Flicker, effetto stroboscopico e modulazione temporale della luce
Temporal Light Artefacts - TLA
Nel testo che segue presentiamo i due vecchi metodi per misurare i flicker e quelli nuovi. Osservazione preliminare: termini come "senza sfarfallii" e "compatibile con telecamere" non sono disciplinati da normative. Pertanto cercheremo ora di esporre una valutazione oggettiva del tema flicker. La modulazione temporale della luce è irritante per l’occhio umano e quindi sempre percepita come disturbo. In natura l’occhio si adatta da milioni di anni a un aumento e a una diminuzione graduale dell’intensità luminosa, per cui anche il lento sfarfallio di una candela può riuscire fastidioso.
Oltre all’asta in rapido movimento, esiste un altro metodo di controllo che si può eseguire con la fotocamera di un telefono cellulare. Se sul display si vedono striature mentre si inquadra la sorgente luminosa, significa che il flusso luminoso oscilla. L’effetto però dipende dall’elettronica della fotocamera e quindi non può essere considerato affidabile.
La modulazione della luce si può verificare anche con le sorgenti luminose elettriche. Una lampada a incandescenza viene alimentata dalla rete elettrica con corrente alternata alla frequenza di 50 Hz. La corrente attraversa il filamento di tungsteno a una frequenza doppia, ossia 100 volte al secondo. Questo comporta un’incandescenza e un raffreddamento. L’emissione di flusso luminoso subisce pertanto oscillazioni. Tuttavia, poiché il filamento è molto inerte e si raffredda solo con estrema lentezza, questa modulazione della luce non viene percepita come fastidiosa.
Nella tecnologia LED è il converter a uniformare la corrente alternata. A seconda della sua qualità, il segnale si spiana meglio o peggio. Un LED reagisce molto rapidamente, per cui lo sfarfallio si nota subito. Le oscillazioni minime del flusso luminoso sono chiamate ripple e di solito non comportano alcun danno.
Dimmen CCR vs. PWM
Se gli apparecchi LED vengono dimmerati modulando l’ampiezza di impulsi (PWM), il LED si spegne brevemente. Questa interruzione assoluta del flusso luminoso viene percepita come particolarmente fastidiosa e può provocare mal di testa, emicranie e persino crisi epilettiche. Per questo non si dovrebbe mai ricorrere a dimmer con metodo PWM. Tuttavia, a una frequenza > 2000Hz non si sono dimostrati ulteriori danni.
Percentuale di flicker
La percentuale di flicker o profondità di modulazione descrive il calo del flusso luminoso al valore più alto. Nessuno sfarfallio allo 0%, mentre il valore peggiore è al 100%.
Flicker % = 100 (max - min) / (max + min) = 100 (A - B) / (A + B)
Esempio: in una lampada a incandescenza il flusso luminoso scende da 100 a 85.
Flicker % = 100 x (100 - 85) / (100 + 85) = 8,1%
In un LED dimmerato con PWM, la percentuale di flicker arriva al 100% (pessima). Per contro i LED dimmerati con riduzione di corrente non presentano quasi nessuno sfarfallio. Svantaggio della percentuale di flicker: non si tiene conto né della forma della curva di modulazione né della frequenza. Non esiste un limite esatto di assenza di rischio.
I dispositivi di misurazione "palmari" disponibili in commercio indicano l’esatto valore di % flicker solo nell’intervallo tra 10 e 165 Hz. Questa semplice misurazione consente una valida stima iniziale nella maggior parte dei casi. Per misurare frequenze più elevate sono invece necessari costosi strumenti di misura.
Il grafico mostra i limiti raccomandati dalla IEEE per modulare la corrente dei LED di potenza allo scopo di escludere rischi per la salute dei presenti. L’area grigia rappresenta le profondità di modulazione raccomandate. Nell’intervallo di bassa frequenza fino a ~ 90 Hz, anche una modulazione minima della luce è fastidiosa. L’effetto di disturbo della modulazione diminuisce fino a una frequenza di ~ 2000 Hz.
Ad esempio non si verificano effetti negativi se il flicker è <8% a 100 Hz. Esempio: per non avere modulazioni di disturbo, la profondità di modulazione dovrebbe essere di <1% a 50 Hz e di <8% a 100 Hz.
Compatibilità con telecamere
Nella normativa EN 12193 che disciplina l’illuminazione di impianti sportivi, il punto 7.3.8 relativo alla trasmissione in super slow motion specifica quanto segue: con tempi integrati da 1/15s a 1/2000s, un FF < 1 % assicura immagini prive di sfarfallio. Se occorrono apparecchi d’illuminazione per riprese televisive, su richiesta XAL può fornire converter che soddisfino questo criterio.
Indice flicker
L’indice flicker, che varia da 0 (assenza di sfarfallio) a 1, misura la variazione ciclica considerando la forma d’onda, definita come l’intensità luminosa media della superficie della forma d’onda divisa per l’intensità luminosa media sull’intera superficie, vedi figura 1.
Indice flicker = (superficie 1) / (superficie 1 + superficie 2)
Questa formula viene calcolata dallo strumento che misura la luce. Vantaggio: tiene conto della forma d’onda. Svantaggio: non considera la frequenza.
Nuovi metodi migliorati per quantificare la modulazione di luce
PstLM e SVM in vigore dal 01 settembre 2021
PstLM si applica alle frequenze da 0 a 80 Hz, SVM invece alle frequenze da 80 a 2000 Hz. PstLM: (modulazione della luce di breve durata). Il misuratore del flicker è il parametro standardizzato PstLM, laddove "st" sta per "short term" e "LM" per "light modulation". Il valore PstLM = 1 significa che un osservatore medio rileva il flicker con una probabilità del 50%. Il valore 0 è molto valido, il valore limite è ≤ 1, mentre un valore superiore a 1 non è ammissibile secondo il regolamento di ecodesign delle sorgenti luminose. La modulazione della luce di breve durata a una frequenza compresa tra 0 e 80 Hz è una metrica del flicker adottata dalle norme elettrotecniche per valutare la qualità della rete (IEC 61000). Questa si serve dell’analisi di intervalli di tempo per eseguire variazioni aperiodiche del segnale di ingresso con frequenze fino a 80Hz.
Svantaggio: dal momento che il valore PstLM è nuovo, non si dispone ancora di alcuna esperienza. Un valore di ≤ 1 è considerato ammissibile. Si presume che un valore molto valido sia pari a 0. Il valore PstLM non si può rilevare con strumenti di misura convenzionali. Occorrono necessariamente nuovi e costosi strumenti appositi. Per ulteriori informazioni vedi: CIE TN 006:2016
Misura della visibilità stroboscopica
Stroboscopic effect visibility measure (SVM)
La misura della visibilità stroboscopica considera la gamma di frequenze da 80 a 2.000 Hz. Il misuratore dell’effetto stroboscopico è il parametro "SVM". Il valore SVM = 1 rappresenta la soglia di visibilità per l’osservatore medio. SVM è una nuova metodologia sviluppata da Philips Research per valutare l’effetto stroboscopico che può verificarsi in presenza di oggetti in movimento e di modulazione della luce in una determinata gamma di frequenze.
Svantaggio: (come nel caso di PstLM). Dal momento che il valore SVM è nuovo, non si dispone ancora di alcuna esperienza. Secondo la direttiva di ecodesign è ammesso un valore ≤ 0,9. A partire dal 01.09.2024, il valore SVM deve ammontare a ≤ 0,4, sempre secondo la direttiva di ecodesign. Il valore SVM non si può rilevare con strumenti di misura convenzionali. Occorrono necessariamente nuovi e costosi strumenti appositi. Per ulteriori informazioni vedi: CIE TN 006:2016
Gli apparecchi XAL sono costruiti in modo tale che i valori limite delle due nuove variabili di misura "PstLM" e "SVM" rimangano inferiori a quelli previsti.
