3 февраля 2009 г.

Про мерцающие огни

А знаете ли вы, что невооружённым глазом можно легко отличать мерцающий огонек от непрерывно светящегося, даже если частота мерцания составляет сотни герц?

Удобнее всего это наблюдать, если это огонек небольшого углового размера на темном фоне (задние габаритные огни машин вечером, уличные фонари, светодиоды на бытовой технике в темноте). При прямом пристальном взгляде на такой огонек, разумеется, мерцание не заметно. Но если быстро мотнуть взглядом туда-сюда, то на сетчатке на мгновение запечатлеется развёртка света во времени. Непрерывный свет оставит на след в виде полоски, а мигающий -- в виде большого числа отдельных изображений.

При соответствующей сноровке можно нвооруженным глазом примерно определить частоту мерцания, если предварительно потренироваться на источниках известной частоты (откуда узнать частоту -- см. ниже). Можно даже измерить скважность сигнала (скважность -- это единица, поделить на долю периода, в течение которого огонёк горит). Например, наблюдения показывают, что уличные фонари имеют скважность, близкую в 1, а у некоторых автобусов габаритные огни имеют очень высокую скважность.

Интересно также рассматривать надписи на бегущей строке из светодиодов. При обычном взгляде буквы выглядят прямыми, но если мотнуть взглядом вверх или вниз вправо или влево, то они кажутся наклонёнными. Это результат того, что строки табло обновляются не одновременно, а поочереди, как правило сверху вниз.

Теперь о том, как измерить частоту в домашних условиях. Для этого потребуется фотоаппарат, причем подойдет и цифромыльница -- главное, чтобы вы могли выставлять выдержку (или просто знали её). Если сделать снимок, одновременно поворачивая камеру, то на снимке появятся несколько отдельных изображений, по количеству которых и восстанавливается частота.

Вот пример такого снимка, сделанный обычной кэноновской мыльницей:


Это снимок индикатора на микроволновке с выдержкой 0,1 сек. Видны четыре отдельных изображения (расположенные в строчку иконка часов и "0:28"). Это означает, что частота составляет 40 Гц. Проверка на других выдержках это число подтвердила. Можно также заметить, что скважность мерцания очень высокая (цифры не смазаны), а также, что часы "0" и минуты "28" обновляются не одновременно, а со сдвигом фаз.

Кстати, проверив несколько светодиодов на разной бытовой технике, я обнаружил как непрерывные, так и мерцающие, причём с самыми разными частотами, от 40 до 200 Гц. Глазом 200 Гц тоже прекрасно различается.

Update: сейчас повторил опыт с тем же индикатором. Оказывается, его частота не 40, а 200 Гц, т.е. выдержка на том снимке, получается, была 1/50.

13 комментариев:

  1. Спасибо за пост, никогда б не додумался до такого. А вы не пробовали делать мыльницей фотографии в инфракрасном свете? В интернете пишут, что вроде для этого нужен всего лишь кусок засвеченной цветной пленки, но у меня, как на зло, нет :(. Но фотоапарат мерцание от инфракрасного диода телевизионного пульта видит, значит, потенциальная возможность точно есть.

    ОтветитьУдалить
  2. Нет, с ИК я пока ничего не пытался делать, можно попробовать. Правда, засвеченные пленки сейчас уже редкость :)

    ОтветитьУдалить
  3. На сколько я понял, фотоаппарат был в постоянном движении?

    Да, интересно, только никакого практического применения придумать не могу :)

    ОтветитьУдалить
  4. Ну да, я поворачивал камеру и в середине этого движения сделал снимок.

    Более серьезная реализация такой забавы давным давно использовалась для изучения быстропротекающих процессов. Вы освещаете исследуемый предмет короткими вспышками света (т.е. стробоскопом) и одновременно снимаете это при достаточно длинной выдержке на вращающуюся камеру (или если жалко камеру -- через вращающееся зеркало). В результате на пленке у вас получается набор четких изображений, снятых через короткие интервалы времени.

    ОтветитьУдалить
  5. Все логично, но странно, откуда микроволновка берет 40 Гц. С нашими электрическими сетями логичнее было бы 50 — известно, что в некоторых дешевых моделях часы не имеют встроенного тактового генератора, а синхронизируются по питанию (в результате чего очень сильно уходят).

    И, кстати, по приведенному снимку вполне может быть и 50 Гц, смотрим график и считаем:

    _____П_____П_____П_____П_____ = 0.1 с

    Чтобы получить более точное значение, необходимо существенно увеличить выдержку (и соответственно уменьшить скорость движения камеры, чтобы объект не успел убежать из кадра).

    ОтветитьУдалить
  6. всё верно, надо конечно было бы привести более точные результаты. Насколько я помню, я увеличивал выдержку, и всё подтверждало, что это скорее 40 герц, чем 50.

    Я кстати совсем не уверен, что светодиод работает прямо под переменным напряжением от сети. Не исключено, что на его плату подается постоянное напряжение, а уж схема устроена так, чтоб заставлять его мигать. Но это мои домыслы; надо бы разузнать, как там всё на самом деле.

    ОтветитьУдалить
  7. маленько не в тему, но я хочу ответить noddeat-у про фотографию в ИК:

    снимать на цифровую технику в ИК-диапазоне можно, есть только одно мааленькое НО - какой ИК-фильтр стоит перед матрицей вашего фотоаппарата, его ставят перед матрицей для того чтобы она реагировала только на свет из видимого диапазона. Если фильтр "режет" весь ИК-свет, то ничего может не получиться. А насчет засвеченой пленки... Годится любой материал, который пропускает ИК-излучение и задерживает видимый свет.

    ОтветитьУдалить
  8. >Если фильтр "режет" весь ИК-свет, то ничего может не получиться.
    ну вот не весь. достаточно взять пульт от телевизора и понажимать на кнопки: через матрицу фотоаппарата можно увидеть мерцание светодиода, не видимою невооруженным глазом. Понятно, что там диапазон очень ограничен, но все равно интересно.

    >Годится любой материал, который пропускает ИК-излучение и задерживает видимый свет.
    Это понятно. Вопрос в том, какой материал обладает такими свойствами (из доступных в быту).

    ОтветитьУдалить
  9. Наличие мерцания у ярких источников (телевизор, монитор, лампа) я определяю, проводя поперек линии зрения на источник контрастный предмет (карандаш, палец). При определенном навыке такой "стробоскопический" эффект позволяет оценить частоту мерцания источника.

    ОтветитьУдалить
  10. Да, верно, для телевизора или других больших источников света это хорошо работает (правда, интересно проверить, до каких частот замечается мерцание). Но если источник маленький, например светодиод, это не поможет.

    ОтветитьУдалить
  11. Ух ты!А я и не знал...Воистину,век живи - век учись.

    ОтветитьУдалить
  12. да уж. статья давняя - все же напишу:
    современные проекторы бывают разные, в том числе на некоторых их них происходит мигающее проецирование картинок 3х цветов. и по такому как вы описали методу получается очень красочные картинки во время скучных презентаций.

    ОтветитьУдалить
  13. Ага. Только в этом деле главное глаза не сломать, мотая ими туда-сюда :)

    ОтветитьУдалить