Что такое пульсации (Ликбез)

С пульсациями светового потока любой человек сталкивался в жизни множество раз — например, пытаясь что-либо рассматривать при свете костра или горящего факела. Совершенно очевидно, что резкие изменения яркости источника света серьезно ослабляют возможности зрения и приводят к повышенной утомляемости.
Однако научный подход к изучению влияния пульсаций светового потока впервые был использован относительно недавно, чуть более ста лет назад, причем вовсе не для оценки качества искусственных источников света. Поводом к таким исследованиям послужило появление нового вида развлечений — кинематографа.
Суть его заключалась в попытке зафиксировать движущиеся объекты с помощью последовательной демонстрации отснятых в разные моменты времени неподвижных изображений, так называемых кадров.
Естественно, изобретатели кинематографа задумались над вопросом — с какой же скоростью нужно менять изображения, чтобы человеческий глаз воспринял последовательно сменяющиеся кадры как непрерывное движение? Ведь чем больше будет эта скорость, тем больше будут и затраты на создание и тиражирование фильма, следовательно, с точки зрения затрат ее стоит снизить до минимально допустимой. Первые кинокамеры и проекторы работали со скоростью 16 кадров в секунду, причем ограничителем здесь была малая светочувствительность кинопленки (при большей скорости не получалось нужного уровня засветки даже при дополнительном освещении), и в результате при просмотре старых фильмов мы отчетливо видим «скачкообразность» движения объектов в кадре. Проведенные же в начале XX века исследования показали, что обеспечение плавности видимого перемещения требует смены изображений не менее 24 раз в секунду, что и стало стандартом для кинематографа, а немного позднее — и для телевидения (хотя там используются немного более высокие скорости 25 и 30 кадров/с).

Эти исследования не оказали тогда никакого влияния на развитие осветительных приборов, так как практически все они в то время использовали эффект свечения нагреваемой проходящим током нити накаливания. Нагрев же является очень инерционным процессом, и с точки зрения изменения температуры нити накаливания нет никакой разницы в использовании постоянного и переменного тока (если только частота переменного тока больше единиц герц).
Так как почти с самого начала использования переменного тока в электрических сетях его частота составляет 50 (в Европе) или 60 (в США и Японии) Гц, неравномерность свечения в лампах накаливания отсутствует практически полностью.

Однако в середине прошлого века началось массовое использование люминесцентных ламп, и ситуация изменилась. Дело в том, что электрический разряд в газе, используемый в таких лампах как источник света, имеет значительно меньшую инерционность и за время одного полупериода изменения напряжения сети яркость свечения такой лампы успевает меняться от нуля до максимума. Более того, яркость свечения нелинейно зависит от приложенного напряжения, что отражено на рис. 1.

высокий уровень освещенности практически круглые сутки. Естественно, большая экономичность люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания позволяла значительно уменьшить потребление электроэнергии, и благодаря этой экономии можно было убить сразу двух зайцев: снизить денежные расходы и смягчить дефицит электроэнергии. Однако описанный выше режим свечения дал неожиданный эффект: наличие в производственных помещениях множества вращающихся узлов приводило к появлению стробоскопических эффектов, когда узел, вращавшийся с частотой, близкой к частоте сети, в пульсирующем свете выглядел остановившимся или вращающимся с намного меньшей частотой или даже в обратную сторону!

Это приводило к излишней утомляемости персонала. Именно тогда две страны, где люминесцентные лампы начали широко использоваться для освещения производственных помещений, а требования к здоровым условиям труда были одними из самых важных, а именно СССР и Япония, начали исследовать пульсации свечения

Однако светодиодные светильники имели и имеют до сих пор более высокую стоимость и, так же как и люминесцентные лампы, требуют использования балластов (драйверов) при подключении к осветительной сети. Назначением драйверов является поддержание на заданном уровне тока, так как сила света светодиода определяется именно величиной тока, протекающего через него. В то же время конструкция электронного драйвера для светодиодов несколько сложнее и дороже, чем для люминесцентной лампы, что несколько снижает конкурентоспособность светодиодных светильников. Но меньшая мощность, необходимая для наиболее востребованных в быту ламп, позволяет с успехом использовать в качестве драйвера вместо сложных электронных схем намного более простые и дешевые пассивные стабилизаторы тока. Именно они получили наибольшее распространение в светодиодных лампах. Но наряду с несомненными достоинствами, такие балласты не позволяют полностью избавиться от пульсаций светового потока с частотой, равной удвоенной частоте сети.

Однако возникает вопрос, насколько же существенно это обстоятельство?

На рис. 2 приведен график изменения светового потока светодиодной лампы в зависимости от мгновенного напряжения в питающей сети.

ламп и определять допустимый их уровень. Тогда же были установлены и нормы пульсаций светового потока, обязательные для производителей источников света.

Стоит отметить, что именно наличие выбросов яркости делает возможным появление стробоскопического эффекта, который и привел к установлению норм на величину пульсаций светового потока.

Люминесцентные лампы довольно долго не получали большой популярности в быту из-за более высокой стоимости по сравнению с лампами накаливания, которую невозможно было скомпенсировать экономией электроэнергии. Во-первых, в домашних условиях искусственное освещение используется гораздо меньшее время, чем на производстве, а во-вторых, из-за особенностей конструкции люминесцентные лампы допускают относительно малое количество циклов включения-выключения. Вторая особенность приводила к тому, что зачастую такие лампы служили значительно меньше, чем их аналоги на производстве. Да и необходимость применения громоздких устройств запуска серьезно ограничивала свободу их размещения в жилых помещениях.

Однако развитие электроники привело в конце XX века к появлению электронных балластов, сменивших пассивные дроссельные, что позволило создать компактные люминесцентные лампы, и к массовому выпуску светодиодных ламп.

Из него видно, что в моменты времени, соответствующие падению сетевого напряжения до нуля, поток светодиодной лампы сильно уменьшается. Но это уменьшение носит характер узких провалов между относительно длительными интервалами высокой яркости, что очень похоже на характер освещения при воспроизведении кинофильма. А их достаточно высокая частота, равная удвоенной частоте питающей сети, в принципе не позволяет человеческому глазу их зафиксировать.
Исследования показывают отсутствие влияния пульсаций светового потока светодиодных ламп на здоровье или утомляемость людей, что подтверждается отсутствием ограничений на продажу ламп такого типа в странах Евросоюза.

Стоит сказать, что сохранение в государственных стандартах норм на уровень пульсаций светового потока имеет смысл только для достаточно узкой категории источников света, а именно для люминесцентных ламп с дроссельными балластами, используемых в производственных помещениях. Во всех остальных случаях пульсации светового потока или не возникают вовсе, или не могут быть зафиксированы человеческим глазом (и оказать какое-то вредное влияние).

И в заключение — простой совет, как оценить уровень пульсаций светодиодной лампы: глядя на лампу, проведите перед ней рукой с разведенными пальцами (рис. 3).

Характерной особенностью такого включения люминесцентных ламп является наличие выброса на яркостной характеристике, когда яркость в момент включения значительно превышает средний уровень.
Именно он явился причиной тщательных исследований, которые проводились в СССР и Японии в начале периода массового распространения люминесцентных ламп. Дело в том, что изначально такие лампы начали применять в производственных помещениях — на заводах, фабриках, в мастерских и т. д., так как именно там требовалось обеспечивать

Последние отличались несколько большей экономичностью по сравнению даже с люминесцентными и обладали помимо этого и другими преимуществами. С точки зрения использования в быту одними из наиболее существенных достоинств светодиодов являлись намного большее количество допустимых циклов включения-выключения, намного больший срок службы и малые размеры, существенно расширявшие свободу конструкторов в выборе формы светильников в зависимости от эстетических или других соображений.

Если заметили «эффект расчески» — стоит задуматься, если нет — пользуйтесь на здоровье, перед вами правильная лампа.

Материал подготовил
технический отдел компании Pulsar,
г. Москва.