Als fluctuerend licht op een bewegend object valt, is het effect zichtbaar als een serie stilstaande beelden. Dit wordt het stroboscopisch effect genoemd. (Foto: Gosia Perz)
Licht dat wordt uitgestraald door LED-lampen kan flikkeren of een stroboscopisch effect vertonen, wat op zijn beurt weer kan leiden tot ergernis, vermoeidheid en zelfs hoofdpijn. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en Signify bepaalden bij welke kenmerken van het licht het menselijk oog deze ongewenste effecten niet meer waarneemt.
Licht dat wordt uitgestraald door LED-lampen kan flikkeren of een stroboscopisch effect vertonen, wat op zijn beurt weer kan leiden tot ergernis, vermoeidheid en zelfs hoofdpijn. Gosia Perz en andere onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en Signify bepaalden bij welke kenmerken van het licht het menselijk oog deze ongewenste effecten niet meer waarneemt. Het ontwikkelde model biedt fabrikanten de mogelijkheid om tijdens het design van hun LED-producten te testen op deze ongewenste effecten. Gosia Perz is op 5 februari 2019 aan de TU/e op dit onderzoek gepromoveerd.
Wisselstroom
De ‘Europese’ elektriciteit is een wisselstroom met een frequentie van 50 Hz. Hierop worden huishoudelijke apparaten, televisies en lampen aangesloten. Gloeilampen moeten heet worden om licht uit te stralen, en omdat thermische processen relatief traag zijn, vallen lichtfluctuaties ten gevolge van de wisselstroom niet op. LED’s reageren echter zeer snel, resulterend in soms voor het oog zichtbare lichtfluctuatie.
Driver
De meeste LED-lampen worden (onder andere) daarom niet direct op het lichtnet aangesloten, maar bevatten een handjevol elektronica – de driver – die de stroom door de LED reguleert. Deze driver kan de zichtbare gevolgen van de fluctuerende stroom reduceren. Hierbij is echter altijd sprake van een compromis tussen kosten, grootte, betrouwbaarheid en efficiëntie. Daardoor kunnen verschillende driver-configuraties leiden tot een verschillende mate van ongewenste effecten in afgestraalde licht van LED-lampen.
Wat je niet ziet heeft geen invloed
Flikkeringen zijn direct zichtbaar, maar het zogeheten stroboscopisch effect is moeilijker waar te nemen als men niet weet waar men op moet letten. Als fluctuerend licht op een bewegend object valt, is het effect zichtbaar als een serie stilstaande beelden. Het stroboscopische effect heeft invloed op onze perceptie van de lichtkwaliteit. Het menselijk oog neemt het effect namelijk waar, wat kan leiden tot ergernis, vermoeidheid, maar ook hoofdpijn. Het is belangrijk om te bepalen wanneer mensen nog zien dat licht stroboscopisch is. Onderzoek op dit gebied laat namelijk zien dat alleen de zichtbare flikkeringen en het stroboscopisch effect biologische reacties induceren die mogelijk van invloed zijn op je gezondheid. Kortom: wat men niet ziet heeft ook geen invloed. Gesimuleerde kantooromgeving. (Foto: Gosia Perz)
Zichtbaarheidsdrempel
Bij het onderzoek is gezocht naar de zogenoemde ‘zichtbaarheidsdrempel’ van specifieke lichtparameters waarbij het stroboscopische effect nog nét onzichtbaar is voor het menselijk oog. Hiertoe werden meer dan 200 personen uitgenodigd om in een gesimuleerde kantooromgeving te kijken naar een zwarte schijf met een witte stip onder een LED-lichtbron. De schijf draaide met een constante snelheid, vergelijkbaar met snelle handgebaren in een kantooromgeving. Tijdens de experimenten werden verschillende lichtparameters gevarieerd: frequentie, amplitude en golfvorm. De proefpersonen gaven per verandering aan of ze een stroboscopisch effect waarnamen of niet. Onderzoekers aan de Southeast University in China herhaalden de experimenten om culturele verschillen uit te sluiten.
Model
Aan de hand van de gevonden drempelwaarden van elke combinatie van de geteste parameters ontwikkelde Perz een open source-model dat de zichtbaarheid van het stroboscopische effect van elke lichtgolf kwantificeert. LED-fabrikanten kunnen dit model gebruiken om hun producten te testen. De ontwikkelde methode wordt SVM (Stroboscopic Visibility Measure) genoemd en wordt inmiddeks aanbevolen om de zichtbaarheid van het stroboscopische effect in algemene verlichtingstoepassingen te kwantificeren.
Eigen LED-lampen testen
Als men weet waar men op moet letten, is het heel eenvoudig om te bepalen of een LED-lamp een stroboscopisch effect vertoont. Zwaai een pen voor de lamp snel op en neer. Zwaai de pen vervolgens – even snel – voor het raam op en neer. Ziet men geen verschil, dan is de driver in de LED-lamp zo ontworpen dat er geen stroboscopisch effect zichtbaar is. Ziet men voor het raam een continue vervaging (blurry image) terwijl voor de lamp een serie stilstaande beelden zichtbaar zijn, dan vertoont de driver een stroboscopisch effect.
