ШИМ или защо екраните на някои смартфони трептят
През 2023 година съвсем половината от всички смарт телефони са оборудвани с OLED екрани. Всеки пиксел в тези екрани е обособен източник на светлина, който работи без значение от останалите. Благодарение на това те имат положително възпроизвеждане на цветовете и изясненост на изображението. Въпреки това не всеки може да ги употребява комфортно. За това е отговорна широчинно-импулсната модулация (ШИМ). Нека разберем какво съставлява тази технология, за какво екраните трептят и какво можете да извършите, с цел да сведете до най-малко резултатите на ШИМ.
Използваме смарт телефони, таблети и компютри приблизително над 6,5 часа дневно, или към 40% от времето, през което сме будни. В някои страни тази цифра е даже по-висока. В България тя надвишава 48%. Над 40 % от хората прекарват повече от един час единствено в четене на вести. Ако към това прибавим времето, прекарано в месинджърите и обществените мрежи, както и в игра на компютърни игри и други действия, получаваме още повече.
Умората и натоварването на очите са свързани с несъразмерната приложимост на смарт телефони. Проучванията удостоверяват, че най-активните консуматори на смарт телефони по-често се оплакват от замъглено зрение, зачервяване, сухота в очите и други признаци.
От качеството на екраните зависи освен комфортът, само че и здравето на потребителите. Екраните стават все по-добри с всяка минала година, в това число и по-ярките екрани. Това може да е потребно при блестящо слънце, с цел да се резервира информацията четлива, само че непрекъснатото потребление на устройства с високи равнища на бляскавост е нездравословно за очите. В същото време при понижаване на яркостта пораждат други проблеми – да вземем за пример понижава продължителността на импулсите на светодиодите и трептенето на екрана става по-забележимо, което предизвиква дискомфорт при някои хора. Такова е естеството на технологията за широчинно-импулсна модулация (ШИМ).
Защо е нужна ШИМ?
Има два метода за контролиране яркостта на екрана.
Първият е да се понижи напрежението. Колкото по-малко напрежение се подава към екрана, толкоз по-слабо свети той. По този метод се контролира яркостта на множеството екрани, които се намират в смарт телефоните, преносимите компютри и мониторите. Недостатъкът на този метод е, че когато напрежението на екраните се понижи, качеството на изображението осезателно се утежнява.
Вторият способ е ръководство на яркостта благодарение на вибриране или ШИМ. За разлика от първия вид, този способ оказва помощ да се избегне утежняването на качеството на изображението. Тази технология се употребява да вземем за пример в LCD и OLED екраните, както и в техните разновидности, да речем AMOLED.
Как работи ШИМ?
Широчинно-импулсната модулация (ШИМ) контролира честотата на захранващия ток и напрежение, като понижава междинната мощ на електрическия сигнал, който се подава към светодиодите на екрана с цел да се получи затъмняване на изображението. За да се получи междинна стойност на подсветката като при аналоговите сигнали, би трябвало да се употребява модулация – от време на време включване и изключване на захранващия електрически подтик.
Ако яркостта би трябвало да бъде настроена на 30% мощ, това значи, че 30% от времето, през което се употребява дисплеят, подаването на сигнала ще бъде включено, а 70% – изключено. Тъй като напрежението се трансформира с висока периодичност, човешкият мозък усреднява тези стойности. Това основава усещането, че яркостта е на приблизително равнище.
Можете сами да ревизирате дали дисплеят употребява ШИМ, като употребявате фотоапарат. Направете фотография на екрана при висока скорост на пандиза (напр. 1/30 или 1/60 от секундата): в случай че изображението демонстрира вибриране или линии, устройството употребява ШИМ. То може да бъде намерено и посредством разнообразни проби, налични в интернет.
Можете да разберете честотата на ШИМ по няколко метода.
Първо, използвайте някое от създадените за тази цел приложения: PWM Check, Display Tester или Screen Balance. Те демонстрират настоящата периодичност на вибриране в херцове, както и равнището на бляскавост от 0 до 100 %.
Второ, цената на ШИМ може да е посочена в спецификациите на устройството.
Трето, от време на време производителите оферират режими в настройките на смарт телефона, които ви разрешават да увеличите ШИМ честотата или да я деактивирате изцяло. Това може да е потребно, в случай че сте чувствителни към трептенето или употребявате смарт телефона си при слаба осветеност.
Оказва ли ШИМ въздействие върху самочувствието?
Технологията за широчинно-импулсна модулация работи единствено когато яркостта на екрана е ниска. Ако дълго време употребявате смарт телефона си в този режим, ШИМ в действителност може да провокира чувство за дискомфорт в очите и даже зашеметяване.
Според Наталия Боски, офталмолог от Европейския медицински център, когато равнището на бляскавост на OLED екраните се понижи, честотата на вибриране понижава. Това кара зениците да се свиват и уголемяват по-често, което може да е причина за отмалялост на очите, гадене и главоболие.
Колкото по-висока е честотата на вибриране, толкоз по-слабо се вижда то от индивида. Не всички производители обаче са подготвени да харчат спомагателни средства, с цел да реализиран нужните стойности. Някои хора би трябвало да се приспособяват към екрани с ШИМ. Съществуват седем фактора, които дефинират чувствителността на индивида към честотата на вибриране:
честотата на модулация;амплитудата или дълбочината на модулацията; средната или оптималната активност на осветлението; дължината на вълната или диапазона на дължината на вълната на осветлението; разпределението на фоторецепторите върху ретината; степента на акомодация към светлина и тъмнина; физиологични фактори като възраст и отмалялост.Въпреки това учените не са съумели да открият никакви последствия за здравето от ШИМ, с изключение на леко утежняване на зрението. В същото време OLED екраните евентуално са по-малко рискови за зрението спрямо LED екраните. Учените допускат, че повода може да се крие в силата на синьото излъчване, което предизвиква оксидативен стрес във фоторецепторите и пигментния епител на ретината.
Кои екрани се смятат за удобни за очите?
Експертите вземат поради няколко механически характерности, които дефинират комфорта на екрана, като акуратност на цветовете, периодичност на освежаване и цветова гама. Това включва оценяване на равнищата на синя светлина и тестване на екрана за работа без вибриране, което става в лаборатория.
Синята светлина
Проучванията демонстрират, че хората, които са изложени на синя светлина за дълъг интервал от време, са с нараснал риск от здравословни проблеми: синята светлина е нездравословна за очите и кожата, а също по този начин може да аргументи проблеми със съня.
Без вибриране
По-горе говорихме за това по какъв начин хората могат да бъдат наранени от ШИМ. Според IEEE Std 1789-2015, когато честотата на ШИМ генератора е над 3125 Hz, за човешките очи няма вибриране на екрана.
Така да вземем за пример смарт телефонът HONOR 90 употребява технологията за контролиране на яркостта The 3840Hz ultra-high frequency PWM, т.е. контролиране на яркостта с периодичност на ШИМ, равна на 3840 Hz. Според производителя тя обезпечава петкратна отбрана на зрението. Устройството е сертифицирано от TÜV Rheinland, което значи, че дава отговор на стандарта за комфорт на очите
За да не се притеснявате за ШИМ, изключително в случай че знаете, че сте чувствителни към нея, е по-добре да употребявате смарт телефон с IPS екран. А в случай че устройството ви е с OLED екран, изберете тъмна тематика в настройките и не използвайте смарт телефона си за дълготрайно четене.
Какво съставлява технологията DC Dimming?
Инженерите създават нови технологии и способи, които понижават резултата на вибриране. Например, те употребяват високочестотна ШИМ или режим на пулсираща бляскавост. А в последно време смарт телефоните са оборудвани с функционалността DC Dimming, която разрешава, в случай че не изцяло да се отървем от ШИМ, то доста да понижим натоварването на очите.
Тя бе показана за първи път през 2019 година След активирането на тази функционалност в настройките на смарт телефона, увеличението и намаляването на яркостта няма да се дължи на ШИМ, а на измененията в напрежението, подавано към светодиодите.
Защо ШИМ продължава да се употребява, откакто проблемите ѝ би трябвало да бъдат отстранени с други технологии? Производителите считат, че тези дефекти могат да бъдат толерирани. Цифровите контролери, употребявани в смарт телефоните с ШИМ, са доста по-малки от аналоговите. Благодарение на това устройството може да бъде направено по-тънко и по-леко: да вземем за пример HONOR 90 е пълен единствено 7,8 мм и тежи 183 грама.
Вероятно един ден ще имаме опция на ШИМ. Междувременно можем единствено да се надяваме, че опцията за активиране на DC Dimming ще бъде налична на всички места – тогава ШИМ в смарт телефоните най-сетне ще престане да бъде проблем за тези, които са податливи на трептенето на екрана.
