Flickerprobleme beim Film

Achtung: Alle Angaben auf dieser Seite sind ohne Gewähr. Sollten sie für einen Dreh verwendet werden, müssen sie vorher durch einen Testdreh verifiziert werden!

 
Die meisten Lichtquellen, wie sie beim Film verwendet werden, senden nicht ein konstantes Licht aus, sondern variieren die Intensität abhängig von der Netzspannung. Die Netzspannung wechselt ihre Polarität viele Male in der Sekunde (bei 50Hz z.B. 100 Mal). Entsprechend ändert sich die Lichtintensität im Takt zur Netzfrequenz. Dies geschieht sehr schnell und ist von blossem Auge meistens nicht sichtbar. Bei der Aufzeichnung mit einer Kamera, kann es allerdings zu Interferenz-Effekten kommen, welche im Extremfall bewirken, dass die Aufnahmen unbrauchbar werden. Dies wird als "Flicker" bezeichnet. Flickereffekte treten sowohl bei Film- als auch bei Video- und Digitalkameras auf.

Wie der Effekt auf den Aufnahmen sichtbar wird, ist abhängig von den Kameraeinstellungen (Bildzahl und Sektorenblende), der Art der Lichtquelle und der Netzfrequenz. Einen Einfluss auf die Intensität des Flickers hat ebenfalls die Postproduktion. Falls bei der Bearbeitung der Kontrast der Bilder verstärkt wird, verstärkt sich auch der Flickereffekt. Es kann also durchaus sein, dass der Flicker auf dem Negativ oder den Rohdaten praktisch nicht sichtbar ist und dann erst im Endprodukt störend wirkt.

Da man bei Video- und Digitalkameras die Aufzeichnung gleich anschauen kann, werden Flickerprobleme eher noch während des Drehs erkannt und können behoben werden (zum Beispiel durch eine andere Bildzahl). Achtung: Viele digitale Kameras (insbesondere die RED!) geben beim Abspielen nicht die Rohdaten aus, sondern Metadaten. Um zu beurteilen, ob die Aufnahmen einwandfrei sind, also unbedingt zuerst die Daten herunterladen und dann auf dem Laptop anschauen!

Einfluss der Lichtquelle

Wie stark eine Lichtquelle flickert, ist vor allem abhängig von ihrer Trägheit. Glühlampen sind um einiges träger als Entladungslampen und flickern daher wesentlich weniger stark. Eine wichtige Rolle spielt auch, wie die Lampen gespeist werden. Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) betreiben die Lampen so, dass Flickereffekte minimiert werden. Dimmen mit Phasenanschnitt hingegen verstärkt Flickereffekte. Die klassischen Flickerprobleme durch HMIs und Leuchtstofflampen sind in den letzten Jahren etwas in den Hintergrund gerückt, da diese Lampen heute meistens an EVG betrieben werden. An ihre Stelle ist ein neues Ärgernis getreten: LED-Leuchten! Mehr dazu später.

Der Flickerfaktor

Der Flickerfaktor ist eine Zahl, welche beschreibt, wie stark die Lichtquelle flickert. Der Flickerfaktor ist das Verhältnis vom Maximum zum Minimum der Lichtleistung. Er ist unabhängig von der durchschnittlichen Lichtleistung, also von der gemessenen Blende. Ein Flickerfaktor von 0% bedeutet absolut konstantes, flickerfreies Licht. Ein Flickerfaktor von 100% bedeutet, dass die Lichtquelle zwischendurch ganz erlischt.

Typische Werte sind:

Lampentyp	Flicker- faktor
LED gedimmt auf 50%:	99 %
HMI konventionell:	40 - 70 %
Strassenlampen konventionell:	50 - 70 %
Leuchtstoffröhren konventionell:	30 - 60 %
Leuchtstoffröhren mit EVG:	0 - 12 %
Haushaltsglühbirnen:	10 - 15 %
Halogenbrenner	0 - 10 %
HMI mit EVG:	1 -   3 %
Sonne:	0 %

Es gibt Messgeräte, welche den Flickerfaktor und die Flickerfrequenz der Lampe messen, sogenannte Flickermeter. Flickermeter sind nicht zu verwechseln mit Frequenzmetern, welche nur die Frequenz messen und so nur bedingt brauchbare Resultate zur Beurteilung einer Lichtquelle liefern. Um eine zuverlässige Aussage zu machen, ob eine Lichtquelle für die gewünschte Aufnahme taugt, sollte immer der Flickerfaktor und die Frequenz gemessen werden.

Grundsätzlich gilt ein Flickerfaktor von 3% und kleiner für die meisten Anwendungen als flickerfrei, natürlich mit Ausnahme von Hochgeschwindigkeits-Aufnahmen mit Bildzahlen von mehr als 150 fps. Wie stark sich der Flickerfaktor bei verschiedenen Bildzahlen auf das Endergebnis auswirkt, könnt ihr mit dem Flicker Simulator ausprobieren.

Definition:

E ist die Lichtleistung bzw. Beleuchtungsstärke.

Die verschiedenen Lichtquellen

HMI

HMIs sind Entladungslampen. Wenn sie an konventionellen (magnetischen) Vorschaltgeräten betrieben werden, flickern sie sehr stark (Flickerfaktor von 40-70%). Heute werden sie meist an "flickerfreien" elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) betrieben, welche die sinusförmige Netzwechselspannung in eine Rechteckspannung umformen. Die Rechteckspannung hat extrem kurze Nulldurchgänge, dabei erlischt der Lichtbogen nur noch sehr kurz während des Nulldurchgangs und bleibt während der restlichen Zeit konstant. Aber Achtung: Die Lampen werden dadurch nicht absolut flickerfrei! Wenn die Brenner altern, erlöscht der Bogen während des Nulldurchgangs wieder für ein längeres Zeitintervall, was dann erneut zu Flickerproblemen führen kann. Flickerfreie Vorschaltgeräte arbeiten meist nicht mit der Netzfrequenz, sondern erzeugen ihre eigene Frequenz, üblicherweise zwischen 65 und 85 Hz. Dies bedeutet, dass mit alten oder fehlerhaften Brennern auch das Drehen mit den "flickerfreien Geschwindigkeiten" nicht unbedingt sicher ist. Der Flickerfaktor von flickerfreien HMIs liegt zwischen 1 und 3%. Liegt er über 3%, sollte der Brenner ausgetauscht werden!

Kunstlicht

Kunstlichtlampen gelten wegen ihrer Trägheit allgemein als flickerfrei. Dies ist allerdings nicht ganz korrekt. Je nach Leistung ist der Wendel nicht genügend träge, um Flickereffekte ganz zu eliminieren. Je kleiner die Leistung, desto stärker der Flickereffekt. Relativ sicher sind Leistungen über 1000W. Mit allem was darunter liegt, ist Vorsicht geboten, insbesondere bei Haushaltsglühbirnen mit einer Leistung kleiner als 100W.

Flickereffekte bei Kunstlichtlampen werden noch zusätzlich verstärkt, wenn die Lampen mit Phasenanschnitt gedimmt werden. Da die Netzspannung während einer Periode noch zusätzlich unterbrochen wird, verstärken sich die Dunkelphasen. Am Extremsten ist dieser Effekt bei einem Dimmerwert von 50%.

Der Flickerfaktor von Halogenbrennern liegt zwischen 0 und 10%, der von Haushaltsglühbirnen zwischen 10 und 15%. Werden die Lampen gedimmt, erhöht sich der Faktor.

Leuchtstofflampen und Sparlampen

Leuchtstofflampen und Sparlampen werden sowohl mit konventionellen, als auch mit flickerfreien, elektronischen Vorschaltgeräten betrieben. Moderne Leuchten haben meist EVG, da flickerfreies Licht auch für Menschen, insbesondere beim Lesen, angenehmer ist. Aus Preis- und Platzgründen wird allerdings bei den EVG meistens an der Stromversorgung gespart. Aus diesem Grund hat das Licht dann eine gewisse Restwelligkeit und somit einen höheren Flickerfaktor.

Die Flickerfaktoren von konventionellen Leuchtstofflampen liegen zwischen 30 und 60%, solche von Leuchtstofflampen mit EVG zwischen 0 und 12%. Günstige oder sehr kompakte Leuchten haben meist einen Flickerfaktor von 10-12%.

Natriumdampflampen, HQI, HCI etc.

Diese Entladungslampen, wie sie als Strassenlampen, in Industriehallen und in Läden eingesetzt werden, sind in Bezug auf Flicker vergleichbar mit HMIs. Auch hier gibt es solche mit konventionellen Vorschaltgeräten und solche mit EVG. Da es zahlreiche Hersteller mit unterschiedlichen Produkten gibt, empfiehlt es sich, den Flickerfaktor mit dem entsprechenden Gerät vor dem Dreh zu messen.

LED

LED-Leuchten verhalten sich anders als die bisher betrachteten herkömmlichen Lichtquellen. LEDs reagieren extrem flink auf Spannungsänderungen, sogar noch flinker als Entladungslampen. Flickerprobleme wären also vorprogrammiert. Wie bei den anderen Lampentypen kommt es bei LEDs nun auf die Stromversorgung an. LEDs werden meistens über ein stabilisiertes Netzteil mit Gleichspannung gespeist. Hochwertige Netzteile liefern eine sehr gut stabilisierte Spannung, und das Licht ist somit flickerfrei. Etwas günstigere Netzteile haben eine gewisse Restwelligkeit. Werden LEDs nicht an einem Netzteil, sondern an einem Transformator oder in Serienschaltung direkt an der Netzspannung betrieben, sind sie nicht mehr flickerfrei. Ein Beispiel dafür sind Christbaumkerzen.

Noch heikler wird's, wenn LEDs gedimmt werden, wie zum Beispiel beim Standlicht von Autobremslichtern. LEDs werden üblicherweise mit einer Rechteckspannung gedimmt, wobei die Ein- und Ausschaltzeit variiert wird. Dadurch entsteht ein massiver Flickereffekt, auch wenn ursprünglich ein hochwertiges Netzteil benutzt wurde. Das selbe Problem tritt bei mehrfarbigen LEDs auf: Sie stellen die vielen Farben (ausser den Primärfarben) nämlich dar, indem die einzelnen Farbkanäle gedimmt werden.

Leider verwenden aus unerfindlichen Gründen viele Hersteller zum Dimmen nicht die Netzfrequenz, sondern irgendeine Frequenz, meist zwischen 30 und 200 Hz. Dadurch entstehen Flickerprobleme sogar bei 25 fps! Im Zweifelsfall also unbedingt vorher den Flickerfaktor UND die Frequenz messen.

Typische Flickerfaktoren von LED-Leuchten:

Lampentyp	Flicker- faktor
LED gedimmt auf 50%:	99 %
LED an Trafos:	40 - 70 %
LED an minderwertigen Netzteilen:	5 - 15 %
LED an hochwertigen Netzteilen:	0 -   3 %

Flickerfreie Bildzahlen

Wenn die Lichtquelle nicht flickerfrei ist, gibt es die Möglichkeit, die Bildzahl und die Sektorenblende so auf die Netzfrequenz abzustimmen, dass keine Interferenzen und somit keine Flickerprobleme auftreten. Dabei sollten die Bildzahl und die Netzfrequenz genügend stabil und genau sein.

Die Lichtintensität pulsiert gleichförmig mit der doppelten Netzfrequenz oder anders gesagt: ein Mal mit jeder Sinus-Halbwelle. Damit alle Bilder genau gleich belichtet werden und das Endergebnis flickerfrei ist, muss die Kamera so eingestellt werden, dass bei jedem Bild die gleiche Lichtmenge belichtet wird. Dies kann auf zwei verschiedene Arten erreicht werden:

Die Belichtungszeit (Bildzahl und Sektorenblende) kann so gewählt werden, dass immer genau eine oder mehrere ganze Halbwellen belichtet werden (grüne Bildzahlen in der Tabelle). Da alle Halbwellen exakt identisch sind, kommt es nicht drauf an, wo genau in der Halbwelle die Belichtung beginnt. Die Kamera muss also nicht exakt synchron zum Netz sein. Wichtig ist nur, dass die Belichtungszeit stimmt. Kleine Abweichungen von der Bildzahl, der Sektorenblende und der Netzfrequenz führen nicht direkt zu sichtbaren Flickerproblemen. Das Drehen mit diesen Bildzahlen und der entsprechenden Sektorenblende ist somit relativ sicher.

Die andere Möglichkeit besteht darin, die Kamera in einem exakten Verhältnis zur Netzfrequenz laufen zu lassen, so dass die Belichtung bei jedem Bild an exakt der gleichen Stelle der Halbwelle beginnt (rote Bildzahlen in der Tabelle). Die Belichtungszeit, und somit die Sektorenblende kann dabei frei gewählt werden. Da es aber einen grossen Einfluss auf die Belichtung hat, wann genau die Belichtung beginnt (in einem Wellental oder auf einen Wellenberg), müssen die Kamera und die Netzfrequenz extrem genau aufeinander abgestimmt sein, sonst verschiebt sich dieser Zeitpunkt nach einigen Bildern. Schon die kleinste Abweichung der Bildzahl oder der Netzfrequenz führt zu einem langsamen, aber starken Flicker! Ausserdem weicht die effektive Belichtung aller Bilder von der gemessenen Blende ab, je nachdem ob die Kamera in einem Wellental oder auf einem Wellenberg gestartet wurde. Das Drehen mit diesen Bildzahlen birgt daher ein gewisses Risiko, auch wenn's jeden Tag gemacht wird.

In der folgenden Tabelle habe ich die wichtigsten flickerfreien Bildzahlen und jeweils die zugehörige Sektorenblende zusammengestellt. Dabei sind die sicheren Bildzahlen in Grün und die riskanten Bildzahlen, bei welchen die Bildzahl und die Netzfrequenz extrem genau sein müssen, in Rot aufgeführt. Wie stark sich Abweichungen der Bildzahl, der Sektorenblende und der Netzfrequenz für beide Arten von flickerfreien Bildzahlen auf das Endergebnis auswirken, könnt ihr mit dem Flicker Simulator ausprobieren!

Flickerfreie Bildzahlen bei 50 Hz Netzfrequenz:

180°	172.8°	144°	120°	beliebig
50.000	48.000	40.000	33.333	100.000
25.000	24.000	20.000	16.667	50.000
16.667	16.000	13.333	11.111	33.333
12.500	12.000	10.000	8.333	25.000
10.000	9.600	8.000	6.667	20.000

Flickerfreie Bildzahlen bei 60 Hz Netzfrequenz:

180°	172.8°	144°	120°	beliebig
60.000	57.600	48.000	40.000	120.000
30.000	28.800	24.000	20.000	60.000
20.000	19.200	16.000	13.333	40.000
15.000	14.400	12.000	10.000	30.000
12.000	11.520	9.600	8.000	24.000
10.000	9.600	8.000	6.667	20.000

Im Bereich unter 20 fps gibt es noch zahlreiche weitere flickerfreie Bildzahlen. Da sie aber sehr selten gebraucht werden, habe ich sie hier weggelassen.

Der Flicker Simulator

Der Einfluss der verschiedenen Faktoren aufeinander ist ziemlich komplex, und es gibt fast gar keine verlässlichen Quellen zum Thema. Die Lehrbücher begnügen sich meist mit einer Tabelle für flickerfreie Geschwindigkeiten, und die Beiträge in den Internetforen glänzen durch Halbwissen und Vermutungen. Aus diesem Grund habe ich mich entschlossen, den Flicker Simulator zu entwickeln. Mit dem Flicker Simulator kann das Zusammenspiel der einzelnen Faktoren wie Bildzahl, Sektorenblende, Flickerfaktor und Netzfrequenz simuliert werden. So könnt ihr ausprobieren, was passiert, wenn die Kamera oder der Generator von der Einstellung abweichen. Falls ihr einen problematischen Drehort habt, zum Beispiel mit LED-Leuchten, könnt ihr herausfinden, bei welcher Kameraeinstellung der Flicker am wenigsten sichtbar wird (Natürlich übernehme ich keine Haftung, wenn's nicht klappt, also immer schön vorher einen Test drehen...!).

Flicker kann auch ein bewusstes Stilmittel sein. Leider ist der Effekt auf dem Film nur schwer voraussehbar. Mit dem Flicker Simulator könnt ihr das optimale Verhältnis von Bildzahl und Sektorenblende durch Ausprobieren herausfinden, um den gewünschten Effekt zu erzielen.

Einstellung

Folgende Werte können eingestellt werden:

Bildzahl: Bildzahl der Kamera in Bildern pro Sekunde (fps). Werte von 1 bis 10'000 fps.

Sektorenblende: Sektorenblende der Kamera. Standard ist 180°. Je kleiner die Sektorenblende eingestellt ist, desto höher ist der Flickeranteil auf dem Film.

Flickerfaktor: Flickeranteil der Lichtquelle in % (siehe oben). Wert zwischen 0 und 99%.

Netzfrequenz: Netzfrequenz in Hertz (Hz). Achtung: die Frequenz des Lichtes ist doppelt so gross wie die Netzfrequenz! Wenn die Lichtfrequenz mit einem optischen Frequenzmeter gemessen wird, muss die Lichtfrequenz halbiert werden, um die Netzfrequenz zu erhalten. Die gilt insbesondere für Lampen, welche eine eigene Frequenz, unabhängig von der Netzfrequenz erzeugen, wie zum Beispiel gedimmte LED-Leuchten.

	Netz	Licht
Stromnetz Europa	50 Hz	100 Hz
Stromnetz USA	60 Hz	120 Hz
LED Dimmer	30-200 Hz	60-400 Hz

Flickerfunktion: Kurvenform des Helligkeitsverlaufes der Lichtquelle. Einstellbar sind Sinus und Rechteck. Hier die Einstellungen für die wichtigsten Lampentypen:

Lampentyp	Flicker- funktion	Flicker- faktor
HMI konventionell:	Sinus	40 - 70 %
Strassenlampen konvent.:	Sinus	50 - 70 %
FL-Röhren konventionell:	Sinus	30 - 60 %
FL-Röhren mit EVG:	Sinus	0 - 12 %
Haushaltsglühbirnen:	Sinus	10 - 15 %
Halogenbrenner	Sinus	0 - 10 %
HMI mit EVG:	Sinus	1 -   3 %
Sonne:		0 %
LED 100%, an Trafos:	Sinus	40 - 99 %
LED 100%, billiges Netzteil:	Sinus	5 - 15 %
LED 100%, gutes Netzteil:	Sinus	0 -   3 %
LED gedimmt auf 50%:	Rechteck	99 %

Ergebnis der Simulation

Der Flicker Simulator berechnet nun die Belichtung für jedes Einzelbild und zeigt sie in einer Grafik an:

Die Flickerkurve zeigt die Belichtung jedes einzelnen Bildes in Blenden (EV). Dabei wurde der konstante Anteil (die eingestellte Blende an der Kamera) weggelassen. Ein Wert von 0 bedeutet also, dass dieses Bild auf Arbeitsblende und somit korrekt belichtet wurde. Ein Wert von -2 bedeutet, dass das Bild 2 Blenden unterbelichtet wurde. Im Unterschied zum Flickerfaktor und zur Flickerfunktion, bezieht sich die Flickerkurve nicht auf die Lichtquelle, sondern auf das Endergebnis auf dem Film bzw. den Rohdaten.

Die Periode gibt die Zeit an, nach welcher sich die Kurve wiederholt. Die Periode wird in Bildern und in Sekunden (bezogen auf eine Abspielgeschwindigkeit von 25 fps) gemessen. So lässt sich abschätzen, wie schnell der resultierende Flicker pulsiert.

Der Flickeranteil zeigt die Differenz vom hellsten zum dunkelsten Bild in Blenden (EV). Ein Flickeranteil von 0.44 EV bedeutet also, dass sich die Belichtung vom hellsten zum dunkelsten Bild um 0.44 Blenden ändert, was schon deutlich sichtbar ist.

-> hier geht's zum Flicker Simulator

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