LED频闪那些事儿

　　从头晕到照片曝光不足，频闪在很多方面给人带来影响。固态照明SSL已经被照明行业视为现在和未来的高能效光源，但在LED的周期性调整导致频闪这个问题上，它仍有不足。如果不加以解决，频闪会带来许多问题，有损精心设计的灯具和照明空间。理解频闪问题背后的基本知识将帮助建筑师和照明专业人员规避灯光频闪所带来的让人讨厌、甚至有害的影响。

　　什么是频闪?

　　关于频闪，最简单的定义就是指开关周期内光的不断波动。在美国，电流是通过频率为60Hz的交流电传送的，灯具的供电电压在开关周期内以正弦波的形式在波峰到波谷之间来回波动。因此，可能产生2倍于供电频率的频闪，也就是120Hz。如果没有合适的电子电路，比如镇流器、驱动或电源，光源就会产生频闪。有些频闪是有意为之，比如自行车前灯。“某些程度的频闪不会引起注意，也不存在生理上的不适。但有些频闪却真的是个问题”，波特兰PNNL(Pacific Northwest National Laboratory)高级照明组的资深科学家、照明设计师Naomi Millier说，“照明行业关心的是那些可能引起神经系统问题和影响工作绩效的频闪范围。”

　　纽约特洛伊LRC(Lighting Research Center)的研究主任Nadarajah Narendran说：“人类可以察觉低于50Hz的灯光频闪,当然也有一些人到100Hz才会注意到”。大约3到70Hz的低频闪可能会引起高敏人群的癫痫发作，介于大约100到500Hz之间的中度频闪可能会导致频闪效应的间接知觉(译注：由视觉暂留所引起)，在这种情况下，动态的物体可能表现为一系列静止的图像。这种效应或许是舞厅所希望达到的效果，但是对于工业场所来讲却是危险的。比如，频闪会使移动的齿轮或者刀片看起来很慢，甚至静止，同样，它也给健康带来一系列不利的影响，像头疼、眼疲劳和身心疲倦。

　　图：频闪效应使运动的物体看上去是静止的或者运动得更慢。

　　加利福利亚Benya Burnett Consultancy的负责人Jim Benya说，随着闪烁频率步入千赫兹范围，高达2千赫兹甚至以上，初步研究表明，“我们感觉不到了，频闪不再是问题了。”但是，如何让不同的光源达到这么高的闪烁频率，可能是个问题。

　　频闪测量

　　当前，没有指导制造商进行频闪检验的官方标准流程，但是IES(Illuminating Engineering Society)研究出了两种方法来测量频闪，可以在RP-16-10《照明工程术语和定义》中找到。第一种，也是较常用的测量方法是频闪比率。它显示光输出在一个开关周期内的平均调整量，也就是缩减量。一个100%频闪的光源意味着在开关周期内某些时候不发光，而一个完全稳定的光源就是0%频闪。

　　另外一种测量方法是频闪指数，范围是从0到1。它综合了频闪比率和其它2个变量：光波形(输出曲线)和占空比。占空比是指光源在单个开关周期内，开灯时间所占的百分比。频闪比率和频闪指数越低，光源闪烁或者造成可见频闪效应就越少。

　　图：频闪测量方法。频闪比率等于一个开关周期内最大光输出与最小光输出之差除以最大光输出与最小光输出之和。频闪指数等于一个开关周期内超出平均光输出的量除以全部光输出。

　　图：常见光源的频闪测量

　　传统光源的频闪

　　使用交流电的光源都有频闪。高强度气体放电灯(HID)的频闪就非常明显，Benya说，1972年奥运会期间，摄影师发现他们拍的很多照片漆黑一片，“因为他们尝试拍一些非常短时间曝光的照片，但是是在错误的时间，那个时候，灯实际上是不发光的。”三相照明配电系统，相邻灯具以120度异相供电，也就是说，一个灯亮时而另一个灯是灭的，第三个灯正好处于中间状态，这种方案能解决体育馆照明中的频闪问题。

　　就算是大众喜爱的白炽灯也有频闪。我们没注意到是因为白炽灯的热惰性掩盖了频闪问题，切断电源，直到下次通电时，灯丝上都还留有余热可以发光。这个特点也是白炽灯效率低的原因，大约90%的电能转化为热量损失掉了。

　　但是荧光灯和LED不同于白炽灯，“这些光源对电的反应很快”，Benya说：“断电就断光。”在20世纪90年代使用电感镇流器的荧光灯因为频闪遭到投诉，制造商通过把电感镇流器改为电子镇流器解决了这一问题，电子镇流器驱动灯具的频率超过20千赫兹，远远超过人所能察觉的频率。