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神_谕

2017-03-16 20:50:02

寻找看不见的光源频闪

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       在昨天央视频道和相关部门合力举办的 《3.15 晚会》上,期间有一个环节是主持人和两位实验员一起测试现在市面上流行的 LED 护眼小台灯。虽然肉眼上看不出大区别,但实际上其中一盏台灯是符合规定无频闪的 LED 台灯,而另一盏则是频闪严重的 LED 台灯。
 
       固然我们没办法做到随身携带专业的检测设备去选购台灯,但是实验人员告诉我们一个简单的小技巧:通过手机摄像头来检查台灯频闪的情况,如果取景画面没有出现频繁闪动的情况,则可以基本判定这个灯源没有频闪问题。
 
       如昨天错过 《3.15 晚会》 上的这一段内容,可以观看下面的视频回顾。

       测试小技巧一公布,在社交网络上就立马出现不少消费者对自己家里面的 LED 灯源逐一检查的结果。这个小技巧确实可以很直观简单地区检测 LED 频闪的问题,但是在节目里面实验人员和主持人都没有对 LED 频闪这个情况作出更多详细的解析。也许是碍于篇幅,也不方便电视机前的观众理解。

 
       其实频闪这个现象,远不止 LED 光源会出现。频闪事实上无处不在,除了电灯之外,我们日常的电脑、手机屏幕都会有频闪,只是我们更习惯把屏幕频闪叫作刷新率。这种光源频闪是指光源发出来的光线随着时间而呈现出快速和重复的明暗变化,使得光源表现出跳动的状态。

 
       那为什么有些光源频闪凭着肉眼就能看到,而有些频闪则不容易看到?这个情况主要与光源闪烁的频率有关,如果光源的闪烁频率在 50Hz 以下,人类依靠肉眼仔细观察就能大概觉察到光源在闪烁跳动。如果光源闪动的频率越低,自然也越容易靠肉眼察觉。50Hz 是什么意思?我们可以大概理解为这个光源在一秒的时间内闪动 50 次。
 
       而根据实验室研究证明,人类肉眼的感光系统最高可以区分出每秒 48 次的光源闪烁,如果超过这个频率基本上人类肉眼就没办法分辨明暗转换之间的闪动。所以光源频率高于 50Hz ,我们基本就感受不到光源在闪烁了。
 
       那光源闪动的频率是怎么来的呢?就以我们日常最常见的电灯为例,我国交流电为 50Hz,所以理论上直接使用交流电的电灯频闪都是 100Hz。但是一些电源电压波动或者故障等因素而有所变化,闪动的频率可能会降低,频率降低后我们的肉眼就更容易察觉到光源的闪动。
 
       以央视 315 晚会的台灯举例,两盏台灯在肉眼观察下都没法分辨出哪一盏频闪比较严重,那就是因为两盏台灯的光源频率都在 100Hz 左右,肉眼已经没办法分辨光源的闪动。
 
       这里又引申出另一个问题,为什么同样是用摄像头拍摄,央视使用摄像机拍摄出来的画面看不到台灯频闪,但是用手机的摄像头却能够看见频闪?

 
       这个情况则是涉及镜头拍摄快门的问题了,央视的摄像机要兼顾拍摄整个大环境的画面,自然在快门速度上会有所限制,不会把摄像机的快门速度设置为自动调节,考虑到在电视或其他媒体上播放,基本也得让镜头快门速度维持在 1/30 秒或以上。
 
       而手机摄像头则是采用自动模式,如果把手机摄像头靠近 LED 光源,因为光线非常充足,为了不让画面过曝,手机就会自动调快摄像头的快门速度,可能会达到 1/100 秒或以上的快门速度。
 
       正如我们用肉眼没法看清楚光源闪动的原理一样,如果摄像机的快门速度比 LED 闪动的速度要慢,自然就没办法捕捉到 LED 的频闪情况。但是使用自动模式的手机摄像头在太靠近光源的情况下相应就提升了快门速度,而这个镜头快门速度比台灯闪动的速度还要高,自然就可以捕捉到光源频闪的情况。
 
       下面用两张照片来做演示,左边的照片是使用自动模式拍摄,因为靠近光源,中央测光的关系会让手机自动降低 ISO 和提升快门速度,此时快门为 1/730 秒,我们能够从灯罩中看到闪动的蓝黄色横纹。而右边的则是固定了快门速度拍摄的照片,1/50 秒的快门速度要慢于电灯闪动的频率 (100Hz) 所以自然不会再看到频闪的现象。

 
       闪动的光源确实对人类视觉系统有刺激作用,会产生不舒服的感觉。如果长期在频闪比较明显的光源频闪环境下工作和生活,眼球负担会相当厉害,更容易导致近视、疲劳和偏头痛。
 
       所以现在大部分生产护眼台灯的灯具公司会采用变频电子镇流器来提升 LED 灯源的闪动的频率,大幅提升至每秒闪动上万次,在这种频闪速度下对眼睛的负担相应就会低很多。但是闪得快并不代表不闪动,而且提高交流电频率之后电辐射也会相对提高很多。
 
       真正做到无频闪的,应该是采用直流电工作的 LED 台灯。通过直流镇流器把交流电转变为直流电,这样 LED 就能发出自然均匀的光线。因为不需要提升电频率自然也不需要担心辐射的问题,LED 光源也会更加稳定,不会受到其他电磁干扰。不过直流电的生产工艺难度更大,成本自然比起使用变频器的 LED 高频灯要贵很多。
 
       所以央视直接通过使用手机摄像头查看频闪来判定这盏台灯是不是无频闪台灯并不是很严谨,只不过对于普通消费者而言,这种方法起码能够简单分辨出频闪严重的劣质台灯。除了依靠这个办法之外,也可以通过查看这盏台灯是否使用直流电形式来直接判断。
 
       毕竟 100Hz 的光源频闪环境也不算很舒适,但是因为国家电网频率的限制,目前主流的电灯都只能维持在这个阶段。就算我们感受不到,也并不意味着对我们没有伤害。在选购灯具时,为了自己和家人的安全,多留个心眼也是好事。
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