Dekorations-LED im Bühnendesign richtig einsetzen

Deko-LEDs richtig und ohne Probleme ins Bühnenbild integrieren

Das Bühnenbild und die Dekoration sind immer öfter selbstleuchtend – und werden damit Bestandteil der gesamten Beleuchtung. Dabei werden meist LED-Streifen, LED-Kacheln oder LED-Klebebänder eingesetzt. Hier wollen wir einige elektrotechnische Grundsätze erörtern, damit die Installation zum Erfolg führt.

Best of Musical
Best of Musical (Bild: Herbert Bernstädt)

Wer hat es nicht schon selbst gesehen oder erlebt: Auf einem LED-Band bricht auf den letzten Metern die Farbe um, die es abbildende Kamera flackert oder das Drahtlosmikrofon in der Nähe der LED-Streifen fängt plötzlich Störungen ein. Hier wollen wir die Ursachen bzw. die physikalischen Gesetze anreißen, um vor diesen und ähnlichen Problemen einer LED-Installation gewarnt zu sein.

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Spannungsversorgung

Schließen wir Moving Lights oder LED-Strahler an das 230 V-Versorgungsnetz an, so wird der Spannungsfall im Kabel aus Absicherungsgründen beachtet. Eine Intensitäts- oder Farbveränderung des Strahlers ist nicht zu erwarten, da die Schaltnetzteile im Moving Light Spannungsschwankungen wirkungsvoll ausregeln. Betreiben wir aber LED-Streifen in der Dekoration, so erhalten diese ihre Spannung meist erst nach dem Netzteil mit einer Zuleitung. Diese Spannung ist meist eine Gleichspannung, die als Schutzkleinspannung ausgeführt sein sollte. Das hat den Vorteil, dass man die LED-Streifen und Zuleitung nicht besonders isolieren muss: Man darf mit bloßen Händen auf die Platine packen, ohne dass man einen Schlag bekommt. Jedoch sollte man aufpassen, wenn man sich sein System aus einzelnen Komponenten von verschiedenen Herstellern selbst zusammenstellt. Denn damit wird man zum Ersteller dieses Gesamtsystem und trägt damit auch die Verantwortung bzw. die Haftung, falls etwas passiert. Denn nicht jedes Netzteil, das aus 230 V eine Kleinspannung zur LED-Versorgung bereitstellt, ist auch ein Netzteil, das die Kriterien für eine Schutzkleinspannung erfüllt. So müssen die Wicklungen des Transformators zusätzlich isoliert werden, damit Primär auf Sekundär kein Durchschlag erfolgen kann.

Grundlagen Deko-LEDs
3,5 mm Klinkenstecker erlauben normalerweise
max. 1 A – hier zum direkten Hinter –
einanderschalten von Streifen eingesetzt
(Bild: Herbert Bernstädt)

Ansonsten kann bei einem Netzteil, das nicht für Schutzkleinspannung ausgelegt ist, im Fehlerfall die Netzspannung auf die LED-Zuleitung durchschlagen und somit auch das Berühren der LED-Streifen gefährlich werden. Seriöse Anbieter setzen dabei auf die Spielzeugtransformatorenklasse mit 24 V, bei denen die Leistung auf 200 VA begrenzt ist. Das hat den Vorteil, wenn man das Material in Übersee verwenden will, da in den USA eine ebensolche Unterteilung bis 200 W vorliegt, was die UL Zertifizierung erheblich erleichtert. Nicht alles was man heute auf dem Markt innerhalb Europas erwerben kann und auch ein CE-Zeichen trägt, ist auch bedenkenlos einzusetzen. Oftmals sind es Kleinigkeiten, die das System unnötigerweise nicht mehr regelkonform werden lassen. Wird z. B. bei einem RGB-Farbmischsystem pro Farbe 5 A angegeben, bedeutet das, dass auf der gemeinsamen Anode oder Kathode je nach System bei Ansteuerung „Vollweiß“ 15 A fließen. Betrachtet man dann die Datenblätter z. B. von Neutrik, so sind die Steckverbinder 4-Pol nur bis 10 A zu betreiben, bei dem von der DIN (siehe dazu DIN 15780:2013-01 „Veranstaltungstechnik – LED in der szenischen Beleuchtung“) vorgeschlagenen 6-Pol XLR-Variante für LED-Farbwechselsysteme kann der Steckverbinder pro Pol nur noch 7,5 A. Jedoch sind in vielen Netzteilen die XLR-Buchsen für Printmontage ausgeführt und da hört es schon bei 3 A Nennstrom pro Kontakt auf.

ESD (Electrostatic Discharge)

Wo wir gerade vom Berühren einer Platine sprachen: Es gibt Platinen mit elektronischen Bauteilen, die sehr empfindlich gegen elektrostatische Aufladungen reagieren und zerstört werden können, was durchaus durch einfaches Berühren erfolgen kann. Deshalb sollte man diese Platinen nicht einfach anfassen, ohne sich nicht vorher zu entladen, indem man einen Schutzkontakt oder ein Metallgehäuse eines geerdeten Gerätes angefasst hat bzw. ein ESD-Kit für die Ableitung von elektrostatischen Spannungen benutzt.

Polyfuse auf mit Lötzinn verstärkten Leiterbahnen für die hohen Ströme
Polyfuse auf mit Lötzinn verstärkten Leiterbahnen für die hohen Ströme (Bild: Herbert Bernstädt)

Elektrostatische Ladungen werden nicht nur gerne bei Personen, die mit Gummisolen über Teppichboden gehen angereichert, sondern werden oft auch kurz vor Eröffnung der Ausstellung ins Spiel gebracht, wenn man z. B. die Schutzfolie von einem Plexiglas entfernt oder seine LED-Streifen in einen Plastikbeutel hineinwirft, der nicht antistatisch beschaffen ist. Hier ein Hinweis an die Planer: Bitte in Konferenzräumen oder technischen Räume beim Teppichboden darauf achten, dass dieser antistatisch ausgeführt und am Potenzialausgleich angeschlossen ist. Die meisten LEDs bzw. Platinendesigns weisen zwar eine ESD-Schutzbeschaltung auf, wenn die Energiemenge jedoch zu groß ist, wie bei einem Gewitter, bleibt einem auch bei einer guten Vorbeugung oft nur das Nachsehen.

Absicherung

Wieder zurück zur Schutzkleinspannung und den Strömen. Je nach verwendetem System findet man Spannungsversorgungen für die LED-Streifen von 5, 12, 24 oder auch 48 Volt. Unsere liebste elektrotechnische Formel lautet P = U × I. Wenn unsere LED-Streifen eine bestimmte Leistung benötigen, ist P als konstant zu betrachten. Wenn wir also eine Betriebsspannung von 5 V haben, fließt ein hoher Strom, was einen höheren Kabelquerschnitt der Zuleitung oder des Stecksystems nötig macht. Bei Problemen, wie ein schlechter Steckerkontakt nach Korrosion, wird eine übermäßig starke Erwärmung hervorgerufen. Kleine Ströme erhält man bei höheren Betriebsspannungen. Demnach versucht man die möglichst hohe Kleinstspannung anzuwenden. Zwar findet man auch 48 V, jedoch ist einmal die 48 V oberhalb der zu handhabenden „Spielzeugspannung“ von 24 V und zum anderen werden dann auch die Bauteile größer und teurer, da sie für eine höhere Spannung ausgelegt sein müssen. So haben sich die 24 V sehr wohl als optimale LED-Betriebsspannung etabliert.

Die Leistung ist fix, die Spannung definiert, nun kommen die Ströme ins Spiel. Bei Strömen sind nun Absicherungen gefragt, die wegen der Schutzkleinspannung nicht mehr zum Personenschutz benötigt werden, sondern wegen der Brandgefahr. Denn viel Strom, der durch eine Leitung fließt, erwärmt die Leitung. Ist der Querschnitt zu klein oder taucht Übergangswiderstand auf, so kann sich die Leitung so stark erwärmen, dass diese die Quelle einer Brandentzündung bildet.

Deshalb ist es auch immens wichtig, die Leitungen zu den LED-Streifen richtig abzusichern. Bei der Wahl der Sicherung geht es nicht nur um die zulässige Stromstärke. Wenn man z. B. durch den LED-Streifen oder den Steckverbinder maximal 3 A durchschicken darf, so sollte man nicht auf die Idee kommen eine violette Auto-Flachsicherung 3 A einzusetzen. Denn im Betrieb kann diese eine ganze Weile auch mal 6 A ganz locker mitmachen. Wenn nun das Schaltnetzteil für die Schutzkleinspannung 6 A liefert und den höheren Strombedarf durch einen Defekt oder Kurzschluss einfach abregelt, dann fließen die 6 A fröhlich durch die „rüttel“-robuste 3 A-Autosicherung. Bildlich gesprochen glüht dann der 24 V × 6 A = 144 W Lötkolben in dem Zwischenboden des Messestandes eingebettet inmitten den Sägespänen der Holzbearbeitung, die bestimmt nicht weggesaugt wurden. So ist das Auslöseverhalten der Sicherung ein wichtiges Thema. Eine praktische Lösung sind hierbei sogenannte Polyfuse Sicherungen – sie sind relativ schnell und exakt in ihrem Verhalten. Eine Polyfuse ist ein PTC-Widerstand (Positive Temperature Coefficient), der bei höheren Temperaturen seinen Widerstandswert erhöht und somit den Stromfluss unterdrückt. Der große Vorteil der Polyfuse ist, dass sie nach der Abkühlung wieder leitfähig ist. Das heißt, dass die Sicherung sich selbsttätig zurückstellt. Das ist sehr vorteilhaft, wenn die LED-Dekoration an schwer zugänglichen Orten installiert ist. Die Polyfuse hat aber noch eine weitere Eigenart – obwohl sie „ausgelöst“ hat, fließt weiterhin ein kleiner Strom. Denn im Gegensatz zu einer Schmelzsicherung, bei der der Leiter „verbrennt“, ist bei der Polyfuse der Stromkreis weiterhin geschlossen, nur eben sehr hochohmig. Aber dieser kleine Strom kann dafür sorgen, dass „intelligente“ LED-Streifen mit Prozessor versuchen immer neu zu booten, aber sobald die LEDs angesteuert werden die Versorgungsspannung am Prozessor durch die Strombegrenzung wieder einbricht. Dieses Fehlerbild ist sehr gut zu erkennen und einzuordnen.

Spannungsfall

Grundlagen Deko-LEDs
Rote LEDs sind physikalisch anders aufgebaut
als grüne oder blaue LEDs, deshalb wirkt sich
der Spannungsfall bei RGB-Streifen auf der
Strecke auch in einer Farbänderung aus
(Bild: Herbert Bernstädt)

Meist sitzen die Netzteile zur Versorgung der LED-Streifen außerhalb der Dekoration. Dementsprechend muss eine Zuleitung zu den LED-Streifen erfolgen.

Gemäß der Formel U = I × 2 * l / κ * A mit κ (Kappa) für Kupfer = 56 m / Ω * mm2 kann man sehr schnell ausrechnen, dass bei einer Strecke von z. B. 15 m und einem Leitungsquerschnitt von 0,34 mm2 die Spannung bei einem Betriebsstrom von 2 A um 3,2 V gefallen ist. Ein LED-System, welches auf 5 V Versorgungsspannung basiert, ist demnach nicht von der Ferne aus zu betreiben. Der Spannungsfall betrifft nicht nur die Zuleitung zu den LED-Streifen, sondern entsprechend der Länge des LED-Streifens selbst findet ein Spannungsfall statt, so dass LED-Bänder auf dem Markt zu finden sind, die zum Ende hin immer dunkler werden, weil sich der Spannungsfall einfach auswirkt. Hinzu kommt, dass die Leiterbahnen der LED-Streifen oder Bänder meist nicht sehr groß dimensioniert sind. Da sind einige Mikrometer Kupfer auf der Leiterbahn, über die dann die wie oben bereits angedeutet in manchen Systemen schon mal 15 A fließen sollen.

Vorwiderstände können nur proportional zur Versorgungsspannung arbeiten und somit können unterschiedlich lange Zuleitungen/ Strecken unterschiedliche Helligkeiten aufweisen
Vorwiderstände können nur proportional zur
Versorgungsspannung arbeiten und somit
können unterschiedlich lange Zuleitungen/
Strecken unterschiedliche Helligkeiten aufweisen
(Bild: Herbert Bernstädt)

Aber zurück zum Thema Spannungsfall: In der Praxis werden die LEDs der Streifen nicht in Reihe geschaltet bzw. wenn dann nur in kleineren Gruppen. Gründe sind zum einen der Ausfall des kompletten Streifens, sollte eine LED defekt sein. Zum anderen gibt es kürzbare LED-Streifen und die müssen ja auch weiterhin funktionieren. In der Regel schaltet man kleinste Gruppen von LEDs in Reihe, um abzüglich des Leitungsspannungsverlusts auf die Betriebsspannung zu kommen. Folglich haben wir im Großen gesehen doch eher mit einer Parallelschaltung von LED-Streifen zu tun. Um größere Strecken zu überbrücken bzw. wenn der Spannungsfall zu groß wird, so dass die LEDs nicht mehr mit ihrer benötigten Spannung versorgt werden, kann man den Querschnitt der Zuleitung erhöhen, was durchaus in der Praxis angewendet wird. So erfolgt die Zuleitung oft mit 1,5 mm2 , 2 mm2 oder manchmal mit 4 mm2 . Wenn man eine Festinstallation hat, kann man auch die Versorgungspannung entsprechend dem Spannungsfall erhöhen, damit der LED-Streifen im Anschluss auch die richtige Spannung erhält. Das ist aber bei wechselnden Produktionen mit unterschiedlichen Kabellängen nicht praktikabel. Deshalb muss hier ein anderer Weg eingeschlagen werden.

Spannungsregler

Sinnvoll ist dann eine Spannungsregelung auf den Streifen, die Schwankungen durch den Spannungsfall der Zuleitung bei unterschiedlichen Leitungslängen ausgleichen kann. Eine Spannungsregelung kann durch zwei unterschiedliche Prinzipien erfolgen. Die preiswertere und einfacher zu entwickelnde Form ist der Linearregler. Hierbei wird am Ausgang des Reglers eine konstante Spannung zur Verfügung gestellt, indem ein Leistungstransistor als variabler Widerstand den zu hohen bzw. nicht benötigten Spannungsanteil in Wärme wandelt. Das bedeutet die zugeführte Spannung muss immer größer sein, als die auf den LED-Streifen benötigte Spannung, zuzüglich des zu erwartenden Spannungsverlusts. Arbeitet man z. B. mit 24 V und möchte mit 0,5 mm2 Zuleitung der LED 3 A zur Verfügung stellen und 30 m Zuleitung überbrücken, dann hat man einen Spannungsfall von 6,2 V zu erwarten. Die Dimensionierung der LED-Streifen müsste dann so sein, dass die LED-Blöcke mit 17 Volt betrieben werden. Ist in der nächsten Produktion die Kabellänge nur noch 5 m, so ist der Spannungsfall nur 1 V und der Linarregler würde die restlichen 6 Volt zum Verlust bringen. Mit einem Linearregler kann man somit eine konstante Helligkeit der LEDs auch bei unterschiedlichen Kabellängen gewährleisten. Der Nachteil hierbei ist, dass der Linearregler, je mehr er zu tun hat, sehr heiß werden kann. Der Wirkungsgrad ist dann meist mit 60 % auch wesentlich geringer.

Grundlagen Deko-LEDs
Legendär: der lineare Spannungsregler 7805 (Bild: Herbert Bernstädt)

Deshalb werden diese LED-Dekorationssysteme auch nie die Energieeffizienzklasse AAA erreichen. Hier geht es dann ja auch nicht um das Einsparpotenzial der LED gegenüber anderen Leuchtmittel zu nutzen, sondern um Dekorationen zu verschönern. Die andere Form der Spannungsregler sind die Schaltregler. Ähnlich wie beim Schaltnetzteil werden hier Spannungen sehr schnell ein- und ausgeschaltet, was bekanntlich kaum Verlustleistung bedeutet im Gegensatz zu variablen Widerständen wie beim Linearregler. Eine Spule und Kapazität sorgen dann für die Filterung. Einen Schaltregler kann man immer an der Spule auf dem LED-Board wiedererkennen. Hier ist der Wirkungsgrad wesentlich höher und liegt bei ca. 90 %. Jedoch ist die Ansteuerung bzw. Regelung mit einer PWM weit aufwendiger als beim Linearregler. Charakteristisch ist auch, dass je größer der Spannungsfall auf der Zuleitung zum LED-Streifen mit Schaltregler wird, der Strom entsprechend größer wird, da der Schaltregler bei kleiner werdenden Spannung die Leistung für den LED-Block konstant halten will

Grundlagen Deko-LEDs
Schaltregler sind immer gut an einer
Spule zu erkennen
(Bild: Herbert Bernstädt)

Eine weitere Maßnahme dem Spannungsfall zu begegnen ist, die Einspeisung in der Mitte der LED-Line durchzuführen oder von beiden Seiten einzuspeisen. Bei mittiger Einspeisung verteilt sich der Strom auf zwei Stränge und danach folglich nur noch halb so hoch, so dass der Spannungsabfall innerhalb der LED-Streifen bzw. Bänder dann nur halb so hoch ausfällt. Auch die Verluste beim Übergang von Stecker zu Kupplung sind damit geringer belastet. Gerade im Verleihbereich bzw. Messebau, bei denen oft unsanft mit den Steckverbindern umgegangen wird, ist darauf zu achten, dass man ordentliche Steckverbinder verwendet, da der Übergangswiderstand von korrodierten Kontakten sehr unangenehme Auswirkungen haben kann.

Wenn man schon beim Thema robust und Steckverbinder ist, so findet man gerade bei LED-Bändern mehr oder weniger fragile Übergänge von Band zur Zuleitung. Sollen die Produkte häufiger wieder verwendet werden, was bei ernsthafter Betrachtung von Nachhaltigkeit sinnig wäre, dann ist es z. B. von Vorteil, wenn die Steckverbinder auf den Platinen mittels Lötfahnen durch die Platine hindurch gelötet werden. Denn gerade beim hektischen Abbau einer Produktion kommt es vor, dass an Kabeln gerissen wird. Eine SMD-Lötung hält dem nicht stand – eine „through the hole“-Lötung wiederum schon.

Zweiseitige Einseisung mittig Vers9
Aufgeteilt in zwei Teile ist der Strom durch einen Strang nur noch
halb so hoch

Flickern

Nachdem die Versorgungsspannung an den LED-Streifen anliegt, können wir uns nun mit dem Dimmen beschäftigen. So wie analoge Dimmertechnik ausgestorben ist, wird heute auch so gut wie keine LED mehr mit diskreter Analogtechnik gedimmt, ob – wohl die stufenlose Dimmung mit ungepulster Spannung einen großen Vorteil aufweist – sie verursacht selbst bei Hochgeschwindigkeitskameras kein Flickern. Und da haben wir schon das erste Problem angesprochen. Denn die LED-Streifen und -Bänder werden in der Regel mit einer Puls-Breiten-Modulation (PWM für Puls Wide Modulation) gedimmt. Die Regelmäßigkeit mit der der Puls wiederholt wird ist die Basisfrequenz. Je nach eingestelltem Dimm-Stellwert, wird die Breite des Spannungspulses breiter oder schmaler. Bei 100 % haben wir meist eine durchgehende Gleichspannung, bei 0 % eben eine 0-Spannung.

Das menschliche Auge ist relativ träge, aber sobald sich Objekte schnell bewegen, ist schnell ein Flackern wahrzunehmen. Noch schlimmer sind elektronische Aufzeichnungsgeräte, die in ihrer Regelmäßigkeit die Spannungsblöcke abtasten und zu einem anderen Zeitraum nur die 0-Spannung ablichten. Die Folge ist, dass das Bild blinkt bzw. flickert. Effekte verursacht von dem Timing zur Abtastung des Sensors und den Speicherzugriffen wollen wir hier an der Stelle zwar nicht unerwähnt lassen, aber auch nicht weiter darauf eingehen. Um diesen Flickereffekten zu entgehen, kann man die Basisfrequenz der PWM weiter hoch setzen. Sind z. B. 400 Hz für das Auge nicht mehr wahrzunehmen, dann sollte man für elektronische Kameras in der Größenordnung von 4.000 Hz denken. Oftmals kann man die Dimmung auch in der Frequenz umschalten, da sich jede Kamera anders verhält.

Grundlagen Deko-LEDs
Glasfaserverstärkte Platinen und durchkontaktierte Steckverbinder erhöhen die Stabilität und
Robustheit
(Bild: Herbert Bernstädt)

 

So sind Systeme auf dem Markt, bei denen man die Frequenz zwischen 1.500 bis zu 8.000 Hz in sechs Stufen oder sogar in frei wählbaren Stufen um – schalten kann. Eine andere Möglichkeit die Gefahr des Flickern zu vermeiden, ist die starre Struktur der PWM zu verlassen, indem man die Spannungsblöcke bei einem Stellwert in einem quasi zufälligen Muster anordnet. Das heißt, dass man z. B. 50 % ansteuert, aber die Blöcke mit 25 %, 75 %, mal früher oder halt später auf der Basisfrequenz setzt, diese aber im Mittel doch die 50 % ausmachen. Damit wird der Gefahr der Schwebung bei der Abtastung immens entgegengewirkt. Wenn dies noch um die 8.000 Hz erfolgt, dann ist nur sehr selten ein Flickern zu erwarten.

Flicker_LED_Vers9
Durch Schwebung entsteht bei elektronischen Aufzeichnungsgeräten Blinken

 

Da das Flickern von Kameras keine neue Erscheinung ist, sondern auch schon bei den Entladungslampen in Erscheinung getreten ist, gibt es in einigen Studios ein Synchronisierungssignal, damit entsprechend der Lichtblock ansteht, wenn der Shutter der Kamera auf ist. Sollte man sich dieser Idee annehmen wäre bei einer weißen LED noch zu beachten, dass man dann keine so große Latenz bei der Synchronisierung hat und so die Kamera unglücklicherweise nur noch das Nachleuchten des Phosphors aufzeichnet anstatt auch die vorangegangene Anregung der blauen LED-Photonen. Dadurch rutscht die Lichtfarbe ins Gelbliche, obwohl der Zuschauer ein kaltes Weiß sieht.

Typische PWM Modulationen

 

Auflösung mit 16 Bit

Betrachtet man nun die Frequenz einer PWM von 8.000 Hz als Grundfrequenz, was 125 μs entspricht und löst nun die Dimmung mit 8 Bit auf, was 256 einzelne Schritte sind, dann hat das einzelne Bit bzw. der kleinste mögliche Spannungsblock eine Breite von 488 ns. Wird dagegen mit einer 16-Bit-Auflösung gedimmt, dann muss der Prozessor ca. 1,9 ns sprich 0,5 GHz getaktete PWM leisten können. Damit wird deutlich, dass bei der Verwendung von 16 Bit ein schnellerer und damit teurer Prozessor für die Dimmung notwendig ist. 8 Bit sind für viele Anwendungen ausreichend, wenn es nicht um unmerkliches stufenloses Herausdimmen von 0 in den ersten Helligkeitsbereich heraus ankommt. Ein Flickern kann man – hat man ein Produkte, bei welchem man die Basisfrequenz nicht ändern kann – vermeiden, indem man die LED mit 100 % ansteuert, da so bei der normalen PMW ein Gleichstrom herausgegeben wird. Natürlich ist die Farbwahl bei RGB-LEDs dann schon auf die Grundfarben R, G, B, C, M, Y und W eingeschränkt.

EMV

Die Problematik der Störstrahlung, die man aus der Dimmertechnik für konventionelles Licht (Dimmersummen) kennt, wiederholt sich auch beim Dimmen von LEDs, nur in einem anderen Maßstab und in einer anderen Frequenzebene. Denn mit jedem pulsierenden Spannungsblock wird entsprechend auch ein Strom durch die LED fließen. Wählt man nun einen großen Dimmer, der außerhalb der Dekoration sitzt, so ist die Gefahr größer, dass durch die langen Kabelwege die hohen gepulsten Ströme Störungen auf Funkstrecken oder Mikrofonen verursachen können. Sinnvoller ist es, kleine Dimmereinheiten zu verwenden, damit die Ströme kleinere Werte annehmen und somit die Störstrahlung minimiert wird oder den Dimmer direkt vor Ort zu positionieren. Am günstigsten ist es jedoch, wenn die Dimmung direkt neben der LED auf dem Streifen durchgeführt wird. Geht man jetzt in das Extrem, dass jede LED einzeln angesteuert wird, ist einmal der gepulste Strom so klein wie möglich und in der Summe der unterschiedlichen Ansteuerungen bzw. nie synchronisierten Taktung der unterschiedlichen Prozessoren, wird ein nicht mehr registrierbares Grundrauschen erzeugt, das kein Potenzial zur Störung aufweisen dürfte.

Datenübertragung

Betrachten wir die soeben erwähnte Ausführung, dass jede LED separat gesteuert werden kann, dann macht es Sinn, dass der LED-Streifen oder -Band eine Versorgungsspannung erhält und ein Steuersignal. Über die Spannungsversorgung hatten wir am Anfang des Berichts gesprochen. Was nun zu beachten gilt, ist die Datenübertragung. Auch hier gilt es Abstände vom Datensender zum Datenempfänger (Quelle zur Senke) zu beachten, denn jedes Kabel hat eine Dämpfung, welches das Datensignal betrifft und auf die Strecke hin die Daten unlesbar machen kann.

Grundlagen Deko-LEDs
Qualitätstreiber haben ihren Preis (Bild: Herbert Bernstädt)

Die erste Frage ist, wie die Daten übertragen werden. Analog zur Tontechnik, kann man die Daten asymmetrisch oder symmetrisch übertragen. Hier hat die symmetrische Übertragung absoluten Vorrang, wenn man ein System auswählen sollte. Wird DMX-512 übertragen, in der Hoffnung, dass dies auch symmetrisch durchgeführt wird, kann man das leicht an der Steckerbelegung mit +Data und –Data sowie Ground (Ground kann auch die gleiche Belegung wie die Versorgungsspannung sein) erkennen. Des Weiteren können auch die Qualitäten der eingesetzten DMX-Bausteine unterschiedlich sein.

Grundlagen Deko-LEDs
Auch bei SMD ist eine geografische Anordnung
der Farb-Chips vorhanden, das kann
Auswirkungen bei bestimmten Betrachtungswinkeln
haben, wenn man die Einbaurichtung
nicht beachtet
(Bild: Herbert Bernstädt)

So sind einfache ICs für DMX-Empfang schon für ca. 15 Cent erhältlich – weisen diese Bausteine eine ESD-Schutzschaltung auf, sind es schon ca. 40 Cent. Sollen diese Bausteine noch 30 Volt verkraften, was bei einer 24 V-Versorgungsspannung und einer versehentlichen Beaufschlagung auf der Strecke auch schon mal passieren kann, dann muss man schon ca. drei Euro für den Treiber investieren, was sich letztendlich im Gesamtpreis auch niederschlägt. Auch bei zentralen Dimmern oder Systemnetzteilen sollte eine galvanische Trennung von DMX-Signalen eigentlich selbstverständlich sein, denn gerade beim Dekorationsbau, ob auf Messe, im Touring oder im Studio, ist immer von unglücklichen mechanischen Zufällen auszugehen. Und dann ist es weniger stressig, wenn nur ein Bauteil ausfällt, als eine ganze DMX-Line, wobei dann die Fehlersuche einen erheblichen Zeitaufwand mit sich bringt, zumal dann alle DMX-Eingänge auf der Linie zerstört sein können.

In der Praxis

Ein typischer Einbaufehler bei RGB-SMDLED-Streifen ist z. B. wenn man eine Fläche mit Streifen hinterleuchtet, dass man die Linie in die eine Richtung führt, wendet und wieder parallel dazu die Line zurückführt. Schickt man dann Licht auf die Streifen, dann gewinnt man den Eindruck, dass jede zweite Linie eine andere Lichtfarbe aufweist. Das liegt daran, dass die roten, grünen und blauen Chips innerhalb des SMD-Gehäuses auch räumlich angeordnet sind. Sind sie z. B. einfach hintereinander gesetzt, dann hat man bei seitlicher Sicht im 90° Raster mal die rote LED oben, links, rechts oder unten, wodurch der unterschiedliche Farbeindruck entsteht.

Monochromes Outdoor-LED-Band: Noch nicht sehr alt, jedoch schon stark vergilbte Beschichtung, wodurch die Helligkeit leidet
Monochromes Outdoor-LED-Band: Noch nicht sehr alt, jedoch schon
stark vergilbte Beschichtung, wodurch die Helligkeit leidet
(Bild: Herbert Bernstädt)

 

Folglich sollte man die RGB-LED-Streifen immer nur in einer Richtung laufen lassen und gegebenenfalls muss man mit einem Kabel zum Anfang zurückspringen. Es gibt sogar Hersteller die Streifen in 90° gedrehter LED-Anordnung anbieten, so dass eine Installation je nach Anforderung in horizontaler oder vertikaler Betrachtungsebene erfolgt. Sind auf dem LED-Streifen oder -Panel die einzelnen LEDs separat anzusteuern, dann muss der Einbau ebenfalls immer in der gleichen Ausrichtung erfolgen, denn bei Ansteuerung der ersten LED soll sich diese auch z. B. in der linken oberen Ecke befinden und nicht rechts unten. Zunächst tendiert man bei Platinenhaltern zu einer symmetrischen Anordnung, da man dann in jeder Richtung die LED-Platine anordnen kann. Bei größeren Produktionen hat sich aber eine asymmetrische Anordnung bewährt, da z. B. für die Halterungen per CNC-Bohrungen das Befestigungsmuster fix ist und die Platinen dann auch ohne die Gefahr des Verdrehens von ungeübten Personen installiert werden können.

Kürzbares 12 V Outdoor-LED-Band mit RGB LEDs
Kürzbares 12 V Outdoor-LED-Band mit RGB LEDs (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Natürlich sind nicht alle Installationen gleich so groß, so dass CNC-Fräsen gerechtfertigt sind. Aber auch dafür haben LED-Board-Hersteller eine einfache Praxislösung parat, indem z. B. beim Anschließen der Spannung die erste LED aufleuchtet und somit anzeigt wo links oben zu sein hat, wenn die Platine nicht als solche bedruckt ist. Eine weitere Aufbauhilfe bei einzelsteuerbaren LED-Streifen oder -Kacheln ist, wenn der LED-Streifen anzeigen kann, ob er funktioniert bzw. die Versorgungsspannung anliegt oder aber die Daten fehlen. Denn ein dunkler Streifen kann bedeuten, dass er keinen Strom hat oder keine Daten erhält. Wenn er aber ohne Dateninput einfach in einem definierten Muster leuchten würde, würde man wissen, dass man sich nur noch um die Datenseite kümmern muss.

Auch sollte man sich darüber Gedanken machen, was passiert, wenn keine Daten mehr zum LED-Streifen gesendet werden. Hier gibt es unterschiedliche Verhaltensmuster bei LED-Streifen, die selten in den technischen Daten angeführt werden. Geht der LED-Streifen aus, wenn er keine Information erhält, blinkt er oder hält er den letzten gesendeten Wert so lange er noch mit Betriebsspannung versorgt wird? Letzteres ist wohl für einen Showbetrieb die sinnigste Lösung, wenn das Bild beim Ausfall der Zuspielung einfach einfriert. Das fällt weit weniger auf, als wenn plötzlich alles dunkel wird oder blinkt. Bei anderen Veranstaltungen, wie z. B. Sport-Events, kann es wiederum gewünscht sein, dass das Showlicht ausgeht. Im Idealfall sollten Systeme beide Lösungen anbieten.

Ein weiterer zu beachtender Punkt ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Daten bei großen Installationen. Auch hier kann es vorkommen, dass die Informationen von Streifen zu Streifen gesendet werden und beim Sprung in die nächste Zeile so viel Latenz vorliegt, dass man bei einem senkrechten Strich, der schnell über die Zeilen wandert, ein Versatz zwischen den Zeilen zu erkennen ist. Hier schafft ein Synchronisations-Signal – ähnlich wie man es bereits von großen Lichtstellkonsolen her kennt – Abhilfe.

Fazit: auf Unterschiede für den professionellen Einsatz achten

Zwischen LED-Streifen aus dem Baumarkt und professionellen Anbietern der Veranstaltungstechnik gibt es mehr als einen Unterschied. Je nach Anspruch kann der einfache LED-Streifen durchaus seinen Zweck erfüllen. Benötigt man jedoch eine gewisse Sicherheit, Zuverlässigkeit, multiple Einsetzbarkeit oder Installationsvorteile, so sind Produkte mit entsprechenden Eigenschaften, die dies bewerkstelligen, vorzuziehen.

Kommentare zu diesem Artikel

  1. Vielen Dank für diesen interessanten und aufschlussreichen Artikel. Mich würde interessieren, welche “professionellen Anbieter” es auf dem Markt gibt. Wenn man nach LED Strip googelt findet sich eine unglaubliche Vielzahl an Anbietern. Jeder Seite ist unterschiedlich aufgebaut und einfache, schnelle Vergleiche sind kaum möglich. Oft sind so essenzielle Angaben wie der Wirkungsgrad in lm/W, die Art der Stromregelung oder die Dimmbarkeit, wenn überhaupt, erst nach mehreren Klick womöglich sogar erst auf dem pdf-Datenblatt ersichtlich. Meistens ist es nicht einmal möglich die angebotenen Produkte eines Anbieters auf dessen Seite sinnvoll zu filtern oder vergleichen.
    Qualität hat ihren Preis und ich würde gerne ein Qualitätsprodukt erstehen, ich finde es nur nicht.

    Auf diesen Kommentar antworten
    1. Hallo Julian,
      es kommt auch auf den gewünschten Anwendungsbereich an, ob es flexible Stripes oder feste sein sollen und ob diese schon fertig konfektioniert sein müssen. Es gibt einige Anbieter am Markt, die fertig konfektionierte Systeme anbieten wie Kapego, V:LED, Anolis, Artecta, um nur einige zu nennen. Ein absoluter Profi in dem Bereich ist auch Schnick Schnack Systems, die auch Custom-Lösungen bieten können.

      Auf diesen Kommentar antworten

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