OliNo

Duurzame Energie

De Compact Flicker Degree (CFD) parameter, een maat voor het knipperen van lampen

Geplaatst door Marcel van der Steen in Ledlampen, Uitleg Geef een reactie

CFD_article_teaserHet licht van (led)lampen kan knipperen. Dit knipperen wordt al lang gemeten door OliNo. De parameters die dan gegeven worden zeggen iets over de (snelle) intensiteitsvariaties, maar geven niet aan wat acceptabel is of niet. Echter Peter Erwin, zichzelf noemend Der Lichtpeter, heeft een parameter ontwikkeld, de Compact Flicker Degree (CFD) genaamd, die het knipperen van lampen over een breed spectrum analyseert en kent aan het resultaat een oordeel toe, zoals dat van een stoplicht. Dit artikel legt eea over de parameter uit.

Knipperen van (led)lampen

Het knipperen van ledlampen is in de belangstelling gekomen omdat dit kan leiden tot vermoeiing of zelfs hoofdpijn. De driver van de ledlamp is de oorzaak van het knipperen van de lichtafgifte van de leds. Bij knipperen zijn een aantal zaken van belang, zoals de mate van knipperen, bij welke frequentie het licht knippert, de gevoeligheid van de persoon ervoor en in hoeverre het ledlamplicht het enige licht is of dat er nog licht van andere bronnen komt. Wat OliNo als sinds jaren meet zijn de meest bekende parameters als de knipperfrequentie, de diepte van het knipperen (modulatiediepte, uitgedrukt in %) en de knipperindex (een vormparameter). Deze zaken geven een indruk van het knipperen maar er zijn tot dusver niet goede aanwijzingen die, uitgaande van deze parameters, kunnen bepalen wat goed, acceptabel of niet acceptabel is.

Een geschikte parameter voor het knipperen

Daar komt verandering in wat Peter Erwin betreft (der Lichtpeter zoals hij zich noemt). Hij heeft veel onderzoeken nageslagen over dit onderwerp en uiteindelijk een parameter ontwikkeld die volledig is. De parameter noemt hij de Compact Flicker Degree (Duits: Kompaktflimmergrad) of afgekort CFD. De CFD is een enkel getal dat aangeeft of de mate van knipperen niet waarneembaar, acceptabel, matig of hevig is (en daarmee vaak niet acceptabel). Hij gebruikt ook een kleurcodering zoals bij een stoplicht, om visueel duidelijk te maken hoe de mate van kipperen van een (led)lamp ervoor staat. OliNo zal deze parameter ook vermelden bij het hoofdstuk van knipperen. Een paar voorbeelden van hoe het CFD resultaat wordt weergegeven is aan het eind van dit artikel gegeven. Ook zijn de resultaten gegeven van de voorheen gerapporteerde parameters (knipperfrequentie, modulatiediepte en knipperindex), echter de CFD is de enige die een waardeoordeel geeft.

Achtergrond Der Lichtpeter en de CFD

De Lichtpeter wil met zijn werk de gehele (licht)gemeenschap een middel geven waarmee goed en eenduidig aangegeven kan worden of de mate en manier van knipperen van een (led)lamp niet merkbaar, acceptabel, matig of zeer hevig aanwezig is. Zijn website geeft meer info over deze parameter tezamen met vele voorbeelden. Hij heeft een specifiek testapparaat gemaakt voor het bepalen van het knipperniveau en levert als service het bepalen van het knipperniveau van een lamp en kan tevens daarbij als consultant optreden.
De door hem bedachte CFD parameter is ontstaan uit veel vooronderzoek naar dat wat al bekend is over het effect van knipperen op de mens. Zijn parameter gaat uit van een meting van het lichtniveau van de (led)lamp waarbij heel snel dit lichtniveau wordt gemeten (minimaal 20.000 metingen per seconde). Gedurende 1 seconde wordt dit lichtsignaal dan met een snel lichtmeetapparaat gemeten. Wanneer het signaal lichtsterktevariaties laat zien (dus knippert) dan zijn normaliter deze lichtvariaties ook zichzelf herhalend (periodiek). Dit repeterende variërende lichtsignaal wordt in sinussignalen van bepaalde frequenties omgerekend (Fourier transformatie) en iedere frequentie wordt eerst gedeeld door de DC waarde van het signaal (genoemd A0) en daarna wordt het op een bepaalde manier gewogen; zie daarvoor de volgende grafiek.
curve_ii

De lijn CFD geeft aan hoe zwaar bepaalde frequenties van knipperen gewogen moeten worden.

Voorbeeld: wanneer het totale knippersignaal een frequentie van 10, 30, 100 en 200 Hz zou bevatten, dan zouden deze vier frequenties met respectievelijk de volgende weegfactoren meegewogen worden: 157, 53, 1.05, 0.66.
Hieruit wordt duidelijk dat een knipperfrequentie van 10 Hz veel zwaarder meeweegt dan de frequentie van 100 Hz. En dat het effect van knipperen bij 200 Hz nog altijd voor 2/3 meeweegt als het effect bij de frequentie van 100 Hz (met gelijke amplitude van het knippersignaal).

De ledlampen die OliNo meet laten, als ze knipperen, veelal een frequentie zien dan de dubbele netfrequentie (dus 2 x 50 Hz = 100 Hz). Dit is dan de grondfrequentie. Als de knippering van het lichtsignaal niet mooi sinusvormig is dan bestaat het knipperen uit een sinusvorm van 100 Hz en tevens uit sinusvormen met een frequentie die veelvouden van deze 100 Hz zijn. De CFD rekent alle sinusvormige knipperfrequenties tot 1000 Hz mee, zoals aangegeven in de grafiek (met een afnemend gewicht gaande van 100 naar 1000 Hz).

Wanneer alle sinusvormige enkele signalen die tezamen het lichtknippersignaal opmaken, gewogen zijn, worden alle gewogen resultaten gekwadrateerd, daarna opgeteld en van de som wordt de wortel getrokken. Dit is dan het CFD resultaat wat wordt uitgedrukt in %. De formule is hier gegeven:

equation.tex

waar A0 de DC component van het signaal is, Ak de amplitude van iedere gevonden harmonische in het signaal, MW(f) is de weegfunctie en 100 is gebruikt om alles om te zetten naar %-waarden. Alle componenten worden gekwadrateerd, gesommeerd en daarna de wortel getrokken. CFDFB betekent Frequency Based en is verkort tot CFD.

De waardering van het resultaat is als volgt:
Ver_11.2_CFD_Result_0
0-1 %: knippervrij; diepgroen
Ver_11.2_CFD_Result_9
1-12 %: niet waarneembaar; diepgroen. Prima voor werktoepassing.
Ver_11.2_CFD_Result_16
12-25 %: acceptabel knipperniveau; geelgroen. Echter let op bij werkomgevingen waar mensen lang onder dit licht moeten werken.
Ver_11.2_CFD_Result_27
25-50 %: matige knipperprestatie; geel. Al niet meer goed genoeg voor werkomgevingen. Eventueel wel voor thuis (waar we niet meer dan 2 – 3 uur onder kunstmatig licht werken) en voor parkeergarages en straatverlichting.
Ver_11.2_CFD_Result_65
50-75%: hevig knipperend; oranje
75-100%: extreem knipperend; rood
100% +: extreem knipperend; rood

Interpretatie van de CFD

Dit gedeelte van het artikel is bedoeld als hulp hoe de CFD parameter te gebruiken. Deze parameter geeft middels een kleur aan hoe knippervrij of knipperend het licht van een lamp is.
In werkomgevingen, waar mensen altijd veilig moeten werken, wil je zeker geen lamp hebben met een knipperniveau van oranje (dus niet boven de 50 % CFD waarde). Dit knipperniveau is in staat een stroboscoopeffect teweeg te brengen waardoor draaiende machines zelfs als stilstaand gezien zouden kunnen worden!
In werkomgevingen werken de mensen vaak (meer dan) 8 uur per dag, waardoor zelfs een matig knipperen al tot vermoeiing en zelfs hoofdpijn leidt dan in situaties waarbij men maar een of een paar uur aanwezig is. Wanneer de CFD waarde van het knipperen van de tl-buizen in een al eerder aangehaalde onderzoek wordt bepaald, komt deze op ongeveer 20! En dat onderzoek liet zien dat (ervoor gevoelige) mensen, die dit licht als enige hadden en er lange tijd onder werkten, al last kregen van vermoeiing. Daarom is voor werkomgevingen het advies om lampen toe te passen die niet meer knipperen dan het niveau groen (tot 12 %).
Voor priveomgevingen zou men hetzelfde kunnen aanhouden. Want want niet goed is voor werkomgevingen zou men ook niet hoeven te accepteren voor prive omstandigheden. Echter, zou men het hebben over een lichtpunt in huis dat men voor slechts korte tijd nodig heeeft (toilet, hal, kelder, zolder?), dan kan men een hogere mate van knipperen toestaan. De belasting van de mens is dus een resultaat van de maat van knipperen (CFD) en de tijdsduur dat men eronder aanwezig is.
Het is echter van belang dat deze CFD parameter zoveel als mogelijk wordt toegepast om de afnemers van de lampen zo goed als mogelijk te informeren.

Dimmen

Wanneer lampen dimbaar zijn en als zodanig ook gebruikt worden (wat men mag aannemen), dan zou de dimstand ook gemeten moeten worden. De dimmers die vooral in prive-gebruik gangbaar zijn, zijn dimmers die in de muur bevestigd zitten en met een draaiknop zijn te bedienen. Ze zijn opgenomen in plaats van de schakelaar die voorheen de lamp bediende; dit wil zeggen tussen de fasedraad en de zwarte draad die naar de lamp toegaat.
Deze dimmers functioneren volgens het afkappen van de spanning die uit het lichtnet komt; bij veel dimmen wordt er veel van de spanning afgekapt en bij weinig dimmen wordt er minder van de spanning afgekapt. Een spanning die niet meer een mooie sinusvorm heeft maar afgekapt is, zal mogelijk resulteren in het meer knipperen van lampen. Dit dient dan gemeten te worden. Peter heeft uitgezocht dat de lamp gemeten dient te worden in de stand, dat ongeveer 25 % van het lichtniveau zonder dimmer gegeven wordt. In deze stand wordt dus de CFD waarde bepaald. Zo is er dan een CFD waarde zonder, en met dimmer. De hoogste waarde (hoogste knippereffect) bepaalt dan de uiteindelijke waarde van de lamp.
NOOT: OliNo meet niet automatisch de CFD in dimbare stand. Dit is als optie, tezamen met een dimmermeting, wel te kiezen.

Er zijn overigens bij ledlampen ook andere manieren om te dimmen, waarbij niet de netspanning rigoreus wordt afgekapt. Een voorbeeld is een dimbare driver, die een aparte aanstuuringang heeft voor dimmen. Wanneer op deze ingang een signaal of spanning of weerstandswaarde wordt aangebracht, zorgt dit voor een bepaalde dimstand van de (led)lamp. Het is te verwachten dat dit soort van dimmen niet hoeft te leiden tot een hoger knipperniveau van de lamp.

Voorbeelden van knipperresultaten

In dit gedeelte een aantal voorbeelden van knipperen van ledlampen, met de sinds jaren gerapporteerde gegevens en met het CFD resultaat.

Example7_flicker

65 %, hevig knipperend.

Example6_flicker
43 %, matige knipperprestatie.

Example1_flicker
27 %, matige knipperprestatie

Example9_flicker
26 %, matige knipperprestatie

Example3_flicker
22 %, acceptabele knipperprestatie

Example5_flicker
16 %, acceptabele knipperprestatie

Example4_flicker
9 %, niet waarbeembaar knipperen

Example2_flicker
1 %, knippervrij of niet waarneembaar.

Links

Website Der Lichtpeter. Peter legt de achtergronden van de CFD parameter uit, de totstandkoming, berekening en geeft voorbeelden.

Wil je meer weten over ledlampen en belangrijke eigenschappen? Zie meer uitlegartikelen hier.

 

5 Reacties to “De Compact Flicker Degree (CFD) parameter, een maat voor het knipperen van lampen”

  1. Eric Says:

    Een veelbelovende aanpak! Gaat OliNo ook LED lampen tbv CFD tegen het licht houden, misschien tijdelijk bij wijze van proef als onderdeel van de komende 10 tot 100 lamp metingen? Of is het misschien zelfs mogelijk om een CFD uit gearchiveerde meetgegevens van al eerder gemeten LED lampen te berekenen en aan deze website toe te voegen? Ik hoor het graag… En alvast bedankt!

  2. mvdsteen Says:

    alle lampen die vanaf nu volledig gemeten worden zullen de CFD parameter hebben. Ik hoop dat t een belangrijke veelzeggende parameter is. In dat geval blijft de parameter vermeld worden in nieuwe verslagen.
    Alle lampen waarvan het knippergedrag bepaald is geweest, daarvan kan de CFD parameter bepaald worden ook achteraf.

  3. arie Says:

    Waar ik tijdens het autorijden vaak tegenaan loop (niet rijd dus :)
    is dat wanneer er in de verte een auto met LED achterlichten rijd,
    en dat worden er steeds meer, wanneer ik m’n hoofd of ogen beweeg,
    die LED lampen een rij lampjes in het beeld opwekken.
    Ik vermoed (nou ja, ‘vermoed’, het lijkt me de enige verklaring)
    dat deze lampen zonder enig filter op hoge frequentie worden
    aan/uit geschakeld.
    Ze zitten dus zonder filter in het circuit van de HF schakelende
    LED driver die ze aanstuurt.
    Dit leidt af.
    Er zit uiteraard een verband tussen de hoeksnelheid waarmee de
    kijkrichting verandert, de afstand waarop de auto zich bevindt, de
    frequentie waarmee de LED driver schakelt en hoe het fenomeen
    wordt waargenomen.
    Als je dichtbij rijdt, de LED driver met voldoend hoge frequentie
    schakelt en je kijkrichting niet teveel verandert merk je er niets
    van.
    Als de auto zich echter op lengte d = 500 m afstand bevindt,
    de LED driver met f = 1 kHz knippert en je in een tijdsbestek van
    T = 100 ms (lijken me realistische getallen) je focus wijzigt van
    de achterlichten van die auto naar een viaduct dat 100 m naar rechts
    (of links) ligt, dan zie je al gauw 200 (de auto heeft er immers 2)
    achterlichten. Reken maar na.
    Misschien valt hier nog iets over te publiceren en normeren?

  4. Marcel van der Steen Says:

    Arie, dit effect wordt ook wel eens het phantom array effect genoemd.
    Ik heb sinds kort een parameter over knipperen toegevoegd, dat si de Compact Flicker Degree. Ik zal de maker ervan, Der LichtPeter, eens vragen of dit effect ook verdisconteerd wordt.

  5. Marcel van der Steen Says:

    Hoi Arie,
    Der LichtPeter geeft aan dat zijn CFD parameter ook frequenties tot 2000Hz meeweegt. Wanneer door middel van PWM de leds volledig aan en uit worden gestuurd, dan moet dat al met een frequentie van 1250 Hz gebeuren wil de CFD parameter in het groene bereik komen (< 12 %).
    Der LichtPeter gaf nog duidelijke voorbeelden van dit effect. Foto 1
    Foto van autoachterlichten
    Foto 2 van autoachterlichten.

Geef een reactie

 

WP Theme & Icons by N.Design Studio
Gebruiksvoorschriften | Privacybeleid Adverteren Entries RSS Comments RSS Log in