Vom Sehen der Dinge, die man nicht sieht

Wäre das Auge eine Kamera …

Eine Fotokamera sieht im Aufbau dem Auge sehr ähnlich. Vorne hängt eine Linse, die das Licht von außen bricht und ein Bild hinten auf eine Wand wirft. Diese war einst ein Film, jetzt ist es ein lichtempfindlicher Chip. Beim Auge hängt dort die Netzhaut. In beiden Fällen steht die Welt auf dem Bild auf dem Kopf.

Wenn man die Kamera um 90° dreht und das Bild erneut aufzeichnet, ist dieses ebenfalls um 90° gedreht. Legt sich ein  Mensch hin, so dass sein Auge sich um 90° dreht, steht dessen Bild aber immer noch auf dem Kopf. Tut man dasselbe mit einem Modell des Auges, geschieht dasselbe mit dessen Bild. Allerdings sieht ein lebender Mensch die Welt nie auf dem Kopf stehen. Spätestens da greift das Gehirn ein und rückt die Welt zurecht. Wir sehen alles aufrecht, selbst wenn wir liegen. Unser Bild von der Welt wird nicht vom Auge bestimmt.

Das ist nicht der einzige Griff des Gehirns in die Bilder, die das Auge einfängt. Vielmehr ist unsere Wahrnehmung stark manipuliert, und wir wissen nicht, wie weit die Manipulation reicht. Praktisch alle Zaubertricks nutzen solche Manipulationen aus. Es bleibt aber nicht beim Zaubern. Lebenswichtige Dinge wie Tiefensehen beruhen auf der Manipulation durch das Gehirn und nicht etwa, wie fälschlicherweise geglaubt, auf den Unterschieden der Bilder, die die beiden Augen liefern. Man sieht auf ganz platten Displays Tiefe, die nicht da ist. Man kann nicht einmal absichtlich kein 3D sehen.

Das Gehirn rückt nicht nur zurecht, was die – miserable – Optik des Auges produziert. Es glättet auch die Auswirkungen der Bewegungen auf die Bilder. Diese Bewegungen entstehen z.B. durch das Gehen oder das Sprechen. Beim Gehen sendet jeder Schritt Erschütterungen durch den Körper bis in den Kopf. Ohne Korrektur würde die Welt so aussehen wie ein verwackeltes Handy-Video eines rennenden Amateurs. Dieses Phänomen heißt Oszillopsie. Die Korrektur erfolgt durch das Gleichgewichtsorgan im inneren Ohr. Dieser Reflex - vestibulookuläre Reflex (VOR) - ist einer der schnellsten im menschlichen Körper. Er sorgt dafür, dass das Bild auf der Netzhaut (die Fovea centralis) stabil bleibt, obwohl der "Kameraturm" wackelt.

Die Augen zittern beim Sprechen unmerklich aus mechanischen Gründen. Diese Erschütterungen sind aber winzig gegenüber den Erschütterungen in Fahrzeugen wie bei einem Auto oder in einem Zug. Wenn solche Erschütterungen nicht ein gewisses Maß überschreiten, glättet das Gehirn auch diese Bilder.

Es gibt aber auch Bewegungen, die das Auge selber generiert, um überhaupt sehen zu können. Diese heißen allgemein Nystagmus. Eine besondere Form davon wird z.B. zum Lesen benötigt, Sakkaden. Diese sind unbewusst stattfindende schnelle Bewegungen des Auges. Diese können durch das nicht-explizite Wissen gesteuert sein wie beim Anblick eines Bildes. Sie können aber antrainiert sein wie beim Lesen. In beiden Fällen dauern sie nur Millisekunden. In diesem Zeitraum blendet das Gehirn die visuelle Verarbeitung kurzzeitig fast aus - sakkadische Suppression.

Alle diese Korrekturfunktionen des Gehirns kommen an ihre Grenzen, wenn die Bewegungen zu groß sind oder das Gesehene nicht physikalisch stabil existiert. Das ist z.B. der Fall, wenn die Beleuchtung zeitlichen Schwankungen unterliegt (“Flimmern”) oder das Bild nur virtuell existiert (Bildschirme).

Aha-Effekt zur Olympiade 1972

 

Die Olympischen Spiele 1972 in München waren die ersten, bei denen sich das Fernsehen mit dem Wunsch nach viel Licht durchsetzte. So betrug die Beleuchtungsstärke im Stadion fast 4.000 lx. Solche Werte werden nur selten irgendwo erreicht. Zum Lichterzeugen wurden 556 Scheinwerfer mit 3,5 kW Leistung installiert. Eine gewaltige Leistung!

In diesem taghellen Stadion haben manche Sportreporter schwarze Bilder geschossen. Wieso das geschehen konnte, lässt sich an dem obigen Bild gut erklären. Das Licht auf der Spielfläche stammt aus räumlich verteilten Scheinwerfern, deren Licht im Rhythmus der Netzfrequenz pulsiert. Um dies auszugleichen, wurden die 556 Scheinwerfer im Olympiastadion auf die drei Phasen des Stromnetzes verteilt. So ergänzen sich die Lichtströme gegenseitig, und das Gesamtfeld bleibt für das Auge konstant hell. Für übliche Kameras war es auch gleichbleibend hell. Nur nicht für die schnellen Kameras der Sportjournalisten. Um den Effekt an jedem Ort des Stadions auszuschalten, hätte man jeweils drei Scheinwerfer, die an den drei Phasen des Drehstroms hingen, auf eine Stelle richten müssen.Aber auch 556 Scheinwerfer können nicht das Spielfeld und den Luftraum darüber mit überlappendem Licht bestrahlen.

So haben die schnellen Kameras zuweilen eine schwarze Phase einer Scheinwerferbatterie erwischt. Als Folge davon blieb der Film unbelichtet. Deutlicher erkennt man den Effekt bei schlechter beleuchteten Stadien, bei denen sich das Licht einzelner Masten nicht stark überlappt. Ein hochfliegender Ball sieht aus, als wenn er sich sprunghaft bewegt. Viel früher verschwand sogar der Ball, der an sich gut beleuchtet war, aus den Augen, weil er zeitweilig keinen Kontrast zu seiner Umgebung hatte. Deswegen wurde der Fussball mit schwarzen Flecken erfunden, der später ikonisch wurde.

Heutige Flutlichtanlagen sind gegen solche Probleme gewappnet. In dem Nachfolger des Olympia-Stadions, der Allianz-Arena, können auch schnelleste Kameras (1000 Bilder/s) keine Dunkelphase erwischen, weil es keine mehr gibt.

Nicht so hingegen Lampen, die privat gekauft werden, oder die Straßenbeleuchtung, die gedimmt wird. Bei denen können die LED-Leuchtmittel nicht nur im Takt des Wechselstroms pulsieren, sondern auch problemlos den Verzerrungen des Stroms mit höherer Frequenz folgen.

Warum LED problematischer sind als frühere Lichtquellen

Frühere elektrische Lichtquellen erzeugten Licht entweder durch Erhitzen eines Festkörpers (Glühlampe) oder durch eine Gasentladung (z.B. Leuchtstofflampe). Sie wurden i.d.R. mit Wechselspannung von 50 Hz oder 60 Hz betrieben, die zwischen 0%  und 100% wechselt. Der Takt der Energiezufuhr ist das Doppelte der Spannung, also 100 Hz bzw. 120 Hz. Die Trägheit bestimmt das Flimmerverhalten. Daher war das Licht von Glühlampen zeitlich am stabilsten. Gasentladungen konnten dem Energiefluss schneller folgen, daher war ihr Flimmern eher bemerkbar.

Die LEDs sind sehr schnelle elektronische Elemente. Sie folgen dem Energiefluss praktisch trägheitslos. Während eine konventionelle Lampe Licht entsprechend der linken Kurve produziert, die immer über Null steht, geht der Lichtstrom einer LED durch Null.

Nur bei Betrieb mit Gleichspannung bleibt der Lichtstrom zeitlich konstant. (Anm. Man spricht von Konstantstrom-Betrieb, weil wichtige Eigenschaften der LED vom Strom bestimmt werden.

Flimmern oder Stroboskopeffekt

Im alltäglichen Leben blickt der Mensch auf Monitore, die allesamt ein virtuelles Bild präsentieren, das sind Handys, Laptops, Tablets oder Bürobildschirme. Die Betrachtung erfolgt häufig in fahrenden Fahrzeugen oder bei Bewegungen wie Gehen. Die meisten Beleuchtungen sind mittlerweile auch auf LED umgestellt.

Auf solche Verhältnisse kann das Gehirn nicht mehr ausgleichend reagieren. So kann es zu sichtbaren Störungen kommen, die aber merklich sind und irgendwann abgestellt werden. Oder man meidet solche Orte.

Problematischer sind Einflüsse, die keine direkt erkennbaren Folgen haben. So werden z.B. Computerbildschirme statisch geprüft, und wer davor sitzt und bei der Arbeit nur kleine Augenbewegungen wie bei Lesen benötigt, kann problemlos arbeiten. Hingegen werden andere, die oft hin und her gucken müssen, gestört.

Auch beim Gehen in der Nacht können die Lichter stören, die bei ruhigem Auge keine Probleme bereiten. Besonders bei gedimmter Straßenbeleuchtung kann man gestört werden, wenn die hier benutzten Treiber mit der Pulsweitenmodulation arbeiten.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen Flimmern und Stroboskop-Effekt zeigt die Tabelle.

 

Merkmal	Flimmern	Stroboskopeffekt
Wahrnehmung	Helligkeitsschwankung des ganzen Bildes.	Zerhackte Darstellung von Bewegung.
Hauptursache	Instabile Stromversorgung oder niedrige Bildwiederholrate.	Pulsweitenmodulation (PWM) zur Helligkeitsregelung.
Größtes Risiko	Langfristige Erschöpfung und neurologische Belastung.	Akute Irritation und Präzisionsverlust bei der Arbeit.

Wie stellt man fest, ob ein Effekt vorliegt?

Für die Beschäftigten in Betrieben empfiehlt ein Bericht der Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM) von 2023 (abrufbar hier) folgende Anhaltspunkte zu prüfen. Folgende Aussagen der Beschäftigten können der Hinweis auf Lichtflimmern sein:

• Wahrnehmbares Flimmern der Leuchte
• Wahrnehmbares Flimmern in der Peripherie des Sehbereiches, d.h. im äußeren Sehbereich, neben der Blickrichtung
• Mehrfachbilder bei bewegtem Blick oder bewegten Objekten
• Irritationen beim Erkennen von bewegten Objekten
• Aussagen, die auf Phantombilder oder Perlschnur-Erscheinungen bei kleinen leuchtenden Punkten hinweisen
• Ablenkung durch Lichtquellen oder beleuchtete Objekte
• Sehbeschwerden, insbesondere beim Lesen, verschwommenes Sehen
• Augenrötung, Augenbrennen, vermehrter Tränenfluss, „Sandkorn im Auge“
• Lidzucken
• erhöhte Blendempfindlichkeit
• Kopfschmerzen
• Unwohlsein
• vermehrtes Auftreten von Migräne
• bei Beleuchtung ausschließlich mit Tageslicht treten die genannten Probleme nicht auf

Der letzte Punkt sollte wörtlich genommen werden. Präzise gesagt: Die Erscheinungen treten bei gleichen Personen während des Tages an Orten nicht auf, wo Tageslicht dominiert.

In dem Bericht wird erklärt, wie man mit einfachen Mitteln feststellt, ob die Beleuchtung als Ursache in Frage kommt.

Das linke Bild zeigt einen unbewegten Stift, der bei schnellen Bewegungen wie rechts aussieht. Empfehlungen von anderen, diesen Test mit einem Smartphone durchzuführen, soll man besser nicht folgen, weil die Kamera des Geräts selbst ähnliche Bilder produzieren kann.

In dem Bericht wird auch gezeigt, wie sich die zeitliche Instabilität auf die Erscheinung von Leuchten auswirken kann:

Links sieht man die Leuchte mit nicht willkürlich bewegtem Auge, rechts die Geisterbilder, die durch die Bewegung erzeugt werden.

Bei dem Verdacht auf Lichtflimmern, sollte daher eine der verwendeten Leuchten abgenommen und in einem dafür spezialisierten Messlabor unter definierten Messbedingungen untersucht werden. Wenn das nicht möglich ist, muss die Situation vor Ort von einem Experten beurteilt werden. Die Gutachterliste der LiTG e. V. (https://www.litg.de/Service/LiTG‐Gutachterliste.html) verweist auf geeignete Experten mit dem Spezialgebiet „Messen von Lichtflimmern“.

Weitere Hilfen zeigt eine DGUV-Publikation von 2025: „Wenn der Schein trügt – Gefahren durch Lichtflimmern”. Die wesentliche Aussage lautet: „Bei Leuchtstofflampen lässt sich durch eine Drei-Phasen-Schaltung und elektronische Vorschaltgeräte Abhilfe schaffen. Bei LEDs gestaltet sich die Abhilfe nicht so einfach. An kritischen Arbeitsplätzen (siehe Kurzcheck unter 3.1) darf nur mit Konstantstromdimmung gearbeitet werden. Im Zweifelsfall müssen Verantwortliche die Leuchten auswechseln oder auswechseln lassen....Wenn diese Symptome nur bei künstlicher Beleuchtung und nicht bei Tageslicht auftreten, ist dies ein Hinweis darauf, dass sie durch die Betriebsweise der künstlichen Beleuchtung ausgelöst werden. Für Unternehmerinnen und Unternehmer heißt das: Sie müssen auf gutes Licht und dabei auch auf Flimmerfreiheit achten.“

DGUV empfiehlt: „Für die Praxis ist es sinnvoll, darauf zu achten, dass Beleuchtungsanlagen mit Konstantstrom oder mit einer Pulsrate über 1.000 Hz (Pulse pro Sekunde) betrieben werden. Dies gilt auch für LED-Leuchten, wenn sie dimmbar sind oder wenn intelligente Gebäudetechnik für Dimmung sorgen kann.  Am höchsten sind die Ansprüche an die Flimmerfreiheit, wenn die Arbeit dynamische Sehaufgaben beinhaltet oder Beschäftigte durch flimmernde Leuchten beeinträchtigt werden. Hier sollte auf PWM am besten komplett verzichtet werden.“

 Zum Selbststudium

Die Literatursuche mit den Suchbegriffen  “flicker” und “LED” ergibt für 2025 allein 6.000 wissenschaftliche Artikel. In den 10 Jahren zuvor waren 19.100 Artikel erschienen. D.h., die Publikationen haben in letzter Zeit stark zugenommen.

Wenn man die Suche um das Wort “health” erweitert, findet man 4.960 Artikel, die seit dem Beginn von 2025 erschienen sind.

Wer sich gerne selbst informieren möchte, kann folgende Quellen benutzen, die ich für zuverlässig halte.

DGUV-Publikation FBVW-203:  Wenn der Schein trügt –  Gefahren durch Lichtflimmern, 2025

BG-ETEM:  Prävention von negativen gesundheitlichen Auswirkungen bei Lichtflimmern durch LEDs, Schierz, Vandahl, Hubalek, 2023

LiTG: Störungen und gesundheitliche Beeinträchtigung durch das Flimmerverhalten künstlicher Lichtquellen, Schierz, 2022