Das Licht von LED-Lampen kann flackern oder einen stroboskopischen Effekt zeigen, was zu Irritationen, Müdigkeit und sogar Kopfschmerzen führen kann. Gosia Perz und andere Forscher der Technischen Universität Eindhoven und Signify haben ergründet, welche Merkmale das Licht aufweisen muss, damit das menschliche Auge diese unerwünschten Effekte nicht mehr wahrnimmt. Mit dem entwickelten Modell können LED-Hersteller diese negativen Effekte bereits bei der Entwicklung ihrer LED-Produkte testen und eliminieren. Gosia Perz promovierte am 05. Februar 2019 mit dieser Studie an der TU/e.

Wechselstrom

Das „europäische“ Lichtnetz ist ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz. Damit werden Haushaltsgeräte, Fernseher und Lampen betrieben. Altertümliche Glühlampen müssen erst heiß werden, um Licht auszusenden, und da thermische Prozesse relativ langsam verlaufen, sind durch den Wechselstrom bedingte Helligkeitsschwankungen nicht spürbar. LEDs jedoch reagieren sehr schnell und führen zu bisweilen wahrnehmbaren Helligkeitsschwankungen.

Treiber

Die meisten LED-Lampen werden deswegen (aber nicht nur deswegen) nicht direkt an das Lichtnetz angeschlossen, sondern enthalten eine Handvoll Elektronik – den Treiber –, der den Strom durch die LED regelt. Dieser Treiber kann zwar die sichtbaren Auswirkungen der Wechselspannung dämpfen, doch es handelt sich dabei immer um einen Kompromiss zwischen Kosten, Größe, Zuverlässigkeit und Effizienz. Je nach Treiberkonfiguration (sprich: Qualität) können deshalb die unerwünschten Effekte im emittierten Licht von LED-Lampen mehr oder weniger stark ausfallen.

Was du nicht weißt, macht dich nicht heiß

Das Flackern ist sofort sichtbar, aber der sogenannte stroboskopische Effekt ist schwieriger wahrzunehmen, wenn man nicht weiß, worauf man achten soll. Wenn fluktuierendes Licht auf ein bewegtes Objekt fällt, ist der Effekt als eine Reihe von Standbildern sichtbar. Der stroboskopische Effekt hat Einfluss auf unsere Wahrnehmung der Lichtqualität. Es ist deshalb wichtig zu bestimmen, wann Menschen noch sehen können, dass das Licht stroboskopisch ist, um Reizungen, Müdigkeit und Kopfschmerzen zu vermeiden. Untersuchungen auf diesem Gebiet zeigen, dass Flackern und der stroboskopische Effekt nur dann biologische Reaktionen auslösen, wenn es auch sichtbar ist. Kurz gesagt: Was man nicht sieht, hat keinen Einfluss.
Simulierte Büroumgebung. (Foto: Gosia Perz)

Sichtbarkeitsschwelle

Die Studie wollte quasi eine „Sichtbarkeitsschwelle“ von spezifischen Lichtparametern ermitteln, bei denen der stroboskopische Effekt für das menschliche Auge noch nahezu unsichtbar ist. Zu diesem Zweck haben sich mehr als 200 Personen in einer simulierten Büroumgebung eine schwarze Scheibe mit einem weißen Punkt unter einer LED-Lichtquelle angesehen. Die Scheibe drehte sich mit konstanter Geschwindigkeit, vergleichbar mit schnellen Handbewegungen, wie sie in einer Büroumgebung üblich sind. Während der Experimente wurden verschiedene Lichtparameter variiert: Frequenz, Amplitude und Wellenform. Bei jeder Veränderung gaben die Probanden an, ob sie einen stroboskopischen Effekt beobachteten oder nicht. Forscher der chinesischen Southeast University wiederholten die Experimente, um kulturelle Unterschiede auszuschließen.

Modell

Mit den gefundenen Schwellwerten für jede Kombination der getesteten Parameter entwickelte Perz ein Open-Source-Modell, das die Sichtbarkeit des stroboskopischen Effekts jeder Lichtwelle quantifiziert. LED-Hersteller können mit diesem Modell namens SVM (Stroboscopic Visibility Measure) ihre Produkte testen. Die Methode wird mittlerweile allgemein empfohlen, um die Sichtbarkeit des Stroboskopeffekts in der Allgemeinbeleuchtung zu quantifizieren.

Testen Sie Ihre eigenen LED-Lampen!

Wenn Sie wissen, worauf Sie achten müssen, ist es ganz einfach festzustellen, ob Ihre LED-Lampe einen stroboskopischen Effekt hervorruft. Bewegen Sie einen Stift vor der Lampe schnell auf und ab und dann, genauso schnell, vor einem Fenster. Wenn es keinen Unterschied gibt, verhindert der Treiber in der LED-Lampe einen sichtbaren stroboskopischen Effekt. Wenn Sie vor dem Fenster ein dauerhaft verschwommenes Bild und vor der Lampe eine Reihe von Standbildern sehen, so ist der LED-Treiber nicht in der Lage, den stroboskopischen Effekt ausreichend zu dämpfen.

(Quelle: TU Eindhoven)
 
(Video: BBC Earth)