Lichtflimmern und Stroboskopeffekte – allgemein: Temporal Light Artefacts (TLA)

Als "Temporal Light Artefacts" (TLA) bezeichnet man Wahrnehmungen, die auf zeitlichen Schwankungen der Helligkeit (der Leuchtdichte) oder der spektralen Verteilung von Licht beruhen. Dazu gehören "Lichtflimmern" ("Flicker") und sogenannte Stroboskopeffekte.

Bei Lampen der Allgemeinbeleuchtung steht "Lichtflimmern" im Vordergrund

Diese Form der Lichtmodulation ist vor allem darin begründet, dass Lichtquellen mit Wechselstrom und nicht mit Gleichstrom betrieben werden. Ändert der Strom seine Stärke, wie es bei Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz der Fall ist, ändert sich die Helligkeit (als lichttechnische Größe ausgedrückt: die Leuchtdichte) 100 mal pro Sekunde (= Flimmerfrequenz 100 Hz). Das ist prinzipiell auch bei der Glühlampe der Fall. Allerdings reagiert der Glühdraht so langsam mit Abkühlung und Erwärmung, dass kein Flimmern wahrgenommen wird.

Sowohl Leuchtstofflampen als auch LEDs reagieren hingegen schnell auf Strom- oder Spannungsschwankungen. Um bei LEDs Flimmern zu vermeiden, muss die Lichtquelle über einen kurzen Zeitraum weiterhin konstant mit Strom versorgt werden, auch wenn die Eingangsspannung abfällt. Ob das gelingt, hängt von der Güte des Vorschaltgerätes ab, ist also letztlich eine Qualitätsfrage.

Auch beim Dimmen von LEDs kann Flimmern entstehen. Zur Regulierung der Helligkeit wird häufig das vergleichsweise kostengünstige Verfahren der Pulsweitenmodulation (PWM) eingesetzt. Dabei wird die Helligkeit der LED dadurch verändert, dass sie – vereinfacht ausgedrückt – schnell an- und ausgeschaltet wird. Je schneller das geschieht, desto unwahrscheinlicher ist es, dass Flimmern wahrgenommen wird.

Leider gibt es keine belastbare Methode, um vor dem Kauf einer Lichtquelle festzustellen, ob sie unter den Bedingungen, unter denen sie letztlich verwendet wird, flimmert. Zusätzliche Informationen zum jeweiligen Produkt müssten gegebenenfalls beim Hersteller eingeholt werden.

Wahrnehmung

Das menschliche Auge kann, wenn die Frequenz niedrig genug und die Veränderung groß genug ist, Schwankungen der Lichtintensität visuell als Flimmern bewusst wahrnehmen. Erhöht sich die Flimmer-Frequenz, kann das Auge diese Veränderungen nicht mehr auflösen und nimmt die Strahlung als kontinuierlich wahr. Allerdings hängt diese sogenannte "Flimmerverschmelzungsfrequenz" (FVF) von verschiedenen Faktoren ab, so dass keine für alle Lichtquellen und alle Personengruppen einheitliche FVF definiert werden kann: Bei niedriger Lichtintensität, wenn als Sehrezeptoren nur die Stäbchen angeregt werden, liegt die FVF in der Regel bei nur etwa 25 Hz, bei höheren Lichtintensitäten, wenn auch die Zapfen beteiligt sind, bei bis zu 100 Hz (nach anderen Angaben bis zu 90-95 Hz). Auch die Stärke der Helligkeitsschwankungen sowie die Flächenverteilung des Lichts auf der Netzhaut spielen dabei eine Rolle. Da der Anteil der sichtbaren Strahlung, der die Netzhaut erreicht, von der Durchlässigkeit der vorderen Augenmedien, insbesondere der Linse abhängt, wird die Empfindlichkeit auch von Faktoren wie dem Alter des Betrachters beeinflusst. Generell können jüngere Menschen höhere Flimmer-Frequenzen auflösen – d.h. visuell als "Flimmern" der Lichtquelle wahrnehmen - als ältere.

Biologische Wirkungen

Bei visuell wahrgenommenem Flimmern, aber auch oberhalb der Flimmerverschmelzungsfrequenz, werden Beschwerden wie Kopf- und Augenschmerzen oder verminderte visuelle Leistungsfähigkeit berichtet. Bis zu welcher Frequenz solche Wirkungen auftreten können und wie häufig sie sind, ist nicht abschließend geklärt. Bei der Vergabegrundlage des "Blauen Engels" für Haushaltslampen (RAL-ZU 151) wurde die Anforderung festgelegt, dass die Helligkeit im Frequenzbereich bis 200 Hz bei einer mit dem "Blauen Engel" ausgezeichneten Lampe um nicht mehr als 15 % nach oben oder unten schwanken darf.

Betrachtet man die Schwere gesundheitsrelevanter Auswirkungen von "Lichtflimmern" oder Stroboskopeffekten, muss das Risiko für Anfälle bei Menschen mit speziellen Formen der Epilepsie bedacht werden, bei denen Lichtreize als Auslöser wirken können (photosensitive Epilepsie). Am ehesten scheinen derartige Anfälle von Frequenzen um 15-25 Hz ausgelöst werden zu können, d.h. weit unterhalb der bei Lampen auftretenden Flimmerfrequenzen. Von dieser Form der Epilepsie sind nur wenige Menschen betroffen, die zudem in der Regel um ihr Risiko wissen.

Regelungen

Abgesehen von zwei Normen zur Vermeidung von Stroboskopeffekten bei der Beleuchtung von Arbeitsplätzen existieren derzeit keine harmonisierten Normen zur Vermeidung oder Minimierung von TLA. Das Thema wird allerdings sowohl von Leuchtmittelherstellern als auch von nationalen und internationalen Gremien diskutiert, die sich mit der Qualität von Allgemeinbeleuchtung befassen. Allerdings enthält die EU-Verordnung 2019/2020 zur Festlegung von Ökodesign-Anforderungen an Lichtquellen (mit Änderungsverordnung 2021/341/EU, Anhang IV) erstmals Anforderungen, die Flimmern und Stroboskopeffekte bei LED-Lichtquellen, die direkt mit Strom aus dem öffentlichen Stromnetz betrieben werden können, begrenzen sollen. Die Anforderungen gelten seit dem 01.09.2021.

Leuchtmittelhersteller sind zudem verpflichtet, ihre auf dem Markt befindlichen Produkte in einer EU weiten Datenbank, der European Product Database for Energy Labelling (EPREL) zu registrieren. Über einen QR-Code auf der Verpackung können die Verbraucherinnen und Verbraucher künftig zusätzliche Produktinformationen, darunter die Werte zu Flimmern und Stroboskopeffekten, abrufen.

Fachgespräch

Das BfS führte im März 2021 das Fachgespräch "Temporal Light Artefacts" durch. Unter anderem wurde über Messmethoden, Wirkungen, rechtliche Regelungen und Ansätze zur Minimierung diskutiert. Das Protokoll des Fachgesprächs steht zum Download zur Verfügung.