Как проверить чувствительность к шим

Карандашный тест монитора ШИМ. Как сделать и что это такое

Существует огромное количество способов для проверки качества работы монитора или телевизора перед покупкой. В магазинах консультанты всегда акцентируют внимание покупателя на размер и разрешение.

Но большинство опытных продвинутых покупателей уверены, что проверка экрана на ШИМ-мерцание при помощи обычного карандаша или ручки позволяет избежать покупки некачественного монитора, который будет вредить здоровью.

Что такое ШИМ

ШИМ или широтно-импульсная модуляция представляет собой один из методов уменьшения восприятия яркости экрана монитора или телевизора. Эффект мерцания создаётся при помощи регулярной подачи импульсов при заранее установленной чистоте. При этом подсветка экрана с очень быстрой скоростью включается и выключается. Самостоятельно заметить такой эффект достаточно тяжело.

Стоит отметить, что чем больше частота мерцания, тем сложнее человеку будет работать за ноутбуком или компьютером.

Его используют для того, чтобы достигнуть широкий спектр управления яркостью. По мнению специалистов, это один из самых удобных, а также простых способов достижения этой цели.

Любой объект, который является генератором света, производит эффект мерцания. Исключением являются лампы накаливания.

В законодательстве Российской Федерации прописано, что коэффициент мерцания на рабочем месте не должен превышать 10-20 % при частоте ниже 300 Гц.

Несмотря на то, что широтно-импульсная модуляция стандартно работает на частоте 175 Герц, это может приводить к заметным негативным изменениям в работе монитора.

Почему нужно проверять мерцание

В первую очередь, главной задачей при проверке мерцания является покупка качественного оборудования. По мнению программистов, если монитор регулярно и непрерывно мерцает, то человек, который в течение длительного времени использует его для работы, может ощущать сильную усталость и другие признаки недомогания, например:

• Это отражается на здоровье наших глаз. Так как они постоянно напрягаются от постоянной пульсации, может заметно ухудшиться зрение;
• Также одним из признаков постоянной пульсации монитора является появление головной боли и сонливость. В таком состоянии человеку очень сложно сосредоточиться на своей работе.

Поэтому, несмотря на то, что надежное устройство, которое не будет вредить вашему состоянию здоровья, будет стоить в несколько раз дороже, то стоит отдать ему предпочтение.

Перед покупкой специалисты настоятельно рекомендуют провести специальный тест для определения пульсации или мерцания при помощи обычного карандаша или ручки.

Тест монитора ШИМ

Для того чтобы проверить экран своего монитора на мерцание, которое создает ШИМ, необходимо:

• Воспользоваться обычным карандашом или ручкой;
• После этого найдите очень светлую картинку, желательно белого цвета. Если у вас нет доступа к Интернету, вы можете открыть любой текстовый редактор, например, Блокнот, и открыть пустой документ во всю ширину экрана. Главное, чтобы большая часть экрана была белая;
• Затем возьмите свой карандаш или любой длинный и тонкий предмет;
• Далее крутите его полукругом в 10-15 см от экрана.

В том случае, если контур карандаша вам практически не заметен, то мерцание экрана минимально. Это означает, что качество экрана вашего монитора достаточно хорошее. При долгой работе вы не будете чувствовать усталость и напряжение в своих глазах и теле.

Если контур виден достаточно отчётливо, то пульсация света экрана очень большая. Поэтому необходимо принять меры, чтобы устранить данную проблему.

Как убрать мерцание

Эксперты утверждают, что единственным способом исправления данной проблемы является полная замена экрана на новый. При этом существует мнение, что можно снизить ШИМ – пульсацию можно при помощи уменьшения частоты мерцания в настройках. В таком случае пользователю будет легче работать за компьютером.

Также существует альтернативный способ уменьшения эффект пульсации:

• Для начала сделайте так, чтобы яркость вашего экрана была максимальной;
• Далее проверьте, чтобы функция «Автонастройки» было отключена;
• А после этого вам нужно найти регулировку цветокоррекции или контрастности на драйвере видеокарты и уменьшить ее до нормы;
• Таким образом, мы уменьшаем яркость и контрастность экрана, а подсветка вашего экрана позволяет игнорировать Вашим глазам все мерцания.

Стоит отметить что такой эффект будет длиться недолго. Поэтому, если вы заботитесь о своём здоровье, лучше всего приобрести монитор, в котором отсутствует широтно — импульсная модуляция. Например, отличным вариантом будет экран, способ управления яркости которого имеет высоту в несколько раз больше, чем ШИМ.

Как ВАС ДУРЯТ при ПРОДАЖЕ МОНИТОРОВ и ТВ. РАЗОБЛАЧЕНИЕ:

Что такое ШИМ и почему мерцает OLED? РАЗБОР

ШИМ, все вокруг говорят про ШИМ. Ну фиг знает — я его не вижу. Что хотите сказать, если понижу яркость дисплея, это как-то будет меня утомлять? Кажется тут есть в чём разобраться!

Сегодня мы объясним как на самом деле работает ШИМ. Узнаем сколько FPS видит человек, а сколько муха. Проведём тесты ШИМ на осциллографе. И, конечно, расскажем как избавиться от ШИМа на Samsung и на iPhone.

OLED дисплеи фактически во всём превзошли IPS. Но некоторые люди просто физически не могут пользоваться OLED, ведь они чувствуют усталость глаз, сухость и даже головные боли.

Почему так? Дело в том, что в отличие от большинства IPS-экранов большинство OLED-матриц мерцают. Примерно как дешевые люминесцентные лампы. И это не очень хорошо сказывается на зрении.

Но стоп! Лично у меня нет никаких проблем с OLED-дисплеями, да и мои друзья ходят с OLED и не жалуются.

Действительно, по статистике большинство (примерно 90%) людей не ощущают мерцания OLED-дисплеев. Мы даже провели опрос: Устают ли у Вас глаза от OLED дисплеев? Устают ли у вас глаза от IPS дисплеев? И получили вот такие результаты: примерно четверть — 27% сообщила, что у них глаза устают. Меньшинство, но всё же — четверть!

Тем не менее есть люди, которые не просто чувствуют ШИМ, но даже отчетливо его видят. Как так получается?

ШИМ в кинопроекторах

Чтобы ответить на этот вопрос давайте поговорим про кино. В старых кинопроекторах, в которых еще были бобины с плёнкой, крутили кино со скоростью 24 кадра в секунду.

Так вот, для того чтобы при смене кадров изображение не смазывалось и вы не видели момент перемотки пленки, в этот момент поток света перекрывался. Это приводило к адскому мерцанию, так как изображение постоянно обрывал «черный кадр».

Так как ускорить процесс смены кадров не было технической возможности киноделы придумали другой хак. Они стали перекрывать изображение дважды: не только во время смены кадра, но и когда на экране отображался статический кадр. Ммм. И какой в этом смысл?

Такое чередование изображения и дополнительных “черных кадров” позволяло искусственно увеличить частоту мерцания до 48 раз в секунду. Чего было достаточно, чтобы обмануть мозг. Видя постоянно мелькающую картинку, мозг просто «отключает» восприятия мерцания и мы видим плавную картинку. Кстати в немом кино, где использовалась частота 16 К/с, вообще перекрывали 3 раза и получилось мерцание — 48 раз в секунду.

Сколько мы видим кадров?

Этот невероятный эффект человеческого зрения называется порогом слияния мерцаний и этот порог равен 60 Гц. Это значит, всё что мерцает чаще чем 60 раз в секунду человек будет воспринимать как непрерывное изображение.

Кстати, у собак и кошек этот порог выше — в районе 70-80 Гц, а у мух так вообще 250-300 Гц.

Что же это получается, игровые мониторы 144 Гц и выше — это всё маркетинг? Нет, 60 кадров в секунду — это минимальный порог, при котором человек перестает видеть мерцание.
А люди с натренированным зрением, например, пилоты истребителей на тестированиях различают кадры, появившиеся на 4 мс. Что соответствует 250 кадрам в секунду. К хардкорным геймерам это тоже относится.

На самом деле есть исследования, где люди смогли различить и 480 к/с и даже больше в некоторых условиях.

Но в целом если верить ГОСТАм: Пульсация освещенности свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность. ГОСТ Р 54945-2012

Зачем нужен ШИМ?

Итак, со зрением разобрались. Но зачем вообще мерцают OLED-дисплеи и на какой частоте?

Сначала ответим на вопрос “Зачем?”

Существует два способа регулировки яркости дисплея:

Первый и самый очевидный способ, при помощи понижения напряжения. Чем меньше мы подаем энергии на дисплей, тем меньше он светится.

Именно так регулируется яркость в большинстве IPS-дисплеев в наших смартфонах, ноутбуках и мониторах.

Но почему бы на OLED-дисплеях не делать также? На самом деле можно, и так даже делали раньше. Например в смартфоне LG G Flex 2 использовался именно такой подход. Но есть проблема! На OLED-дисплеях при уменьшении напряжения сильно страдает картинка. Возникает так называемый мура-эффект, более известный как эффект “наждачной бумаги”. Мы подробно рассказывали об этом в материале про OLED.

Поэтому чтобы избежать такой деградации изображения используется второй подход: регулировка яркости при помощи мерцания или ШИМ. ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, или PWM по-английски. Это буквально значит — регулировка ширины, ну или длительности, импульса.

Так, стоп, что еще за импульс? Дело в том, что напряжение в дисплеях, использующих ШИМ, не постоянное, а прерывистое. Оно подаётся при помощи вот таких всплесков или импульсов.

Количество импульсов в секунду называется частотой и измеряется в Гц. А время, которое занимает каждый цикл пульсации, называется периодом.

К примеру, возьмем частоту 250 Гц, в этом случае период будет 4 мс. Частота и период — это фиксированные значения, и с изменением яркости дисплея они не меняются. А вот ширина каждого импульса — это как раз то, что мы можем регулировать. Это значение называется рабочим циклом, и он выражается в процентах.

Если рабочий цикл 100%, импульс будет длиться 100% своего периода, то есть 4 мс. Это соответствует 100% яркости дисплея. Если мы сократим ширину импульса до 50% или 2 мс, воспринимаемая яркость дисплея также упадет до 50%. А на яркости 1% фактически 99% будет отображаться просто черный экран, но наше зрение это интерпретирует как просто очень тусклую картинку. Получается, чем меньше яркость дисплея, тем более выражен эффект мерцания. И тем это вреднее для глаз.

Частота ШИМ в разных дисплеях

На самом деле ШИМ используется не только в OLED-дисплеях, но и в IPS. Но в отличие от OLED в IPS-экранах используют очень высокую частоту мерцания, свыше 2000 Гц. Естественно, столь быстрое мерцание не сможет заметить ни человек, ни муха. А значит и глазки уставать не будут.

А какая частота ШИМ в OLED?

Тут всё зависит от конкретной модели, но есть определенные закономерности. Во-первых, желательно чтобы частота ШИМ была кратной частоте обновления дисплея. Потому на 60 Гц или 120 Гц дисплеях, как правило частота ШИМ — 240 Гц, а на 90 Гц дисплеях 360 Гц.

Мы решили убедиться в этом самостоятельно и отправились в Санкт-Петербург. Там ребята из компании ЛЛС подготовили для нас осциллограф с высокоскоростным фотодетектором.

Так мы проверили на ШИМ на iPhone 11 Pro и Pixel 4.

Тесты показали, что iPhone 11 Pro, вопреки общему мнению, немного мерцает даже на максимальной яркости, с частотой 240 Гц. При снижении яркости до 50%, мерцание становится менее выраженным, а значит до этого момента на iPhone используется уменьшение напряжения. Ну а дальше в бой вступает ШИМ. На осциллографе очень хорошо видно, как при снижении яркости уменьшается ширина импульса, а значит увеличивается мерцание.

В Pixel 4 вплоть до 70% яркости мы не обнаружили ШИМа совсем, видно только обновление экрана 90 Гц. А дальше начинается ШИМ с частотой 360 Гц. Но так как частота обновления экрана в Pixel 4 после 40% падает до 60 Гц, видно как каждый четвёртый импульс немного скачет. Это потому что частота обновления не совпадает с частотой модуляции.

• Galaxy S20 — 242.7 Гц
• Galaxy S20 Ultra — 240.4 Гц
• Google Pixel 2 — 245.1 Гц
• Google Pixel 2 XL — 242.7 Гц
• Google Pixel 3a — 271.1 Гц
• Google Pixel 3a XL — 242.7 Гц
• Google Pixel 4 — 367.6 Гц
• Google Pixel 4 XL — 367.6 Гц
• Huawei P30 — 240.4 Гц
• Huawei P30 Pro — 231.5 Гц
• Huawei P40 — 245 Гц
• Huawei P40 Pro — 365 Гц
• iPhone 11 Pro — 290.7 Гц
• iPhone 11 Pro Max — 245.1 Гц
• iPhone XS — 240.4 Гц
• iPhone XS Max — 240.4 Гц
• OnePlus 5T — 242.7 Гц
• OnePlus 6T — 240 Гц
• OnePlus 7 — 200 Гц
• OnePlus 7 Pro — 122 Гц
• OnePlus 7T Pro — 294 Гц
• OnePlus 8 Pro — 258 Гц
• Samsung Galaxy A50 — 119 Гц
• Samsung Galaxy A51 — 242.7 Гц
• Samsung Galaxy A71 — 247.5 Гц
• Samsung Galaxy S10e — 232 Гц
• Xiaomi Mi 10 — 362.3 Гц
• Xiaomi Mi 8 — 238 Гц
• Xiaomi Mi 8 Explorer Edition — 100 Гц

Samsung Galaxy A50:

На самом деле, частоту мерцания OLED-дисплеев можно увеличить, пусть не до 2000 Гц, но хотя бы до 500 Гц. Кстати, именно такая частота ШИМ была в древнем Windows Phone — Lumia 950. Но это удорожает производство, а так как страдающих людей мало, производители воровать у себя из кармана не готовы.

Кстати, практически все современные LCD-телевизоры тоже ШИМят на частоте 240 Гц. И в теликах этот эффект даже более заметен, чем в телефонах.

Разве что SONY не поскупились установить в свои LCD модели контроллеры управления яркостью либо совсем без мерцания, либо с мерцанием на частоте 720 Гц.

Как проверить ШИМ самому?

Но как проверить ШИМ на вашем телефоне, ноутбуке или телевизоре самостоятельно? Если у вас нет под рукой осциллографа с высокоскоростным кремниевым фотодетектором.

На самом деле очень просто! Вам нужно снять экран на видео в замедленной съемке 240 к/с или больше. Сейчас почти любой телефон так может. Если на всех значениях яркости вы не увидите мерцания в виде перемещающихся полос. Значит ШИМа нет.

Что такое DC Dimming?

Тем не менее проблема есть и первой её осознал Xiaomi, представив функцию DC Dimming в Black Shark 2 Pro. Эта тема настолько хорошо зашла, что очень быстро подсуетились OnePlus, OPPO и Huawei. И начиная с прошлого года во всех флагманах точно есть DC Dimming.

Само название расшифровывается как Direct Current Dimming, что переводится как затемнение постоянным током. Иными словами в этом случае яркость регулируется как и положено снижением напряжения.

СТОП! Но также нельзя! Картинка же убьется! На самое деле, так нельзя было делать раньше, потому как качество OLED-дисплеев оставляло желать лучшего. Но теперь всё иначе.

Уже давно многие производители стали использовать гибридный способ регулировки яркости. Например на iPhone до 50% яркости используется снижение напряжения, и только потом включается ШИМ. А телефоны с функцией DC Dimming пошли дальше и стали регулировать яркость исключительно снижением напряжения.

Да, включив DC Dimming на низких яркостях могут немного поплыть цвета и появиться шум. Но это совсем не критично.

И тесты показывают, что функция реально работает. Хотя колебания яркости и не сглаживаются полностью, всё равно такой подход позволяет многократно снизить нагрузку на наши с вами глаза.

По нашим замерам на Xiaomi Mi 10 ШИМ с включенным DC Dimming исчезает полностью! А значит ваши глазки смогут отдохнуть.

Убираем ШИМ для всех

Но что делать, если вам DC Dimming не завезли? Например у вас Samsung, который ШИМит даже на 100% яркости, или iPhone который начинает ШИМить на 50%?

На самом деле решение есть и оно программное. Имя ему экранные фильтры!

Android. Например, на любой Android можно поставить программу OLED Saver. Она умеет накладывать полупрозрачный серый фильтр поверх всего изображения. Регулируя прозрачность фильтра, регулируется яркость. Это программа умеет имитировать функцию автояркости. Можно довольно быстро из шторки регулировать прозрачность фильтра и настроить автозапуск после перезагрузки.

Не могу сказать что это очень удобно. Но может быть очень полезно, если любите позалипать в телефон перед сном в темноте.

iPhone. А на iPhone вообще есть специальный режим встроенный в систему. Он называется “понижение точки белого” и прячется в разделе “Универсальный Доступ”. Путь такой: Настройки > Универсальный доступ > Дисплей и размер текста > Понижение точки белого

А чтобы постоянно не лезть в настройки можно назначить включение режима на тройное нажатие кнопки питания с помощью такого пути: Настройки > Универсальный доступ > Быстрая команда.

В iOS 14 можно даже назначить тоже самое на постукивание по задней крышке. Но я бы не рекомендовал так делать, будут ложные срабатывания.

Ну и напоследок можно вынести ярлык с этой функцией в пункт управления. Для этого идём в Настройки > Пункт управления и перетаскиваем иконку “Команды для универсального доступа”.

Итоги

Что в итоге? ШИМ, конечно, зло. Хоть я его и не вижу, и мои глаза не устают, эта штука всё равно напрягает мозг. А с возрастом может появиться и усталость глаз.

С другой стороны, благодаря ШИМ вообще стал возможен прогресс в развитии технологии OLED. Если б его не было сидели бы мы на IPS и о всех прелестях классных OLED-дисплеев даже бы и не знали.

Очень надеемся, что DC Dimming станет стандартом и мы забудем о ШИМ в смартфонах и телевизорах точно также, как забыли о нём в настольных мониторах с появлением Flicker Free мониторов от BenQ. Это, кстати, та же самая технология что и DC Dimming.

В основу ролика легла статья с портала deep-review.com и материал Олега Афонина для журнала Хакер. Ребята проделали отличную работу, а мы продолжаем их дело.

Спасибо компании ЛЛС за оборудование и теплый приём в Питере! Очень приятно вместе с вами делать крутой науч-поп контент. На этом сегодня всё!

Почему болят глаза от смартфона с AMOLED-экраном или что такое ШИМ и DC Dimming?

Сегодня AMOLED-экраны используются не только во всех флагманах, но и все чаще встречаются в среднем ценовом сегменте (Galaxy A-серия от Samsung — отличный тому пример). А это значит, что все большее число пользователей открывает для себя эту прекрасную технологию.

Но вместе с яркими цветами, превосходными углами обзоров и бесконечной контрастностью, пользователи открывают для себя еще одну интересную особенность OLED — неприятные ощущения в глазах, усталость и даже головные боли.

И самое обидное (или лучше сказать — опасное?) в этой ситуации то, что далеко не каждый человек ощущает этот негативный эффект, хотя и подвержен его влиянию наряду с теми, кому повезло меньше.

В этой статье мы подробно разберемся, что же не так с AMOLED-дисплеями и можно ли как-то с этим справиться.

В чем суть проблемы?

Суть проблемы заключается в том, что экран смартфона постоянно мерцает. Это мерцание подобно тому, что возникает при использовании дешевых люминесцентных ламп, особенно когда они уже доживают свой срок. Это мерцание действительно вызывает очень неприятные ощущения — многие могли не раз убедиться в этом лично.

Разница со смартфоном лишь в том, что частота мерцания экрана намного выше и потому не заметна глазу.

Почему некоторые люди ощущают мерцание, в то время, как большинство — нет?

Если мы будем каждую секунду включать и выключать лампочку, то, естественно, увидим мерцание света. И чем быстрее мы будем это делать, тем быстрее будет казаться мерцание. Однако на определенной частоте (примерно 60 раз в секунду, то есть, 60 Гц) мозг перестанет воспринимать мерцание и нам будет казаться, что лампочка горит непрерывно.

Этот эффект называется порогом слияния мерцания. У человека он равен 60 герцам, у собак — 70-80, у мух и того больше — 250-300 Гц. Однако, у некоторых людей восприимчивость бывает выше, например, некоторые пилоты истребителей при тестировании различают кадры, появившиеся на 4 мс (что соответствует 250 кадрам в секунду). То же касается и людей, слишком много времени проводящих за компьютерными играми с высоким FPS.

Другими словами, не нужно обладать супер-способностью, чтобы различить мерцание свыше 60 Гц. Но даже те люди, которые не воспринимают такой частоты и не ощущают никаких проблем с AMOLED-экранами, подвергаются негативному влиянию низкочастотного мерцания (или пульсации света).

Зрительные рецепторы способны улавливать пульсацию света с частотой вплоть до 300 Гц (или 300 раз в секунду), а мозг непрерывно обрабатывает полученные данные, находясь в возбужденном состоянии. Именно такой порог (300 Гц) является рекомендуемым минимумом по ГОСТу Р 54945-2012:

Пульсация освещенности свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность

ГОСТ Р 54945-2012

Таким образом, даже если мерцание AMOLED-экрана вашего смартфона не вызывает у вас болевых ощущений в глазах, оно вполне может влиять на эмоциональное состояние и работоспособность.

Любопытный факт №1

Все мы помним старые кинопроекторы, в которые помещалась пленка с серией неподвижных кадриков. Эта пленка передвигалась с определенной скоростью, сменяя кадр за кадром 24 раза в секунду.

Чтобы движение пленки не смазывало изображение, поток света перекрывался в момент смены кадра. Это приводило к сильному мерцанию, так как изображение постоянно обрывал «черный кадр».

Но вместо того, чтобы как-то ускорить процесс смены кадров, поток света стали просто перекрывать дважды — в момент смены кадра и вхолостую, когда пленка не двигалась и кадр отображался на экране. Это искусственно увеличило мерцание до 58 раз в секунду (чередование «черного кадра» с изображением).

Учитывая порог слияния кадров (50-60 Гц), мозг просто «отключал» восприятие мерцания и зритель наблюдал плавную картинку. А еще раньше, во времена немого кино, использовалась частота 16 кадров в секунду. Поэтому свет перекрывали трижды — один раз для смены кадра и два раза вхолостую, чтобы увеличить мерцание до 48 раз в секунду.

Что такое ШИМ или почему OLED-экран смартфона мерцает?

Мерцание экрана связано лишь с одной единственной задачей — управлением яркостью. Есть два способа регулировать яркость экрана и оба они успешно применяются в IPS-матрицах:

1. Понижать/повышать напряжение
2. Использовать пульсацию света

С первым пунктом все понятно — чем сильнее напряжение, тем ярче горит лампа и наоборот. А вот со вторым мы и разберемся подробнее.

ШИМ расшифровывается как широтно-импульсная модуляция. И означает этот термин буквально следующее: регулировка ширины (длительности) импульса. Пока что это ни о чем не должно вам говорить.

Импульс, говоря простым языком, — это всплеск напряжения в определенном промежутке времени. Его можно изобразить так:

У импульса есть длина, мы можем сделать его короче или длиннее (шире). Также можно генерировать несколько таких импульсов с определенной периодичностью. К примеру, представим, что мы будем периодически посылать на светодиоды OLED-экрана несколько импульсов:

Они идут с определенной постоянной частотой, скажем, 4 импульса в секунду. Получается, каждый из этих импульсов длится 0.25 с (1 секунда, разделенная на 4 импульса).

Когда через светодиод OLED-экрана проходит напряжение (импульс), он начинает светиться. Импульс появился — светодиод загорелся, импульс пропал — светодиод потух. В реальном AMOLED-экране количество таких импульсов может быть 200 в секунду (говорят «частота 200 Гц») или 250, а может и 500! Все зависит от производителя.

Но как же нам теперь снизить яркость на 50%? Достаточно всего лишь, не меняя напряжение, сократить длительность (ширину) импульса в 2 раза. Частота при этом сохраняется, то есть, каждый новый импульс из нашего примера будет проходить все также через 0.25 секунд, но длина самого импульса будет уже не 0.25 секунд, а примерно 0.12 секунд (в 2 раза короче):

Получается, импульсы и дальше поступают каждые 0.25 секунд, вот только половину этого времени светодиод горит, а вторую половину — не горит. Это приведет к тому, что мы будем воспринимать яркость в 2 раза ниже первоначальной.

Если нужно сделать минимальную яркость, можно вообще сократить ширину импульсов из нашего примера до 0.01 секунды. Это приведет к тому, что большую часть времени экран просто не будет гореть: включается на 0.01 секунду, а потом отключается на 0.24 секунды, затем снова все повторяется. И так каждые 0.25 секунд.

Именно так и работает подсветка, только вместо 4 импульсов в секунду, мы имеем 200-300 импульсов. И подавляющее большинство людей визуально никак не замечает, что на минимальной яркости экран большую часть времени буквально выключен. Но некоторые, все же, это хорошо ощущают.

Подведем небольшой итог

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это способ изменения яркости экрана смартфона. Конечно же, ШИМ используется далеко не только для регулировки яркости, но в рамках статьи нас интересует только это.

Включая и выключая экран очень быстро (200-300 раз в секунду), человеческий мозг воспринимает это за непрерывное свечение. Получается, если частота составляет 250 Гц (то есть, за секунду поступает 250 импульсов напряжения), длина каждого такого импульса составит 4 миллисекунды (1000/250).

Если все эти 4 миллисекунды экран будет гореть, тогда яркость дисплея будет максимальной. Ведь, по сути, все время будет подаваться максимальное напряжение. Но как только мы будем сокращать время работы экрана в течение этих 4 миллисекунд, яркость начнет падать.

Другими словами, если 2 мс экран будет включен, а 2 мс — выключен (и так каждые 4 мс), тогда яркость экрана будет восприниматься вдвое ниже. Хотя в реальности мы подаем ровно такое же максимальное напряжение, просто более короткими порциями, из-за чего начинает проявляться мерцание, которое мы не воспринимаем.

Зачем использовать ШИМ вместо прямого управления напряжением?

С помощью ШИМ можно получить гораздо более широкий диапазон яркости, чем при изменении напряжения. Также ШИМ является более простой в плане реализации технологией.

Ну а главная причина кроется в особенностях органических светодиодов. Во-первых, постоянное напряжение приведет к нагреву светодиодов и их более быстрому выходу из строя. Во-вторых, подобрать для одного экрана миллионы светодиодов с идентичными характеристиками практически нереально. У каждого из них будут небольшие отличия, которые и проявятся при низком напряжении.

Точная цветопередача OLED-экранов достигается при максимальном напряжении. Если его слишком сильно снизить, тогда на экране вместо серого фона мы получим «грязный» неравномерный фон с фактурой «наждачной бумаги»:

На фото выше — снимок OLED-экрана смартфона LG G Flex 2 на минимальной яркости, у которого отсутствовал ШИМ. Но в те далекие времена никто не оценил такой заботы компании о здоровье своих пользователей. ��

Столь «отвратительное» качество экрана лишь вызывало желание побыстрее сменить этот смартфон на «супер-прогрессивный» AMOLED-экран от Samsung, в котором широтно-импульсная модуляция была настолько агрессивной, что мерцание начиналось почти с максимальной яркости.

Любопытный факт №2

Если вы думаете, что времена с «диким» ШИМом далеко позади, то не спешите радоваться. Все современные смартфоны от компании Samsung, включая флагманы Galaxy S10 и Note 10, управляют яркостью с помощью ШИМ, где мерцание наблюдается даже на максимальной яркости.

Почему яркость IPS-экранов не управляется ШИМ?

Многие этого не знают, но ШИМ очень часто используется и на IPS-экранах. К примеру, регулировка яркости широтно-импульсной модуляцией осуществляется на таких смартфонах, как:

и Xperia 10 Plus
• Huawei P Smart Plus
• Xiaomi Mi 8 Lite
• И мн. др.

Все эти смартфоны используют ШИМ, но не вызывают ни малейшего дискомфорта или вредного эффекта. Так в чем же дело? В частоте. Или, другими словами, в количестве импульсов за 1 секунду.

Если на iPhone 11 Pro подсветка работает с частотой 290 Гц (290 импульсов в секунду), Xiaomi Mi 9 — 245 Гц, а Samsung Galaxy S10 — 240 Гц, то частота ШИМ на любом из вышеупомянутых смартфонов с IPS-экранами не ниже 2000 Гц. Столь быстрое мерцание совершенно никак не регистрируется мозгом или глазами.

К слову, нередко можно встретить и смартфоны с совершенно недопустимым значением ШИМ, например:

• OnePlus 7 Pro — 122 Гц — 119 Гц — 100 Гц

От этих аппаратов глаза на минимальной яркости могут уставать даже у тех людей, которые не ощущает мерцание.

Любопытный факт №3

Многие смартфоны управляют яркостью AMOLED-экранов сразу двумя способами — изменением напряжения и ШИМ.

К примеру, на смартфонах с OLED-экранами от Apple отсутствует мерцание вплоть до 50% яркости, а уже ниже этого значения управление яркостью переходит на ШИМ. У других компаний используется только ШИМ, как например, у Samsung.

Что мешает увеличить частоту ШИМ на OLED-экранах?

Действительно, почему OLED-экраны мерцают с частотой 200-300 Гц, вместо того, чтобы работать на частоте, скажем, 1000 Гц? Ведь на IPS-дисплеях с ШИМ частота мерцания может вообще достигать 100000 Гц и выше!

Конечно, сравнивать мерцание лампочки и мерцание органического светодиода нельзя и столь высокие значения приведут к плохим последствиям. Но, почему бы не увеличить частоту хотя бы в 2 раза?

На самом деле, можно. И такие смартфоны даже выходили. Вспомнить хотя бы последний флагман на Windows Phone от Microsoft — Lumia 950 с частотой мерцания 500 Гц:

Дело в том, что такие экраны будут обходиться производителю дороже. Пускай на 30-70 центов, но дороже. Учитывая то, как мало людей непосредственно ощущают вредное влияние мерцания и ту сумму, что можно сэкономить на миллионах проданных устройств, ответ очевиден — до этого никому, за редким исключением, нет дела.

Но за последние 2 года интерес к этой проблеме возрос очень сильно, что заставило многих производителей (а в скором будущем, вероятно, и всех), обратить на это внимание. Уже сегодня мы видим первые шаги на пути к решению проблемы вредного влияния. Речь идет о функции DC Dimming.

Что такое DC Dimming?

Именно так называется функция, появившаяся на некоторых современных смартфонах с AMOLED-экранами, к примеру, в линейке Xiaomi Mi 9 или на смартфоне OnePlus 7 Pro.

Само название DC (от англ. Direct Current — прямой ток) Dimming говорит о том, что речь идет об управлении прямым током. То есть, управление подсветкой должно переключаться с ШИМ на работу с напряжением. И в этом вся проблема. Так как нельзя простым алгоритмом или программной функцией изменить принцип работы дисплея. Нужны соответствующие аппаратные изменения.

Что же происходит в действительности при включении DC Dimming? Во-первых, подсветка все так же управляется импульсами, а значит, полностью от вредного мерцания эта функция не спасает. Это хорошо видно на графиках осциллографа (на примере смартфона с поддержкой функции DC Dimming):

То есть, амплитуда колебаний довольно сильно сглаживается, что заметно снижает уровень пульсации и вредного мерцания, однако линия далеко не прямая, как было бы в случае с реальным управлением напряжением.

Что именно происходит при работе DC Dimming пока точно неясно, возможно, это аналог какого-то программного фильтра, накладываемого поверх изображения. То есть, яркость включается на максимум (что приводит к исчезновению мерцания), после чего изменяется степень прозрачности этого фильтра. Возможно, используется другая программная технология.

В любом случае, DC Dimming не лишен недостатков, в частности, на низкой яркости смартфон может не отображать полутонов на темном фоне, как, например, на фото ниже (слева — экран OnePlus 7 Pro с ШИМ, а справа — DC Dimming):

На фото справа хорошо видна проблема с отсутствием деталей в тенях, вместо мягкого изображения мы видим черные пятна. Но, тем не менее, это хоть какое-то решение для людей, ощущающих вредное мерцание.

Вместо заключения хотелось бы еще раз подчеркнуть ту мысль, что вредное мерцание существует и оно влияет на каждого человека. Даже если вы не чувствуете никакого дискомфорта, ваш мозг продолжает обрабатывать сигналы пульсирующей подсветки на частоте ниже 300 Гц.

Если же вам интересно узнать, как именно человек может воспринимать мерцание на таких высоких частотах и что конкретно происходит в глазах при просмотре мерцающего экрана, тогда читайте наш новый материал.

Что такое ШИМ: почему от экранов многих смартфонов болит голова

Это касается далеко не всех, но у некоторых пользователей современных смартфонов начинает болеть голова во время их ежедневной эксплуатации. Большая часть подобных жалоб поступает от владельцев флагманов, в которых установлены дисплеи, выполненные по технологии OLED. Эксперты считают, что всё дело в низкой частоте мерцания экранов при пониженной яркости за счёт широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Явление это далеко не новое, но из-за бума органических светодиодов в мобильных устройствах сегодня его обсуждают особенно активно. Вопрос точно имеет место.

В теории глобальным решением этой проблемы может стать относительно новая технология DC Dimming. Но новая она только для OLED-экранов — аналогичный принцип давно использовали в том же IPS. Про неё, а также непосредственно про ШИМ мы и расскажем в этом материале.

Что собой представляет ШИМ и как она влияет на здоровье

Если верить статистике, в среднем каждый из нас берёт в руки смартфон и активирует его экран около 90 раз в день, а также использует его в сумме больше 3 часов. Тем не менее, лично я более чем уверен, что реальные значения для многих куда выше — особенно для тех, кто связан с новыми технологиями по работе. Лично я только листаю новости каждое утро не меньше полутора часов и ещё час трачу на их прочтение на протяжении дня. Если прибавить сюда мессенджеры, социальные сети и другие активности, итоговое время получится в разы больше.

Учитывая наше настолько тесное общение с мобильными устройствами, качество их экранов должно быть как можно более высоким. Многие из нас уверены, что необходимый уровень нам предоставят дисплеи, которые выполнены по прогрессивной технологии OLED с максимально глубоким чёрным цветом, рекордными яркостью, разрешением и числом точек на каждый квадратный дюйм. Тем не менее, большинство из них ведёт себя достойно только на максимальной яркости. А вот при её уменьшении всё становится не так гладко.

Дело в том, что при понижении яркости подсветки экрана зачастую снижается и частота его мерцания. В данном случае в дело вступает технология широтно-импульсной модуляции, которую чаще всего сокращённо называют просто ШИМ. Опустим сложные нюансы и расскажем о базовых принципах её работы.

Абсолютно все цифровые сигналы могут иметь два логических уровня, которые можно условно назвать «включено» и «выключено», единицей и нулём, а также активным и неактивным напряжением. Если есть желание получить какое-то среднее значение, как у аналоговых сигналов, то приходится использовать модуляцию. Речь о периодическом включении и выключении сигнала, что создаёт ощущение работы не на полную мощность. Например, если нужна подсветка на 40%, то 40% времени она будет включена, а 60% — выключена. Так как подача и отключение напряжения происходит с большой частотой, человеческий мозг усредняет данные значения и действительно создаётся ощущение, что используется некий средний уровень яркости. Но далеко не каждый воспринимает это безболезненно. У многих действительно начинаются головные боли, «вываливаются» глаза, появляется дискомфорт использования гаджета.

Чем выше частота этого самого мерцания, тем проще она воспринимается. Это прекрасно понимают производители современных смартфонов, но далеко не все они хотят тратить дополнительные средства, чтобы достичь необходимых значений. Таковы реалии современного рынка.

Рейтинг популярных смартфонов по уровню мерцания

В теории, для того, чтобы ШИМ был незаметен для глаз, его частота при яркости от 0 до 99% должна превышать хотя бы 200–250 Гц. Когда используется яркость 100%, ни о какой модуляции не может быть даже речи, поэтому именно его можно считать максимально безопасным для использования. Если частота меньше, голова вместе с глазами начинают болеть у многих. Если частота выше 500 Гц, негативных последствий обычно нет. Тем не менее, есть те, на кого плохо действуют даже значения в 10 кГц. Таким пользователям лучше отказаться от использования OLED-экранов и заранее проверять мерцание в IPS.

Некоторые смартфоны вообще не используют ШИМ, но их экраны всё равно мерцают из-за некачественного экранирования адаптеров питания. Модуляция обычно касается только экранов OLED, у IPS её практически нет. Дальше короткая выдержка из огромного списка замеров мерцания от NotebookCheck.

Apple

• iPhone 11 Pro Max — 245,1 Гц;
• iPhone 11 Pro — 290,7 Гц;
• iPhone 11 — 0;
• iPhone XS Max — 240 Гц;
• iPhone XS — 240,4 Гц;
• iPhone XR — 0;
• iPhone X — 240 Гц;
• iPhone 8 Plus — 0;
• iPhone 8 — 0.

Samsung

• Galaxy Fold — 240,4 Гц;
• Galaxy Note 10+ — 250 Гц;
• Galaxy Note 10 — 236 Гц;
• Galaxy S10+ — 235,8 Гц;
• Galaxy S10 — 240,4 Гц;
• Galaxy S10e — 232 Гц;
• Galaxy Note 9 — 227 Гц;
• Galaxy S9+ — 215,5 Гц;
• Galaxy S9 — 240,4 Гц.

Huawei

• Huawei P30 Pro — 231,5 Гц;
• Huawei P30 — 240,4 Гц;
• Huawei Mate 20 Pro — 245,1 Гц;
• Huawei Mate 20 — 0;
• Huawei P20 Pro — 238,1 Гц;
• Huawei P20 — 0;
• Huawei Mate 10 Pro — 247,5 Гц;
• Huawei Mate 10 — 0;
• Huawei P10 — 0.

Xiaomi

• Xiaomi Mi 9T Pro — 223 Гц;
• Xiaomi Mi 9T — 245,1 Гц;
• Xiaomi Mi 9 — 245,1 Гц;
• Xiaomi Mi 9 SE — 255 Гц;
• Xiaomi Mi Mix 3 — 240,4 Гц;
• Xiaomi Black Shark 2 — 242,7 Гц;
• Xiaomi Mi Mix 2 — 0;
• Xiaomi Mi 8 — 238 Гц;
• Xiaomi Mi Mix — 0.

OnePlus

• OnePlus 7 Pro — 122 Гц;
• OnePlus 7 — 200 Гц;
• OnePlus 6T — 240 Гц;
• OnePlus 6 — 236 Гц;
• OnePlus 5T — 242,7 Гц;
• OnePlus 5 — 250 Гц;
• OnePlus X — 237 Гц;
• OnePlus 3T — 244 Гц;
• OnePlus 3 — 243,9 Гц.

Нулями в этом списке отмечены устройства, экраны которых демонстрируют настолько низкий уровень мерцания, что им можно пренебречь. В остальном, чем выше значения, тем лучше. Результаты остальных устройств можно найти в полном перечне замеров вот по этой ссылке.

Спасаться от мерцания предлагают технологией DC Dimming

Если говорить о сегодняшней реальности, толковых заменителей для ШИМ в современных смартфонах банально нет. Компоненты для аналоговой регулировки яркости экранов просто не поместятся в компактные корпуса мобильных устройств, а ещё они потребляют слишком много заряда аккумулятора.

Вместе с тем, в пресс-релизах некоторых производителей всё чаще встречается указание DC Dimming. Технология вроде как должна стать реальным спасением от ШИМ, значительно уменьшить влияние на глаза и голову в целом. Некоторые уже даже называют её самой настоящей панацеей. Но на практике в этой технологии нет ничего сверхъестественного. Более того, в IPS-экранах она используется с незапамятных времён. Вместе с ней мерцание всё-таки будет ощущаться, но только на самой маленькой яркости. Опустим сложные нюансы и расскажем о базовых принципах её работы.

Суть DC Dimming заключается в контроле уровня напряжения, которое подаётся на отдельные пиксели в экране. Чем оно ниже, тем меньше яркость. Этот простой принцип даёт возможность IPS-экранам практически не мерцать. Тем не менее, с OLED не всё настолько просто. Если менять напряжение, на пикселях в таких экранах, они начинают искажать цвета. Эксперты часто говорят, что их цветопередача начинает банально «плыть», поэтому использовать такие гаджеты становится ещё менее комфортно, чем в случае с ШИМ.

Из-за очевидных недостатков DC Dimming в случае OLED сегодня его используют только в качестве эксперимента. Например, эта технология есть в относительно свежих Android-смартфонах OnePlus 7 Pro и Xiaomi Black Shark 2. Первому она не пошла на пользу из-за некачественного экранирования, а второй демонстрирует средние для OLED показатели на всем промежутке по яркости от 0 до 99%. Прорыва не случилось, но вот цвета на экранах стали менее насыщенными при прямом сравнении с устройствами, которые используют ШИМ. Хорошо, что отклик экрана при этом остаётся в порядке.

Словом, в будущем от DC Dimming действительно может быть практическая польза, но сегодня ничего сверхъестественного добиться от этой технологии у производителей не получается. Будем наблюдать за её развитием и постараемся не пропустить её прорыв.

Что делать, чтобы не ощущать влияние технологии ШИМ

Во-первых, учтите, что реакция на ШИМ проявляется далеко не у всех. Например, я вообще не ощутил присутствие технологии за целый год, когда пользовался iPhone XS Max. Мой пример показателен, потому что проводил вместе со смартфоном действительно очень много времени: читал новости каждый день, смотрел видео на YouTube и фильмы в дороге, играл и так далее. При этом яркость далеко не всегда была выставлена на 100%, поэтому экран мерцал, и на меня это теоретически влияло. Голова болела скорее от обилия информации, которую я пытался уместить в ней каждый день.

Это я к тому, что не нужно себя накручивать. Почему-то по поводу ШИМ ещё год назад никто вообще не говорил, а сегодня СМИ пытаются раздуть эту проблему буквально до небес. Объяснение простое — чем больше хайпа вокруг темы, тем больше просмотров. Математика достаточно примитивная.

Во-вторых, чтобы не беспокоиться про ШИМ, выбирайте смартфоны, которые используют IPS-экраны. Обычно они ещё и стоят дешевле, поэтому явный профит налицо. В этом случае можно, как вариант, сравнить iPhone 11 и его старших братьев с приставкой Pro. У первого — IPS и нет ШИМ, пара последних — с OLED и среднестатистическим ШИМ до 300 Гц. На него вряд ли будут массово жаловаться, но теоретическая вероятность всё же есть. Вот с Samsung сложнее. Поправьте меня, но почти все современные смартфоны компании уже с OLED, ведь она — главный производитель таких матриц во всём мире.

Если хотите OLED, смотрите в таблицу, расположенную выше. Чем больше частота модуляции в Гц, тем лучше. Для большинства будет достаточно 200-250 Гц, и у флагманов в этом плане всё более-менее нормально. А вот середнячки чаще до OLED ещё не доросли, поэтому и у них всё в норме.

В-третьих, если у вас смартфон с OLED-экраном, старайтесь использовать его максимальную яркость. Чтобы это было комфортно, позаботьтесь об адекватном внешнем освещении. Когда находитесь на улице днём, в этом почти никогда нет проблем. А вот ночью всё становится хуже, поэтому лучше не «втыкать» в экран слишком долго. Дома же куда лучше для головы смотреть на гаджет при максимальной яркости, когда вокруг светло. Я к тому, что читать на минималках под одеялом — самая плохая затея из всех, которые можно придумать. Помните, что ШИМ проявляется даже на яркости 99%.

В-четвёртых, когда знаешь про ШИМ, повсеместное внедрение тёмных тем во всех операционных системах уже не кажется настолько плохой идеей. В вечернее время смартфоны с ними можно спокойно использовать даже в том случае, если яркость на максимуме. Что-то мне подсказывает, что все настолько активно взялись за них именно из-за хайпа по поводу проблемы с широтно-импульсной модуляцией. Это особенно касается компании Apple, которой не нужны проблемы вокруг её смартфонов, ведь за их косяками охотятся абсолютно все IT-журналисты. Хорошо хоть, это не взрывающиеся аккумуляторы…

В-пятых, если вы активно читаете книги, лучше выбирайте для этого специализированные устройства, которые используют экраны на электронных чернилах. Мне же в последнее время больше по душе бумажные издания в твёрдом переплёте, из которых можно собрать небольшую домашнюю библиотеку.

В итоге, ШИМ — это действительно проблема, но не настолько массовая, какой её рисуют. Теперь вы знаете про неё всё самое основное, а главное — как с ней бороться. Когда DC Dimming доработают или придумают другое решение, про вопрос вообще забудем. А сейчас его можно обсудить в комментариях.