Flimmer, TLM och andra ljuseffekter

I och med införande av LED-lampor har flimmer åter blivit ett problem, ett problem som hanterades och löstes under 80- och 90-talen, då flimmer var ett problem hos lysrör. Då löstes problemet genom utvecklandet av högfrekvensdon.

När det gäller LEDs, eller ljusemitterande dioder, är det viktigt att påpeka att det är aldrig ljusdioden i sig själv som flimrar. Det är alltid den drivande elektroniken som avgör om LEDen kommer flimra eller ej. Eller för att vara mer precis: om LEDen kommer att modulera i tiden eller inte. För flimmer handlar om mer, än vad vi menar med ordet ”flimmer” till vardags.

Vad är flimmer?

I vardagsligt tal används oftast ordet flimmer för att beskriva något som en lampa, eller ljuset från en lampa, gör, nämligen att den hastigt blinkar eller fluktuerar i intensitet. Så som ordet flimmer är definierat rent vetenskapligt är dessa faktiskt inkorrekt. Flimra är inget en lampa gör. Flimmer är något man ser. Vad lampan gör, är att den ger upphov till temporal ljus­modulation, eller TLM (Temporal Light Modulation), dvs ljus som varierar med tiden.

Om man nu råkar ut för temporal ljusmodulation, finns det flera saker, förutom flimmer, som man kan komma att observera.

1. Flimmer
Om du tittar på ljuset från en lampa, och du ser att inten­siteten varierar – då ser du flimmer. Men detta gäller bara om du inte rör dina ögon och inte heller ljuskällan rör sig. Detta innebär att flimmer bara går att se så länge modulationsfrekvensen är under ungefär 90 Hz. Över 90 Hz, kan våra ögon inte lägre se temporala variationer.

2. Stroboskopiska effekter
Men om det är rörelse inblandat, t.ex. att ljuskällan rör sig eller om någonting rör sig i ljuset (som en hand eller en penna) och man ser mönster, då kallas detta stroboskopiska effekter. Se figur 1.

Figur 1. Illustration av stroboskopiska effekter

3. Phantom arrays
Och slutligen finns det en tredje effekt, som uppstår vid ögonrörelser. Om du ser mönster under det korta ögonblick du rör på ögonen, då ser du Phantom arrays. Både stroboskopiska effekter och phantom arrays kan uppfattas vid mycket högre frekvenser än 90 Hz. Se figur 2.

Figur 2. Illustration av phantom arrays

Alla dessa tre effekter – flimmer, stroboskopiska effekter och phantom array effects – är exempel på temporala ljusartefakter, eller TLAs (Temporal Light Artefacts), som orsakas av temporal ljusmodulation (se figur 4).

Figur 3. Artefakter vid videoupptagning

Dessa tre ljusartefakter är per definition visuella effekter. Men det har också visats att temporal ljusmodualtion (eller bara modulation) kan ge upphov till icke-visuella effekter, så som huvudvärk, migrän och ögonbesvär. Det kan också påverka kognitiv prestation och läshastighet. Dessutom har man sett att barn och överkänsliga personer påverkas mer än andra.

Dessa neurologiska och kognitiva effekter är antagligen allvarligare än de visuella temporala ljusartefakterna, då de personer som påverkas av dem inte alltid nödvändigtvis inser eller förstår att det just är ljuset som är orsaken till problemen.

Förutom dessa effekter på människor, kan TLM ­också påverka bildkvaliten i samband med fotograf­ering och videoupptagning, som t.ex. vid Skype-­samtal. Vid användning av kameror på telefoner och datorer kan rullande randmönster uppstå på skärmen (se figur 3). Dessa teknologiska effekter tas inte upp närmre i denna artikel.

Varför uppstår TLM?

Som sagt är det alltid den elektriska drivaren som ­orsakar modulationen. Eftersom vi har 230 volts växel­spänning i vägguttagen, måste denna transformeras ner till lägre spänning och till likström och modulationen uppstår pga att drivkretsen inte tagit hänsyn i sin design till låga TLM-värden. Det kan vara en utmaning att få plats med all elektronik i en E14-sockel. Det finns gott om LED-lampor på marknaden som inte modulerar alls. Men för producenten kan det ibland vara billigare att exludera viktiga komponeter som skulle eliminera modulation och flimmer.

Faktum är att även den gamla glödlampan också ­modulerade till en viss grad. Men LED (som ju står för Light Emitting Diode), alltså en ljusemitterande diod, är en diod, en likriktare. Den vill bara ha ström åt ett håll, d.v.s. likström. Och en kontant likström ger totalt modulationsfritt ljus.

Med LED har vi äntligen chansen att få det ljus vi alltid velat ha.

Hur mäter man TLM?

Sedan en längre tid tillbaka har man kunnat mäta TLM t.ex. med Percent Flicker (även kallat Modulation Depth) och Flicker Index. Dessa mätmetoder utvecklades då ljuskällor modulerade enbart vid 100 Hz (t.ex. lysrör och glödljus). Dessa mått tar alltså inte hänsyn till frekvensen och alltså olämpliga för mätning på ljuskällor som modulerar vid andra frekvenser.

Eftersom problem med flimmer och ljusmodulation uppstår vid flera olika frekvenser när det handlar om LED-ljuskällor, har det gjorts en del forskning på hur man kan mäta och kvantifiera effekterna av TLM på ett mer rättvisande sätt.

Inte minst i samband med det ökande antalet installationer av ”dynamiska” belysningsanläggningar där både dimning, tunable white och så kallad dygnsrytmsbelysning kan medföra negativa konsekvenser p.g.a. TLM. Det är därför viktigt att kunna kvantifiera och ange gränsvärden för dessa olika effekter.

För tillfället finns det två mätstandarder: PstLM för flimmer (upp t.o.m. 90 Hz) och Stroboscopic Visibility Measure (SVM) för stroboskopiska effekter (upp t.o.m. 2000 Hz).

Tyvärr finns det ännu inget mått för Phantom arrays. Men vad värre är, är att det heller inte finns några mått för de allvarligaste effekterna: de neurologiska och kognitiva effekterna. Det är dessa effekter som borde ligga till grund för vilka gränsvärden som borde gälla för modulation för allmänbelysning. Men här behövs mer forskning.

EU-direktiv

Lyckligtvis har EU enats om gränsvärden för flimmer och stroboskopiska effekter i de uppdaterade eco-­designdirektiven, med resultatet att från september 2021 får PstLM inte överskrida ett värde på 1, och ­stroboscopic visibility measure (SVM) får inte överskrida 0,4. Dessa värden gäller vid ”full load”, dvs i odimrat läge.

Publicerad den 27 maj 2020

Ur Ljuskultur Nummer 3, 2020