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Flickern (Flackern oder Flimmern)

 

Flickern (Flackern oder Flimmern)
von Glühbirnen und Lampen

Helligkeitsschwankungen (Flickern) wie es typischerweise bei Glühlampen auftritt

Helligkeitsschwankungen (Flickern) wie es typischerweise bei Glühlampen auftritt, die am normalen Stromnetz angeschlossen sind (230V/50Hz). Das Flickern tritt 100-mal pro Sekunde auf (= 100 Hertz). Die Lichtstärkeschwankung beträgt zwischen 5 und 15%.

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von Kompaktleuchtstofflampen (Energiesparlampen) mit elektronischem Vorschaltgerät.

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von Kompaktleuchtstofflampen (Energiesparlampen) mit elektronischem Vorschaltgerät, die am normalen Stromnetz angeschlossen sind (230V/50Hz). Das Flickern ist eine Mischung aus verschiedenen Frequenzen – wovon einige sehr hoch sind (~20'000 Hz) – was die Lichtwellen glättet. Je nach Modell kann das Flickern stärker oder schwächer als hier dargestellt auftreten.
Kompaktleuchtstofflampen mit konventionellem magnetischem Vorschaltgerät zeigen bei 100 Hertz ein deutlich ausgeprägteres Flickern

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von Leuchtstoffröhren (Neonröhren) mit magnetischem Vorschaltgerät

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von Leuchtstoffröhren (Neonröhren) mit magnetischem Vorschaltgerät. Das Flickern bei 100 Hertz ist deutlicher sichtbar (etwa 40%) als bei Glühlampen. Je nach magnetischem Vorschaltgerät kann das Flickern ausgeprägter ausfallen als hier dargestellt.

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von Leuchtstoffröhren (Neonröhren) mit elektronischem Vorschaltgerät.

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von Leuchtstoffröhren (Neonröhren) mit elektronischem Vorschaltgerät. Je nach Modell des elektronischen Vorschaltgeräts kann das Flickern markanter ausfallen als hier dargestellt.

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von LED-Leuchten mit einem qualitativ hochwertigen Schalttreiber.

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von LED-Leuchten mit einem qualitativ hochwertigen Schalttreiber am normalen Stromnetz angeschlossen (230V/50Hz). Der Treiber wandelt den Wechselstrom für die LED in stabilen, geglätteten Gleichstrom um. Je nach LED-Lampenmodell kann das Flickern entweder kaum vorhanden sein oder aber sehr deutlich – bis zu dem hier unten dargestellten Höchstmass – auftreten.

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von LED-Leuchten mit einem qualitativ minderwertigen Schalttreiber

Helligkeitsschwankungen (Flickern) von LED-Leuchten mit einem qualitativ minderwertigen Schalttreiber. Der pulsierende Gleichstrom, der die LED versorgt, ist nicht geglättet: die LED schalten sich 100-mal pro Sekunde ein und aus (100 Hz).
Je nach Art ihres Schalttreibers können LED-Leuchten alle Arten von Flickern mit verschiedenen Amplituden und Frequenzen aufweisen.
Werden LED-Leuchten an einen ungenügend kalibrierten Dimmer angeschlossen, können auch qualitativ hochwertige LEDs ein massives Flimmern aufweisen – sogar in gut sichtbarer Frequenz (50 Hertz zum Beispiel).

Die meisten Lampen zeigen ein "Flickern"

Die meisten Leuchtmittel (Glühbirnen, Lampen, Girlanden, LED-Scheinwerfer oder LED-Rückleuchten etc.) senden keinen regelmässigen Lichtstrom aus, sondern flimmern, ohne dass wir uns dies bewusst sind. Spricht man von diesem Flimmern oder Flackern des Lichts, wird in der Regel die englische Bezeichnung Flickern verwendet.

Auch wenn man das Flickern nicht direkt sieht, kann es dennoch ein Unbehagen hervorrufen, Leistungsverminderung bei der Arbeit bewirken sowie zur Ermüdung von Augen führen oder Migräne auslösen. Bei einigen Personen kann das Flickern sogar Epilepsieanfälle verursachen. Wie stark dieses Unbehagen empfunden wird hängt insbesondere von der Frequenz des Flickerns ab, von der Amplitude der Helligkeitsschwankung und der Intensität der Beleuchtung. Flickern ist ganz besonders störend beim Lesen und bei Arbeiten, welche schnelle Bewegungen erfordern. 

Sehr schnelles Flickern können wir nicht sehen

Wird eine Lampe immer schneller ein- und ausgeschaltet, wird irgendwann eine Wahrnehmungsschwelle erreicht, wo wir das Gefühl haben, die Lampe bleibt ununterbrochen eingeschaltet. Dieses Phänomen wird auf die Bildwiederholfrequenz zurückgeführt. Damit ist eine Eigenschaft des menschlichen Sehens gemeint, bei der von den sich in schneller Folge abwechselnden Bildern jeweils ein Nachbild auf der Netzhaut erhalten bleibt und von einem neuen Bild überlagert wird. Für die meisten Menschen wird die Illusion des kontinuierlichem Lichts erlebbar, wenn das Licht etwa 60-mal pro Sekunde ein- und ausgeschaltet wird, oder anders formuliert: wenn das Flickern eine Frequenz von 60 Hertz erreicht. Es gibt aber auch Leute, die vom Flickern einer Lampe von nahezu 100 Hertz gestört werden. Ausserdem zeigen Studien, dass unser Organismus die Helligkeitsschwankungen einer Lampe bis etwa 200 Hertz spüren kann – auch wenn dies für unsere Augen nicht sichtbar ist – und zwar umso stärker, wenn die Helligkeitsschwankungen grosse Amplituden aufweisen.

Ein Hund und eine Katze

Haustiere wie Hunde, Katzen oder Vögel reagieren im Allgemeinen viel sensibler auf das Flickern von Beleuchtungskörpern als wir Menschen.

Konventionelle Glühlampen und Halogenlampen flickern

Der elektrische Strom, den eine gewöhnliche Steckdose in Europa liefert (230V/50Hz), nennt man Wechselstrom, denn er fliesst nicht in eine einzige Richtung, sondern hin und her. Dieses Wechseln erfolgt in hoher Geschwindigkeit: 50-mal pro Sekunde wechselt der Strom seine Richtung – daher die 50 Hertz (Hz). Im Moment, in dem der Strom seine Richtung wechselt, fliesst keine Elektrizität – das passiert jede Fünfzigstelsekunde zweimal. Deshalb wird bei einer Glühlampe (konventionelles Modell oder Halogenlampe), die direkt an der Steckdose angeschlossen ist, 100-mal pro Sekunde der Strom unterbrochen: die Flicker-Frequenz erreicht 100 Hertz. Bei dieser Frequenz hat der metallische Glühfaden der Glühlampe keine Zeit sich soweit abzukühlen, dass er kein Licht mehr aussendet: die Lichtintensität sinkt jeweils nur in der Grössenordnung zwischen 5 und 15%.

Niederspannungs-Halogenlampen (12 oder 24 Volt), die über einen Transformator mit Strom versorgt werden, weisen in der Regel ebenfalls bei 100 Hertz ein Flickern auf. Die Amplitude hängt von der Art des Transformators ab, aber auch von der gewählten Lichtintensität.

Das Flickern der Beleuchtung mit Leuchtstofflampen hängt vom "Vorschaltgerät" ab

Eine Leuchtstoffröhre (Neonröhre) oder eine Kompaktleuchtstofflampe (Energiesparlampe) gibt Licht aufgrund einer schnellen Folge von elektrischen Entladungen in Quecksilberdampf. Die so erzeugten "Blitze" aus ultraviolettem Licht (für uns nicht sichtbar) erregen ein fluoreszierendes Pulver, mit dem die Innenseite des Glaskörpers der Lampe überzogen ist, welches für unsere Augen sichtbares Licht produziert.

Die Stärke des Flickern hängt von der Frequenz der Entladungen ab. Leuchtstoffröhren mit einem magnetischen Vorschaltgerät (Halterung einer billigen Röhre) haben bei 100 Hertz ein deutlich ausgeprägteres Flickern als konventionelle Glühlampen: der Intensitätsunterschied bewegt sich im Grössenbereich von 40%. Im Gegenteil dazu liefern Leuchtstoffröhren mit einem elektronischen Vorschaltgerät im Sockel (höherer Preis) ein quasi flicker-freies Licht, denn die Entladungen finden in einer so schnellen Kadenz statt (5'000-40'000 Hz), dass die Lichtemission durch das Pulver in etwa konstant bleibt.

Moderne Leuchtstofflampen sind in der Regel mit einem elektronischen Vorschaltgerät ausgerüstet und zeigen verhältnismässig wenig Flickern. Bei der ersten Generation dieser Lampen enthält der Sockel hingegen noch ein magnetisches Vorschaltgerät, das ein als unangenehm empfundenes Flickern auslösen kann.

Wenn Leuchtstoffröhren deutlich wahrnehmbar flickern, kann der Grund dafür auch im Verschleiss ihrer Stromversorgung oder der Röhre an sich liegen.

Gute LED-Lampen sind praktisch flickerfrei, andere haben ein deutliches Flickern

LEDs sind elektronische Bauteile, die sehr schnell mit elektrischem Strom reagieren: sobald sie nicht mehr mit Strom in Kontakt sind, emittieren sie kein Licht mehr. Ausserdem funktionieren sie mit sogenanntem "Gleichstrom" – also Strom, der immer in dieselbe Richtung fliesst. Um den Wechselstrom aus der Steckdose in Gleichstrom umzuwandeln, ist im Sockel der LED-Lampen ein elektrischer Transformator eingebaut (driver in Englisch). Bei LED-Beleuchtungen für das Wohnzimmer, das Büro oder den Nachttisch ist dieser Schalttreiber (oder kurz: Treiber) normalerweise in der Lampenfassung integriert oder im Lampenfuss versteckt. Der Treiber ist dazu da, die Spannung zu verkleinern (auf etwa 1,5 – 3,5 Volt) und den Strom umzuwandeln, damit er nur in eine Richtung fliesst. Handelt es sich um einen qualitativ hochwertigen Treiber, kann er zudem den Strom auch glätten, der somit regelmässig fliesst, und die LED emittieren Licht, das fast nicht (oder zumindest kaum) flimmert. Deshalb sind gute LED-Glühbirnen oder LED-Lampen praktisch flickerfrei – und die besten haben sogar eine vollständig homogene Lichtemission.

Aus Gründen, die Energieeffizienz* und Herstellungskosten betreffen, findet man bei einigen LED-Leuchtmitteln auch Treiber, die den Strom nur unzuverlässig oder sogar gar nicht glätten. Diese LED-Lampen weisen bei 100 Hertz ein Flickern mit sehr grosser Amplitude auf, oder oszillieren mit einer Kombination aus noch sehr viel schnelleren und unterschiedlichen Frequenzen. Im schlimmsten Fall wird das Licht tatsächlich 100-mal pro Sekunde ausgeschaltet (100%-iges Flickern). Bei den zur Dekoration verwendeten LED-Girlanden tritt dieser Fehler sehr häufig auf, manche haben sogar bei 50 Hertz ein 100%-iges Flickern: und das ist nicht nur sehr störend, sondern für Personen, die an photosensitiver Epilepsie leiden, sogar gefährlich.

Flickern muss nicht obligatorisch auf der Verpackung ausgewiesen werden

Die Hersteller von LED-Leuchtmitteln sind (noch) nicht dazu verpflichtet, den Flickerwert auf der Verpackung zu deklarieren. Für einige Marken kann man diese Angabe jedoch im Internet finden. Man muss jedoch wissen, dass zwei Lampen gleichen Typs aus demselben Ladenregal aufgrund der Qualitätsunterschiede ihrer elektronischen Bauteile ein unterschiedlich starkes Flickern aufweisen können. Es kann auch vorkommen, dass die Schalttreiber anders konzipiert sind, obwohl die Lampen genau gleich aussehen.

Bei LEDs kann der Dämmerungsschalter (Dimmer) Ursache für das Flickern sein

LInstalliert man LEDs, die mit einem Lichtregler kompatibel sind (dimmbar), um Glühlampen oder Halogenspots zu ersetzen, die an einen Dämmerungsschalter (Dimmer) angeschlossen sind, kann die Beleuchtung ein starkes Flickern aufweisen, und zwar bei 100 Hertz wie auch bei viel tieferen und gut sichtbaren Frequenzen (zum Beispiel 50 Hertz). Ist die Helligkeit auf das Maximum eingestellt, ist das Flickern kaum sichtbar, aber es kann störend werden, wenn man die Beleuchtung herabregelt. Es kann sogar vorkommen, das die neuen Lampen sich ausschalten, sobald man die Helligkeit vermindert, da sie gegenüber den früheren Leuchtmitteln selbst alle zusammengenommen nicht mehr genügend Strom verbrauchen. Aus demselben Grund kann der Dimmer korrekt funktionieren, wenn man eine erste LED-Glühlampe mit weiteren Halogenlampen kombiniert, oder eben nicht funktionieren, wenn überall LED-Glühlampen eingesetzt sind. Um die LEDs zu schonen und einen flickerfreien Sehkomfort zu gewährleisten, ist es im Allgemeinen besser, wenn der Dimmer an die LEDs angepasst ist.

 


 

Helligkeitsveränderungen mit Pulsweitenmodulation (PWM, Pulse Width Modulation)

Helligkeitsveränderungen mit Pulsweitenmodulation Helligkeitsveränderungen mit Pulsweitenmodulation Helligkeitsveränderungen mit Pulsweitenmodulation

Mit einem "PWM"-Dimmer (auf Englisch Pulse Width Modulation = PWM, oder auf Deutsch "Pulsweitenmodulation") verringert sich nicht die Helligkeit des Lichts, wenn man die Dämmerfunktion einstellt: es sind die Lichtimpulse, die im Verhältnis zur Dauer der Ausschaltzeit immer kürzer werden.
Die hier dargestellte Frequenz der Impulse ist 100 Hertz.

Einige Dämmerungsschalter (Dimmer) verringern nicht die Lichtintensität, indem sie den elektrischen Stromfluss verringern, sondern indem sie den Lampen immer kürzere Lichtimpulse zusenden: je geringer die Beleuchtung, desto kürzer sind die Lichtimpulse. Unsere Augen erhalten weniger Licht und – aufgrund der Bildwiederholfrequenz auf der Netzhaut des Auges – ergibt sich für uns die Illusion, dass die Umgebung weniger hell ist… Dieser Typ von Dämmerungsschalter wird Dimmer mit "Pulsweitenmodulation" genannt (in Englisch Pulse Width Modulation = PWM)

Da die LEDs sich aber zwischen jedem Lichtimpuls ausschalten, kann ein PWM-Dimmer bei gefiltertem Licht ein sehr starkes Flickern erzeugen. Ab wann sich ein Unbehagen einstellt, hängt von der Frequenz der Impulse ab, die von 100 Hertz bis 1000 Hertz reichen kann. Je höher die Frequenz, umso weniger wird das Flickern von Anfang an als störend empfunden.

Wie der Name schon sagt, wirken "Gleichstrom"-Dimmer nicht auf die Impulse, sondern auf die Strommenge ein, die der Lampe zugeführt wird. Aufgrund der niedrigen Stromspannung, mit welcher LEDs betrieben werden, ist dieser Typ von Dämmerungsschalter komplexer in der Herstellung. Und LEDs können dazu neigen, bei schwächerem Licht ihre Lichtfarbe zu wechseln.

Es gibt aber Dimmer, die den Gleichstrom und die Pulsweitenmodulation kombinieren. Eine andere Möglichkeit ist, auf den Dimmer zu verzichten und LED-Lampen zu verwenden, die 2 verschieden intensive Beleuchtungsstufen bieten, wenn man mehrmals in Folge auf den Lichtschalter drückt (oder diesen gedrückt hält). Das ist eine gute Lösung, um Flickern gänzlich zu vermeiden.

Viele LED-Bildschirme (Computer, Fernseher, Tablets) verwenden eine Beleuchtung mit Lichtimpulsen zur Regelung der Helligkeit. Dies ist auch der Fall bei den LED-Rücklichtern von Fahrzeugen, um vom Rückfahrlicht (schwache Beleuchtung) zum Bremslicht (starke Beleuchtung) zu wechseln.


 

Störungen im Stromnetz können das Flickern verstärken

Spannungsänderungen im Stromnetz können bei Lampen einen "Flicker-Effekt" hervorrufen. Sie können von der Bewegung des Lifts im Gebäude herrühren oder von elektrischen Geräten mit sehr hohem Energieverbrauch, die in der Umgebung aktiv sind.

 


 

Flickermeter

Flickern der Beleuchtung feststellen und messen

Um die Frequenz und Intensität des Flickerns einer Lampe (oder eines Bildschirms) genau zu messen, kann man ein Flickermeter verwenden. Er ist so gross wie ein schnurloses Telefon, und einige Modelle können auch die Hauptmerkmale der Beleuchtung analysieren: das Lichtspektrum, den IRC-Farbwiedergabeindex, die Farbtemperatur (~CHF 1000.-).

Das Flickern kann auch mit Hilfe eines Smartphones aufgedeckt werden

Das Flickern kann auch mit Hilfe eines Smartphones aufgedeckt werden. Man wählt den Modus "Foto/Kamera" und hält es ganz nahe an die Lampe, bis dass die automatische Helligkeitsanpassung das Bild verdunkelt. Weist die Lampe ein Flickern auf, das 200 Hertz nicht überschreitet, sieht man auf dem Bildschirm helle und dunkle Bänder sich bewegen: das sind die Interferenzstreifen zwischen den Helligkeitsveränderungen der Lampe und den sukzessiv auf dem Bildschirm des Smartphones angezeigten Bildern – das Bild wird in der Regel 30-mal pro Sekunde (30 Hertz) "aufgefrischt". Sehr schnelles Flickern von 1000 Hertz und mehr ist im Allgemeinen nicht messbar.

Ein Lineal sehr schnell im Licht der Lampe hin und her wedeln

Ein  starkes Flickern kann man auch messen, indem man die Hand oder ein Lineal sehr schnell im Licht der Lampe hin und her wedelt (dabei darf aber nur die zu testende Lampe angeschaltet sein). Das Flickern verhält sich wie ein Discolicht mit Stroboskopblitzer: der Gegenstand in Bewegung wird in mehrere Bilder geteilt. Da wir unser seitliches Blickfeld viel sensibler auf Flickern reagiert, ist das Phänomen stärker wahrnehmbar, wenn man mit der Hand oder dem Lineal seitlich vom Kopf wedelt.

Schallplattenspieler

Besitzt man einen Schallplattenspieler kann man seine stroboskopische Einrichtung zur Geschwindigkeitseinstellung verwenden. Die am Plattenteller angebrachten Linienmuster zeigen, wenn man sie mit einer kleinen Glimmlampe bei 100 Hertz betrachtet, ein Flickern. Man braucht also nur den Plattenspieler unter der zu testenden Lampe einzuschalten und zu beobachten, ob das Linienmuster auf der gesamten Seitenlänge des Plattentellers stabil und unbeweglich bleibt oder ob es sich langsam weiterbewegt (mit einer flickerfreien Lampe – oder unter Tageslicht – kann man es nicht sehen). Hat der Plattenteller keine Muster, kann man sich mit einer kleinen Stroboskopscheibe zur Drehzahlmessung behelfen, die meistens mit dem Plattenspieler zusammen verkauft wird.

* Werden die LEDs mit gepulstem Gleichstrom versorgt, verbrauchen sie weniger Strom als wenn sie mit stabilem und geglättetem Gleichstrom gespiesen werden – was es erlaubt, die Lampe in eine bessere Kategorie der Energieetikette einzustufen (zum Beispiel A+ statt A). Hinzu kommt, dass sich die LEDs weniger stark erwärmen, ihre Lichtqualität stabiler ist und ihre Lebensdauer verlängert wird. Aus diesen Gründen haben sich einige Hersteller dazu entschieden, ihre LED-Lampen im hochfrequenten Bereich flickern zu lassen (>1000 Hertz), wobei das Flicken bei 100 Hertz, das als störend empfunden werden kann, völlig vermieden wird.

 

Flicker, Bundesamt für Gesundheit (BAG)

Dimmen von LED – Gewusst wie, EnergieSchweiz