В Российской Федерации существует закон о защите прав потребителей. Согласно этому закону, пользователь может вернуть телефон в магазин в течение 14 дней с момента покупки. Статья 25 несет за это ответственность, и, соответственно, владелец магазина не может отказать в приеме товара обратно, если товар цел и находится в отличном состоянии.
Почему болят глаза от смартфона с AMOLED-экраном или что такое ШИМ и DC Dimming?
Сегодня экраны AMOLED используются не только во всех флагманах, но и все чаще встречаются в среднем классе (серия Galaxy A от Samsung — отличный пример). А это значит, что все больше и больше пользователей открывают для себя эту прекрасную технологию.
Но помимо ярких цветов, изысканных углов обзора и бесконечной контрастности, пользователи обнаруживают еще одну интересную особенность OLED-дисплеев: неприятный дискомфорт для глаз, усталость и даже головные боли.
И самое обидное (или лучше сказать — опасное?) в этой ситуации Дело в том, что не все ощущают этот негативный эффект, на них влияют менее удачливые люди.
В этой статье подробно рассматривается, что не так с экранами AMOLED и есть ли способы решения этой проблемы.
В чем суть проблемы?
Суть проблемы заключается в постоянном мерцании экранов смартфонов. Это мерцание похоже на мерцание дешевых люминесцентных ламп, особенно когда срок их службы подходит к концу. Мерцание действительно очень неприятно — многие люди убедились в этом на собственном опыте.
Единственная разница со смартфонами заключается в том, что экран переворачивается гораздо чаще и поэтому не воспринимается глазом.
Почему некоторые люди ощущают мерцание, в то время, как большинство — нет?
Если вы будете светить на него лампой каждую секунду и заставлять его исчезать, вы, конечно, увидите мерцание света. И чем быстрее вы это делаете, тем быстрее появляется мерцание. Однако при определенных частотах (примерно 60 раз в секунду, т.е. 60 Гц) мозг больше не воспринимает мерцание, и кажется, что лампа горит постоянно.
Это явление известно как порог мерцания. Люди используют 60 Гц, собаки — 70-80 Гц, а мухи — 250-300 Гц. Однако некоторые люди более чувствительны. Например, некоторые пилоты истребителей при тестировании могут различать кадры, отображаемые за 4 миллисекунды (что соответствует 250 кадрам в секунду). То же самое относится и к людям, которые проводят много времени за играми с высоким FPS.
Другими словами, вам не нужно обладать сверхспособностями, чтобы различить мерцание выше 60 Гц. Однако даже те, кто не разбирается в этих частотах и не имеет проблем с экранами AMOLED, могут испытывать негативное воздействие низких частот (или световых импульсов).
Опторецепторы могут улавливать световые импульсы частотой до 300 Гц (или 300 раз в секунду), и во время стимуляции мозг постоянно обрабатывает данные. Этот порог (300 Гц) является минимальным пределом, рекомендованным в соответствии с ГОСТ Р 54945-2012.
Световые импульсы выше 300 Гц не влияют на общую и зрительную работоспособность
ГОСТ Р 54945-2012
Таким образом, даже если мерцание AMOLED-экрана на смартфоне не вызывает боли в глазах, оно все равно может повлиять на эмоциональное состояние и работоспособность.
Любопытный факт №1
Все мы помним старый фильм «Фары», в котором есть серия неподвижных изображений. Пленка двигалась с определенной скоростью, меняя кадры 24 раза в секунду.
Чтобы не затушевывать движение пленки, изображение блокировалось от потока света при смене кадра. Это приводило к большому количеству мерцаний, так как изображение постоянно прерывалось «черными кадрами».
Однако вместо того, чтобы каким-то образом ускорить процесс смены кадра, световой поток дважды блокировался при смене кадра, после чего пленка переставала двигаться без нагрузки и кадр появлялся на экране. Это искусственно увеличило частоту мерцания до 58 раз в секунду (чередование «черной рамки» и изображения).
Учитывая порог слияния кадров (50-60 Гц), мозг просто «выключал» восприятие мерцания, и зритель наблюдал более гладкое изображение. Еще раньше, в эпоху немого кино, использовалась частота 16 кадров в секунду. Таким образом, свет гасили три раза — один раз для смены кадра и два раза в состоянии покоя, увеличивая мерцание до 48 раз в секунду.
Что такое ШИМ или почему OLED-экран смартфона мерцает?
Экранирование экрана связано только с одной задачей — управлением яркостью. Существует два способа управления яркостью экрана, оба из которых успешно используются в IPS.
Первый пункт все проясняет — чем ярче тенденция, тем ярче лампа, и наоборот. Но второе можно понять в деталях.
ШИМ означает ширину импульса. Буквально, это означает регулировку ширины (длительности) импульса. На данный момент этому не нужно ничему учить.
Импульс — это просто пик напряжения определенной длительности. Вы можете представить это следующим образом:.
Импульсы имеют длину, которая может быть меньше или больше (шире). Также можно создать множество таких импульсов с определенной периодичностью. Например, представьте, что вы периодически посылаете несколько импульсов на светодиодный индикатор OLED LED.
Они работают с определенной постоянной частотой, например, 4 импульса в секунду. Видно, что каждый из этих импульсов длится 0,25 секунды (разбивается на четыре импульса в секунду).
Когда напряжение (импульсы) проходит через светодиоды на OLED-экране, они начинают светиться. Импульс активирован — светодиод горит, импульс влево — светодиод стирается. В настоящем AMOLED-дисплее количество импульсов может быть 200 в секунду (скажем, «частота 200 Гц»), или 250, или 500! Все зависит от производителя.
Но как теперь уменьшить яркость на 50%? Все, что нам нужно сделать, это уменьшить ширину импульса в два раза без изменения напряжения. Частота сохраняется. Это означает, что все новые импульсы из примера будут продолжать выполняться в течение 0,25 секунды. Однако длительность импульса будет примерно 0,12 с (в два раза короче) вместо 0,25 с.
Импульсы продолжают поступать каждые 0,25 с, указывая на то, что только половину этого периода светодиод горит, а другую половину — нет. В результате воспринимаемая яркость становится в два раза ниже, чем исходная яркость.
Если вы хотите создать минимальную яркость, вы можете уменьшить длительность импульса из примера до 0,01 с. Это гарантирует, что экран не будет включен большую часть времени: он будет включен в течение 0,01 с, выключен в течение 0,24 с и повторится снова. Таким образом, каждые 0,25 секунды.
Именно так работает заднее освещение: вместо четырех импульсов в секунду происходит 200-300. И подавляющее большинство людей визуально не замечают, что при минимальной яркости экран буквально почти стирается. Но некоторые люди находят это приятным.
Подведем небольшой итог
Импульсная модуляция (PWM) — это метод изменения яркости экрана смартфона. Конечно, ШИМ используется не только для регулировки яркости, для целей этой статьи нас интересует только он.
Благодаря очень быстрому включению и выключению экрана (200-300 раз в секунду) человеческий мозг воспринимает экран как непрерывную вспышку. Если частота составляет 250 Гц (т.е. в секунду поступает 250 импульсов напряжения), то длительность каждого такого импульса составляет 4 миллисекунды (1000/250).
Даже свет, отраженный от океанских волн, или движение солнечных лучей между деревьями — другими словами, величайшие явления природы — могут вызвать у вас недомогание.
Немного теории
Представьте себе небольшую схему, состоящую из трех компонентов: источника питания, регулятора (например, линейного резистора) и нагрузки. Задача первого элемента — подавать питание на нагрузку. Регулятор, с другой стороны, должен плавно изменять эту мощность и передавать ее в нагрузку только тогда, когда это необходимо (не все ресурсы потребляются).
Для регулировки яркости экрана необходимо подать соответствующее напряжение на нагрузку от источника питания. Но дело в том, что при использовании обычных линейных регуляторов большая часть этой энергии просто рассеивается в виде тепла и никогда не достигает конечной точки.
Инженеры задались вопросом, как уменьшить эти потери и повысить общую эффективность этой схемы, чтобы не терять большое количество энергии на регулятор (резистор), КПД которого составляет всего 20-30%.
Для решения этой проблемы вместо линейных регуляторов были использованы импульсные регуляторы. При использовании напряжение, подаваемое на экран, является не постоянным (как объяснено в примере выше), а импульсным. Каждый цикл импульса имеет свой период и частоту, измеряемую в герцах.
Представьте этот процесс в виде графика. Проще говоря, «слайды» — это импульсы. Это интервалы, через которые регулятор подает напряжение на нагрузку (показано красным цветом). Зеленые линии показывают, где напряжение не подается. Фактически, это время, когда экран выключен. С помощью этого переключателя можно достичь КПД около 90-95% при работе импульсного регулятора.
В то время как простые линейные контроллеры всегда экономят энергию, просто рассеивая ее в виде тепла, импульсные контроллеры используют хитрость человеческого глаза, поскольку в них не наблюдается никакого мерцания на частотах выше 60 Гц. По этой причине он экономит ресурсы, постоянно включая и выключая экран на частотах от 150 до 400+ Гц.
Что нужно знать об этом
Выше вы ознакомились с принципами работы ШИМ. Для полноты картины стоит добавить, что циклы на графике соответствуют уровням яркости экрана. Например, 100% яркости — это 100% рабочих циклов. Чем больше продолжительность отдельной пульсации, тем короче пульсация за этот конкретный период.
Например, смотрите на экран в течение 10 секунд, не отвлекаясь ни на что другое. Предположим, что устройство имеет экран с уровнем мерцания 400 Гц (т.е. цикл импульса 0,0025 с), а яркость установлена на 50%. Как мы уже видели, яркость = частоте цикла, поэтому ровно 5 секунд, пока мы смотрим на экран, питание вообще не подается.
Однако, учитывая природу нашего зрения и частоту 400 Гц, которая незаметна для человеческого глаза, 4000 импульсов длительностью 0,00125 секунды достаточно для наблюдения изображения в течение 10 секунд (с яркостью, отрегулированной на 50%) — это половина максимальной яркости, поэтому «ширина», или период, также уменьшается в два раза и разбиты равномерно по всему изображению.
Эта интересная особенность встречается в OLED-мониторах и их производных, AMOLED (включая Dynamic, Super и т.д.) и POLED. Не будем врать, IPS-мониторы используют эту технологию, но мы не можем говорить об эффекте ШИМ, поскольку частота мерцания для таких панелей настолько высока (около 4000 Гц), что мы его не видим. При любых условиях.
Лучшие смартфоны без мерцания
Пришло время поговорить о самых безопасных смартфонах, мерцание экрана которых незаметно для человеческого глаза. Как вы знаете, наше зрение не может распознать смену кадров при частоте выше 60 Гц. Это означает, что при частоте выше 70, 80 или 90 Гц мы не можем различить мерцание. Для мозга, однако, потолок немного выше — около 300 Гц.
И если, например, глаз, работающий уже на частоте 65 Гц, не может отличить смену импульсов от смены кадров, мозг будет регистрировать их. Поэтому, если вы хотите защитить себя от воздействия ШИМ на смартфоны с матрицами AMOLED, OLED или POLED, лучше всего искать информацию об уровне мерцания. Если эта частота ниже 300 Гц, это нежелательно.
Существуют модели с уровнем мерцания около 250 Гц, но характеристики процесса ШИМ могут сделать устройство неудобным для использования в темных помещениях (амплитуда пульсаций уменьшается после рабочего цикла, но это необходимо дополнительно компенсировать) эти же пульсации, и, как следствие, более (больше мерцания).
Стоит отметить, что производители часто могут экономить в этом отношении, будь то прочные устройства среднего класса или дорогие флагманы. Например, у OnePlus 9 Pro уровень мерцания составляет всего 192 Гц, а у относительно экономичного OnePlus Nord — около 367-368 Гц. Обратите внимание, что если вы действительно обеспокоены своим зрением.
Самыми безопасными смартфонами на данный момент в этом отношении являются
- Xiaomi: Black Shark 3 Pro, Redmi Note 10 Pro, Mi 11, Mi 10 Ultra, Mi 10 Pro, Mi 10.
- Huawei: P40 Pro Plus, P40 Pro.
- Oppo: Find X2 Pro, Find X2 Neo, Find X3 Pro, Find X3 Neo, Find X3 Lite, Reno4 Pro, Reno3 Pro (+ версия с 5G).
- OnePlus: 8T, 8, Nord, 7T.
Подсветка iPhone 11 Pro работает на частоте 290 Гц (290 ударов в секунду), Xiaomi Mi 9 — 245 Гц, а Samsung Galaxy S10 — 240 Гц, в то время как частота ШИМ вышеупомянутых IPS-смартфонов составляет не менее 2000 Гц. Такое быстрое мерцание вообще не регистрируется ни мозгом, ни глазами.
Как узнать технологию экрана используя ручку?
Если ШИМ — это нормальное мерцание экрана, почему пользователь должен получать перо? Следует добавить, что человеческий глаз не воспринимает более 60 изменений изображения в секунду, а экран мерцает чаще. Поэтому мерцающее изображение выглядит как одно целое.
Автобиография поможет вам определить, мерцает ли экран или низкая яркость обусловлена низким энергопотреблением. Если вы хотите самостоятельно проверить, мерцает экран или нет, примените следующую схему
- На смартфоне установим яркость на max режим. Затем, нужно открыть белую заставку;
- Берём ручку за её конец и начинаем махать рядом с дисплеем;
- Когда ручка движется в плавном режиме, то мерцания нет. Это естественно, если яркость установлена на 100%;
- Уменьшаем яркость и повторяем процедуру. Вы в данной ситуации заметили, что ручка начала распадаться на отдельные элементы? Значит в смартфоне применена технология ШИМ.
В дополнение к ручке можно использовать специальное устройство, которое может определить, активна ли эта технология ШИМ. Но стоит ли это денег, если вы можете выполнить этот анализ с помощью ручных инструментов?
Плюсы и минусы смартфонов с ШИМ технологией
Когда мы обсуждали широкоимпульсные конфигурации, мы поняли, что они обладают преимуществом низкого потребления энергии. Однако с этим фактором связаны и другие преимущества и недостатки.
Несмотря на их очевидные преимущества, некоторые люди не хотят покупать OLED-экраны из-за усталости глаз. Конечно, организм у всех разный, и у некоторых пользователей глаза сильно устают. Большинство пользователей фактически не наблюдают мерцания экрана. Однако у тех, кто его соблюдает, могут возникать головные боли.
Интересно: современные модели часто оснащаются опциями диммирования постоянным током, которые уменьшают это явление.
Итак, технология ШИМ в телефонах, нужна или нет?
Пользователь, который начал махать ручкой над экраном смартфона в начале нашей статьи, не снимал смартфон. Он пришел к выводу, что здоровье важнее, чем то, как долго мобильный телефон работает с точки зрения количества зарядов и передач. Но является ли это офисом для других?
Напомним, что каждый пользователь — это человек. Глаза одних людей воспринимают мерцание очень сильно, других — не очень. И для некоторых людей этого типа картина целостна, для других она кажется целостной для отдельного человека. Единственный способ определенно понять, влияет ли ваш организм на ваш организм, — это иметь личный опыт общения с такими звонками как с негативным фактором.
В Российской Федерации существует закон о защите прав потребителей. Согласно этому закону, пользователь может вернуть телефон в магазин в течение 14 дней с момента покупки. Статья 25 несет за это ответственность, и, соответственно, владелец магазина не может отказать в приеме товара обратно, если товар цел и находится в отличном состоянии.
