Migotanie lamp LED

Migotanie (mruganie) światła jest definiowane jako szybkie, powtarzające się w czasie zmiany jego natężenia. Efekt ten występuje we wszystkich typach źródeł światła, zarówno w świetlówkach, jak i w zwykłych żarówkach. Jednak w ich przypadku nie jest on aż tak wyraźnie dostrzegalny, jak w oprawach ledowych. Wynika to ze specyfiki każdego z tych źródeł światła.

Migotanie żarówek i świetlówek

Przykładowo żarówki ze względu na swój rezystancyjny charakter zbyt wolno reagują na zmianę prądu, w związku z czym w razie spadku zasilnia nie zdążą się jeszcze przygasić, zanim zostanie ono przywrócone. Podobnie wolno reagowały lampy fluorescencyjne. W przypadku świetlówek jednak efekt ten był jeszcze do niedawna większym problemem, gdyż powszechnie wyposażano je w stateczniki indukcyjne. Rozwiązaniem okazało się wprowadzenie stateczników elektronicznych, a jeszcze wcześniej próbowano zmniejszyć dokuczliwość migotania światła m.in. przez dublowanie świetlówek.

W przeciwieństwie do żarówek i świetlówek, diody LED jako półprzewodnikowe źródło światła, są "szybsze". Oznacza to, że przestają one świecić praktycznie natychmiast po wyłączeniu zasilania, zgaszenie diody LED zajmuje bowiem typowo zaledwie około kilkuset mikrosekund. Dlatego w ich przypadku migotanie jest łatwiej zauważalne.

Rozróżnić można generalnie dwie przyczyny mrugania światła emitowanego przez oprawy ledowe. Są to: spadki napięcia w sieci zasilającej oraz działanie układów ściemniania światła.

Migotanie - charakterystyka skutków

Wyróżnić można dwa typy migotania - widzialne i niedostrzegalne. Pierwszy efekt jest zauważalny gołym okiem, zaś przez obserwatorów przeważnie jest odbierany jako nieprzyjemny. Co więcej, na podstawie licznych badań oraz obserwacji wiadomo, że migotanie o częstotliwości poniżej 100 Hz może mieć niestety również negatywny wpływ na ich zdrowie, powodując przede wszystkim liczne problemy neurologiczne.

Przykładowo badania dowodzą, że już krótkotrwałe narażanie na światło migające z częstotliwością w przedziale od 3 do 70 Hz może wywoływać napady padaczki - największe ich prawdopodobieństwo występuje w zakresie 15-20 Hz. Zagrożenie to nie powinno być bagatelizowane, przyjmuje się bowiem, że typowo jedna na kilka tysięcy osób cierpi na padaczkę światłoczułą, natomiast osób niezdiagnozowanych może być jeszcze więcej.

Jest to przyczyną m.in. obowiązkowego umieszczania w programach telewizyjnych ostrzeżeń, w przypadku, jeżeli zawierają one sceny o szybkiej zmienności natężenia światła. Do efektów zdrowotnych migotania światła zaliczyć powinno się poza tym: bóle głowy, niewyraźne widzenie, zmęczenie oczu oraz pogłębianie się zachowań autystycznych, zwłaszcza u dzieci.

Skutki pozazdrowotne

Oprócz tak poważnych skutków, jak atak padaczki, migotanie światła może mieć również wiele efektów bezpośrednio niezwiązanych ze zdrowiem, lecz wpływających na samopoczucie ludzi oraz wydajność i dokładność ich pracy. Dotyczy to szczególnie sytuacji, w których są oni na nie narażeni przez dłuższy czas.

Wśród takich wymienić należy: rozproszenie uwagi, zmniejszenie motywacji, zmęczenie, mniejszą wydajność wykonywania zadań, które wymagają dobrej widoczności - przykładowo migotanie światła może spowolnić czytanie nawet o kilkadziesiąt procent. Na jakość pracy ma również wpływ spowodowany mruganiem światła efekt stroboskopowy - polega on na widocznym, choć pozornym spowolnieniu albo zatrzymaniu ruchu w rzeczywistości poruszającego się obiektu na skutek oświetlenia go migającym światłem.

Warto zauważyć, że pewne czynniki zwiększają dokuczliwość efektów migotania światła. Należą do nich: czas ekspozycji - im jest dłuższy, tym gorzej, obszar naświetlenia siatkówki obserwatora - im większy, tym gorzej, położenie źródła światła w jego polu widzenia - centralne jest gorsze, jasność rozbłysków - im jest większa, tym gorzej oraz kontrast pomiędzy migającym światłem a oświetleniem otoczenia - im różnica ta jest większa, tym gorzej.

Migotanie niezauważalne

Drugi typ migotania światła, chociaż niewidoczny, jest jednak przez ludzi wyczuwalny i może mieć, podobnie jak mruganie widzialne, negatywny wpływ na ich zdrowie i/albo sprawność. Przykładowym skutkiem długotrwałego narażania na jego oddziaływanie jest generalnie gorsze samopoczucie, które jest przez daną osobę wiązane z czasem, przez który w danym pomieszczeniu przebywa, chociaż nie jest ona w stanie wskazać jego konkretnych symptomów ani przyczyny.

Ponadto niedostrzegalne migotanie światła może powodować również: bóle głowy, migrenę, zawroty głowy, przemęczenie oczu, pogorszenie intelektualne oraz/albo wizualnej sprawności. Niewidoczne migotanie jest wynikiem przede wszystkim ściemniania diod metodą z modulacją PWM (modulacją szerokości impulsu).

Warto dodać, że chociaż badania sugerują, że przy częstotliwościach powyżej 200 Hz wyżej opisane skutki migotania światła nie występują, dokładnego górnego limitu jak dotychczas jeszcze nie ustalono. Poza wpływem na zdrowie i samopoczucie ludzi mruganie światła może też wywoływać problemy innej natury - przykładowo może być wyraźnie widoczne na filmach rejestrowanych na przykład w obiektach sportowych odtwarzanych w zwolnionym tempie.

Ważna norma

Dopuszczalne poziomy migotania oświetlenia reguluje dokument IEEE SA-1789-2015. Zawiera on wytyczne, na których warto opierać się w czasie projektowania oraz wybierania odpowiednich sterowników LED w celu zminimalizowania negatywnych skutków zdrowotnych i użytkowych mrugania. Przykładowo w normie tej określono progowe poziomy migotania.

Wynoszą one 8% w krajach, w których częstotliwość sieciowa wynosi 50 Hz i 10% w państwach, w których wynosi ona 60 Hz. Wraz z wprowadzeniem tego dokumentu okazało się, że wiele lamp LED dostępnych w sprzedaży nie spełnia jego zaleceń, a zatem może negatywnie wpływać na zdrowie użytkowników. Niestety do dzisiaj jest to prawdą, szczególnie w przypadku tańszych opraw.

Skutki oszczędności

Spełnienie wymagań standardu IEEE SA-1789-2015 oznacza bowiem, że producent musi poświęcić więcej uwagi na etapie projektowania obwodu sterownika diod LED, z czym wiążą się oczywiście znacznie większe koszty. Przede wszystkim nie powinno się korzystać z prostych tanich obwodów jednostopniowych. Nie powinno się także oszczędzać na kondensatorach wygładzających tętnienia prądu wyjściowego. W tym zastosowaniu zwykle korzysta się z kondensatorów elektrolitycznych, te zaś są drogie i zajmują wiele miejsca. W związku z tym na etapie projektowania opraw należy zoptymalizować rozmieszczenie komponentów - taka dodatkowa komplikacja podnosi koszty. Dlatego w tańszych oprawach z tych komponentów się rezygnuje. W rezultacie migotanie na poziomie nawet kilkudziesięciu procent nie jest rzadkością.

Monika Jaworowska
źródła zdjęć: Signify