從頭暈到照片曝光不足，頻閃在很多方面給人帶來(lái)影響。固態(tài)照明SSL已經(jīng)被照明行業(yè)視為現(xiàn)在和未來(lái)的高能效光源，但在LED的周期性調(diào)整導(dǎo)致頻閃這個(gè)問(wèn)題上，它仍有不足。如果不加以解決，頻閃會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題，有損精心設(shè)計(jì)的燈具和照明空間。理解頻閃問(wèn)題背后的基本知識(shí)將幫助建筑師和照明專業(yè)人員規(guī)避燈光頻閃所帶來(lái)的讓人討厭、甚至有害的影響。

什么是頻閃？

關(guān)于頻閃，最簡(jiǎn)單的定義就是指開(kāi)關(guān)周期內(nèi)光的不斷波動(dòng)。在美國(guó)，電流是通過(guò)頻率為60Hz的交流電傳送的，燈具的供電電壓在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)以正弦波的形式在波峰到波谷之間來(lái)回波動(dòng)。因此，可能產(chǎn)生2倍于供電頻率的頻閃，也就是120Hz。如果沒(méi)有合適的電子電路，比如鎮(zhèn)流器、驅(qū)動(dòng)或電源，光源就會(huì)產(chǎn)生頻閃。有些頻閃是有意為之，比如自行車前燈。某些程度的頻閃不會(huì)引起注意，也不存在生理上的不適。但有些頻閃卻真的是個(gè)問(wèn)題照明行業(yè)關(guān)心的是那些可能引起神經(jīng)系統(tǒng)問(wèn)題和影響工作績(jī)效的頻閃范圍。

人類可以察覺(jué)低于50Hz的燈光頻閃,當(dāng)然也有一些人到100Hz才會(huì)注意到。大約3到70Hz的低頻閃可能會(huì)引起高敏人群的癲癇發(fā)作，介于大約100到500Hz之間的中度頻閃可能會(huì)導(dǎo)致頻閃效應(yīng)的間接知覺(jué)，在這種情況下，動(dòng)態(tài)的物體可能表現(xiàn)為一系列靜止的圖像。這種效應(yīng)或許是舞廳所希望達(dá)到的效果，但是對(duì)于工業(yè)場(chǎng)所來(lái)講卻是危險(xiǎn)的。比如，頻閃會(huì)使移動(dòng)的齒輪或者刀片看起來(lái)很慢，甚至靜止，同樣，它也給健康帶來(lái)一系列不利的影響，像頭疼、眼疲勞和身心疲倦。


隨著閃爍頻率步入千赫茲范圍，高達(dá)2千赫茲甚至以上，初步研究表明，“我們感覺(jué)不到了，頻閃不再是問(wèn)題了。”但是，如何讓不同的光源達(dá)到這么高的閃爍頻率，可能是個(gè)問(wèn)題。

頻閃測(cè)量

當(dāng)前，沒(méi)有指導(dǎo)制造商進(jìn)行頻閃檢驗(yàn)的官方標(biāo)準(zhǔn)流程，但是IES（Illuminating Engineering Society）研究出了兩種方法來(lái)測(cè)量頻閃，可以在RP-16-10《照明工程術(shù)語(yǔ)和定義》中找到。第一種，也是較常用的測(cè)量方法是頻閃比率。它顯示光輸出在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的平均調(diào)整量，也就是縮減量。一個(gè)100%頻閃的光源意味著在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)某些時(shí)候不發(fā)光，而一個(gè)完全穩(wěn)定的光源就是0%頻閃。

另外一種測(cè)量方法是頻閃指數(shù)，范圍是從0到1。它綜合了頻閃比率和其它2個(gè)變量：光波形（輸出曲線）和占空比。占空比是指光源在單個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，開(kāi)燈時(shí)間所占的百分比。頻閃比率和頻閃指數(shù)越低，光源閃爍或者造成可見(jiàn)頻閃效應(yīng)就越少。
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傳統(tǒng)光源的頻閃

使用交流電的光源都有頻閃。高強(qiáng)度氣體放電燈（HID）的頻閃就非常明顯，Benya說(shuō)，1972年奧運(yùn)會(huì)期間，攝影師發(fā)現(xiàn)他們拍的很多照片漆黑一片，“因?yàn)樗麄儑L試拍一些非常短時(shí)間曝光的照片，但是是在錯(cuò)誤的時(shí)間，那個(gè)時(shí)候，燈實(shí)際上是不發(fā)光的。”三相照明配電系統(tǒng)，相鄰燈具以120度異相供電，也就是說(shuō)，一個(gè)燈亮?xí)r而另一個(gè)燈是滅的，第三個(gè)燈正好處于中間狀態(tài)，這種方案能解決體育館照明中的頻閃問(wèn)題。

就算是大眾喜愛(ài)的白熾燈也有頻閃。我們沒(méi)注意到是因?yàn)榘谉霟舻臒岫栊匝谏w了頻閃問(wèn)題，切斷電源，直到下次通電時(shí)，燈絲上都還留有余熱可以發(fā)光。這個(gè)特點(diǎn)也是白熾燈效率低的原因，大約90%的電能轉(zhuǎn)化為熱量損失掉了。

但是熒光燈和LED不同于白熾燈，“這些光源對(duì)電的反應(yīng)很快”，“斷電就斷光。”在20世紀(jì)90年代使用電感鎮(zhèn)流器的熒光燈因?yàn)轭l閃遭到投訴，制造商通過(guò)把電感鎮(zhèn)流器改為電子鎮(zhèn)流器解決了這一問(wèn)題，電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)燈具的頻率超過(guò)20千赫茲，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人所能察覺(jué)的頻率。

LED為什么頻閃？

當(dāng)一種新光源進(jìn)入市場(chǎng)，頻閃問(wèn)題也就浮出水面。在光輸出上LED的振幅甚至比白熾燈或熒光燈更大。但是，與HID或熒光燈不同，固態(tài)照明SSL是一種直流器件，這就是說(shuō)當(dāng)恒流供電時(shí)，LED就可以無(wú)頻閃點(diǎn)亮。

那些沒(méi)有使用單獨(dú)恒流調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單LED電路，LED亮度會(huì)隨著交流電周期而變化。驅(qū)動(dòng)起到兩個(gè)作用，供電和整流。從驅(qū)動(dòng)到LED，交流電到直流電的轉(zhuǎn)換過(guò)程會(huì)產(chǎn)生電壓和電流輸出波紋。這種波紋以2倍于供電電壓的頻率存在，在美國(guó)就是120Hz。LED的輸出與驅(qū)動(dòng)的輸出波形存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。

調(diào)光是導(dǎo)致頻閃的另外一個(gè)誘因。傳統(tǒng)調(diào)光器，比如TRIAC調(diào)光器（一種能雙向?qū)щ姷碾娮釉?，通過(guò)在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)延長(zhǎng)關(guān)機(jī)時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)電流，減少光輸出。對(duì)于LED來(lái)說(shuō)，使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）以超過(guò)200Hz頻率開(kāi)關(guān)LED是比較理想的。但是，如果你在一種非常低的頻率中使用脈寬調(diào)制，比如正常供電頻率，就會(huì)造成非常高的頻閃比率。


減輕頻閃

減輕頻閃的關(guān)鍵在于驅(qū)動(dòng)，可以通過(guò)提供恒定、無(wú)振蕩的電流來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。但是制造商在為L(zhǎng)ED產(chǎn)品配套驅(qū)動(dòng)時(shí)，不得不權(quán)衡其它因素——驅(qū)動(dòng)成本、尺寸，可靠性和效率。燈具的預(yù)期用途也需要考慮，以確保產(chǎn)品不被過(guò)度設(shè)計(jì)，因?yàn)樵谟行┱彰髑榫持蓄l閃是可以被接受的，有些則不行。

制造商也一直在嘗試優(yōu)化什么產(chǎn)品適合什么應(yīng)用，怎樣讓頻閃可接受又不提高成本。”電容可以調(diào)節(jié)從驅(qū)動(dòng)到LED的交流波紋，但是它也有缺點(diǎn)，電容體積大而且對(duì)熱敏感。所以，在一個(gè)緊湊有限的空間里，比如LED替換光源，使用電容就行不通。

使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)節(jié)的LED，生廠商可以把電流調(diào)節(jié)到超過(guò)幾千赫茲的非常高的頻率。這同電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)熒光燈類似。但是要求的頻率越高，驅(qū)動(dòng)和LED之間的距離就要越近。不幸的是，很多人都想要驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)離照明系統(tǒng)，所以也并不是什么時(shí)候都可行的。

為了簡(jiǎn)化調(diào)光器和可調(diào)光LED光引擎(LED light engines)之間的兼容性試驗(yàn)，NEMA（National Electrical Manufacturers Association）發(fā)布了NEMA SSL 7A-2013《固態(tài)照明SSL切相調(diào)光：基本兼容性》，這是一份給照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和生廠商的指南。只要調(diào)光器和LED光引擎都符合標(biāo)準(zhǔn)，那么它們就可以兼容。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是行業(yè)第一個(gè)，由24家主要制造商簽署。SSL 7A的目標(biāo)是：擺脫燈具和調(diào)光器的匹配性測(cè)試。需要強(qiáng)調(diào)的是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)僅適用于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后的技術(shù)，正如其所言，該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有給“現(xiàn)存產(chǎn)品或者已安裝的LED光引擎和切相調(diào)光器的兼容性確定”提供方法。

設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

2002年，由LRC的Narendran領(lǐng)導(dǎo)的固態(tài)照明系統(tǒng)和技術(shù)聯(lián)盟（ASSIST）成立，這個(gè)聯(lián)盟由政府組織、研究人員和制造商組成。該組織的第一步工作就是定義可接受的頻閃范圍，2012，該組織發(fā)布ASSIST推薦：《減少固態(tài)照明系統(tǒng)頻閃效應(yīng)的閃爍參數(shù)》，包含了光源頻閃效應(yīng)的可接受度和檢測(cè)計(jì)算的方法。

最近ASSIT發(fā)起了一項(xiàng)關(guān)于間接頻閃知覺(jué)和人性因素的研究，該研究由LRC高級(jí)研究科學(xué)家John Bullough領(lǐng)銜。在確認(rèn)了頻閃引起人體不適的兩項(xiàng)主要指標(biāo)是頻率和強(qiáng)度后，Bullough試圖找出“在哪些點(diǎn)頻閃變得引人注意，并且對(duì)長(zhǎng)期在這種照明條件下工作的人來(lái)說(shuō)是不可接受的。”舉例來(lái)說(shuō)，盡管電腦屏幕頻閃頻率是60到70赫茲，但是這種頻閃大部分并不為人察覺(jué)。


理想的話，Bullough希望做一份列示光源頻閃值和察覺(jué)該頻閃的居民比例的參考文件出來(lái)。Narendran介紹說(shuō)，這項(xiàng)研究已經(jīng)進(jìn)入被選照明應(yīng)用領(lǐng)域的頻閃指數(shù)限制的分析階段了，應(yīng)該會(huì)在今年發(fā)布結(jié)果。

選型小貼士

照明專業(yè)人員可以采取一些方法來(lái)減少選到有頻閃的固態(tài)照明SSL產(chǎn)品的可能性。在室內(nèi)，許多LED產(chǎn)品宣稱是交流直供，Miller講，電路設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)，有吸引力的價(jià)格，但是有些產(chǎn)品，在滿載輸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)40%的頻閃。調(diào)光階段，頻閃比率可能更高。

替換型LED光源，像MR16，A型燈泡，Par燈，比高天井燈，更有可能頻閃，替換型光源受尺寸的限制，所以他們可能會(huì)配置簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)，缺少必要的電子期間來(lái)糾正輸出。

對(duì)于不調(diào)光的產(chǎn)品，如果配置高品質(zhì)驅(qū)動(dòng)，頻閃可能不明顯。但是如果一位設(shè)計(jì)師給一個(gè)替換型光源配置傳統(tǒng)墻面開(kāi)關(guān)和TRIAC調(diào)光器，而不是用一個(gè)0-10V的數(shù)字調(diào)光系統(tǒng)，就算再好的產(chǎn)品也會(huì)有頻閃，第一個(gè)判斷依據(jù)就是，越是便宜貨，越有可能產(chǎn)生頻閃。

設(shè)計(jì)師應(yīng)該和燈具制造商一起來(lái)確定一套可兼容的系統(tǒng)，并根據(jù)預(yù)期的最終安裝效果對(duì)驅(qū)動(dòng)和調(diào)光設(shè)備進(jìn)行第一手測(cè)試。一種低技術(shù)門(mén)檻的測(cè)試方法是照亮轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺，看有沒(méi)有頻閃效應(yīng)。另外一種是在光源下像轉(zhuǎn)風(fēng)扇那樣擺動(dòng)鉛筆。在有頻閃的光源下，風(fēng)扇中的間隙和黑線會(huì)比較明顯，如果沒(méi)有頻閃，風(fēng)扇看起來(lái)就會(huì)很流暢，平滑，無(wú)間隙。


聽(tīng)起來(lái)好像是熒光燈和電感鎮(zhèn)流器那種黑暗的日子又回來(lái)了，但是，不存在頻閃效應(yīng)的固態(tài)照明SSL是確實(shí)存在的。只是設(shè)計(jì)師和選產(chǎn)品的人必須認(rèn)真仔細(xì)，做試驗(yàn)。

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