Parpadeo, efecto estroboscópico y modulación temporal de la luz
Fenómenos temporales de la luz
En el texto siguiente se describen los dos métodos antiguos para la valoración del parpadeo y los modernos métodos de medición. Observación preliminar: términos tales como «sin parpadeo» y «compatible con cámaras» no están normalizados. Trataremos de ofrecer aquí una valoración objetiva sobre el tema del parpadeo. La modulación temporal de la luz incomoda al ojo humano y se percibe siempre como algo molesto. Durante millones de años, el ojo se ha ido adaptando a un aumento y una disminución graduales de la intensidad luminosa en la naturaleza, por lo que incluso la lenta fluctuación de la luz de una vela nos puede llegar a molestar.
Además del movimiento rápido de una barra, existe otra posibilidad de comprobación que puede realizarse utilizando la cámara de un teléfono móvil. Si al tomar una grabación de vídeo de la fuente luminosa con el móvil se perciben rayas en la pantalla, eso indica que el flujo luminoso fluctúa. No obstante, ese efecto depende del mecanismo electrónico de la cámara y no se considera un indicador fiable.
La modulación luminosa también puede producirse en fuentes de luz eléctricas. El suministro eléctrico de nuestras casas alimenta una bombilla incandescente con una corriente alterna de 50 Hz. La corriente fluye a través del filamento incandescente de wolframio al doble de esa frecuencia, es decir, a una velocidad de 100 veces por segundo. Eso provoca el calentamiento al rojo vivo del filamento y su posterior enfriamiento. La emisión de flujo luminoso fluctúa. Pero como el filamento incandescente es de acción retardada y se enfría con mucha lentitud, esa modulación de la luz no causa molestias.
En la tecnología LED, un driver o alimentador se encarga de suavizar la corriente alterna entrante. El alimentador suaviza la señal eléctrica mejor o peor en función de su calidad. Un diodo LED reacciona con gran rapidez en cuanto se percibe un parpadeo. Las fluctuaciones mínimas del flujo luminoso –conocidas como rizado o ripple– no suelen tener efectos adversos.
Atenuación CCR frente a PWM
Si las lámparas LED se atenúan mediante una modulación por ancho de pulso (pulse width modulation, PWM), los diodos LED se apagan brevemente. Esta interrupción absoluta del flujo luminoso se percibe como algo especialmente molesto y puede provocar dolores de cabeza, jaqueca e incluso ataques epilépticos. Por eso debe evitarse el uso de cualquier tipo de atenuación con PWM. No obstante, a frecuencias superiores a 2000 Hz ya no se constata ningún efecto adverso.
Porcentaje de parpadeo
El porcentaje de parpadeo o profundidad de modulación indica la disminución del flujo luminoso en el valor máximo. Un 0% indica que no se produce ningún parpadeo, siendo un 100% el valor más negativo.
% parpadeo = 100 (máx. - mín.) / (máx. + mín.) = 100 (A - B) / (A + B)
Ejemplo: En una bombilla incandescente, el flujo luminoso disminuye de un 100 a un 85%.
% parpadeo = 100 x (100 - 85) / (100 + 85) = 8,1%
En un LED atenuado con PWM, el porcentaje de parpadeo puede alcanzar hasta un 100% (valor muy negativo). En cambio, los diodos LED atenuados por reducción de corriente no muestran prácticamente ningún parpadeo. Una desventaja del porcentaje de parpadeo es que esta métrica no tiene en cuenta la forma de la curva de modulación ni la frecuencia. No existe ningún límite preciso de exposición segura.
Los medidores portátiles convencionales indican el porcentaje de parpadeo con exactitud solo en la franja de 10 a 165 Hz. No obstante, esta medición sencilla permite hacer una buena valoración inicial en la mayoría de los casos. Para medir frecuencias más altas es necesario contar con un equipo de medición costoso.
El gráfico muestra los valores límite recomendados por el IEEE para la modulación de la corriente de diodos LED de alta luminosidad con el fin de evitar riesgos a la salud de los observadores. La zona gris representa las profundidades de modulación recomendadas. En el rango de bajas frecuencias de hasta ~90 Hz, una modulación de la luz reducida ya se percibe como molesta. El efecto molesto de la modulación de la luz disminuye hasta una frecuencia de ~2000 Hz.
Así, un parpadeo inferior al 8% a una frecuencia de 100 Hz no produce ningún efecto negativo. Ejemplo: para no experimentar fenómenos temporales, una luz de 50 Hz debe tener una profundidad de modulación inferior al 1% y una luz de 100 Hz una profundidad inferior al 8%.
Compatibilidad con cámaras
El apdo. 7.3.8 de la norma EN 12193 relativa a la iluminación de instalaciones deportivas incluye lo siguiente respecto a transmisiones en cámara super lenta: para tiempos de integración de 1/15 s a 1/2000 s, un FF < 1% dará imágenes sin parpadeo. Si se necesitan luminarias para la grabación de vídeo, XAL puede suministrar alimentadores adecuados.
Índice de parpadeo
El índice de flicker o de parpadeo es un valor entre 0 (ningún parpadeo) y 1 que mide la variación cíclica teniendo en cuenta la forma de onda y se define como la intensidad luminosa media de la superficie de la forma de onda dividida entre la intensidad luminosa media de toda la superficie (ver figura 1).
Índice de parpadeo = (área 1) / (área 1 + área 2)
Esta fórmula es calculada por el fotómetro. Ventaja: se tiene en cuenta la forma de onda. Desventaja: no se tiene en cuenta la frecuencia.
Nuevo método de medición mejorado para la evaluación de la modulación luminosa
Parámetros PstLM y SVM válidos a partir del 1 de septiembre de 2021
PstLM se aplica a frecuencias de 0 a 80 Hz y SVM a frecuencias de 80 a 2000 Hz. PstLM: (percepción de la modulación luminosa a corto plazo). La magnitud de medición del parpadeo es el parámetro normalizado PstLM, que contiene las siglas ‘st’ (short-term, a corto plazo) y ‘LM’ (light modulation, modulación luminosa). Un PstLM de 1 significa que un observador medio reconoce el parpadeo con una probabilidad del 50%. El 0 es un valor muy bueno. El límite es ≤ 1; un valor superior a 1 no está permitido para las fuentes de luz según lo dispuesto en el reglamento europeo sobre diseño ecológico. La modulación luminosa a corto plazo con una frecuencia de 0 a 80 Hz es una métrica de medición del parpadeo que se ha incluido en las normas de evaluación de la calidad de redes eléctricas (IEC 61000). Utiliza un análisis de intervalos temporales para efectuar cambios no periódicos de la señal de entrada con frecuencias de hasta 80 Hz.
Desventaja: dado que el PstLM es un nuevo parámetro, aún no hay experiencias sobre su uso. Un valor ≤ 1 se considera admisible. Un 0 se considera un valor excelente. El índice PstLM no puede determinarse con medidores convencionales. Solo equipos de medición nuevos y caros son capaces de hacerlo. Para más información, consulte las especificaciones de CIE TN 006:2016.
Medida de visibilidad estroboscópica
Stroboscopic effect visibility measure (SVM)
La medida de visibilidad estroboscópica (o del efecto estroboscópico) se aplica a la gama de frecuencias de 80 a 2000 Hz. La magnitud de medición del efecto estroboscópico es el parámetro normalizado «SVM». Un SVM de 1 es el umbral de visibilidad para un observador medio. SVM es un nuevo parámetro creado por el departamento de investigación de Philips con el fin de evaluar el efecto estroboscópico que puede producirse en situaciones con objetos en movimiento y modulación luminosa en una determinada gama de frecuencias.
Desventaja: (como en el caso del PstLM) dado que el SMW es un nuevo parámetro, aún no hay experiencias sobre su uso. Un valor ≤ 0,9 se considera admisible según el reglamento sobre diseño ecológico. A partir del 1 de septiembre de 2024, el valor del SVM deberá ser ≤ 0,4 según el citado reglamento. El índice SVM no puede determinarse con medidores convencionales. Solo equipos de medición nuevos y caros son capaces de hacerlo. Para más información, consulte las especificaciones de CIE TN 006:2016.
Las luminarias de XAL están diseñadas para no rebasar los valores límite de las dos nuevas magnitudes de medición «PstLM» y «SVM».
