猫爷折腾频道 篇二:如何测出台灯的频闪频率

2019-10-10 09:57:48 5点赞 17收藏 3评论

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创作立场声明:本文为原创,文章中所有产品&设备都是自费购买。实验方法纯属个人脑洞,经与大学时期室友(现北交大光学博士在读)讨论,皆认为实验具有参考价值。

  • 前言

如果你家孩子写作业老是打瞌睡,先别急着打,有可能是台灯的锅。写作半小时,眼睛比别人的孩子写三个小时还累是很有可能滴。

好台灯的重要性大家都知道,这里不再赘述。然而,我们选购时,却几乎只能看广告——里的废话。

智力健全的人都知道,护眼、健康、学生适用、儿童……这些词除了让产品溢价,并影响消费者决策外,什么都说明不了。所谓没有标准,就没有意义,什么叫护眼灯?什么叫健康灯?什么叫学生灯?没有标准。你甚至可以说,只要不会致盲的灯,都是健康护眼灯,没毛病啊老铁!

如何测出台灯的频闪频率                                                                                   一堆废话····

台灯可以说是最不透明的产品之一,产品资料里几乎全是废话,标出参数的都极少。

于是我开始思考,有没有办法科学且正确的检测出台灯的参数。

  • 关于频闪

频闪是检测的第一个难点。

频闪就是闪烁,就是灯光的明暗波动。

我们经常听到一些不闪屏,不闪灯之类的产品。但实际上,所有灯具都是有频闪的,因为灯光波动是电流的波动引起的,而世界上并没有“一条直线的直流电”,所以也就不存在毫无波动的灯光。

为什么频闪对人眼会造成负担,引起视觉疲劳?这要从人类的视觉系统说起。

人的眼球人的眼球

                                                                                     人眼结构图

本质上来讲,我们的视觉系统就是最先进的碳基生物相机,眼球就是镜头,视觉神经就是CMOS,脑子相当于处理器。人的视觉系统至少相当于8轴液压云台+100000帧高速相机+40K分辨率,录制的内容偶尔会在梦境中回放….

闪烁的灯光被眼球收录,视觉系统进行后期处理时,大脑会尽量修正其中影响观感的无用信息,从而还原一副完整且稳定的画面。

加之人脑对图像的记忆会有一个视觉暂留的过程,所以我们才看不到灯光高频的闪烁。

同时,我们的视觉系统是世界上最好的防抖相机,如果将手机放在头顶并正常行走,拍摄到的和眼球(镜头)接收到的画面其实是抖动的,但我们实际感受的画面确是稳定平滑、毫无撕裂、果冻效应,和变形的。

实拍:走路的时候 人眼实际收录的画面实拍:走路的时候 人眼实际收录的画面

                                                                 人在行走时,眼球捕捉到的画面

拍摄姿势拍摄姿势

                                                                       一个优雅的拍摄姿势

而视觉暂留我们以上图左侧的红黄光方框为例,大家看到它在交替的闪烁,如果闪烁的足够快,视觉暂留就会认定成右侧那个稳定的橙色方块,而如果没有视觉暂留,你看到的就是发疯一样闪烁的红黄光。

所以,灯的频闪虽然不容易被直接感受到,但它确会增大视觉负担,从而让你疲惫,困倦,流眼泪,用眼过度,视力下降。

若要较真,太阳光也有频闪,但它对人眼会不会造成视觉负担。

所以,我们主要是看台灯的频闪频率和波动深度

  • 到底怎么测?

普通灯具,用手机测就行。

打开相机,对着灯拍,最好用120帧以上的慢镜头档。

相机没有人脑那么高级的后期能力,定格曝光就完事了,人眼看不到的,手机会帮你刷在屏幕上。

如上图,只要取景器上出现了条纹,闪烁,明暗抖动,真像只有两个:

1.你相机坏了。 2. 灯闪的很厉害。

实拍:相机下灯的频闪实拍:相机下灯的频闪

                                                                        实拍:手机拍摄到的频闪


但是!这招对台灯没用!

因为台灯的标准本就远高于“普通相机可检测”,只要是一台合格的台灯,频闪都不是普通手机能测的出来的。

怎么办呢?一开始我想了两个办法。①去专业的光学实验室用天价仪器检测。②找一台天价超高速相机,一秒能拍几十万帧的那种。天价…

彳亍口巴~看来只有另辟蹊径,用骚办法来解决这个骚问题。

为什么会有光,因为通了电啊,为什么光会闪,因为电在波动啊。测电流的波动用什么?示波器啊!

所以,我们只需要一台靠谱的示波器,比如这个,100Mhz,2Gsa/s就够了。

示波器测供电波形示波器测供电波形

这样测出来准吗?

哈哈哈哈哈哈……不准!但是足够反应问题的参考意义。

不准是因为任何荧光材质,都有一个概念叫做余晖。光线的发出、变亮、变暗、熄灭,发生在电流的变化之后,而非同步,就好比以前的钨丝灯泡,是通电后慢慢变亮,断电后慢慢变暗,并不随电流同步波动。

护眼台灯几乎都是LED光源,余晖时间短,对电流的响应灵敏,虽说不完全同步,甚至在足够高的频率下也并不完全同频。

但是,这样的办法,对于提供给我们一个有参考价值的可靠参数,足够了。


在科研项目上,并不是所有的实验设计,都是精度越高越好既然是实验,最重要的是你要能证明这个实验本身是科学的。有误差没关系,只要误差对大家是公平的,是不影响你最终实验结论的准确性的即可。实验设计水平高低也并不是单纯的比谁的误差小,而比的是谁的实验更能直观的去佐证你需要的结论。


  • 实验依据

示波器测电流去推测灯光频闪水平的科学依据是:从光电转化的基本原理来讲,用电流去推测灯光的频闪,只会低估它,不会高估它。

由于LED足够灵敏,所以只有在电流超高频的抖动下,光源实际的频闪频率和深度才会与电流电压的抖动特征明显不一样,而在低频的情况下,是不存在的。

也就是说,如果一个台灯的频闪属性足够优秀,我们用电流的波动反推光源,才会出现测不准频率和深度的情况。既然已经都足够优秀了,并且不会出现高估,出现一些偏差又如何呢?

所以,这个实验设计虽然有误差,但它是科学的。

  • 具体操作

证明实验可行后,操作起来就很简单啦~

第一步,把台灯拆了;

先拆了再说先拆了再说

第二步,把要输入灯泡的电流飞线接出来;

第三步,接入示波器;第四步,测量读数找到最典型的电流震荡波形;第五步,打扫战场把灯装回去。

引线将电源处理过后要接入灯泡的电压接入示波器,找到其典型的电流波形,频率在26.6KHZ,并且波形很稳定,电压最大浮动深度3.68V,我们跟国家最高护眼灯频闪标准大于3215HZ对比,超出国标8-9倍。

此台灯实测的波形此台灯实测的波形

                                                                               示波器显示结果

对于台灯而言,小超国标几倍不稀奇,但26.6KHZ的典型频闪频率,即便在顶级台灯中也可称为翘楚。


虽然我们测的是电而不是光,但我们知道直接对光源用添加设备测量,无论频闪频率还是频闪深度,它的表现只会更好而不会更差,这就够了。


该产品给出的官方数据是光源频闪26.798KHZ,我们的电信号为26.6KHZ,也再一次论证了我们的实验数据是具有参考意义的,且只会低估不会高估。

  • 其他情况

实际上对于不同台灯的频闪,在测量时无论是在专业的光学实验室,还是用我们这样的野路子,都会遇到以下三种情况。

第一种:

也是最常见的一种,也是上述实验的情况。我们可以轻易在示波器上读到一个典型的电流波形和频率,频率越高越好,深度越小越好,大体来看,频率超过4000算及格,超过10000算优秀,超过20000就可以算变态了。

第二种:

产品的电源整流方式就是企图将波形彻底打乱,无法读到一个典型的电流波形和频率。因为杂乱无章无迹可寻,也间接说明台灯的频闪不会太严重。通常来讲,比起追求频率,这种灯更加的注重控制电压的波动深度。我测的另一款灯就属于这种情况 。

如何测出台灯的频闪频率

我测出它的电流波动深度很小,也就是在频闪控制方面,它也是足够优秀的。

第三种:

用原理作弊。别人都用220V交流电去整流,它却用上了电池!电池!电池!直流电电池的供电波形是最稳定的,这种属于原理碾压。几乎所有使用电池工作的台灯,都不用担心任何频闪问题,别测,测就是个变态。

但是,用电池灯和交流电灯对比频闪,是不公平的!

个人观点:主力台灯是不应该用电池的,因为它不是手电筒。无论是边充电边用,还是电池衰减,电池更换,都是不符合台灯的使用逻辑和专业逻辑的。    


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3评论

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  • 板凳
    10-12 21:11

    知道的猫爷

  • 椅子
    10-10 16:46
    芝麻信用

    思路不错,但是电压、电流搞清楚,你这是测得电压波形吧,文中电压电流混着用。既然有示波器,严谨一点用光电二极管同时测一下亮度变化更有信服力。还有,用电池不代表就没有频闪,只要是有调光,而且是PWM调光的,一定会有频闪,同样,插电的,但是直流调光的台灯就没有频闪。写文要严谨,不懂得东西不要随意下定论,有误导他人可能性。

  • 沙发
    10-10 12:47

    抖音上关注的 ZDM上也有 绝了

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