Ein Fremdbegriff, der fast allen ein Begriff war – TLA wie Temporal Light Artefacts

Ein Vorwort

Zur nachfolgenden Diskussion gehört die Historie des Begriffs Flimmern, der mit der Einführung der Leuchtstofflampe in den 1930ern begonnen und nach dem Verbot aller Lampen dieser Art in der EU noch an Bedeutung gewonnen hat. (Begriff, Messmethoden, Historie, Grenzwerte u.a. hier). Vor rund 10 Jahren wurde ein offizielles Prüfzeichen propagiert, das die US-amerikanische Prüforganisation UL vergab. Ich hatte mich seinerzeit darüber lustig gemacht (Ein neues Gütezeichen, das nie einer gebraucht hat! Bis heute!) Die Sache hat sich aber per 2026 noch nicht erledigt.

Das Problem wurde nicht etwa gelöst, obwohl es ernst genommen werden musste. Es wurde so lange geleugnet, bis mit dem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) eine radikale Lösung anstand. Diese erhöht die Flimmerfrequenz jenseits von 20 kHz, bei der jeglicher negativer Effekt unterbunden wird. Dennoch hat ausgerechnet die Autoindustrie verhindert, dass das EVG zwingend vorgeschrieben wurde, obwohl sie von einer Wirkung auf die Sicherheit betroffen sein konnte: Stroboskopeffekt. Diese betrifft bewegte Maschinenteile, die man ggf. still stehend sieht.

Das Argument der Autoindustrie war wirtschaftlicher Art. Sie hätte ihre Produktion unterbrechen müssen, um die Vorschaltgeräte auszutauschen, weil die EVG eine nominale Lebensdauer von 50.000 h hatten. Ebenso aus wirtschaftlichen Gründen verzögerte sich die Einführung der EVG in Bürobauten. Diese hätten die Investoren bezahlen müssen, während der spätere Mieter eines Gebäudes die Früchte erntet.

Die heutige Diskussion wird ebenso von wirtschaftlichen Argumenten geprägt. Die Lösung, eine flimmerfreie LED-Beleuchtung, ist machbar. Sie ist aber nicht die kostengünstigste.

Da mir das Thema sehr am Herzen liegt, wurde in Genesis 2.0 – Schöpfung der elektrischen Sonne das Flimmern unter “Ignorieren – Die Patentlösung “ behandelt. Es handelt sich um ein Problem, das etwa seit 1908 bekannt ist. Es sind seit der Drucklegung des Buches mehrere wichtige Informationen angefallen.

TLA  - Das unbekannte Wesen?

Wie im Vorwort erwähnt, geht die Diskussion um Flimmern auf die 1930er Jahre zurück. Damals war die Leuchtstofflampe aber weder dominierend, noch das größte Problem. Dieses bildeten eher die Schwankungen des Lichts infolge Stromschwankungen oder Luftbewegungen, die das Gaslicht trafen. Auch das Pendeln von Leuchten soll ein Problem gewesen sein. Daher gehörte die “Ruhe der Beleuchtung” zu den sieben Gütemerkmalen, die 1935 in der Norm DIN 5035 genormt wurden. Die Beleuchtung musste ruhig sein, um Augenermüdungen und andere die Wahrnehmbarkeit beeinträchtigende Folgen zu vermeiden.

TLA = zeitliche Lichtartefakte war also von Anbeginn ein Begriff. Die Norm von 1935 sagte aber: “Für Beleuchtungszwecke reicht die im allgemeinen übliche Periodenzahl von 50 Hz aus.” Bei 50 Hz schwankt das Licht mit 100 Hz. Diese Frequenz wurde als hinreichend angesehen, weil das Auge – angeblich – nur bis 47 Hz auflösen konnte. Jedes Licht mit einer höheren Frequenz würde vom menschlichen Auge aus “ruhig” angesehen werden. Hier ein Bild von Manfred von Ardenne, der sich mit dem Problem bereits in den 1930ern beschäftigt hatte, als er das Fernsehen „erfand“:

Solche Bilder geisterten auch durch ergonomische Bücher und Abhandlungen, als man die Einführung der Computer ausgiebig diskutierte. Die Normung für Bildschirme hat die Grenze der Unsichtbarkeit des Flimmerns dann auf 71 Hz festgelegt. Das reichte für Bildschirme mit einem dunklen Hintergrund. Als dann helle Bildschirme eingeführt wurden, konnten auch die Älteren sehen, wie sie deutlich flimmerten.

Der Schlüssel zum Verständnis für solche Diskrepanzen liegt in der Methode der Bestimmung begraben. Die Frequenz FVF hängt von der Größe des leuchtenden Objekts ab. Die Werte unter 50 Hz wurden mit kleinen Testlampen ermittelt. Größere Bildschirme nehmen einen erheblichen Teil des Gesichtsfeldes ein. Ihre Flimmerfrequenz muss weiter erhöht werden.

Bei Manfred von Ardenne war zudem maßgeblich, dass der Fernseher direkt angeschaut wird. Die Flimmerempfindung ist aber bei peripheren Objekten ungleich stärker, weil der Mensch bei seitlich gesehenen Objekten sehr viel empfindlicher ist. Das ist praktisch bei allen Lichtquellen der Fall, die man für Beleuchtungszwecke einsetzt. Sie werden möglichst weit weg in den Rand des Gesichtsfeldes verbannt, damit sie nicht blenden.

Wie kam es aber, dass Menschen angaben, sie würden Leuchtstofflampen flimmern sehen, wenn 100 Hz schon 1935 hinreichend hoch gewesen sei? Die Antwort liegt auch an der Methode der Bestimmung von FVF mit ruhiggestelltem Auge. Die Prüfung moderner Bildschirme erfolgt auch unter dieser Prämisse. Bei der Arbeit springt das Auge aber ständig hin und her. Zudem bewegen sich die Augen ständig und völlig unwillkürlich mit einer sehr hohen Winkelgeschwindigkeit.

Kurz gesagt: TLA ist ein altbekanntes Phänomen. Neue Leuchtmittel wie LED haben deren Bedeutung erhöht. Dies verdeutlicht eine Illustration des Potentials künstlicher Lichtquellen zum Flimmern, wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden. (Bild uPowertek, übersetzt)

Definitionen

Definitionen/Begrifflichkeiten im Zusammenhang mit TLA werden nicht immer einheitlich verwendet. TLM: Temporal Light Modulation ist die Schwankung der Lichtmenge oder der spektralen Verteilung des Lichts in Bezug auf die Zeit. Sie ist die physikalische/technische zeitliche Veränderung des Lichts ohne einen Bezug zur Wahrnehmung.

TLA = Temporal Light Artefacts bedeutet den Einfluss auf die menschliche Wahrnehmung, induziert durch einen Lichtreiz, dessen Intensität oder spektrale Verteilung mit der Zeit für einen menschlichen Beobachter in einer bestimmten Umgebung variiert.

Flimmern/Flicker = Wahrnehmung einer visuellen Unstetigkeit, die durch einen Lichtreiz hervorgerufen wird, dessen Leuchtdichte oder spektrale Verteilung mit der Zeit schwankt, für einen statischen Beobachter in einer statischen Umgebung.

Stroboskopeffekt = Veränderung der Bewegungswahrnehmung, die durch einen Lichtreiz hervorgerufen wird, dessen Leuchtdichte oder spektrale Verteilung mit der Zeit schwankt, für einen statischen Beobachter in einer nicht statischen Umgebung.

Geisterbilder (Phantom-Array-Effekt) = Änderung der wahrgenommenen Form oder der räumlichen Position von Objekten, die durch einen Lichtreiz hervorgerufen wird, dessen Leuchtdichte oder spektrale Verteilung mit der Zeit schwankt, für einen nicht statischen Beobachter in einer statischen Umgebung.

Der Phantom-Array-Effekt ist ein visueller Effekt, den ein menschlicher Beobachter wahrnimmt, wenn er schnelle Augenbewegungen über eine Lichtquelle ausführt, die eine zeitliche Lichtmodulation bei Frequenzen zwischen etwa hundert Hz und einigen kHz aufweist: In Richtung der Augensakkade wird eine Reihe von mehreren Scheinbildern der Lichtquelle gesehen. (Christophe Martinsons et al. 2025)

Was bewirkt TLA?

Bei Stroboskopeffekten bestehen Risiken vor allem darin, Bewegungen, z.B. von rotierenden Maschinen, falsch wahrzunehmen. So kann die Bewegung langsamer wahrgenommen werden, als sie ist. Die Objekte können auch als unbewegt erkannt werden.

Bei bestimmten Menschen, z.B. bei Vorliegen einer photosensitiven Epilepsie, ist das Risiko für die Auslösung eines epileptischen Anfalls gegeben. Bei einer geringeren Empfindlichkeit können Effekte wie Unbehagen oder Kopfschmerzen entstehen. Unter Photosensibilität, auch Photosensitivität, versteht man in der Neurologie die besondere Reaktionsbereitschaft des Gehirns, auf regelmäßig wechselnde Hell-Dunkel-Kontraste, z. B. beim Fernsehen, bei Videospielen, Flackerlicht in der Disko, Licht-Schatten-Wechsel beim Durchfahren einer Allee o. ä., mit einer zunehmend synchronisierten Entladung von Nervenzellverbänden bis hin zum epileptischen Anfall zu reagieren.

Die Störwirkung ist bei Objekten, die nicht im Fokus der Augen stehen, ungleich höher. Dieser Effekt wurde bereits in den 1930ern wissenschaftlich erforscht (z.B. Hecht, S., & Shlaer, S. (1936): "Intermittent stimulation by light. V. The relation between intensity and critical frequency for different parts of the retina." Originaltext hier, Download hier). So war es bereits in der ersten Beleuchtungsnorm falsch gewesen, zu behaupten, für Beleuchtungszwecke würden 100 Hz reichen. Da aus dieser Arbeit bereits bekannt war, dass rötlicheres Licht bei sonst gleichen Bedingungen weniger stört als blaues, hätte man bereits damals Leuchtstofflampen anders behandeln müssen als Glühlampen oder Gaslicht.

Allgemein bei Flimmern können Kopfschmerzen/Migräne, Augenschmerzen/Ermüdung der Augen, „Unbehagen“ entstehen. Das Ausmaß der Beschwerden in der Bevölkerung ist unklar, da TLA als möglicher Auslöser von unspezifischen Symptomen wie Kopfschmerzen oder Augenermüdung gegebenenfalls gar nicht in Betracht gezogen wird. Diese können im Prinzip auch durch andere Faktoren ausgelöst werden. So kann eine Muskelanspannung durch Stress zum ständigen Kopfschmerz oder gar zu Migräne führen. Für Kopfschmerz reicht ein zu hoher Bildschirm, weil dadurch die Nackenmuskulatur angestrengt wird.

In welchem Ausmaß solche Probleme vorkommen können, haben Wilkins[1] et al. gezeigt. In einem hohen Bürogebäude konnte man etwa die Hälfte der Kopfschmerzen durch nicht flimmerndes Licht beseitigen.

In einer unveröffentlichten Studie des Ergonomic Instituts haben sich 35% von 1400 Bildschirmbenutzern über Flimmern beschwert, wenn sie Aufgaben mit häufigen Blickbewegungen über Bildschirmbereiche ausführten. Der Effekt war bei Personen, die nur Texte am Bildschirm lasen, nicht feststellbar. Bei der gleichen Frage hatten 10% der Befragten bejaht, als die Bildschirme deutlich sichtbar flimmerten. Demnach kann der Effekt bei LED größer sein als früher. Die Beschwerde über Flimmern betraf nicht das Flimmern des Bildes, sondern die Wirkung des schnellen Blickwechsels.

Welche Quellen verursachen Probleme

Bei Flimmern fällt zunächst die Beleuchtung des Arbeitsraums ein. Dass diese Störungen verursachen können, ist wie oben gezeigt schon lange bekannt.

Neu hinzugekommen ist der Computerbildschirm, der mit einer LED-Hintergrundbeleuchtung arbeitet. LED kommt immer in Betracht, weil bei allen Schaltungen außer bei einer Gleichstromspeisung das Licht kurzzeitig vollständig erlischt. LEDs sind sehr schnelle Schaltelemente, die in der sonstigen Technik wegen eben dieser Eigenschaft eingesetzt werden. Bei Beleuchtung hingegen ist die schnelle Schaltbarkeit meist unerwünscht.

Moderne Monitore, die auf OLED-Technik basieren, haben keine Hintergrundbeleuchtung . Sie können dennoch eine Störung durch TLM verursachen.

Auch Wechselwirkungen zwischen den genannten Problemquellen kommen in Betracht. So kann eine „flimmernde“ Beleuchtung die Flimmerwirkung eines Monitors verstärken.

Phantom-Array-Effect alias Phantombilder werden im  Bereich des Straßenverkehrs diskutiert.

Das Bild oben erklärt die Erscheinung mit den unwillkürlichen Augenbewegungen. Das Gehirn ist zwar in der Lage, die durch diese erzeugten Unschärfen weitgehend auszugleichen, aber nicht die zeitlich veränderlichen Bilder der LED-Leuchten. Die im linken Bild gezeigten Sakkaden erfolgen mit einer Geschwindigkeit bis 600°/s!

Der große Missetäter, die Pulsweitenmodulation

LED-Lichtquellen können mit unterschiedlichen technischen Mitteln gesteuert werden. Die weitaus beliebteste Methode nennt sich Pulsweitenmodulation, bei der der Stromfluss unterschiedlich lange unterbrochen wird. Es ist eine Technik, um ein analog wirkendes Signal (wie die Helligkeit einer LED oder die Geschwindigkeit eines Motors) mit einem digitalen System (das nur "An" oder "Aus" kennt) zu simulieren.

Die Technik wird wie folgt skizziert:

Während ein solcher Takt bei einer Glühlampe kaum störend bemerkbar bleiben wird, kann er bei LED störend wirken. Wenn die PWM-Frequenz zu niedrig ist (oft unter 200 Hz), nimmt das menschliche Auge oder zumindest das Gehirn die Unterbrechungen wahr. Erhöht man diese auf über 2 kHz, ist die Störung meist beseitigt.

Man kann die Dimmung auch über die Stromstärke bewerkstelligen. Dabei ändert sich aber möglicherweise die Lichtfarbe sichtbar. Wenn man mehrere LEDs in einer Parallelschaltung hat, reagieren sie aufgrund von Fertigungstoleranzen nie exakt gleich auf Stromänderungen.

Lösungen

Monitoren

Die Monitorhersteller lösen das Flicker-Problem meist auf hybride Weise:

Die meisten modernen "Flicker-Free"-Monitore nutzen eine Kombination aus beiden Welten:

• Hohe Helligkeit (ca. 30% bis 100%): Hier arbeitet der Monitor mit Gleichstrom (DC-Dimming). Da die Stromstärke hoch genug bleibt, gibt es kaum Farbverschiebungen und kein Flimmern.
• Niedrige Helligkeit (unter 30%): Sobald der Strom so niedrig wird, dass die LEDs instabil werden oder die Farben kippen, schaltet der Monitor auf hochfrequentes PWM um.

Premium-Hersteller setzen stattdessen auf extrem hohe Frequenzen im Kilohertz-Bereich (z. B. 20.000 Hz oder mehr). Die Nachteile der Gleichstromsteuerung (Farbdrift) werden vermieden, da die LED in ihren "An"-Phasen immer mit dem optimalen Nennstrom betrieben wird.

Um die Farbverschiebung bei reiner Gleichstromsteuerung zu korrigieren, nutzen High-End-Grafikmonitore (z. B. für Bildbearbeitung) interne Korrekturtabellen (DC-Dimming mit Lookup-Tables (LUT))

LED-Beleuchtungen für Räume

Während man bei der üblichen Beleuchtung das Problem Flimmern fast vergessen hatte, kam es mit LED zurück. Eine Flimmerfreiheit ist zwar technisch realisierbar, aber der europäische Gesetzgeber begnügt sich mit Vorgaben zu einer Flimmerarmut. Hierzu sind zwei Werte maßgeblich: P_stLM (st = Kurzzeit, LM = Lichtflimmer-Messmethode, Short-term Light Flickerstipulance) und SVM ( (Stroboscopic Visibility Measure).

P_st LM bewertet Lichtinstabilitäten im Bereich von 0,3 Hz bis 80 Hz. Der Wert wird auf einer relativen Skala gemessen. Der Referenzwert ist 1,0:

P_st LM ≤ 1,0 Das Flimmern wird von 50 % der Menschen gerade noch nicht wahrgenommen. Dies gilt als akzeptabel.

P_st LM > 1,0 Das Flimmern ist deutlich sichtbar und wird meist als störend empfunden.

Nach der EU-Ökodesign-Richtlinie dürfen LED-Leuchtmittel im Volllastbetrieb einen Pst LM von 1,0 nicht überschreiten, um auf dem Markt zugelassen zu werden. Dieser Wert wurde 2021 eingeführt und 2024 zur festen Pflicht für die Marktzulassung.

SVM ist ein Maß für die Sichtbarkeit des stroboskopischen Effekts bei Wellenformen der Lichtausgabe. Es wird aus der Wellenform der Lichtabstrahlung nach einer festgelegten Formel berechnet.

SVM = 1,0: Dies ist die Sichtbarkeitsschwelle. Ein durchschnittlicher Beobachter hat hier eine Wahrscheinlichkeit von 50 %, den Effekt zu erkennen.

SVM < 1,0: Der Effekt ist für die meisten Menschen unsichtbar. Die EU-Verordnung (Stand 2024) schreibt SVM ≤ 0,4 vor, damit das Licht für fast alle Menschen als ruhig erscheint.

Bei SVM (= Stroboskop-Effekt) gab es eine Übergangsphase mit einem lockereren Grenzwert von SVM ≤ 0,9. Der Grenzwert wurde im September 2024 deutlich verschärft auf SVM ≤ 0,4. Die Senkung auf 0,4 stellt sicher, dass der Stroboskop-Effekt für den Großteil der Bevölkerung unter die Wahrnehmungsschwelle fällt.

Der Spezialist Peter Erwin hat sehr lange für die Festlegungen in der Ökodesignrichtlinie gekämpft. Er benutzt ein anderes Maß, das er CFD-Verfahren (Compact Flicker Degree, auf Deutsch Kompaktflimmergrad) nennt. Auf seiner Website sind Testergebnisse von 1200 Messungen dokumentiert (hier).

Seine Wertungen sind stärker gegliedert als die meisten verfügbaren Skalen (grün = wahrnehmbar von ≤ 1% der Bevölkerung bis rot = von mehr als 75% der Bevölkerung wahrnehmbar). Seine bis 2023 durchgeführten Messungen haben in 682 von 1200 Fällen zum Urteil “Fail” = Das Flimmern liegt außerhalb des Bereichs für ein 'low flicker'. geführt. D.h. bei einer Prüfung durch die amerikanische Prüfgesellschaft UL würde mehr als die Hälfte der von Peter geprüften Produkte durchfallen. Eine Messung nach IEEE 1789 Recommende d Practice 1 würden gar 842 der 1200 Produkte unter die Wertung „risky“ fallen.

KfZ Beleuchtung und Flimmern

Dieses Thema ist ein großer Bereich für sich. Um dessen Bedeutung zu verstehen, sollte man sich die folgenden Zahlen ansehen, die sich aus Suchen in Google Scholar mit den Suchbegriffen “flicker” und “headlights”ergeben:
Seit 2025                  629 Artikel
2023 – 2024        1.290 Artikel
2021 – 2022        1.360 Artikel
2019 – 2020        1.420 Artikel

Es sind also allein seit 2019 4.700 wissenschaftliche Artikel dazu erschienen. Die Quintessenz einer neueren Übersichtsstudie lässt es ratsam erscheinen, vorerst keine Aussagen zu machen: “ Flicker ist seit über einem Jahrhundert ein wichtiger Aspekt bei der Beleuchtungstechnik. Präzisere Begriffe sind temporäre Lichtmodulation (TLM) als Reiz und Reaktionen auf TLM als unerwünschte visuelle, kognitive oder physiologische Folgen. Mit der Weiterentwicklung der Beleuchtungstechnik entstanden verschiedene Formen von TLM und damit auch Reaktionen darauf. Heute können einige LED-Systeme – einschließlich LED, Treiber und Steuerung – zu TLM führen, die schwerwiegende unerwünschte Auswirkungen haben, während andere LED-Systeme überhaupt keine unerwünschten Auswirkungen haben. LED-Systeme können ein viel breiteres Spektrum an Lichtwellenformen liefern als herkömmliche Beleuchtungssysteme, wobei einige eine sehr hohe Modulationstiefe aufweisen.” ( Miller et al, 2023 Flicker: A review of temporal light modulation stimulus, responses, and measures, https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/14771535211069482).

Ausdrücklich gesagt: LED-Beleuchtungen ohne Störungen durch Flimmern sind möglich. Man weiß auch, wie man dies erreicht.

[1] A.J. Wilkins, I. Nimmo‐Smith, A.I. Slater, and L. Bedocs, Fluorescent lighting, headaches and eyestrain, Lighting Research and Technology, vol. 21, no. 1, p.11, 1989.