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Flimmern, Flicker und Stroboskopeffekt bei LEDs – was ist das?

Online-Meeting mit Kamera

Besonders bei Filmaufnahmen oder bei Online Meetings können sich durch Flimmern ausgelöste Streifen bemerkbar machen.

Unter Flimmern (oft auch Flackern, Flicker oder Flickr genannt) versteht man die unerwünschte periodische (Flimmern) oder nicht periodische (Flackern) Veränderung von Licht und deren Auswirkung auf die visuelle Wahrnehmung. Diese Veränderungen können sich auf die Leuchtdichte oder die spektrale Verteilung beziehen. Zusammengefasst werden diese Erscheinungen unter dem Begriff „Temporal Light Artefacts“ (Abkürzung TLA).

Übersicht zum Thema Flimmern (LED)

Das ERCO Lichtwissen gibt es auch als Whitepaper:

Was bewirkt Flimmern?

Flimmern kann zu Irritation und Befindlichkeitsstörungen führen. Häufig wird Flimmern am Rand des Sehfeldes besonders deutlich und unangenehm wahrgenommen. Bei Vorliegen einer fotosensitiven Epilepsie kann Flimmern oder Flackern in einer bestimmten Frequenz zu epileptischen Anfällen führen.
Unterhalb von 60 Hz wird das Flimmern häufig bewusst wahrgenommen, ein Beispiel ist hier die Netzfrequenz, die sich zum Beispiel bei den früheren Leuchtstofflampen deutlich bemerkbar macht. Das Flimmern mit einer Frequenz >60 Hz wird eher unbewusst wahrgenommen.

Was ist der Stroboskopeffekt?

Der Stroboskopeffekt kann sich auch nachteilig bei Filmaufnahmen bemerkbar machen, indem Streifen über das Bild laufen oder die Bewegung von Objekten falsch dargestellt wird. Dieser Effekt resultiert aus einer Interferenz zwischen der Frequenz des Lichts und der Bildwiederholrate.

Eine weitere mögliche Auswirkung des Stroboskopeffekts besteht darin, dass sich bewegende Teile als stehend wahrgenommen werden oder mit verlangsamter Bewegung oder gar mit rückläufiger Bewegung. Diese Effekte entstehen immer dann, wenn ein sich bewegendes Teil, z.B. das Sägeblatt einer Kreissäge, mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, die selbst eine gewisse Frequenz hat. Die Drehung des Sägeblatts tritt mit der Frequenz des Lichts in Interaktion, je nach Verhältnis dreht sich das Sägeblatt in der Wahrnehmung falsch herum, es dreht sich langsamer oder es wird als stillstehend wahrgenommen – was fatale Konsequenzen für die Sicherheit haben kann. Schließlich besteht beim Stroboskopeffekt auch die Möglichkeit, dass beispielweise fallende Regentropfen als eine gepunktete Linie oder Perlschnur wahrgenommen werden.

Was kann bei einer LED-Leuchte Flimmern oder den Stroboskopeffekt auslösen?

Die Lichtquelle LED selbst ist immer flimmerfrei. Ob die Leuchte flimmerfrei ist, hängt von der Qualität des verwendeten Betriebsgeräts ab. Bei hochwertigen Betriebsgeräten treten die genannten Effekte in der Regel nicht auf.
Es gibt verschiedene Ursachen, die das Flimmern bei einer LED-Leuchte auslösen können:

  1. Eine mögliche Ursachen des Flimmerns sind Lastschwankungen im Stromnetz, die von der Elektronik des LED Betriebsgeräts nicht aufgefangen werden.

  2. Eine weitere Ursache ist, dass Betriebsgeräte niedriger Qualität den (Netz-) Wechselstrom zwar in Gleichstrom umwandeln, diesen aber nicht ausreichend glätten. So können periodische Helligkeitsschwankungen entstehen, die als Flimmern wahrgenommen werden.

  3. Interferenzen innerhalb eines LED-Betriebsgeräts können bewirken, dass die LED-Leuchte beim Schalten kurz flackert oder aufblitzt.

  4. Eine weitere Ursache für das Flimmern von LED-Licht kann das Dimmverfahren des Betriebsgeräts sein. Unkritisch ist bei hochwertigen Betriebsgeräten die Konstantstromregelung (CCR). Im Gegensatz zur Pulsweitenmodulation (PWM) wird beim Dimmen der LED mit dem CCR-Verfahren der Betriebsstrom reguliert. PWM hingegen schaltet die LED in hochfrequenten Zyklen an und aus und reguliert dadurch die wahrgenommene Helligkeit. Die Schaltfrequenz ist für das menschliche Auge in der Regel nicht wahrnehmbar. Filmkameras sind hier empfindlicher, was besonders bei stark gedimmten Leuchten zu Artefakten wie horizontalen Streifen im Bild führen kann.

Was sind die Messgrößen für Flimmern bei LED-Leuchten?

In der Verordnung EU 2019/2020 zur Richtlinie 2009/125/EG (Ökodesign-Richtlinie) werden zwei Bewertungsgrößen für Temporal Light Artefacts (TLA) definiert:

  • Die PstLM zur Bewertung von sichtbarem Flimmern im Frequenzbereich 0,3 Hz bis 80 Hz. „st“ steht für „Kurzzeit“ (englisch „short term“), während „LM“ für „Light flicker meter method“ also „Licht-Flimmermessmethode“ steht.

  • Die „stroboskopische Sichtbarkeitsmessung“ SVM (englisch „Stroboscopic Visibility Measure“) zur Bewertung des Stroboskopeffekts bei bewegten Objekten im Frequenzbereich 80 Hz bis 2000 Hz.


Bei beiden Kenngrößen bedeutet ein Wert von 1, dass ein durchschnittlicher Beobachter das Flimmern mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % erkennt. Die zulässigen Grenzwerte sind 1 für PstLM und 0,4 für SVM.

Interessant:
Eine LED Leuchte gilt dann als flimmerfrei, wenn der SVM Wert <= 0,4 ist und wenn der PstLM Wert <= 1,0 ist.

Wann ist eine Leuchte Video-geeignet?

Wenn eine Leuchte per Pulsweitenmodulation (PWM) gedimmt und Filmaufnahmen gemacht werden, kann es zu Streifen im Bild kommen. Ob und wie stark die Streifen ausgeprägt sind, hängt von der Bildwiederholrate und der Frequenz ab, mit der das Betriebsgerät die LED ein- und ausschaltet.

Gut zu wissen:
Eine LED-Leuchte gilt dann als Film-geeignet, wenn der SVM Wert <= 0,1 ist und wenn der PstLM Wert <= 1,0 ist.

Das ERCO Lichtwissen gibt es auch als Whitepaper:

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