Cerinţele spectatorilor cu privire la programele TV cresc pe zi ce trece. La ora actuală, este greu să ne imaginăm o transmisiune sportivă fără reluări cu încetinitorul. Imaginile derulate într-un tempo lent nu doar că permit spectatorilor urmărirea cu precizie a mişcărilor sportivilor, dar sunt folosite în prezent şi în asistenţa video pentru arbitri.
Numărul de fps (cadre pe secundă) în sistemul NTSC este de 29, iar în sistemul PAL/SECAM este de 25. Filmările în slow motion trebuie înregistrate cu o frecvenţă crescută, astfel încât, la redarea într-un tempo normal, materialul să păstreze fluiditatea mişcării. La Olimpiada de la Beijing, camerele au funcţionat cu o viteză de 70 fps, iar doar 4 ani mai târziu, la Rio de Janeiro, viteza a crescut la 1500 fps. Pentru ca pe ecranele televizoarelor să nu apară efectul de “pâlpâire”, fiecare cadru trebuie să fie iluminat cu aceeaşi cantitate de lumină.
În ultimii ani, au crescut foarte mult cerinţele privind stabilitatea iluminatului arenelor sportive. Atât Comitetul Olimpic, cât şi UEFA au întocmit specificaţii pentru randamentul surselor de alimentare ale sistemelor de iluminat cu LED-uri, printre altele pe baza aşa-numitului “flicker”. În articolul de faţă vom încerca să explicăm efectul acestui indice asupra calităţii imaginii video şi modul în care sursa de alimentare LED produsă de MEANWELL contribuie la îndeplinirea standardelor internaţionale.
Figura 1: Exemplu de fluctuaţie a tensiunii şi de flicker pe stadion, unde Imax, Imin se referă la curentul de ieşire maxim şi minim; EHmax, EHmin se referă la valorile maxime şi minime ale iluminatului punctual.
Fluctuaţiile de tensiune şi fenomenul de flicker
Pe arenele sportive se optează tot mai adesea pentru sisteme de iluminat cu LED-uri, care permit economisirea energiei şi, de asemenea, oferă un interval larg de variere a intensităţii luminoase, o mai bună redare a culorilor (CRI > 80), eliminarea întârzierii în atingerea luminozităţii maxime, un ciclu de viaţă mai lung şi, în fine, un nivel redus de pâlpâire. Transformarea energiei electrice în lumină este caracterizată de o dependenţă semiliniară: imperfecţiunile pe partea electrică sunt transferate în calitatea luminii. În figura 1 este prezentată o caracteristică, ideală, plată a curentului de ieşire din sursa de alimentare. În realitate, această valoare suferă abateri periodice. Parametrul acestui comportament este denumit fluctuaţie de tensiune. Dependenţa menţionată mai sus este utilizată de proiectanţi pentru evaluarea pâlpâirii luminii pe baza parametrilor care definesc fluctuaţia tensiunii sursei de alimentare.
Filmările în slow motion şi apariţia pâlpâirii
Să studiem fenomenul descris prin prisma standardelor europene. Numărul de cadre pe secundă în sistem PAL este de 25. Frecvenţa curentului continuu de la sursa de alimentare LED este de 100 Hz (multiplul celor 50 Hz de la reţeaua electrică).
La o înregistrare video cu viteza de 25 fps, o pâlpâire cu durata de 1/100 dintr-o secundă nu reprezintă o problemă. Cantitatea de lumină din fiecare cadru este aceeaşi, aşa cum se arată în figura 2. Atunci când viteza de înregistrare creşte, cantitatea de lumină din cadrele succesive începe să sufere modificări. În acest fel apare pâlpâirea. Nivelul acestui fenomen diferă în funcţie de viteza obturatorului.
Figura 2: Niveluri diferite de lumină în cadre în cazul unui număr mare de cadre pe secundă.
Problema poate fi evitată cu ajutorul uneia dintre cele două soluţii de tip hardware. Prima constă în creşterea frecvenţei sinusoidei curentului de ieşire, care va face ca expunerea fiecărui cadru, chiar şi în cazul unei viteze crescute de înregistrare, să rămână neschimbată. Această metodă este adesea utilizată în tradiţionalele stabilizatoare High Speed HID. Semnalul sinusoidal al curentului de ieşire va fi convertit într-unul dreptunghiular, iar apoi frecvenţa semnalului dreptunghiular este mărită, de exemplu la 1000 Hz în cazul unei filmări realizate cu o viteză mai mică de 1000 fps. Cea de-a doua metodă constă în reducerea fluctuaţiei de tensiune în convertor astfel încât cantitatea de lumină din fiecare cadru să nu sufere modificări vizibile. Aceasta este cea mai populară soluţie din sistemele cu LED-uri.
Tabelul 1: Indicii de flicker pentru video ultra slow motion la 1000 fps.
Figura 3: Abaterile curentului de la specificaţii pentru seria MEANWELL HLG-320H-C (partea stângă); abaterile măsurate ale curentului de la raportul de testare pentru un curent de ieşire de 1400 mA (partea dreaptă).
Cerinţe pentru filmările în slow motion din arenele sportive
Cerinţele legate de iluminarea evenimentelor sportive depind de tehnologia slow motion folosită. Cea mai veche şi totodată cea mai populară presupune adaptarea condiţiilor pentru o înregistrare cu o viteză de până la 150 fps. Cu ocazia Jocurilor Olimpice de la Londra, arenele au fost pregătite pentru standardul de super slow motion (şi anume 150–300 fps). Valorile mai mari de 300 fps reprezintă modul ultra slow motion. La Olimpiada de la Rio de Janeiro din 2016, numărul mediu de cadre pe secundă a fost de 1500. Cerinţele standard ale televiziunilor pentru imaginile în ultra slow motion sunt prezentate în tabelul 1.
Figura 4: Calculul fluctuaţiei de tensiune pentru modelele CV şi CV+CC ale sursei de alimentare pentru LED-uri.
UEFA a elaborat propriul standard pentru flicker. Pe stadioanele din clasa Elite valoarea medie a indicelui de flicker al luminii trebuie să se situeze sub 5%. Pentru stadioanele de nivelurile A şi B indicele mediu de flicker nu poate depăşi 12%, iar pentru stadioanele de nivelul C acesta va fi de cel mult 20%.
Sursa de alimentare pentru LED-uri – fluctuaţiile de tensiune
În această secţiune vom detalia modul de determinare sau deducere a parametrului de fluctuaţie a tensiunii pe baza documentaţiei tehnice a sursei de alimentare. Există trei tipuri de surse de alimentare pentru LED-uri: de curent continuu (CC), de tensiune continuă (CV) şi de curent continuu + tensiune continuă (CV+CC). Parametrul de fluctuaţie a tensiunii poate fi găsit în documentaţia tehnică a sursei de alimentare de curent continuu LED. De exemplu, pentru seria HLG-320H-C de la MEANWELL, fluctuaţia maximă a tensiunii este de 5%, însă, aşa cum se arată în figura 3, fluctuaţia efectivă, măsurată, a tensiunii este de 1.14%, care respectă standardul de 5% pentru stadioanele din clasa Elite şi de nivel A (formulat de UEFA).
În cazul modelelor CV, între ieşirea sursei de alimentare LED şi modulul LED adeseori este prezent un modul cu stabilizator de tensiune. La calcularea indicelui de flicker al întregului sistem trebuie să ţinem seama de parametrii stabilizatorului. Dacă însă nu este folosit un stabilizator, calculul poate fi efectuat prin metoda indicată mai jos pentru sursa de alimentare CV+CC. Pentru modelul CV+CC, calculul poate fi realizat pe baza parametrului de fluctuaţie şi interferenţe, printr-o transformare matematică simplă ca în figura 4.
Fluctuaţia de tensiune indicată în exemplu este destul de joasă, pentru că parametrul de fluctuaţie şi interferenţe utilizat a fost măsurat după introducerea în circuit a două condensatoare exterioare cu capacităţile de 0.1 μF şi 47 μF. Pentru a obţine rezultate precise, se recomandă măsurarea direct în sursa de alimentare. Modelul prezentat aici poate fi folosit pentru calcularea rapidă a rezultatului, pentru referinţe ulterioare.
Figura 5: Un efect de flicker redus cu ajutorul unui sistem trifazat AC.
Configurarea sistemului pentru reducerea flickerului
În aplicaţiile cu imagini video la un nivel între 1000 şi 2500 fps, efectul de flicker poate fi limitat datorită sistemelor trifazate, fără a fi nevoie de o sursă de alimentare avansată care să elimine pâlpâirea. Aşa cum se arată în figura 5, sursele de alimentare LED sunt instalate pe diferitele faze ale reţelei de energie electrică AC. De vreme ce fluctuaţia de tensiune pentru fiecare sursă de alimentare este defazată cu 120 de grade, pâlpâirea va fi mai mică decât într-un sistem monofazat. Drept urmare, o asemenea sursă de alimentare îndeplineşte cerinţele stricte pentru imaginile video în modul ultra slow motion.
Rezumat
Imaginile video ultra slow motion sunt supuse unor rigori stricte referitoare la sursa de lumină, iar în cazul sistemelor de iluminat cu LED-uri stabilitatea acesteia depinde de calitatea sursei de alimentare. Pentru a veni în întâmpinarea cerinţelor foarte ridicate ale organizaţiilor sportive, firma MEANWELL oferă o linie completă de produse care permit realizarea unor sisteme de iluminat cu LED-uri care respectă cele mai riguroase standarde – atât pe stadioanele de fotbal, cât şi pe alte arene sportive. Mai multe informaţii despre aceste produse puteţi găsi pe site-ul firmei Transfer Multisort Elektronik (www.tme.ro), care este partener direct al firmei MEANWELL.
Autor: Ph.D. Wen Wu, MEANWELL Europe B.V.
Transfer Multisort Elektronik | www.tme.ro
