Wat is knipperen, flikkeren of stroboscopische effecten bij leds?

Met knipperen (of flakkeren, flikkeren genoemd) wordt een ongewenste periodieke (knipperende) of niet periodieke (knipperende) verandering van licht en het effect op de visuele waarneming genoemd. Deze veranderingen kunnen betrekking hebben op de luminantie of de spectrale verdeling. Samengevat worden deze verschijnselen onder het begrip „Temporal Light Artefacts“ (afkorting TLA) samengevoegd.

Knipperen kan tot irritatie en stemmingsverstoringen leiden. Vaak wordt knipperen aan de rand van het gezichtsveld zeer duidelijk en als onprettig waargenomen. Bij aanwezigheid van een lichtgevoelige epilepsie kan knipperen of flakkeren in een bepaalde frequentie tot epileptische aanvallen leiden.
Onder 60Hz wordt het knipperen vaak bewust waargenomen. Een voorbeeld hiervan is de netfrequentie die bijvoorbeeld bij de vroegere fluorescentielampen duidelijk merkbaar is. Knipperen met een frequentie >60Hz wordt eerder onbewust waargenomen.

Het stroboscopisch effect kan bij filmopnames ook een nadelig effect hebben, doordat er strepen over het beeld lopen of de beweging van objecten verkeerd wordt getoond. Dit effect resulteert uit een interferentie tussen de frequentie van het licht en de beeldverversingssnelheid.

Een ander mogelijk gevolg van het stroboscopisch effect is dat bewegende delen als stilstaand worden waargenomen of met vertraagde beweging of zelfs met een terugwaartse beweging. Deze effecten ontstaan altijd, wanneer een bewegend deel, bijv. het zaagblad van een cirkelzaag, met een lichtbron wordt verlicht, dat zelf een bepaalde frequentie heeft. De draaibeweging van het zaagblad gaat interacteren met de frequentie van het licht. Afhankelijk van de verhouding draait het zaagblad in de waarneming de verkeerde kant op, het draait langzamer of wordt als stilstaand waargenomen – wat fatale gevolgen voor de veiligheid kan hebben. Bij het stroboscopisch effect bestaat tenslotte ook de mogelijk dat bijvoorbeeld vallende regendruppels als een stippellijn of een parelsnoer worden waargenomen.

De ledlichtbron is zelf altijd knippervrij. Of de armatuur knippervrij is, hangt af van de kwaliteit van het gebruikte bedrijfsapparaat. Bij hoogwaardige bedrijfsapparaten treden de genoemde effecten doorgaans niet op.
Er zijn verschillende oorzaken die het knipperen bij een ledarmatuur in werking kunnen stellen:

Een mogelijke oorzaak van het knipperen zijn belastingschommelingen in het stroomnet die door de elektronica van het ledbedrijfsapparaat niet worden opgevangen.
Een andere oorzaak is dat bedrijfsapparaten van een lage kwaliteit de (net-) wisselstroom weliswaar in gelijkstroom omvormen, maar deze echter niet voldoende gladmaken. Zo kunnen periodieke lichtsterkteschommelingen ontstaan, die als knipperen worden waargenomen.
Interferenties binnen een ledbedrijfsapparaat kunnen ervoor zorgen dat de ledarmatuur bij het schakelen kort knippert of opflitst.
Een andere oorzaak voor het knipperen van ledlicht kan de dimmethode van het bedrijfsapparaat zijn. Niet-kritisch is de constantestroomregeling (CCR) bij hoogwaardige bedrijfsapparaten. In tegenstelling tot de pulsbreedtemodulatie (PWM) wordt bij het dimmen van de led met de CCR-methode de bedrijfsstroom geregeld. Bij de PWM schakelt de led daarentegen in hoogfrequente cycli in en uit en regelt daardoor de waargenomen lichtsterkte. De schakelfrequentie is voor het oog van de mens in het algemeen niet waarneembaar. Filmcamera's zijn hier gevoeliger voor, wat met name bij sterk gedimde armaturen tot artefacten kan leiden, zoals horizontale strepen in het beeld.

In verordening EU 2019/2020 voor de richtlijn 2009/125/EG (ecodesign-richtlijn) worden twee beoordelingsgrootheden voor Temporal Light Artefacts (TLA) gedefinieerd:

• De PstLM voor de beoordeling van zichtbaar knipperen in het frequentiebereik van 0,3Hz tot 80Hz. „st“ betekent „kortstondig“ (Engels „short term“), terwijl „LM“ „Light flicker meter method“ dus „Licht-knippermeetmethode “ betekent.
• De „stroboscopische zichtbaarheidsmeting“ SVM (Engels „Stroboscopic Visibility Measure“) voor het beoordelen van het stroboscopisch effect bij bewegende objecten in het frequentiebereik van 80Hz tot 2000Hz.

Bij beide parameters betekent een waarde van 1 dat een gemiddelde kijker het knipperen met een waarschijnlijkheid van 50% herkent. De toegelaten grenswaarden zijn 1 voor PstLM en 0,4 voor SVM.

Interessant:
Een ledarmatuur is knippervrij, wanneer de SVM-waarde <= 0,4 is en wanneer de PstLM-waarde <=1,0 is.

Wanneer een armatuur via de pulsbreedtemodulatie (PWM) wordt gedimd en er filmopnames worden gemaakt, kunnen er strepen in het beeld ontstaan. Of en hoe sterk de strepen verschijnen, is afhankelijk van de beeldverversingssnelheid en de frequentie, waarmee het bedrijfsapparaat de led in- en uitschakelt.

Goed om te weten:
Een ledarmatuur is geschikt voor filmen, wanneer de SVM-waarde <= 0,1 is en wanneer de PstLM-waarde <=1,0 is.