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Was ist Lichtflimmern?
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Lichtflimmern, auch Temporal Light Artefact (TLA) oder Lichtmodulation genannt, beschreibt die Helligkeitsschwankung eines elektrisch betriebenen Leuchtmittels.
Dazu gehören das Lichtflimmern, auch Flimmern oder Flickern genannt, die Stroboskopeffekte und die Perlschnureffekte.
Was ist der Unterschied?
Lichtflimmern
Das Lichtflimmern beschreibt eine visuelle Unstetigkeit, die durch einen Lichtreiz verursacht wird.
Ein Beobachter nimmt die Schwankungen der Helligkeit wahr, sobald er sich in einer statischen Umgebung befindet.
Stroboskopeffekt
Kommt zu den Schwankungen der Leuchtdichte eine schnelle Bewegung hinzu, können spezielle visuelle Phänomene auftreten.
Rotierende Maschinenteile könnten dadurch fälschlicher Weise als stillstehend wahrgenommen werden.
Perlschnureffekt
In einem statischen Umfeld kann es durch Lichtreize in Kombination mit Bewegung dazu kommen, dass ein Beobachter eine veränderte Form oder Position von Objekten wahrnimmt. Sie treten zumeist bei Augenbewegungen auf und sind eher selten.
Welche Wirkung hat Lichtflimmern auf den Menschen?
Sowohl vom Lichtflimmern als auch von den Stroboskopeffekten sind verschiedene Auswirkungen auf die Gesundheit bekannt. Insbesondere für Menschen mit Epilepsie können unbewusst wahrgenommene Lichtreize sogar die möglichen Auslöser für Anfälle sein.
Doch auch ein bewusstes, visuell wahrnehmbares Flimmern (oberhalb der Flimmerverschmelzungsfrequenz) wirkt sich negativ auf das menschliche Nervensystem aus. Betroffene berichten häufig von Beschwerden wie Augen- und Kopfschmerzen oder einer verminderten visuellen Leistungsfähigkeit.
Weitere mögliche Auswirkungen sind:
- Allgemeines Unwohlsein
- Kopfschmerzen, Migräne
- Schweregefühl der Augenlider
- Augenrötung und -schmerzen
- Schwindelgefühl
- Ermüdung
- Kognitive Leistungsabnahme
- Unbehaglichkeit und Unwohlsein
Wie entsteht Lichtflimmern?
Lichtflimmern wird durch den Wechselanteil des Stroms verursacht. Der Wechselstrom ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung in sehr kurzen Abständen ihre Polarität von Plus zu Minus ändert und umgekehrt. Genau gesagt ändert sie sich 50 Mal in der Sekunde – das ist die Frequenz von 50 Hz.
Ändert der Strom nun seine Stärke, wie es bei Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz der Fall ist, ändert sich die Helligkeit (als lichttechnische Größe ausgedrückt: die Leuchtdichte) 100-mal pro Sekunde (= Flimmerfrequenz 100 Hz).
Das ist prinzipiell auch bei der Glühlampe der Fall – allerdings reagiert der Glühdraht so langsam mit der Abkühlung und Erwärmung, dass kein sichtbares Lichtflimmern wahrzunehmen ist.
Modernere Lichtquellen, wie Leuchtstoffröhren und LEDs reagieren bedeutend schneller auf Strom- oder Spannungsschwankungen. Halbleiter wie die LED haben eine Reaktionszeit von etwa 300 Mikrosekunden, damit emittieren sie das Licht zeitlich präzise nach dem Strom, der sie durchfließt.
Deswegen kommen für LEDs elektrische Vorschaltgeräte (sog. Treiber) zum Einsatz, die den Wechselstrom in einen konstanten Gleichstrom umwandeln. Je nachdem, wie gut oder schlecht das Vorschaltgerät nun die Netz-Wechselspannung in Konstantstrom umwandelt, flimmert eine LED Leuchte also letztendlich oder nicht.
Neue LED Leuchtmittel verwenden eine zum Teil eine „treiberlose AC-Technik“ oder einen „AC-Direktbetrieb 230V“. Dabei werden aus Kostengründen die Kondensatoren eingespart, um die Produktlebensdauer zu steigern. Der Nachteil ist jedoch eine hohe Lichtmodulation, die sich durch stroboskopartiges Flimmern äußert.
Flimmern alle Lichtquellen?
Lichtflimmern gibt es schon so lange, wie es mit Wechselstrom betriebene Lichtquellen gibt. Theoretisch gesehen leiden auch gewöhnliche Glühlampen unter diesem Problem. Der Wolframfaden der Glühlampe ist jedoch zu träge, die Stromänderungen umzusetzen, deswegen ist kein Lichtflimmern erkennbar.
Bei konventionellen Leuchtstofflampen reagiert das enthaltene Gasgemisch sehr schnell auf Stromänderungen. Ein Lichtflimmern mit 100 Hz ist für das menschliche Auge stark wahrnehmbar. Erst durch die Verwendung von modernen, elektronischen Vorschaltgeräten ist das Flimmern nicht mehr als störend wahrzunehmen, da diese deutlich höhere Schaltfrequenzen verwenden.
Wann nehmen wir Lichtflimmern wahr?
Das menschliche Auge kann Schwankungen der Lichtintensität nur dann visuell bewusst wahrnehmen, wenn die Frequenz niedrig genug und die Schwankungen der Leuchtdichte groß genug sind.
Erhöht sich die Flimmer-Frequenz, kann das Auge die Schwankungen nicht mehr auflösen und nimmt die Strahlung als kontinuierlich wahr. Das ist die sogenannte Flimmerverschmelzungsfrequenz oder auch Flimmerfusionsfrequenz bzw. kritische Flickerfrequenz.
Die Flimmerverschmelzungsfrequenz ist diejenige Frequenz, bei der eine Folge von Lichtreizen als kontinuierliches Licht wahrgenommen wird. Der (Licht-)Reizwechsel wird nicht mehr wahrgenommen, sondern verschmilzt zu einem einheitlichen Bild das wir als Licht wahrnehmen.
Sie hängt vom Adaptationszustand des Auges, dem Ermüdungsgrad, der Leuchtdichte (Ferry-Porter-Gesetz) und anderen Bedingungen ab. Bei Menschen liegt die Flimmerverschmelzungsfrequenz bei etwa 10 – 60 Einzelreizen pro Sekunde.
Welche Grenzwerte gibt es für Lichtflimmern?
Bisher wurde Lichtflimmern lediglich in der DIN EN 12464-1 und der DIN EN 14464-2 (Beleuchtung von Arbeitsstätten) erwähnt. Darin stand, dass Stroboskoplicht eine unzumutbare Form der Lichtmodulation sei, die es zu vermeiden gilt.
Neu ist jedoch eine Verordnung der EU-Kommission, die sich mit der Produktgestaltung von Lichtquellen befasst und ab dem 01. September 2021 in Kraft tritt.
Darin sind Ökodesign-Anforderungen für Lichtquellen und separate Betriebsgeräte festgelegt, die unter anderem auch Grenzwerte für Lichtflimmern umfassen.
Für Lichtflimmern wird die Messgröße „Pst LM“ als Parameter verwendet, wobei „st“ für „Kurzzeit“ (Short term) und „LM“ für „Licht-Flimmermessmethode“ (light flickermeter method) steht. Der Wert Pst LM = 1 bedeutet, dass ein durchschnittlicher Beobachter mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % ein Flimmern erkennt.
Für Stroboskopeffekte werden „SVM“ (stroboscopic visibility measure) als genormte Größe verwendet. Dabei ist SVM = 1 die Sichtbarkeitsschwelle für einen durchschnittlichen Beobachter.
Mit der Verordnung 2019/2020 der EU-Kommission gelten dann die folgenden Grenzwerte für die Leuchtenindustrie:
Flimmerfrequenzen < 70Hz: Pst LM ≤ 1,0
Stroboskop Effekt mit Frequenzen > 80Hz: SVM ≤ 0,4
Die Grenzwerte gelten bei Volllast für einen Großteil aller Leuchten. Ausgenommen sind:
- dimmbare Lichtquellen (z.B. 1-10V Dimmung)
- Außenbeleuchtung
- Leuchten mit einem CRI < 80
Was bedeuten die Grenzwerte für Lichtflimmern konkret?
Konkret bedeutet es, dass sowohl Leuchtenhersteller als auch Händler ab dem 01. September 2021 dazu verpflichtet sind, Flimmerwerte zu ihren Produkten anzugeben.
In der Delegierten Verordnung 2019/2015 der EU Kommission vom 11.März 2019 finden sich neben den Berechnungsmethoden der Energieeffizienzklassen auch Abbildungen für die neuen Energieeffizienzlabel mit QR-Code.
Dieser QR-Code enthält einen Link zu einer Produktdatenbank, in der die Hersteller und Händler ihre Produkte mit allen relevanten Daten hinterlegen müssen (Artikel 3 und 4).
Das Label von Lichtquellen muss die folgenden Informationen enthalten:
I. Name oder Handelsmarke des Lieferanten
II. Modellkennung des Lieferanten
III. Skala der Energieeffizienzklassen von A bis G
IV. Energieverbrauch in kWh (ausgedrückt als Stromverbrauch der Lichtquelle zu je 1.000 Stunden im eingeschalteten Zustand)
V. QR-Code
VI. Energieeffizienzklasse gemäß Anhang II
VII. die Nummer der geltenden Verordnung (also „2019/2015“)