Что такое шим в смартфоне
Перейти к содержимому

Что такое шим в смартфоне

  • автор:

Что такое ШИМ в смартфоне?

Покупая смартфон с AMOLED-дисплеем, некоторые покупатели жалуются на дискомфорт в глазах и головную боль. Большая часть жалоб исходит от владельцев флагманских моделей, в которых установлен AMOLED-дисплей. Эксперты полагают, что дело в ШИМ. Многие пользователи даже не знают, что это такое и какой вред ШИМ наносит здоровью. Давайте разбираться.

ШИМ: что это такое?

Дисплей телефона состоит из светодиодов. Благодаря им мы видим изображение на экране. Чтобы понизить яркость на AMOLED-дисплее, разработали специальную технологию. Она называется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Суть разработки в следующем – при понижении яркости экрана светодиоды не меняют своей мощности, они начинают мерцать, то есть включаться и выключаться. Вспышки светодиодов очень яркие, частота мерцания быстрая. Из-за этого кажется, что светодиоды горят постоянно. Но это не так. Человек не сможет распознать такое мерцание дисплея, даже если будет присматриваться.

ШИМ срабатывает только при уменьшенной яркости смартфона. Например, если снизить яркость до пятидесяти процентов, мерцание точно появится. При максимальной яркости светодиоды горят все время, поэтому ШИМ отсутствует.

Факт 1. В современных смартфонах Samsung при снижении яркости экрана активизируется технология ШИМ. При этом мерцание есть даже на максимальных параметрах яркости.

Как ШИМ влияет на здоровье?

Представьте, что вы долго смотрите на лампочку, а она в это время включается и выключается. Наверняка, вы почувствуете напряжение в глазах и общий дискомфорт. То же самое происходит, когда человек смотрит на дисплей с ШИМом. Только он не видит мерцания, но мозг все равно получает раздражающие сигналы.

Научно доказано, что ШИМ влияет на людей по-разному. На одних больше, на других меньше. Более восприимчивые к мерцанию люди ощущают следующие симптомы:

  • усталость;
  • напряжение в глазах;
  • тошноту;
  • раздражительность.

Ученые сходятся во мнении, что ШИМ не приносит значительного вреда здоровью. Но зрение человек испортит.

На каких смартфонах есть ШИМ?

На сегодняшний день в продаже есть смартфоны с AMOLED и IPS-дисплеями. Если у AMOLED-дисплеев только светодиодные экраны, то у IPS-дисплеев помимо светодиодов есть еще и подсветка. При уменьшении яркости светодиоды в IPS-дисплее меняют мощность на более низкую, при этом не мерцают. На AMOLED-экранах подсветки нет, поэтому отрегулировать яркость можно только за счет ШИМ.
Особенно восприимчивые люди ощущают большой дискомфорт от AMOLED-дисплеев. Выход один – переходить на смартфоны с IPS. Конечно, у них менее яркая картинка. Да и в целом качество уступает AMOLED, но зато нет вреда для здоровья.

Факт 2. Есть модели телефонов, в которых яркость управляется не только с помощью ШИМ, но и при помощи изменения напряжения. Например, в некоторых моделях айфонов при понижении яркости до пятидесяти процентов срабатывает функция изменения напряжения. Если уменьшить яркость более чем на половину, в работу запустится технология ШИМ.

Какие смартфоны с ШИМ наиболее безопасны: рейтинг смартфонов с разным уровнем мерцания?

Чтобы ШИМ не влиял на человека, частота мерцания должна быть 200–250 Гц. Если она будет меньше, неприятные побочные эффекты возникнут у многих пользователей. Если частота превысит 500 Гц, побочек скорее всего не будет.

Далее приведем рейтинг смартфонов с разным уровнем мерцания диодов по версии NotebookCheck.

Самый низкий уровень мерцания

  • айфон 11; XR; 8; 8 Plus – 0;
  • хуавей P10; P20; Mate 10 – 0;
  • ксиоми Mi Mix; Mi Mix 2 – 0.

Средний уровень мерцания (до 238 Гц)

  • ксиоми Mi 9T Pro — 223;
  • хуавей P30 Pro — 231;
  • галакси нот 10 – 236;
  • ксиоми Mi 8, хуавей P20 Pro — 238.

Высокий уровень мерцания (от 240 Гц и выше)

  • айфон 11 Pro; 11 Pro Max; X; XS;
  • галакси Fold; Note 10+; S9; S10;
  • хуавей P30; Mate 10 Pro; Mate 20 Pro;
  • ксиоми Mi 9; 9T; 9 SE.

Как спасаться от мерцания?

Для того, чтобы пользователи как можно меньше ощущали на себе последствия воздействия ШИМ, разработали технологию под названием DC Dimming. Она позволяет контролировать напряжение, подающееся на пиксели дисплея. Чем ниже уровень напряжения, тем яркость экрана меньше. У DC Dimming технологии есть недостаток – искажение цветов на AMOLED-экранах. На сегодняшний день DC Dimming применяется в качестве экспериментальной разработки. Но, возможно, в будущем ее подкорректируют, и технология станет реальным спасением от ШИМ.

Что необходимо делать, чтобы не ощущать влияния ШИМ:

  1. Используйте максимальную яркость на экране смартфона.
  2. Ночью включайте темные темы при просмотре различных приложений.
  3. Читайте книги на специализированных устройствах, которые имитируют книжные страницы.
  4. Выбирайте телефоны с повышенным уровнем мерцания.
  5. Если вы восприимчивы к вспышкам, перейдите на телефоны с IPS-дисплеем.

Факт 3. В старых кинопроекторах пленка двигалась со скоростью двадцать четыре кадра в секунду. Чтобы изображение на экране не смазывалось, момент смены очередного кадра перекрывался потоком света. Это приводило к мерцанию – перед глазами зрителей постоянно был «черный кадр». После придумали перекрывать смену кадра дважды. Это помогло ускорить процесс смены изображения с двадцати четырех кадров в секунду до пятидесяти восьми. Мерцание было не столь заметно. Мозг его не воспринимал, и человек видел плавный переход между картинками.

Почему нельзя просто понизить напряжение в светодиодах?

Причина в самих светодиодах. Каждый из них обладает небольшими отличиями. Подобрать диоды с одинаковыми характеристиками – задача практически невыполнимая. При понижении напряжения эти различия обязательно проявят себя в виде искаженной передачи цвета, появлении пятен на экране. К тому же ШИМ позволяет владельцам смартфонов использовать более обширный диапазон яркости экрана. При этом качество картинки не пострадает.

Можно ли избавиться от мерцания с помощью сторонних приложений?

Чтобы свети к минимуму мерцание экрана пользователи могут установить два приложения — OLED SAVER и LUX AUTO BRIGHTNESS.

OLED SAVER

Приложение занимает мало места на телефоне. Для запуска выполните следующие шаги:

OLED SAVER

  1. Скачайте и откройте приложение.
  2. Когда появится клавиша «Watch the wizard», нажмите на нее. После этого вы увидите инструкцию с иллюстрациями.
  3. Кликните на «Enable Service», отрегулируйте яркость и прочие настройки, нажмите «Next».
  4. Дайте согласие на изменение настроек системы. После чего нажмите «Next».
  5. Выберите «Use service», продолжая нажимать на кнопку «Next» на всех последующих этапах.

LUX AUTO BRIGHTNESS

LUX AUTO BRIGHTNESS

Есть бесплатная и платная версия. Скачиваете программу и следуете инструкции по установке на экране смартфона.

ШИМ действительно может стать проблемой. Но не настолько критичной, как о ней сейчас говорят. Далеко не все пользователи могут ощущать на себе неприятные воздействия технологии. Если вы попали в их число, попробуйте установить специальное приложение или перейти на смартфон с IPS-дисплеем.

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!

  • Блог компании Droider.Ru
  • Работа с видео
  • Обработка изображений
  • Производство и разработка электроники
  • Смартфоны

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

вредное мерцание ШИМ OLED-экранов

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

старый кинопроектор

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:

один импульс при ШИМ

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:

несколько импульсов подряд ШИМ экрана

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):

Сокращаем ширину импульсов в 2 раза, контролируя яркость

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»:

Экран на низкой яркости при отсутствии ШИМ

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:

  • Sony Xperia 10 и Xperia 10 Plus
  • Xiaomi Redmi Note 7
  • Huawei Y7
  • 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:

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:

Lumia 950 с высокой частотой ШИМ

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):

минимальная яркость с ШИМ и с 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):

Сравнение экранов OnePlus 7 Pro с ШИМ и с 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.

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на наш научно-популярный сайт о мобильных технологиях, чтобы не пропустить самое интересное!

Если вам понравилась эта статья, присоединяйтесь к нам на Patreon — там еще интересней!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Что такое шим в смартфоне

Шим (расшифровывается как широтно-импульсная модуляция) – это одна их технологий в смартфоне для изменения подсветки дисплея. Она применяется для того, чтобы изменить яркость светодиодов и уменьшить их свечение на дисплее смартфона. Принцип работы шим в смартфоне заключается не в изменении мощности светодиодов, а в создании импульсов при постоянной частоте.

Как работает шим?

У каждого дисплея есть светодиоды, которые светятся чтобы человек мог видеть изображение на экране телефона. Все лампочки имеют собственную мощность, но это постоянная величина, которая не может меняться на ходу. Именно поэтому изменить яркость дисплея в смартфонах не всегда получается, просто уменьшив интенсивность свечения каждого светодиода. В этом случае прибегают к использованию шим.

Шим изменяет яркость за счет мерцания светодиодов. То есть, каждая лампочка в смартфоне начинается быстро включатся и выключатся. Это происходит настолько быстро, что человеческий глаз не видит этого. Исходящий свет смешивается и создается впечатление, будто картинка стала менее яркой. На самом деле яркость каждого светодиода неизменна, меняется только диапазон между включением светодиодов и их выключением.

Шим работает сильнее при минимальной яркости. На максимальной яркости все светодиоды не нуждаются в импульсах, поэтому в таком случае шим вообще не включается. Он активируется только когда яркость дисплея меняется. Чем меньше яркость, тем больше создается пауза между выключением и включением светодиодов.

Вреден ли шим для человека?

Да. Шим человеческий глаз не видит даже если присмотреться очень сильно. Человек в любом случае видит, будто экран стал менее ярким. Но глаз всё ровно воспринимает шим. Поэтому при длительном использовании смартфона с шим глаз может реагировать на это.

Шим работает только при низкой яркости. На максимальной яркости никаких последствий от шим нет. Чем меньше яркость, тем больше работает шим.

Последствия не такие критичные. Обычно шим приводит лишь к боли в глазах, их покраснению и головокружению при очень долгом и непрерывном использовании дисплея с шим на минимальной подсветке. Долгое использование измеряется несколькими часами без отдыха. Более серьезных последствий от шим обнаружено не было. Прямой связи между плоим рением и шим также обнаружено не было, однако то, что шим может ухудшать зрение – факт. Всё, что приводит к боли в глазах, портит их.

Интересно, что многие люди невосприимчивы к шим и могут вообще никак на него не реагировать. Но есть и те, для которых смартфоны с шим недопустимы к использованию на яркости менее 25%. Если использовать смартфон на яркости 50% и выше, то о чем-то беспокоится не стоит никому.

В каких смартфонах используется шим?

Шим есть только в смартфонах с применение органических светодиодов. Это все OLED матрицы. К ним относятся экраны AMOLED, которые в 2019 году получают всё большую популярность. Сейчас такой тип матрицы получает все большее распространение даже в бюджетных смартфонах. Из премиальных устройств почти не осталось смартфонов не с AMOLED дисплеями. Поэтому спрятаться от шим вряд ли получится, потому что смартфонов с другой технологией всё меньше и меньше.

Смартфоны с матрицей IPS не имеют шим, там используется изменение яркости лампочки с помощью контроля подаваемой мощности. Такие дисплеи наибольее безопасны.

Почему так много смартфонов стали использовать AMOLED, несмотря на шим? Потому что эта технология дешевеет, при этом обладает очень серьезными преимуществами со своим главным конкурентом – IPS. IPS всё ещё стоит дешевле и он более безопасен для человека, но у AMOLED есть свои преимущества, такие как:

  • Глубокий черный цвет. У АМОЛЕД матриц каждый пиксель может выключаться отдельно, это позволяет при черном цвете полностью выключаться светодиодам и выдавать качественный черный цвет. В IPS подсветка не может быть включена частично.
  • Высокая контрастность и сочность изображений;
  • Лучшая энергоэффективность. AMOLED намного меньше потребляет заряда батареи смартфона, к тому же не тратит заряд для подсветки черных участков, так как они выключаются;
  • AMOLED матрицы тоньше, чем IPS и позволяют делать корпус смартфона компактнее;
  • AMOLED может изменять форму, быть прозрачным или изгибаться. Это производители используют для создания изогнутых граней, тонких рамок или раскладных смартфонов вроде Galaxy Fold.

Как решить проблему с шим в OLED дисплеях?

Недавно компании, производящие смартфоны, стали выпускать новую функцию для своих устройств с шим – функцию DC Dimming. Эта функция почти полностью избавляет дисплей от шим, при этом оставляет все преимущества AMOLED. Но шим не пропадает полностью. Эта функция при изменении яркости ограничивает ток, подаваемый на светодиоды, что приводит к изменению интенсивности подсветки. Но меньшее количество тока вредит качеству изображения, поэтому технология DC Dimming неидеальна. При включении DC Dimming создаются артефакты на сером градиентном цвете, например, на как этих фотографиях:

Это пока что единственные серьезные последствия от использования DC Dimming. Для глаз эта технология дает большое благополучие. Большинство людей, которые страдали от шим, полностью избавились от боли в глазах с помощью DC Dimming.

Эта технология программная. Её можно просто включить в настройках и сразу заметить результат. Сейчас почти все производители обновили свои смартфоны с AMOLED, добавив туда эту функцию. А новые смартфоны с AMOLED уже сразу продаются с возможности включить DC Dimming через настройки.

Шим полностью победить не удалось, но его последствия уже совсем крошечны. Да и резонанс, созданный вокруг шим, не стоит того. Шим не настолько сильно вреден для человека, сколько об этом говорят. Подавляющее большинство пользователей не подозревает о таком эффекте и чувствует себя нормально, используя смартфоны с АМОЛЕД-матрицами. Главное не клацать на смартфоне очень долго и не брать его перед сном –тогда никакой шим не помешает комфортной эксплуатации гаджета.

Понравилась статья? Оцените её:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *