Warum nimmt man PWM Dimmung als gedimmt war?
Wenn eine LED ganz schnell on/off geschaltet wird und diese Intervalle eine feste Zeitspanne umfassen, lässt sich damit die Helligkeit Modellieren (PWM = Pulse Width Modulation).
Ich möche die Biophysik dahinter verstehen. Warum nimmt die Netzhaut das als gedimmt war?
"Helligkeit" ist, soweit ich weiss, nichts anderes als Photonenfluss Dichte durch eine Fläche. Klar, wenn wir ein/aus schalten und das mehrere 1000 mal Pro Sekunde haben wir weniger Photonen Fluss pro Sekunde...
Jedoch wird beim PWM dimmen ja kurz die gesamte Led abgeschaltet, was ja ein kleiner Unterschied ist:
Beim PWM wird sozusagen ja nicht die Flächendichte in einem instantaneous Moment reduziert, beim Analogen dimmen schon. Wie kann es also sein, dass unsere Augen pwm dimmen tatsächlich "mittelt" und wir so die Illusion eines schwächeren leuchten bekommen?
1 Antwort
Im Auge passieren chemische Prozesse, und die sind "langsam". Aus dem selben Grund funktioniert auch das Fernsehen oder Kinofilme. Es werden Bilder immer nur sehr kurz gezeigt und man sieht das dann als ein Bild das ständig da ist und sich bewegen kann.
Bei Super-8 werden 18 Bilder pro Sekunde gezeigt, der Film wird zwischen den Bildern transportiert, das geht relativ langsam. Also ist das Bild noch nicht mal 1/4 der Zeit an, den Rest der Zeit dunkelt der Schutter ab damit man den sich auf das nächste Bild bewegenden Film nicht sieht. Um Flackern zu vermeiden wird ein Bild sogar zwei mal gezeigt, genauer wird das Bild während der Film kurz stehen geblieben ist noch mal zwischendurch abgedunkelt.
Auch beim Röhrenfernseher ist immer nur etwa eine ganze Zeile richtig hell wenn die gerade gezeichnet wurde und verblasst ein paar Zeilen später. Hat man eine High-Speed Kamera, dann kann man das deutlich sehen.
https://www.youtube.com/watch?v=8sThyWQC4RY
https://www.youtube.com/watch?v=3BJU2drrtCM
Und das selbe passiert auch mit LED Beleuchtung. Tatsächlich flackern die meisten 230V gespeisten LED Lampen mit 100Hz wegen der Netzfrequenz. Auch das merkt man nicht, denn ab etwa 18 "Lichtblitzen pro Sekunde" kann man das nicht mehr sehen.
Nervenzellen schaffen maximal 20 Hz Signale zu verarbeiten, die chemischen Lichtrezeptoren im Auge sind noch langsamer.
Danke! Ich hatte nicht "vor Augen" (hehe) das die Photorezeptoren des Auges eine so geringe Photonenempfindlichkeit haben.
Dazu habe ich gerade folgenden Ausschnitt gefunden:
They led to the conclusion that rod photoreceptors can detect a very small number of photons, typically less than 10 during an integration time of about 300 ms (Barlow, 1956).
Ich hatte erst befürchtet, dass selbst bei pwm Frequenzen von 1kHz (soviel haben meine hue Lampen im Haus) mir sozusagen echte FPS in der Wahrnehmung verloren gehen, weil ich dann noch mehr "nur" das Nachbild aus der vorherigen "an" Phase sehe, was dann in der "aus" Phase langsam abklingt, während mir der "frame" in dieser Phase nicht gezeigt werden kann, da kein Licht... aber das ist natürlich Quatsch
(am besten den letzten Kommentar nochmal refreshen, der ist absolut unlesbar gewesen)
Aber alles sehr interessant, jetzt habe ich auch gelernt, dass das Auge eine Integrationszeit von ca. 0,1s besitzt (http://web.mit.edu/8.13/www/handouts/HumanVision.pdf)
Richtig, das sind 10Hz. Aber da bleiben "Reste" beim integrieren übrig so dass man ein Flimmern sieht. Bei fast der doppelten frequenz, ist das Flimmern fast weg, daher benutzt Super-8 als Standrad 18Hz um Filmmaterial zu sparen. Manche Kameras und Projektoren kann man auch auf 24Hz stellen, das entspricht Kinofilm. Im Projektor kann man dann Kopien von Kinofilmen abspielen (z.B. Tom&Jerry auf Super-8 für die Kinder), und ganz selten haben auch Kameras eine Umschaltung auf 24Hz damit man mehr Qualität für besondere Momente haben kann - oder auch eine leichte Zeitlupe erzeugen kann.
P.S.:
Die "an" Phase wirkt auf das Auge stärker als die "Aus" Phase.
Man kann eine LED stark überlasten wenn man das nur 10% der Zeit macht. Deswegen flackern LED Autoscheinwerfer so stark, das kann man bei vorbeifahrenden Autos sehen, dann erzeugt das flackern eine punktierte Linie statt einem Streifen. Auch sehr starke Taschenlampen benutzen diesen Trick zum Strom sparen und damit die heller erscheinen als die eigentlich sein können.
Die LEDs werden immer nur ganz kurz dafür aber mit mehr als doppelter Leistung eingeschaltet.Für das Auge leuchten die dann mit ca. 130% "dauerhaft". Mit etwa halb so viel Energie kann man also eine LED 30% heller erscheinen lassen!