▲手机摄像头拍到的效果
看来是时候该做一些功课了。
Part II 功课
何为频闪？
这个倒很好理解，
因为交流电的50Hz频率特性，一些光源会在此基础上产生光强度的周期变化。比如白炽灯，镇流器日光灯等等,通常是100Hz闪烁频率。一般而言,人眼对50HZ以上的频率不敏感,
所以这种100Hz的灯光频闪, 大多数人是感觉不到的.
手机为何能拍到频闪？
现在手机摄像头都是cmos类型, 其成像过程是逐行扫描成像,
这就是造成手机会拍到果冻效应和频闪效应的根源。正好找这个机会研究一下当前手机摄像头电子快门的扫描速度。
首先从最简单的地方着手，找一个有明确频闪特性的光源。那就从白炽灯入手。
找来一个白炽灯，白炽灯的频闪特性是100Hz的亮度周期性变化，把手机快门调到1/500秒，其他参数自动。在纯白炽灯光下对着一张白纸拍摄，拍到一张如下的图案。
▲40W白炽灯频闪效应实测图
结果还是很明显的， 可以看到3个半周期的明暗交替， 也就是说得到这张图像， 相机总共用了3.5X0.01=0.035s的时间。
换算成相机上快门速度就是约等于1/28的快门速度。虽然这次拍摄设置快门是1/500s,
对于单个像素成像时间确实是1/500s, 但是因为cmos逐行扫描的成像特性,
整个画面仍然花费了1/28s的时间。
简单说下, 此次使用手机是mate8, 可以手动设置快门时间, 如果设置成自动模式, 相机会自动规避50Hz的频闪周期,
拍不出光源的频闪特性.
苹果手机有专门app可以自由设置快门, 或者设置到慢动作摄影模式也能达到预览效果.
数码相机, 微单, 单反, 如果有电子快门功能也能达到测试效果.
Part III 专用测试设备
好了, 手机可以用来定性识别光源的频闪特性. 那光源的其他特性如何呢?
此次租借了2个专用设备, 一台fluke TI110热成像仪和远方SPIC-200B光谱分析仪.
■热成像仪:
热成像仪用来测试光源的发热情况. 我们知道白炽灯这种热光源是会正常发热, 发热不影响它的寿命, 相反正是发热才导致其发光.
但是像LED这种冷光源, 发热是会严重影响它的寿命和光源特性的. 一个LED灯的好坏, 其散热设计很重要,
直接关于灯的寿命和光衰特性.
▲15W玉米灯的热成像图.
其灯珠最高温度达到了85℃.
■光谱分析仪:
光谱分析仪可以分析的指标太多了, 光源的色温, 显色指数, 光谱特性, 照度,
这些都是一般人眼不可量化但是确实影响使用感受的指标.
色温: 简单说就是光源的冷暖特性. 暖光色温低, 冷光色温高. 太阳光直射色温是5500K左右,属于最中性的光源.
白炽灯光源则属于暖光,色温在3000K以下.
光谱特性:
指的是一个光源在各个波长上光强的分布.
显色性是指一个光源的色彩还原能力, 显色性越好, 色彩还原能力越强. 太阳光的显色性是100.
照度就是光照强度, 通俗说就是灯亮不亮的一个指标.
▲太阳光的光谱曲线和特征值:
可以看到太阳光是连续的光谱, 显色性是100, 紫外线是有的.
▲一个节能灯的光谱曲线和特征值
波长小于380nm的属于紫外线了, 波长大于760nm的属于红外线了.
在租用测试设备的时候, 顺手测试了一下办公室的光源, 公司办公室在去年全面更换了成了LED照明灯管,
测试时仪器放在距离地面75cm的高度.
▲办公室LED灯管照明环境
照度276lx--属于中等明亮程度.比之去年更换以前的飞利浦日光灯管(170+lx)已经亮了很多
显色指数85.3--这个指数在LED灯中还算不错了
色温5877K--属于正白光.
用手机瞄了瞄, 没有发现可察觉的频闪.
■电力监测仪
最后, 压箱底翻出一个北电的电力监测仪, 用来测试电器(包括灯)的实际工作功率, 看看标称功率和实际功率的差异.
来一张测试设备的合影.
▲从左到右依次是1. 光谱分析仪; 2.mate8手机; 3.电力监测仪;4.热成像仪.
Part IV 实测对比
准备工作做了一大堆, 终于到 了重头戏部分, 把手上能收集到的各种灯进行一次尽量全面的对比测试.
首先来秀一下被测对象的合影.
分别涵盖了:40W白炽灯, 11W节能灯, 5W的LED球泡灯和5W的LED玉米灯, 选这几个灯的目的:
1. 在照度上接近, 可以用来进行节能对比.
2. 暖光LED和白光LED灯的光谱对比
3. 高低价位的LED灯性能对比.
手头素材仍然有限, 迄今没有买过LED吸顶灯, LED护眼台灯, 各种遥控可调光亮度等新潮灯具, 未能对这些光源进行测试,
留待以后慢慢补充吧. 此次也仅仅限于螺口可更换灯泡式光源对比.
直接上数据和实测截图.
表1: 被测样品指标描述
表2: 光谱/频闪/发热等特性对比
▲局部放大图.
测试条件备注:
1. 交流220V, 50Hz; 室温20℃.
2. 照度测试条件为同一台灯, 灯座距离桌面高度约30cm, 同一测试点位测试光谱特性
3. 玉米灯的频闪特性测试中白纸面出现的六条放射状亮条是由于灯罩对玉米灯6个灯面的反光导致.
4. 发热情况是在自由空间的灯座中(如实物图所示)稳定工作15分钟后再成像取值.实际在灯罩中工作情况可能更恶劣.
数据和图像都在表中, 高低好坏一目了然.
Part V 写在后面
测试结束了, 可是想表达的却还有很多.
话题1: 频闪
白炽灯和节能灯, 另外还有镇流器日光灯管等等, 因为发光原理, 频闪不可避免. 但是直流发光的LED灯 ,先天可以避免频闪的,
各个淘宝天猫店家广为宣传的无频闪的灯具, 却也检查出了频闪, 而最糟糕的灯具其频闪特性达到了不忍直视的境界.
来看一个实例, 是一盏标称8W的front玉米灯. 因为功率关系没有放在上面的对比中,
但是其夸张的频闪特性迫使我把它拿出来晒一晒.
首先是频闪特性, 基本上是亮度从0到100%的脉冲变化.
▲某LED玉米灯频闪效应实测图
其次, 对其进行拆解, 发现里面使用了低成本的阻容降压限流电路. 这种电路根本没有恒流特性, 其电流波形也呈现脉冲状,
是导致LED灯频闪的根本原因.
▲某LED玉米灯拆解图
先不去衡量考虑频闪对人眼的危害性, 直观理解, 频闪没有总比有要好总没有错.
何况LED的恒流驱动特性特别适合做出无频闪的光源.
不要迷信商家的广告, 我在购买这些灯的时候, 页面宣传上是有类似的恒流啊, 无闪烁啊的广告词,
买到后测试下来是另外一回事.
结合第四部分的对比测试, 有一句千古名言提醒各位要牢记:一分钱一分货. 便宜没好货.
话题2 蓝光有害论
大多数的照明LED都是蓝色发光然后激活荧光粉发出红黄光,使得整体的光变为白色或者暖白色. 通过第四部分的对比可以看到,
白光LED光谱中蓝光的占比要高一些. 而暖白光LED光谱中, 蓝光的占比要低一些.
蓝光是不是真的有害, 我不清楚.
但是我知道, 高照度的光线肯定是会损害人眼的.
同样照度(比如1000lx)的LED灯, 暖白色灯的蓝光强度肯定要低于正白色灯的蓝光强度.
而对于舒适性而言, 长期在一个特别高色温的LED光源下用眼是很容易疲劳的. 比如下面这个光谱是一个免费赠送的小台灯的光谱图,
色温超过了10000K, 蓝光的比例高的很.
▲某LED小台灯光谱曲线图和特征值
话题3. 显色指数Ra
这个指标没有太深入研究过, 总体是越高越好. 根据第四部分的对比测试, 2款品牌暖光等要比2款玉米灯的显色性要好.
但是也不绝对是暖色一定比正白好. 手头也测到过暖色的LED灯珠显色指数不到70的.
另一个显色指数是CRI, 有待进一步做功课学习.
话题4. 护眼台灯
网上搜索, 护眼台灯一大把. 什么是护眼台灯, 怎么样的台灯才是好台灯.
我的理解, 既然是台灯, 肯定要在灯下看书写字. 那么好的台灯要有如下特点:
1. 发光面积要大,
裸灯泡的肯定没有加了灯罩的好; 一个灯珠的肯定没有点阵式灯珠的效果好. 不加柔光罩的肯定没有加柔光罩的好.
有导光板的同理(看看笔记本屏幕就知道导光板的效果了).
2. 不能有频闪.
这个很简单, 拿手机出来晃一下就知道了, 操作方法见第二部分
3. 亮度可调,方向可调.
还是那句话, 太高的亮度对眼睛是有损害的. 把亮度调到合适的区间是对眼睛最好的保护.
4. 色温可调,锦上添花.
同样的照度, 高色温的感觉会更亮一点, 因为人眼对蓝光要敏感一点, 但是蓝光的显色特性不好, 所以作为阅读灯,
色温还是偏低一点好.
话题5. 灯的寿命
最近几年先后买了几个LED灯泡, 品牌就在此次测试列表中, 其中一个用了不到一星期就挂掉了(几块钱的
