Τεράστια διαφοροποίηση στα χαρακτηριστικά της χρονικής διαμόρφωσης φωτισμού παρουσιάζουν τα συστήματα LED κατά τη λειτουργία τους. Στο παρόν άρθρο εξετάζεται πώς τα μπορούν τα συγκεκριμένα συστήματα να επηρεάσουν την οπτική αντίληψη και τη νευροβιολογία μας, καθώς και ποια είναι τα ενδεδειγμένα πρότυπα για τη σωστή λειτουργία τους.
Tου Λάμπρου Θ. Δούλου
Τα σύγχρονα συστήματα φωτισμού διαφέρουν πολύ στο βαθμό που παρουσιάζονται μεταβολές φωτισμού κατά τη διάρκεια λειτουργίας τους (χρονική διαμόρφωση φωτισμού – Temporal Light Modulation [TLM]). Αυτό οφείλεται κυρίως στον τρόπο που χρησιμοποιείται το ηλεκτρονικό σύστημα οδήγησης και στον τρόπο που οδηγούν και ελέγχουν τη φωτεινή πηγή ή το φωτιστικό σώμα.
Ενώ στα φωτιστικά σώματα παλαιάς τεχνολογίας υπήρχε παρόμοια συμπεριφορά στα χαρακτηριστικά της χρονικής διαμόρφωσης φωτισμού ανεξαρτήτως του κατασκευαστή τους (π.χ τα ηλεκτρομαγνητικά ballast για οδήγηση Τ8 λαμπτήρων), στα συστήματα φωτισμού LED υπάρχει τεράστια διαφοροποίηση μεταξύ τους.
Οι επιδράσεις της χρονικής διαμόρφωσης φωτισμού είναι γνωστές και μπορούν να επηρεάσουν την οπτική αντίληψη του ανθρώπου, την νευροβιολογία του αλλά και τη γενικότερη επίδοσή του με δυσμενείς τρόπους.
Τα ανεπιθύμητα αποτελέσματα στην οπτική αντίληψη ενός ανθρώπινου παρατηρητή είναι γνωστά με τον όρο Temporal Light Artefacts (TLA). Γνωστά παραδείγματα τέτοιων ανεπιθύμητων ενεργειών είναι η φωτεινή μαρμαρυγή ή τρεμόπαιγμα (flicker), η στροβοσκοπική επίδραση (stroboscopic effect) και το φαινόμενο της «συστοιχίας οράματος» (phantom array effect).
Ο όρος flicker (φωτεινή μαρμαρυγή) αναφέρεται σε άμεσα ορατές διαμορφώσεις μιας στατικής πηγής φωτός σε σχετικά χαμηλές συχνότητες (μικρότερες από 80 Hz) και σε μικρά επίπεδα διαμόρφωσης που παρατηρεί ένας στατικός παρατηρητής.
Η στροβοσκοπική επίδραση (Stroboscopic effect) είναι το αποτέλεσμα που μπορεί να γίνει ορατό σε έναν στατικό παρατηρητή όταν ένα κινούμενο ή περιστρεφόμενο αντικείμενο φωτίζεται από μια υπό διαμόρφωση φωτεινή πηγή σε υψηλότερες συχνότητες (πάνω από 80 Hz και μέχρι 2kHz) και όταν υπάρχουν μεγαλύτερα επίπεδα διαμόρφωσης.
Στο φαινόμενο του «phantom array effect» παρατηρείται αλλαγή στο αντιληπτό σχήμα ή στις χωρικές θέσεις αντικειμένων, η οποία προκαλείται από ένα οπτικό ερέθισμα φωτός, όταν η λαμπρότητα ή η φασματική κατανομή κυμαίνονται με το χρόνο, για έναν μη στατικό παρατηρητή σε ένα στατικό περιβάλλον.
Το φαινόμενο αυτό θα μπορούσε να γίνει αντιληπτό από ένα μέσο άτομο όταν κάνει ένα «σακούλιασμα» στα μάτια προς μια μικρή πηγή φωτός που έχει περιοδική διακύμανση. Τότε η φωτεινή πηγή μπορεί να γίνει αντιληπτή ως μια σειρά χωρικά εκτεταμένων σημειακών πηγών φωτισμού. Η δυσμενής επίδραση της χρονικής διαμόρφωσης φωτισμού στον άνθρωπο μπορεί να είναι πονοκέφαλος και καταπόνηση των ματιών. Τα προϊόντα φωτισμού που εμφανίζουν τρεμοπαίξιμο ή στροβοσκοπικό φαινόμενο θεωρούνται φωτιστικά σώματα κακής ποιότητας και απαγορεύεται η χρήση τους.
Συστήματα μετρήσεων
Αυτή τη στιγμή, για την περιγραφή των χαρακτηριστικών της χρονικής διαμόρφωσης φωτισμού των συστημάτων φωτισμού, υπάρχουν αρκετά συστήματα μετρήσεων κάτω από διαφορετικά πρότυπα. Μεταξύ αυτών είναι η κυρίαρχη συχνότητα (dominant frequency), το βάθος της διαμόρφωσης (modulation depth), o δείκτης flicker, η ολοκληρωμένη μέτρηση κυματισμού μικρότερη από 80Ηz (γνωστή ως PstLM) και η στροβοσκοπική μέτρηση ορατότητας (Strovoscopic Visibility Measure, SVM). Οι τιμές αυτών των δεικτών θα πρέπει να είναι οι ελάχιστες δυνατές.
Πιο συγκεκριμένα, για να περιοριστούν οι δυσμενείς επιδράσεις της χρονικής διαμόρφωσης φωτισμού στον άνθρωπο, τα συστήματα φωτισμού θα πρέπει να λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες (πάνω από 15kHz) ή με τροφοδοσία DC.
Επιπρόσθετα, τα κριτήρια αποδοχής για τις μετρήσεις TLA εξαρτώνται τόσο από την ορατότητα όσο και από την κρισιμότητα της εφαρμογής. Για παράδειγμα, σε ένα εργοστάσιο ή στους αθλητικούς χώρους, η απουσία στροβοσκοπικών εφέ είναι κρίσιμη σε σχέση με την ασφαλή λειτουργία των μηχανημάτων και της τηλεοπτικής μετάδοσης στα αθλήματα, ενώ για ορισμένες άλλες εφαρμογές φωτισμού τα στροβοσκοπικά εφέ αντιμετωπίζονται σπάνια ως ζήτημα.
Ως εκ τούτου, ο προσδιορισμός και των δύο μετρήσεων και των κριτηρίων αποδοχής τους εξαρτάται από την εφαρμογή του φωτισμού. Σύμφωνα με τις υποχρεωτικές οδηγίες της Ε.Ε. από το 2021, για κοινές εφαρμογές (σπίτι, γραφείο κλπ.) ο δείκτης για τη φωτεινή μαρμαρυγή PstLM σε πλήρες φορτίο πρέπει να είναι μικρότερος ή ίσος της μονάδας. Ο δείκτης Pst = 1 προσομοιώνει τη συμπεριφορά μιας λάμπας πυρακτώσεως που γίνεται αντιληπτή από έναν μέσο παρατηρητή, όταν παραμορφώνεται από την τάση της τροφοδοσίας. Τα πρότυπα καθορίζουν τα μέγιστα επίπεδα διαταραχών τάσης τροφοδοσίας που μπορεί να παράγει ο οικιακός ηλεκτρικός εξοπλισμός (π.χ. πλυντήρια, κουζίνες, κλιματιστικά) στην τάση δικτύου. Οποιαδήποτε άλλη πηγή ελέγχεται με αυτήν την τιμή.
Η στροβοσκοπική επίδραση
Όσον αφορά τη μέτρηση της στροβοσκοπικής επίδρασης, θα πρέπει να είναι SVM μικρότερη ή ίση με 0,4. Στο όριο ανιχνευσιμότητας, όπου Pst = 1 ή SVM = 1, ένας υποθετικός μέσος παρατηρητής μπορεί να ανιχνεύσει τρεμόπαιγμα ή στροβοσκοπικό αποτέλεσμα, αντίστοιχα, με πιθανότητα 50%. Για αυτές τις μετρήσεις, μια χαμηλότερη τιμή σημαίνει ότι το τρεμόπαιγμα είναι λιγότερο πιθανό να παρατηρηθεί, ενώ μια υψηλότερη τιμή σημαίνει ότι το αποτέλεσμα είναι πιο πιθανό να παρατηρηθεί. Γι’ αυτό η τήρηση των ορίων είναι εξαιρετικά σημαντική.
Για το «phantom array effect», η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη για τον προσδιορισμό ενός συστήματος μέτρησης για τον ποσοτικό προσδιορισμό αυτού του φαινομένου. Για τη σημασία του φαινομένου αυτού θα πρέπει να αναφερθεί πως είναι ορατό κυρίως σε υπαίθριες νυχτερινές καταστάσεις, όπου υπάρχει υψηλή αντίθεση λαμπρότητας, όταν παρατηρούμε π.χ. τα φώτα φρένων σε ένα αυτοκίνητο.
Μπορεί επίσης να είναι ορατό και σε εσωτερικούς χώρους, εάν μια έντονα διαμορφωμένη πηγή φωτός με σκοτεινό φόντο (όπως ένα εστιακό σποτ σε μια σκοτεινή οροφή) είναι στο άμεσο οπτικό πεδίο ενός παρατηρητή που κινεί γρήγορα τα μάτια του. Έτσι μπορεί να σχηματιστεί στον αμφιβληστροειδή μια σειρά από εικόνες του ίδιου αντικειμένου, π.χ. των άκρων του φωτιστικού που είναι στο ορατό πεδίου του κινούμενου παρατηρητή.
