Illuminazione LED. Flicker sotto osservazione

L’occhio percepisce l’80% delle informazioni ambientali. In questo totale vi è anche il flicker che può avere un impatto negativo sul benessere delle persone, in relazione alla loro sensibilità percettiva (courtesy photo: Thinstock by Getty Images)
L’occhio percepisce l’80% delle informazioni ambientali. In questo totale vi è anche il flicker che può avere un impatto negativo sul benessere delle persone, in relazione alla loro sensibilità percettiva (courtesy photo: Thinstock by Getty Images)

Ronzii e sfarfallamenti sono problemi che si conoscono da sempre con i vecchi tubi fluorescenti. Nel tempo la tecnologia ha sviluppato reattori elettronici sempre più evoluti che hanno eliminato quasi interamente il fastidioso effetto. Oggi però, da quando in tutti i settori dell’illuminazione si sono imposti i LED (Light-emitting-Diode), il ronzio e lo sfarfallamento – in inglese flicker – ritorna di attualità e una qualità della luce “flickerfree” dipende essenzialmente dal driver LED

Un’efficiente illuminazione LED insieme alle crescenti esigenze in termini di comfort e qualità della luce riportano in evidenza le questioni connesse ai ronzii e agli sfarfallamenti dovuti alle variazioni di intensità della luce in tempi determinati e che coinvolgono diversi ambiti applicativi dell’illuminazione, per esempio con le riprese televisive sportive al rallenty oppure nell’ambito dell’illuminazione stradale, talvolta anche con l’illuminazione generale o delle postazioni di lavoro dove sono collocate macchine rotanti in rapido movimento.

A seconda della sensibilità e della frequenza questi disturbi possono arrecare danno allo stato di benessere delle persone. É comprovato che mentre le frequenze molto alte non hanno effetti sullo stato di benessere, le hanno quelle sotto i 120 Hz. In questo articolo ci concentriamo su queste.

Come si generano i flicker?

I flicker (sfarfallii) possono avere cause diverse. Per chi costruisce i reattori è la corrente di ripple (corrente ondulata) ad avere il ruolo decisivo: si tratta della corrente alternata residua che attraversa un utilizzatore dopo il raddrizzamento e il filtraggio.

Si sovrappone in pratica alla corrente continua e può presentare variazioni di presenza e curva. Questo residuo provoca oscillazioni nel modulo LED che comportano a loro volta cambiamenti nella luminanza.

L’entità dei flicker dipende dalla quantità del residuo di corrente alternata, dalla sua frequenza ovvero regolarità. In questo quadro comunque hanno una certa importanza anche le tecnologie portanti della sorgente LED e lo stesso design dell’apparecchio d’illuminazione. In altre parole, se per la sorgente LED si utilizza ad esempio fosforo come materiale di conversione, questo strato avrà effetto capacitivo e riuscirà ad eliminare una piccola parte del residuo di corrente alternata.

Flicker: effetti sulla percezione individuale

Nell’ illuminazione i flicker possono dare fastidio a seconda della sensibilità e del tipo di attività svolte, possono distrarre e mettere  a disagio, anche se le oscillazioni rimangono al di sotto della soglia del percepibile (percezione indiretta). In tutto questo conta molto la vista periferica: è proprio qui infatti che tutti i movimenti appaiono più intensi a prescindere che siano flicker oppure oggetti in movimento.

 Il flicker viene calcolato valutando la differenza di ampiezza nelle aree sopra e sotto il valore medio (courtesy: Tridonic)
Il flicker viene calcolato valutando la differenza di ampiezza nelle aree sopra e sotto il valore medio (courtesy: Tridonic)

Tuttavia in quale misura si percepiscano i flicker dipende anche dalla nostra sensibilità personale che a sua volta è legata alla vista, all’irritabilità della retina e dalle condizioni di luce del momento.

La maggiore sensibilità con cui si reagisce è intorno alle frequenze di 10 Hz mentre sopra i 70 Hz difficilmente si nota qualcosa. Ciò nonostante le persone più sensibili alla luce hanno ripercussioni anche a frequenze più alte, come ad esempio stanchezza ed emicrania; un altro effetto irritante è quello stroboscopico.

Nel nostro settore permangono discussioni e considerazioni sui criteri da adottare per escludere il più possibile i flicker. Le normative IEEE 1789-2015 formulano ora specifiche dettagliate sul fenomeno, sulla sua intensità ed effetto alle diverse frequenze oltre che sulla costruzione degli alimentatori. A seconda che i flicker si verifichino in modo percepibile cioè sotto i 70 Hz oppure ad una frequenza non percepibile, i valori di soglia sono differenti. Mentre al livello più critico intorno ai 10 Hz si nota già uno 0,5 % di flicker, a 60 Hz si fa notare solo una percentuale del 60 %, vale a dire 120 volte più intensa: è chiaro allora che il valore di soglia è molto più alto.

Per la prima volta, la norma 1789-2015 IEEE fornisce raccomandazioni complete per la riduzione del rischio per la salute per le persone. Il grafico mostra le curve di limite per lo sfarfallio in tutta la gamma di frequenze con basso o nessun rischio visibile (area verde) per la salute delle persone (courtesy: IEEE)
Per la prima volta, la norma 1789-2015 IEEE fornisce raccomandazioni complete per la riduzione del rischio per la salute per le persone. Il grafico mostra le curve di limite per lo sfarfallio in tutta la gamma di frequenze con basso o nessun rischio visibile (area verde) per la salute delle persone (courtesy: IEEE)

Alimentatori: una costruzione dei driver di qualità per abbattere i flicker in modo significativo

Raddrizzando la tensione di rete – in Europa di 50 Hz – nei driver LED si genera una elevata corrente di ripple a doppia frequenza cioè a 100 Hz. Inoltre i LED, a differenza delle sorgenti tradizionali, trasformano la corrente immediatamente in luce; questo significa che ai fini di una emissione luminosa senza disturbi è fondamentale un driver LED di qualità oltre alla compatibilità fra driver, dimmer e modulo LED.

A valutare il livello degli alimentatori torna utile il riferimento alle schede tecniche con dati come ad esempio l’“ondulazione residua corrente d’uscita”, l’ “Output Current Ripple” oppure la “corrente alternata residua”. In generale i valori riportati si riferiscono a 100 Hz; più scendono i valori, minore è il rischio di flicker.

Nelle misurazioni di sfarfallio di routine - in questo caso tramite la corrente di ripple - nel reattore Tridonic, i valori misurati rimangono al di sotto della soglia di percezione relativa (curva rossa) (courtesy: Tridonic)
Nelle misurazioni di sfarfallio di routine – in questo caso tramite la corrente di ripple – nel reattore Tridonic, i valori misurati rimangono al di sotto della soglia di percezione relativa (curva rossa) (courtesy: Tridonic)

I moderni alimentatori di qualità riducono al minimo l’ondulazione residua in uscita e lavorano con componenti reciprocamente calibrate alla perfezione. Il che significa elementi d’alta qualità con dati ben definiti e verificati in laboratorio, prestando particolare attenzione alle frequenze critiche intorno ai 10 Hz con lo scopo di andare a definire un nuovo standard di mercato.

Gli apparecchi di vecchia generazione con forte ondulazione residua vengono a questo punto consigliati soltanto per quei casi applicativi che non contemplano la presenza costante delle persone.

Flicker: i metodi consigliati per il dimming

Mentre i LED di per sé non implicano pericolo di flicker, la cosa cambia con il dimming: in particolare quello a modulazione di impulsi, che lo può aumentare o addirittura provocare. Quindi, per prevenire questo pericolo sono da consigliarsi altri sistemi di dimming, come ad esempio quello analogico. Dovendo invece rimediare agli svantaggi del dimming analogico ai livelli più bassi, i metodi preferibili restano quelli ibridi.

In conclusione…

I dati sulle correnti di ripple dei driver ci offrono una prima informazione sul rischio di flicker. Una valutazione più sicura la si ricava tuttavia dai dati completi dell’apparecchio di illuminazione.

I produttori illuminotecnici sono in grado di fornire informazioni precise sugli alimentatori usati, sull’entità del residuo di corrente alternata, sul metodo del dimming e sull’andamento delle frequenze; soprattutto quello compreso tra 0 e 120 Hz permette di capire a quanto ammonti la probabilità di flicker.

Andrà esaminato in particolare l’andamento tra i 10 e i 70 Hz perché qui il flicker ha il maggior effetto sulle persone. Tuttavia, rinunciando al dimming con modulazione di impulsi, si hanno le premesse per un funzionamento senza flicker.

(ing. Stefano Rosa, Global Channels Director – Tridonic, Zumtobel Group)

IFO (Identified Flying Object) by Jacques Rival
IFO (Identified Flying Object) by Jacques Rival

 

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