Что такое шим

1Общие сведенияо широтно-импульсной модуляции

Цифровые выводы Arduino могут выдавать только два значения: логический 0 (LOW, низкий уровень) и логическую 1 (HIGH, высокий). На то они и цифровые. Но есть у Ардуино «особые» выводы, которые обозначаются PWM. Их иногда обозначают волнистой чертой «~» или обводят кружочками или ещё как-то выделяют среди прочих. PWM расшифровывается как Pulse-width modulation или широтно-импульсная модуляция, ШИМ.

Обозначение выходов с ШИМ на Arduino Leonardo

Широтно-импульсно модулированный сигнал – это импульсный сигнал постоянной частоты, но переменной скважности (соотношение длительности импульса и периода его следования). Из-за того, что большинство физических процессов в природе имеют инерцию, то резкие перепады напряжения от 1 к 0 будут сглаживаться, принимая некоторое среднее значение

С помощью задания скважности можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ.

Если скважность равняется 100%, то всё время на цифровом выходе Arduino будет напряжение логическая «1» или 5 вольт. Если задать скважность 50%, то половину времени на выходе будет логическая «1», а половину – логический «0», и среднее напряжение будет равняться 2,5 вольтам

Ну и так далее.

Принцип работы широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

В программе скважность задаётся не в процентах, а числом от 0 до 255. Например, команда analogWrite(10, 64) скажет микроконтроллеру подать на цифровой PWM выход №10 сигнал со скважностью 25%

Выводы Arduino с функцией широтно-импульсной модуляции работают на частоте около 500 Гц. Значит, период следования импульсов – около 2 миллисекунд, что и отмеряют зелёные вертикальные штрихи на рисунке.
Получается, что мы можем сымитировать аналоговый сигнал на цифровом выходе! Интересно, правда?!

Как же мы можем использовать ШИМ? Применений масса! Например, управлять яркостью светодиода, скоростью вращения двигателя, током транзистора, звуком из пьезоизлучателя и т.д.…

Что такое ШИМ сигнал

ШИМ – это сигнал с различными интервалами ON и OFF сигнала (различными продолжительностями включения). Время, в течение которого сигнал имеет высокий уровень, называется временем включения (“on time”), а время, в течение которого сигнал имеет низкий уровень — время выключения (“off time”). У ШИМ сигнала есть два параметра, которые мы рассмотрим далее.

Коэффициент заполнения ШИМ

Процент времени, в течение которого ШИМ сигнал имеет высокий уровень, называется коэффициентом заполнения. К примеру, коэффициент заполнения ШИМ сигнала с периодом (длительностью) 100 мс, в котором в течение 50 мс сигнал имеет высокий уровень и в течение 50 мс имеет низкий уровень, равен 50%. Аналогично, если для такой же длительности (100 мс) сигнал 25 мс остается на высоком уровне и 75 мс на низком, то коэффициент заполнения для такого сигнала будет равен 25%. Для его определения нам необходимо знать только длительность высокого уровня сигнала (длительность низкого уровня легко определить как разность между периодом сигнала и длительность сигнала высокого уровня). Более наглядно ШИМ сигнал представлен на следующем рисунке.

Формула для расчета коэффициента заполнения (Duty Cycle) выглядит следующим образом:

Duty Cycle (%) = On Time/(On Time + Off Time)

Таким образом, изменяя коэффициент заполнения ШИМ сигнала мы можем изменять интенсивность свечения светодиода.

Выбор режима ШИМ

После выбора нужного нам коэффициента заполнения необходимо выбрать еще режим ШИМ – то есть то, каким образом ШИМ будет работать. Существует три типа ШИМ:

1. Быстрая ШИМ (Fast PWM).
2. ШИМ с коррекцией фазы (Phase Correct PWM).
3. ШИМ с коррекцией фазы и частоты (Phase and Frequency Correct PWM).

Быстрая ШИМ используется в случаях когда нам не важна фаза импульсов, например, управление скоростью вращения двигателя или яркостью свечения светодиода.

Для генерации быстрой ШИМ нам необходимо будет запустить на таймере счет и когда он досчитает до определенного значения сбрасывать значение таймера снова в ноль. Таким образом мы установим период следования ШИМ импульсов. Таким образом мы можем контролировать импульс, устанавливая высокое значение сигнала когда счетчик таймера досчитает до определенного значения. А когда счетчик будет возвращаться в 0 на это время сигнал будет низкого уровня. Таким образом, мы имеем большую гибкость в управлении ШИМ сигналом используя всего лишь один таймер.

Я требую прекратить издеваться нам моим братом

Xiaomi — новаторы или нет?

Xiaomi — одна из первых компаний, которая решила избавиться от мерцания панелей OLED. Задолго до Xiaomi OLED-дисплеи без мерцания использовала компания LG в своих экспериментальных телефонах. Самым ярким представителем таких был телефон LG Flex 2, весьма противоречивый смартфон с изогнутым экраном P-OLED. В этом устройстве LG допустила столько ошибок, что их перечисление растянулось бы на несколько абзацев. Мы же рассмотрим только и исключительно экран.

В LG Flex 2 использовалась гибкая матрица P-OLED, управление яркости в которой на аппаратном уровне было реализовано через изменение подаваемого на пиксели тока. Контроллер дисплея не был оборудован модулем ШИМ (широтно-импульсная модуляция, или pulse width modulation, PWM); соответственно, никакого мерцания не было даже на самом низком уровне яркости.

Пользователи очень плохо восприняли этот дисплей, и их можно понять: на низкой яркости изображение покрывалось желтыми разводами и приобретало структуру «наждачной бумаги». Технология производства экспериментальных экранов в 2015 году была плохо отработана, и довольно большому числу пользователей не повезло получить смартфоны с ярко выраженными дефектами P-OLED.

В то же время в компании LG никак не использовали отсутствие мерцания в своих маркетинговых программах: не публиковались статьи о вреде мерцания, не выходили технические публикации, подобные тем, что делает Google в своем блоге. С учетом того что в 2015 году проблема мерцания экранов была неизвестна широкому кругу пользователей, а два человека из трех не способны заметить мерцание светодиодов на частоте 240 Гц, эксперимент LG провалился. Технологию немерцающих экранов OLED крупные производители положили под сукно.

Действительно ли OLED без мерцания настолько плохи? В 2015 году технология производства действительно допускала гигантский по современным меркам уровень разброса параметров между соседними светодиодами. Сильнее всего разброс параметров проявлялся тогда, когда на светодиод подавался очень низкий ток. А вот при высоком токе разница между характеристиками соседних пикселей в глаза не бросалась. Этот эффект можно сравнить с цифровым шумом на фотографиях, сделанных в темноте с короткой выдержкой. Чем меньше фотонов попадает на светочувствительные ячейки (а для экрана — чем меньше фотонов излучается светодиодом), тем больше вероятность возникновения «цифрового шума».

При цифровой фотосъемке для уменьшения шума можно использовать более длинную выдержку. В случае же с излучающим светодиодом можно увеличить ток, заставив светодиод светиться ярче, испуская значительно большее количество фотонов. Логичным решением стало использование схемы управления яркостью на основе широтно-импульсной модуляции.

Крупнейшим производителем OLED-панелей для смартфонов была и остается компания Samsung. Samsung использует AMOLED в собственных смартфонах и поставляет панели сотням производителей, включая Apple и Google (о Google — чуть ниже, там не все так просто). В зависимости от требований конкретного OEM различаются настройки панелей, включая и настройки ШИМ

Эти различия проявляются в том, на каком именно уровне яркости (в процентах от максимальной) заканчивается прямое управление яркостью и начинается скважность импульсов, приводящая к мерцанию

Так, панели Samsung в смартфонах Galaxy S8+ мерцают всегда, даже на яркости в 99% от максимальной. Убедиться в этом можно на следующем изображении.

Использование ШИМ на протяжении всего диапазона значений яркости позволило Samsung добиться хорошей цветопередачи и равномерных заливок даже на очень темных участках экрана. То, что заявленных характеристик достигают, бомбардируя глаза пользователя нечастыми яркими вспышками света, компания долгое время игнорировала. Даже в актуальном поколении Galaxy S10 производитель использует все ту же схему управления яркостью.

Со стороны Samsung это вполне сознательный подход, как можно убедиться, изучив патентную заявку US9269294B2.

Практически все другие компании используют гибридный подход к управлению яркостью. На высоких уровнях яркости контроллер дисплея варьирует ток, подаваемый на светодиоды. Когда яркость падает до заданного производителем уровня, контроллер перестает снижать ток и начинает использовать ШИМ. В разных моделях будут использованы разные уровни отсечки, которые могут зависеть как от характеристик матрицы, так и от пожелания OEM. Так, на момент выхода экран Xiaomi Mi 9 мерцал точно так же, как мерцают экраны в телефонах Samsung. Apple настроила экраны iPhone X, Xs и Xs Max таким образом, что мерцание ШИМ начинается на уровне яркости 50% и ниже.

Что такое DC Dimming и как включить?

Слева — без DC Dimming, справа — с DC Dimming (копирайт: Notebookcheck.com)

Сейчас заменить широтно-импульсную модуляцию в OLED панелях телефонов не представляется возможным. Производители электроники знают, как исправить это, но имеющиеся сейчас технологии, просто не помещаются в гаджет или стоят очень дорого. Кроме того, они быстро расходуют заряд аккумулятора. Но есть технология, которая помогает снизить ШИМ.

Все чаще, производители смартфонов внедряют функцию DC Dimming. Работает эта технология следующим образом. Уровень яркости OLED матрицы определяется тем, с какой мощностью на него подается электрический ток. С увеличением мощности светодиоды горят ярче. С уменьшением мощности светодиоды начинают гореть тускло.

Мощность тока зависит от его силы и напряжения. Понизив напряжение, удается снизить интенсивность свечения экрана. Сегодня DC Dimming является альтернативой ШИМ, позволяющей практически полностью исключить мерцание. Но есть и существенный недостаток – при низкой яркости она искажает цвета. Использование ШИМ к такому не приводит.

Помогает ли DC Dimming снизить нагрузку на глаза пока что сказать сложно. Производители смартфонов только недавно начали применять эту технологию в OLED матрицах. Многие отмечают снижение цветопередачи, а на то, что самочувствие при этом тоже меняется – исследований не проведено. Надеемся, что в будущем смартфоны с DC Dimming и OLED матрицами шагнут далеко вперед и будут радовать своих владельцев отличной цветопередачей и никак не будут влиять на здоровье.

Интересно знать!
На самом деле, технология DC Dimming давно известна человечеству и активно используется в IPS матрицах. На них мерцание хоть и есть, но заметно только при минимальных значениях яркости.

Сегодня, включение DC Dimming на смартфонах различных производителей происходит по-разному. Где-то требуется вводить специальный код или устанавливать приложение, а где-то это можно сделать через настройки.

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.

Дизайн и эргономика

Vivo X50 получил боковую раму из полированного алюминия и матовую стеклянную спинку. Такое сочетание материалов создаёт интересный контраст, хотя в остальном перед нами типичный смартфон 2020 года. Новинка доступна в чёрной и голубой версиях.

Фото: Артём Багдасаров / Лайфхакер

Поскольку заднее стекло матовое, оно не собирает отпечатки пальцев. Края спинки изогнуты, а вот экран оставили плоским — и то, и другое положительно сказалось на удобстве использования. Смартфон комфортно держать в руке, ложных нажатий по бокам экрана не происходит.

Габариты тоже приемлемые, хотя пользоваться смартфоном одной рукой сложновато. Полированные металл и стекло довольно скользкие, в комплект предусмотрительно добавили силиконовый чехол.

Фото: Артём Багдасаров / Лайфхакер

Фронтальная камера расположена в небольшом отверстии в углу экрана и почти не обращает на себя внимание. Также под дисплеем установлен оптический датчик отпечатков, отвечающий за биометрический вход

Есть и функция распознавания лиц, правда, в темноте она не способна разглядеть хозяина.

Качество материалов и сборки без оговорок флагманские, а вот отсутствие сертифицированной влагозащиты расстраивает. Впрочем, слот для двух карт nanoSIM защищён резиновым уплотнителем, а значит, производитель оградил внутренние компоненты от воды хотя бы на минимальном уровне: если попасть со смартфоном под дождь, это не должно закончиться печально.

Широтно-импульсное регулирование ШИР

В западной литературе практически не различают понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и широтно-импульсной модуляции ШИМ. Однако у нас различие между ними все же существует.

Сейчас во многих микросхемах, особенно применяемых в DC-DC преобразователях, реализован принцип ШИР. Но при этом их называют ШИМ контроллерами. Поэтому теперь различие в названии между этими двумя способами практически отсутствует.

В любом случае для формирования определенной длительности импульса, подаваемого на базу транзистора и открывающего последний, применяют источники опорного и задающего напряжения, а также компаратор.Рассмотрим упрощенную схему, в которой аккумуляторная батарея GB питает потребитель Rн импульсным способом посредством транзистора VT. Сразу скажу, что в данной схеме я специально не использовал такие элементы, необходимые для работы схемы: конденсатор, дроссель и диод. Это сделано с целью упрощения понимания работы ШИМ, а не всего преобразователя.

Упрощенно, компаратор имеет три вывода: два входа и один выход. Компаратор работает следующим образом. Если величина напряжения на входном выводе «+» (неинвертирующий вход) выше, чем на входе «-» (инвертирующий вход), то на выходе компаратора будет сигнал высокого уровня. В противном случае – низкого уровня.

В нашем случае, именно сигнал высокого уровня открывает транзистор VT. Рассмотрим, как формируется необходимая длительность времени импульса tи. Для этого воспользуемся следующим графиком.

При ШИР на одни вход компаратора подается сигнал пилообразной формы заданной частоты. Его еще называют опорным. На второй вход подается задающее напряжение, которое сравнивается с опорным. В результате сравнения на выходе компаратора формируется импульс соответствующей длительности.

Если на неинверитирующем входе компаратора опорный сигнал, то сначала будет идти пауза, а затем импульс. Если на неинвертирующий вход подать задающий сигнал, то сначала будет импульс, затем пауза.

Таким образом, изменяя значение задаваемого сигнала, можно изменять коэффициент заполнения, а соответственно и среднее напряжение на нагрузке.

Частоту опорного сигнала стремятся сделать максимальной, чтобы снизить параметры дросселей и конденсаторов (на схеме не показаны). Последнее приводит к снижению массы и габаритов импульсного блока питания.

Как включить DC Dimming в OnePlus 7 и 7 Pro

Сразу после Xiaomi о поддержке DC Dimming заявила компания OnePlus — в первую очередь для смартфонов OP7 и 7 Pro. Во второй волне (в вышедших буквально на днях прошивках OxygenOS 9.0.16 для OnePlus 6T и 9.0.8 для OnePlus 6) возможность появилась и для прошлогодних флагманов компании. Новая возможность по умолчанию выключена; ее можно активировать в настройках OnePlus Laboratory.

Решение OnePlus также чисто софтовое. Судя по отзывам пользователей, DC Dimming не распространяется на экран блокировки. Вероятно, это связано с тем, что встроенный в экран оптический датчик отпечатков пальцев не может работать при активном оверлее. Эту проблему можно решить настройками на уровне контроллера дисплейного модуля; надеюсь, контроллеры с соответствующими настройками появятся в ближайшем будущем.

Почему болят глаза от экрана смартфона?

Некоторые владельцы телефонов задавались вопросом почему болит голова или появляется усталость глаз при долгом использовании устройства. Это связано с тем, что экран телефона постоянно мерцает.

Приведем пример дешевой лампы накаливания, создающей мерцание, заметное человеческим глазом. Постоянное угасание и вновь яркое свечение лампочки действительно сказывается на плохом самочувствии. Многие люди могли убедиться в этом самостоятельно.

Аналогичный процесс происходит с экраном смартфона. С тем лишь исключением, что частота мерцания у него гораздо выше, чем у обычной лампочки, и практически не замечается человеком. Мерцание экрана необходимо для управления интенсивностью свечения. Регулировка яркости на современных телефонах происходит двумя способами:

1. Меняя уровень напряжения.
2. Используя пульсацию света.

Первый способ при увеличении напряжения усиливает яркость, а при снижении, наоборот уменьшает. Для второго способа используется широтно-импульсная модуляция, о которой мы поговорим ниже.

Снизить нагрузку на глаза при долгом использовании смартфона, помогут следующие советы:

пользоваться компьютерными очками;
делать перерывы через 20 минут;
проводить гимнастику глаз и чаще моргать;
пользоваться средствами для увлажнения (глазные капли/искусственная слеза);
держать смартфон на расстоянии минимум 40 сантиметров;
освещение в помещении должно быть хорошим;
уделять внимание своей осанке

Что такое ШИМ и как работает

Задумываясь и о том, что такое ШИМ (или широтно-импульсная модуляция), сразу возникает ассоциация с шириной и импульсом. Она обеспечивает включение и выключение экрана на определенный промежуток времени.

Чем меньше яркость экрана — тем чаще будет происходить всплеск напряжения за ту же единицу времени (пример: 1 секунда).

Импульсом называется всплеск напряжения на заданном временном интервале. Он обладает определенной длинной, которую можно увеличить или уменьшить. Другими словами — контролировать его ширину. Импульсы могут посылаться через заданный временной интервал.

Например, светодиоды в дисплее телефона получают импульс с частотой 60 раз за 1 секунду. То есть каждый из них продолжается 0,017 секунды. Пока длиться импульс – светодиоды горят. Перестает – светодиоды гаснут.

Вернемся к такому понятию как яркость дисплея. Для ее изменения как раз и необходимо менять длительность импульса. Каждый новый импульс, из примера выше, появляется также с частотой 0,017 секунды. Но при этом светодиоды горят лишь половину из этого времени, то есть 0,008 секунды. Тем самым, сократив ширину в 2 раза, удастся снизить яркость на 50 %.

Воздействие на человека

Подсветка OLED-панелей не меняет своего уровня на протяжении всего периода использования. Но, яркость дисплеев регулируется ШИМом. Глаза человека устроены таким образом, что не замечают этого мерцания, так как частота широтно-импульсной модуляции у современных смартфонов высокая.

Современные смартфоны обладают частотой обновления экрана от 60 Герц. Для комфортного просмотра, зрительные рецепторы людей должны улавливать импульсы света с частотой до 300 раз в секунду. Поэтому, для некоторых людей низкая частота мерцания негативно сказывается на самочувствии. У них начинает болеть голова и появляется усталость глаз.

Интересно знать!
Многие производители мобильных телефонов используют технологию ШИМ при достижении определенного уровня яркости. Так, устройства компании Apple, сперва снижают напряжение, которое делает дисплей менее ярким. Когда она станет равной 50 % — запускают ШИМ. После этого появляется мерцание и люди с повышенной чувствительностью глаз, замечают появление слабости, сухость глаз и другие недуги.

Почему один человек видит мерцание, а другой нет?

При включении светодиодов с большим временным интервалом, человеческий глаз естественно замечает, что какое-то время они не горят. Но если светодиод будет гореть и затухать 60 раз в секунду, то люди престают это замечать. Этот эффект называется порогом слияния мерцания.

Для большинства людей он равен 60, но встречаются и исключения. Так, например, пилоты и киберспортсмены, проводящие много времени за компьютерными играми, более восприимчивы к частоте мерцания света. Стоит отметить, что у собак порог слияния мерцания находится в диапазоне 70 – 80 раз в секунду. А у некоторых насекомых, это значение достигает 250.

Также, стоит отметить, что все люди видят мерцание по-разному. Но большинство не замечает ее при высокой яркости. Яркий экран избавлен от мерцания, но это сказывается на автономности устройства, так как тратиться больше электроэнергии.

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.

Можно ли обойтись без мерцания?

Можно ли уменьшить видимое мерцание, увеличив частоту пульсаций до уровня, когда даже самые критически настроенные пользователи не смогут увидеть ШИМ? Можно запросто, таких экранов множество. Еще в 2015 году Microsoft устанавливала OLED-экраны с частотой мерцания 500 Гц в смартфон Lumia 950 (при этом в старшую модель 950 XL ставили обычные экраны с ШИМ на частоте 240 Гц). Практически все современные LCD-телевизоры мерцают на частоте 240 Гц, но в SONY не поленились установить во всех моделях контроллеры управления яркостью либо совсем без мерцания, либо с мерцанием на частоте 720 Гц (заметить его действительно очень трудно).

Почему так не делают? Экономия: контроллер, работающий на более высокой частоте, стоит на несколько десятков центов (для смартфонов) или даже долларов (для телевизоров) дороже самых дешевых, с мерцанием на низкой частоте. Это ты ценишь свои глаза дороже пары долларов, у производителя же — экономика масштабов: даже несколько десятков центов, масштабированных на миллионы устройств, позволят положить в карман лишние сотни тысяч, а то и миллионы долларов. При этом, если завтра в какой-нибудь юрисдикции законодательно зафиксируют санитарные нормы для смартфонов, в которых будет ограничиваться пульсация экрана, производители отреагируют на следующий же день, начав устанавливать панели с соответствующими настройками.

А можно ли вообще избавиться от мерцания, полностью переведя панели на прямое управление яркостью? Сегодня и это проделать можно, а вот еще два-три года назад тебе пришлось бы терпеть слишком много компромиссов. Я до сих пор помню смартфон Lumia 930, OLED-экран которого на минимальной яркости становился нежно-розового цвета — и это несмотря на мерцание.

Сегодня же телевизоры с OLED-экранами не мерцают вообще. Если тебя не убеждают компьютерные мониторы, уже много лет работающие без мерцания, то свежий пример — компания SONY, реализующая именно такую схему управления в своих телевизорах на фоне повального увлечения моделями с ШИМ в 240 Гц. Однако такая схема управления уже не просто дороже, а требует использования более качественных компонентов: светодиодов подсветки в панелях LCD (это проще) или OLED-панелей с более жесткими стандартами контроля качества (именно на этом прогорела и продолжает прогорать компания LG, которая никак не может наладить выпуск качественных OLED-экранов для смартфонов).

Пока же нам приходится иметь дело с мерцающими экранами — и пытаться что-то с этим сделать самостоятельно.

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», позволит скачивать выпуски в PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит личную накопительную скидку!
Подробнее

Вариант 2. Открой один материал

Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя!
Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.

Я уже участник «Xakep.ru»

DC Dimming – Спасение от мерцания?

По факту, альтернатив ШИМ пока не существует, так как сделать по настоящему безвредную аналоговую регулировку яркости не представляется возможным — необходимые компоненты требуют много энергии и попросту не влезут в смартфон.

Тем не менее, в последнее время все чаще в пресс релизах и анонсах различных компаний начал встречаться такой термин, как DC dimming. 

Сразу хотим сказать, что ничего принципиально нового в этой технологии нет и в LCD дисплеях данный метод контроля яркости применяется довольно давно. На источник подсветки подается меньшее напряжение, что и приводит к уменьшению яркости свечения. Кстати, вследствие применения такой схемы некоторые дисплеи все же мерцают на малой яркости.

Но с AMOLED не все так просто — если подавать на органические светодиоды меньшее напряжение, то они не только снижают свою яркость, но и искажают отображаемые цвета. В итоге, при регулировке яркости таким методом цветопередача AMOLED “плывет”. 

Как спастись от нежелательного мигания

Существуют матрицы IPS, в которых ШИМ напрочь отсутствует. Но производители смартфонов всё чаще выпускают AMOLED-экраны с использованием OLED технологии. На то есть свои причины:

• сочный чёрный цвет;
• прекрасный контраст;
• меньшее потребление заряда;
• OLED-матрица намного тоньше и способна изгибаться.

Исправить ситуацию с негативным влиянием на зрение призван режим DC Dimming. Он функционирует по следующему принципу. Степень яркости экрана зависит от подаваемой на него мощности тока. При повышении заряда светодиоды светятся ярче. А при уменьшении они, наоборот, тускнеют. Мощность тока зависит от силы и напряжения. То есть если снизить второе, то экран станет гореть не так интенсивно, что уменьшит уровень мерцания. Но всё же полностью избавиться от ШИМа пока не удалось.

Некоторым людям мерцание дисплея доставляет серьёзные неудобства. Если вы обладаете устройством с OLED-экраном, то стоит использовать его на высокой яркости. Идеальным будет показатель в 70-80%. При таком варианте ШИМ будет практически невидимым для вашего глаза. Кроме того, стоит значительно ограничить использование гаджета в ночное время по причине слабого освещения.

Как проверить смартфон на ШИМ

Для этого существует специальный карандашный тест. Пользователь берёт в руки предмет и размещает его перед экраном гаджета. Дальше нужно совершать маятниковое движение и вместе с этим уменьшать подсветку дисплея. Если след от предмета будет смазанным, то уровень ШИМа в норме. Но если тень начнёт разделяться, это означает, что мерцание очень сильное, и его необходимо исправлять.

Есть ещё один вариант проверки. Здесь используется съёмка. Для этого требуется навести на дисплей телефона камеру другого устройства. В процессе выполнения снимков нужно снижать яркость экрана на смартфоне. Если начнёт появляться рябь на фото, значит, уровень импульса критичный.

Зачем используется ШИМ, если он вреден

Возникает вопрос – если широтно-импульсная модуляция может негативно сказываться на здоровье человека, то зачем ее используют? Ведь можно просто подать на диоды, освещающие экран смартфона, определенное напряжение, чтобы они всегда светились на одном уровне.

Дело в том, что ШИМ подсветки экрана, по сравнению с обычным изменением напряжения, позволяет получить более широкий диапазон в зависимости от яркости. Кроме того, реализовать ШИМ дисплея смартфона реализовать гораздо проще в техническом плане. Потому что постоянно напряжение на светодиоды приводит к их нагреву, и они быстрее выходят из строя. И еще стоит учесть тот факт, что сложно установить в дисплей светодиоды с полностью совпадающими характеристиками. Если этого не учитывать, то при низком напряжении они будут светить с разной интенсивностью. Ведь только при максимальном напряжении удается получить равномерную подсветку.

Интересно знать!
Яркость на многих современных смартфонах регулируется как с помощью изменения напряжения, так и через ШИМ.

Возникает вопрос – что препятствует тому, чтобы увеличить ШИМ на экране смартфона до частоты 300 Гц и выше, чтобы на людей не оказывалось вредного эффекта. Все сводиться к деньгам. Конечно, за последние годы производители шагнули далеко вперед и уже есть модели с частотой обновления 90 и 120 Герц, а также была Nokia Lumia 950 с частотой мерцания 500 Герц. Но производство таких смартфонов пока что обходится слишком дорого.

Учитывая, что большинство людей не чувствуют вредного влияния от мерцания и ту сумму, которую можно сэкономить, используя более дешевые дисплеи, ответ очевиден – никому до этого нет дела. Тем не менее, появились технологии, снижающие негативное действие от мерцания, о которых мы поговорим дальше. Но сначала рассмотрим, как проверить уровень ШИМ на смартфоне.

Заключение

Широтно-импульсная модуляция — вещь противоречивая. С одной стороны, ШИМ приводит к повышенной утомляемости и усталости глаз приблизительно 30% пользователей (остальные 70% его не замечают, но при длительном использовании мерцающих устройств со временем устает и их мозг). С другой — использование ШИМ не только позволяет производителям сэкономить несколько десятков центов на каждом устройстве, но и дает им возможность эффективно маскировать недостатки OLED-панелей. Впервые OLED-экран без мерцания появился еще в 2015 году, но эксперимент оказался неудачным: на тот момент технология производства дисплеев не позволяла создать панель, обладающую удовлетворительными характеристиками на низких уровнях яркости.

Начиная примерно с 2017 года качество панелей достигло такого уровня, что производители стали массово использовать гибридную схему управления яркостью; в относительно свежих устройствах ШИМ часто появляется лишь на самых низких (25% и ниже) уровнях яркости.

На сегодняшний день Samsung (LG предлагаю оставить в покое) выпускает достаточно качественные панели OLED, на которых полное отключение ШИМ уже не приводит к заметной на глаз деградации картинки. Сейчас самое время отказаться от ШИМ в OLED-экранах. Китайские производители (Xiaomi, OnePlus, Oppo, Huawei) уже начали это делать; для крупных же производителей процесс наверняка растянется на несколько лет. Предлагаю взять заботу о своих глазах в собственные руки, используя описанные в статье методы избавления от мерцания.