пульсація, як правило, відбувається на подвоєною частоті живильної мережі - 100 або 120 Гц (США) і також в точній відповідності пульсує світловий потік.
Діммірованіе є інший основною причиною мерехтіння. Звичайні диммери, наприклад тиристорні, модулюють напруга за рахунок зміни часу вимикання в циклі включення-виключення, знижуючи світловий потік. Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) змінює яскравість світіння, включаючи і вимикаючи світлодіод на частотах, в ідеалі перевищують 200 герц.
Вплив мерехтіння світла на людину
Є певні групи людей, найбільш уразливих для негативних наслідків мерехтіння, в тому числі діти, хворі аутизмом, які страждають на мігрень і хворих на епілепсію. Оскільки мерехтіння недоступно для сприйняття неозброєним оком, люди зазвичай не усвідомлюють, що причина дискомфорту, можливо, полягає в мерехтінні. В цьому випадку, може бути знижена певна ступінь втоми, і підвищена загальна ефективність роботи при зміна якості світла.
Методи зниження мерехтіння світлодіодного освітлення
Знизити мерехтіння світла дозволяє драйвер харчування, який може усунути проблему, подаючи на світлодіод постійний струм без пульсацій. Однак виробники при виборі драйвера харчування для своїх продуктів враховують безліч факторів, таких як вартість, розмір, надійність і ефективність. Крім того, область використання світильника також грає роль - мерехтіння може бути допустимим в певних умовах освітлення.
Виробники завжди намагаються оптимізувати корисні якості пристроїв рівно настільки, скільки вимагає додаток. Це відноситься і до мерехтіння. Конденсатори істотною ємності можуть допомогти згладити пульсації струму, але вони теж мають недоліки, наприклад вони мають істотний розмір і чутливі до перегріву. У просторі, яке часто занадто мало, наприклад, у багатьох світлодіодних змінних лампах, великі конденсатори неприйнятні. Найпростіші випрямлячі змінного струму з використанням конденсаторів великої ємності знижують коефіцієнт потужності пристрою.
У разі світлодіодних ламп з діммірованіе, виробники можуть модулювати струм з дуже високою частотою, що перевищує кілька тисяч герц. Це схоже на електронні баласти для люмінесцентних ламп. Однак, чим вище частота, тим ближче фізично драйвер повинен бути до світлодіоду. Іноді споживачі хочуть мати у своєму розпорядженні драйвер осторонь від системи освітлення що не завжди можливо.
Необхідність виготовлення пристрою харчування компактним, ефективним, надійним, при цьому не виробляють електромагнітних завад в ефір і мережу живлення, які мають високий коефіцієнт потужності робить його дешевим. Однак, серед маси різних варіантів реалізації, можна знайти золоту середину - прийнятну якість при адекватною ціною.
Різні організації, наприклад Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies (ASSIST), U.S. Environmental Protection Agency, National Electrical Manufacturers Association (NEMA) встановлюють ліміти на технічні параметри пристроїв освітлення, які виробники не повинні перевищувати. Таким чином, створюється база стандартів і рекомендацій, слідуючи яким, виробники змушені робити якісні вироби.