Scintillement, effet stroboscopique et modulation temporelle de la lumière
Temporal Light Artefacts - TLA
Dans le texte suivant, les deux anciennes méthodes d’évaluation du scintillement et les nouvelles méthodes de mesure sont présentées. Remarque préliminaire : les expressions telles que « sans effet de scintillement » et « compatible avec les caméras » ne sont pas des termes normalisés. C’est pourquoi nous allons maintenant tenter de présenter une évaluation objective du phénomène de scintillement. La modulation temporelle de la lumière est une source d’irritation pour l’œil humain et est donc toujours perçue comme dérangeante. Dans la nature, l’œil s’est adapté pendant des millions d’années à une augmentation et une diminution progressive de l’intensité lumineuse, de sorte que même le léger scintillement d’une bougie peut être perturbant.
Outre l’utilisation d’une barre déplacée rapidement, il existe une autre méthode de vérification qui peut être effectuée à l’aide d’un appareil photo de téléphone portable. Si des bandes sont visibles sur l’écran lors de l’enregistrement vers la source de lumière, alors le flux lumineux fluctue. Cet effet dépend toutefois de l’électronique de la caméra et ne peut donc pas être considéré comme fiable.
Une modulation de la lumière peut également se produire avec des sources lumineuses électriques. Une lampe à incandescence est alimentée par notre réseau électrique en courant alternatif de fréquence 50Hz. À la fréquence double, soit 100 fois par seconde, le courant traverse le filament en tungstène, ce qui entraîne un cycle d’échauffement et de refroidissement. Le flux lumineux fluctue. Cependant, étant donné que le filament est très inerte et ne se refroidit que très lentement, cette modulation de la lumière n’est pas perçue comme gênante.
Dans la technologie LED, un convertisseur est utilisé pour la régulation du courant alternatif. Selon la qualité, le signal est plus ou moins bien régulé par le convertisseur. Une LED réagit très rapidement, de sorte qu’un scintillement est rapidement perceptible. Les variations minimales du flux lumineux sont appelées ondulation ou ripple, qui n’ont généralement aucune incidence.
Variation de l’intensité : CCR et PWM
Si les luminaires LED sont réglés en utilisant la modulation de largeur d’impulsion (PWM), cela entraîne une brève interruption de l’éclairage des LED. Cette chute absolue du flux lumineux est perçue comme particulièrement gênante et peut provoquer des maux de tête, des migraines et même des crises d’épilepsie. C’est pourquoi il est déconseillé d’utiliser n’importe quel type de gradateur utilisant la modulation de largeur d’impulsion (PWM). Cependant, à une fréquence > 2000Hz, aucune altération n’a pu être mise en évidence.
Pourcentage de scintillement
Le pourcentage de scintillement ou la profondeur de modulation décrit la diminution du flux lumineux jusqu’à sa valeur maximale. Sans effet de scintillement à 0 %, la valeur la plus mauvaise étant 100 %.
% de scintillement = 100 (Max - Min) / (Max + Min) = 100 (A - B) / (A + B)
Exemple : pour une ampoule à incandescence, le flux lumineux diminue de 100 à 85.
% de scintillement = 100 x (100 - 85) / (100 + 85) = 8,1 %
Pour une LED dimmée avec une modulation de largeur d’impulsion (PWM), le pourcentage de scintillement peut atteindre jusqu’à 100 % (très mauvais). Les LED dimmées par réduction du courant ont pratiquement aucun scintillement. Inconvénient du taux de scintillement : ni la forme de la courbe de modulation ni la fréquence ne sont prises en compte. Aucune limite précise d’innocuité n’est établie.
La valeur du pourcentage de scintillement n’est précisément indiquée que dans la plage de 10 à 165 Hz par les appareils de mesure portables couramment disponibles. Cette mesure simple permet dans la plupart des cas une bonne première évaluation. Pour mesurer des fréquences plus élevées, un équipement de mesure coûteux est nécessaire.
Le graphique montre les limites recommandées par l’IEEE pour moduler le courant des LED à haute luminosité afin d’éliminer les risques pour la santé des observateurs. La zone grise représente les profondeurs de modulation recommandées. Dans la plage des basses fréquences jusqu’à environ 90 Hz, même une modulation de la lumière minime est perçue comme gênante. L’effet perturbateur de la modulation de la lumière diminue jusqu’à une fréquence d’environ 2000 Hz.
Aucune perturbation négative n’est observée, par exemple, lorsque le scintillement est inférieur à 8 % à 100 Hz Exemple : à 50 Hz, la profondeur de modulation doit être <1 %, à 100 Hz <8 % pour ne pas obtenir de modulations temporelles gênantes de la lumière.
Compatible avec les caméras
Dans la norme EN 12193, Éclairage des installations sportives, la section 7.3.8 stipule ce qui suit pour la transmission en super ralenti : pour des durées d’intégration de 1/15s à 1/2000s, un FF < 1 % garantit des images sans scintillement. Si des luminaires sont nécessaires pour des prises de vue cinématographiques, XAL peut, sur demande, fournir des convertisseurs répondant à ce critère.
Indice de scintillement
L’indice de scintillement, qui varie de 0 (pas de scintillement) à 1, mesure la variation cyclique en tenant compte de la forme d’onde, défini comme l’intensité lumineuse moyenne de la surface de la forme d’onde divisée par l’intensité lumineuse moyenne sur toute la surface, voir figure 1.
Indice de scintillement = (surface 1) / (surface 1 + surface 2)
Cette formule est calculée par l’appareil de mesure de lumière. Avantage : la forme d’onde est prise en compte. Inconvénient : la fréquence n’est pas prise en compte.
Nouvelle méthode de mesure améliorée pour évaluer la modulation de la lumière
PstLM et SVM valables à partir du 1er septembre 2021
PstLM s’applique aux fréquences de 0 à 80Hz, SVM s’applique aux fréquences de 80 à 2000 Hz. PstLM : (modulation de lumière de courte durée). La grandeur de mesure du scintillement est le paramètre normalisé PstLM, où « st » signifie « courte durée » (short term) et « LM » la « modulation de la lumière ». La valeur PstLM = 1 signifie qu’un observateur moyen détecte le scintillement avec une probabilité de 50 %. La valeur 0 est excellente, la limite est de ≤ 1, une valeur supérieure à 1 est interdite selon le règlement sur l’écoconception des sources lumineuses. La modulation de lumière à court terme à une fréquence de 0 à 80Hz est une métrique de scintillement qui a été adoptée par les normes électriques pour évaluer la qualité du réseau (CEI 61000). Elle utilise l’analyse temporelle pour effectuer des modifications apériodiques du signal d’entrée pour des fréquences allant jusqu’à 80 Hz.
Inconvénient : la valeur PstLM étant récente, on ne dispose pas encore d’expérience à ce sujet. Une valeur de ≤ 1 est considérée comme acceptable. On peut estimer qu’une valeur de 0 est excellente. La valeur PstLM ne peut pas être déterminée avec des instruments de mesure traditionnels. Seuls les nouveaux appareils de mesure coûteux sont conçus pour cela. Pour plus d’informations, cf. : CIE TN 006:2016
Mesure de visibilité stroboscopique
Stroboscopic effect visibility measure (SVM)
La mesure de visibilité stroboscopique considère la gamme de fréquences de 80 à 2.000Hz. La mesure de l’effet stroboscopique est la grandeur normalisée appelée « SVM ». La valeur SVM = 1 est le seuil de visibilité pour l’observateur moyen. SVM est une nouvelle méthodologie développée par Philips Research pour évaluer l’effet stroboscopique qui peut être associé à des objets en mouvement et à la modulation de la lumière dans une certaine gamme de fréquences.
Inconvénient : (comme pour PstLM) Comme la valeur SVM est récente, il n’y a pas encore d’expérience à ce sujet. Une valeur de ≤ 0,9 est considérée comme acceptable selon la directive sur l’écoconception. À partir du 01/09/2024, la valeur SVM doit être ≤ 0,4 selon la directive sur l’écoconception. La valeur SVM ne peut pas être déterminée avec des instruments de mesure traditionnels. Seuls les nouveaux appareils de mesure coûteux sont conçus pour cela. Pour plus d’informations, cf. : CIE TN 006:2016
Les luminaires de XAL sont conçus de manière à respecter les limites des deux nouvelles grandeurs de mesure, « PstLM » et « SVM ».
