LED-Fachwissen Matrix und Pixel

Digitale LED-Streifen

Digitale LED-Streifen arbeiten mit einzelnen LED-Pixeln, so dass sich Lauflichter und LED-Animationen erstellen lassen. I.d.R. ist dafür jede einzelne LED auf dem Streifen adressierbar und individuell in Farbe und Helligkeit regelbar. Die große Mehrzahl digitaler LED-Streifen arbeitet mit 5 Volt Betriebsspannung.

Für größere Installationen gibt es auch Varianten mit 12V oder gar 24V. Hier sind dann meist 2 – 6 LEDs in Segmenten zusammengefasst und die Segmente lassen sich individuell steuern.

Eine beeindruckende Installation mit digitalen LED-Streifen zeigt das folgende Video:

Der Markt bietet heute eine ganze Reihe verschiedener digitaler LEDs mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen. Es lohnt also, je nach Projekt zu schauen, welcher LED-Typ der geeignete ist. Unterschiede gibt es z.B. bezüglich:

  • realisierbarer Pixel-Dichte
  • Anzahl der Anschlüsse
  • realisierbare PWM-Frequenz (wichtig bei Kameraaufnahmen)
  • erweiterter Funktionalität, wie z.B. RGBW
  • Preis

PWM Frequnz & Flackern bei digitalen LEDs

Wie auch bei normalen LED-Streifen ist bei digitalen LED-Bändern die PWM-Frequenz entscheidend, sobald Kameraaufnahmen mit der LED-Installation im Vorder- oder Hintergrund geplant sind. Beispiel: Installation im TV-Studio, Deko beim Film, ein Theaterstück oder Event wird mit aufgezeichnet usw.

LEDs werden gepulst, um einen visuellen Effekt von heller oder dunkler zu realisieren. Das Verfahren dahinter nennt sich PulsWeitenModulation oder kurz PWM. Ab einer PWM-Frequnz von 400Hz kann das Auge die einzelnen Pulse nicht mehr wahrnehmen und interpretiert die LED schlicht als heller oder dunkler. Kameras hingegen benötigen deutlich höhere PWM-Frequnzen! Bei 400Hz würde eine Kamera ein deutliches Flickern wahrnehmen oder es würden dunkler Bänder durchs Bild wandern.


 

Im Folgenden werden die wichtigsten digitalen LEDs vorgestellt & verglichen:

WS2801 WS2812 SK6812 APA102 Direct DMX

 


WS2801

WS2801 war einer der ersten verfügbaren LED-ICs für Pixel-Anwendungen. Der WS2801 ist dabei ein separater Steuer-IC, der jeweils vor einer LED auf dem Band positioniert ist. Da der IC einigen Platzbedarf hat, ist es nicht möglich, höhere Pixel-Dichten mit WS2801 zu realisieren. Mehr als 32 LED/m sind nicht am Markt verfügbar.

 

WS2801 arbeitet mit 4 Anschlüssen:

+ | – | DATA | CLOCK

Die separate CLOCK-Leitung ermöglicht ein sehr genaues Timing beim ansteuern der LEDs und damit hohe Datenraten. Ein Vorteil der WS2801 ist daher, dass hohe PWM-Frequenzen bis 2,5kHz möglich sind, was Installationen mit WS2801 auch für Kameraufnahmen tauglich macht. Ebenso ist es durch die separate CLOCK-Leitung möglich, WS2801-LEDs direkt mit einer SPI, z.B. einem Raspberry PI anzusprechen.

  • 4 Anschlüsse inkl. CLOCK-Leitung
  • PWM-Freqeunz: 2,5kHz
  • geeignet für Kameraaufnahmen
  • direkt über SPI steuerbar
  • Pixel-Dichte bis max. 32 Pixel/m

 


WS2812

WS2812 ist mit Sicherheit der am weitesten verbreitete digitale LED-Typ. Anders als bei WS2801 arbeitet WS2812 nur mit 3 Anschlüssen und ohne CLOCK-Leitung. Dadurch sind hier keine hohen PWM-Frequenzen möglich (max. 430Hz), so dass es häufig zu Flackern bei Kameraaufnahmen kommt.

Vorteil der WS2812 ist, dass der digitale IC (Typ: WS2811) winzig klein ist und mit in der LED sitzt.

Dadurch sind auch höhere Pixel-Dichten möglich. 60 Pixel/m oder mehr.

WS2812 sind sehr empfindlich gegenüber Spannungsspitzen und sollten daher immer mit einer Schutzplatine vor dem Stripe betrieben werden.

WS2812B: Dieser verbesserte LED-Typ hat eine etwas andere Gehäuse-Bauform,  arbeitet mit 4 anstatt 6 Anschluss-Pins am Gehäuse und ist gegen Verpolung der Spannungsversorgung geschützt.

  • 3 Anschlüsse + | – | DATA
  • PWM-Frequenz: 430Hz
  • nicht für Kameraaufnahmen geeignet
  • Pixel-Dichte: 60 Pixel/m und darüber

 


SK6812

SK6812 ist ein Nachfolger der beliebten WS2812. Auch hier werden nur 3 Anschlüsse benötigt und der digitale IC ist so klein, dass er mit in der LED sitzt.

Pixel-Dichten von 60LED/m und mehr sind möglich. SK6812 haben zudem einige Vorteile gegenüber den älteren WS2812. So sind SK6812 weniger kritisch beim Timing und können PWM-Frequnzen bis 1.100Hz realisieren.

Dies ist für einfache Kameraufnahmen bereits ausreichend. Weiterhin sind SK6812 deutlich robuster gegenüber Spannungsspitzen, so dass keine Schutzplatine benötigt wird.

Als Besonderheit können SK6812 auch mehr als nur 3 Kanäle (RGB) realisieren, so dass z.B. auch RGBW – also RGB+Weiß – Varianten verfügbar sind. Ebenso gibt es auch rein weiße Pixel-Stripes.

Preislich sind SK6812 nicht teurer als WS2812, so dass wir mittlerweile bei allen Projekten Sk6812 gegenüber WS2812 vorziehen.

  • 3 Anschlüsse + | – | DATA
  • PWM-Frequenz: 1.100Hz
  • bedingt für Kameraaufnahmen geeignet
  • Pixel-Dichte: 60 Pixel/m und darüber

 


APA102

Auch die alten WS2801 mit CLOCK-Leitung haben mittlerweile einen Nachfolger. APA102 LEDs arbeiten ebenso mit 4 Anschlüssen und können extrem hohe PWM-Frequenzen bis 20.000Hz erreichen. Damit sind Sie selbst für Zeitlupen-Aufnahmen mit der Kamera geeignet. Ein Flackern ist bei derart hohen Frequenzen praktisch ausgeschlossen.

Anders als bei WS2801 ist bei den APA102 wie bei WS2812 und SK6812 der IC winzig klein und direkt in der LED integriert. Dadurch sind enge Pixel-Dichten bis 60 Pixel/m möglich.

APA102 LEDs bieten noch einen sogenannten „Global Brightness“ Kanal an, mit dem die Helligkeit aller Farbkanäle gleichmäßig reduziert werden kann. Da Global Brightness aber nur mit 580 Hz PWM arbeitet, sollte es mit Bedacht eingesetzt werden. In der Regel benötigt man es nicht.

  • 4 Anschlüsse inkl. CLOCK-Leitung
  • PWM-Freqeunz: 20kHz
  • geeignet selbst für Highspeed-Kameras
  • direkt über SPI steuerbar
  • Pixel-Dichte bis 60 Pixel/m


LED-Pixel Controller

Zum Ansteuern der digitalen LED-Streifen werden entsprechende Pixel-Controller benötigt. Wichtig ist hierbei, dass die Controller auch für den gewählten Pixel-Typ geeignet sind. Nahezu alle Controller können WS2812 und den Nachfolger SK6812 steuern. Für WS2801, APA102 und andere Typen schauen Sie bitte genau in den technischen Daten des Controllers nach.

Wichtig ist natürlich auch, dass die max. Anzahl steuerbarer Pixel des Controllers für die geplante Installation ausreicht.

 

Einfache Standalone-Pixel-Controller

Die einfachste Variante von Pixel-Controllern hat eine Anzahl festgelegter Effektprogramme (meist für Lauflichter), die sich max. in Bezug auf Helligkeit und Geschwindigkeit noch manuell anpassen lassen. Über Taster am Controller und/oder eine Fernbedienung können die Programme nacheinander abgerufen werden. Aufgrund der eingeschränkten Funktionalität und der meist geringen Anzahl steuerbarer Pixel, sind diese Controller recht günstig.

LK40

  • >130 feste Effektprogramme
  • max. 1.024 RGB-Pixel
  • für WS2812, SK6812 & TM180x

 

Programmierbare Pixel-Controller

Professionellere Pixel-Controller erlauben es, selbst programmierte Effektabläufe abzuspielen. Die Effekte können dabei klassische Lauflichter sein, aber auch aufwendige Animationen für LED-Displays und Matrix-Anwendungen.

Viele Vertreter kommen mit einer eigenen PC-Software, über die die Animationen erstellt und dann auf den Pixel-Controller – meist via SD-Karte – übertragen werden können. Zum Abspielen der Animationen wird dann kein PC mehr benötigt. Die Effekte werden direkt vom Controller aus an die LEDs ausgespielt. Daher der Begriff „standalone“. Die PC-Software ist dabei mal mehr, mal weniger komfortabel und intuitiv. Für größere Projekte oder spezielle Anforderungen ist sie i.d.R. nicht geeignet.

Deutlich besser sind hier programmierbare Standalone-Controller, die keine eigene Software benötigen, sondern mit den zahlreichen am Markt verfügbaren Tools kompatibel sind. Hier gibt es eine riesige Bandbreite an Software zur Animationserstellung, von einfachen, aber sehr intuitiven Freeware-Lösungen wie z.B. JINX! über innovative, komfortable Ansätze wie z.B. LIGHTJAMS bis hin zu HighEnd-Tools wie MADRIX.

PP8192

  • max. 8.192 RGB-Pixel
  • für WS2812, SK6812, WS2801 uvm.
  • Animationen über eigene Software

 

Standalone LED Pixel Controller

SEDUV3

  • max. 3.000 RGB-Pixel
  • für WS2812, SK6812, WS2801 uvm.
  • freie Wahl der Software

 

LED Pixel-Controller für ArtNet / DMX

Bei größeren Lichtinstallationen werden die Effekte und Animationen in aller Regel zentral von einem Rechner oder einem professionellen Lichtpult aus gesteuert. Das Standard-Protokoll hier für ist DMX. Nahezu bei allen Events, im Theater, in TV-Studios, bei Messen usw. wird über DMX die Beleuchtung gesteuert. DMX ist ein sehr alter Standard, der nur 512 Kanäle bietet. Dies entspricht einer max. Anzahl von 170 RGB-LED-Pixeln. Über ArtNet können aber viele DMX-Universen zusammengefasst werden, so dass auch größte Lichtinstallationen mit tausenden von LED-Pixeln möglich werden.

Um digitale LED-Pixel in eine größere Lichtsteuerung einzubinden, werden daher ArtNet LED-Controller verwendet.

ArtNet Pixel Controller 4x7A

LK99

  • max. 2.720 RGB-Pixel
  • 16 DMX Universen
  • für WS2812, SK6812, WS2801
  • 4 x 7A Ausgangsleistung

ArtNet LED Pixel Controller WS2812 WS2811 WS2801

LK63

  • max. 5.440 RGB-Pixel
  • 32 DMX Universen
  • für WS2812, SK6812, WS2801
  • 16 x 3A Ausgangsleistung

Standalone ArtNet-Player

Auch für die LED-Pixel-Steuerung via ArtNet existieren Standalone-Player. So können selbst große LED-Installationen mit zig-tausend Pixeln ohne Rechner oder Lichtpult von einer kleinen Box mit SD-Karte aus bespielt werden.

SEDU-Play

  • Standalone-ArtNet-Player
  • bis zu 64 DMX Universen
  • Setup per App
  • Trigger über externe App, MIDI, Taster uvm.

 


DirectDMX LED-Pixel-Streifen

Eine besondere Variante digitaler LED-Streifen sind direkt per DMX steuerbar. Hier ist also kein spezieller Pixel-Controller notwendig. Stattdessen können diese Streifen direkt per DMX / ArtNet gesteuert werden. Dies vereinfacht die Installation und reduziert die Anzahl notwendiger Komponenten. Über einen Adress-Writer kann die DMX-Startadresse eines jeden DirectDMX LED-Streifen individuell eingestellt werden.

DirectDMX-Streifen werden in höheren Spannungen von 12 und 24 Volt angeboten, so dass immer mehrere LEDs ein Pixel bilden. Dadurch sind dann auch längere Installationen möglich, ohne dass die Spannung neu eingespeist werden muss.

 

 

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