Что такое DC Dimming и почему это важно для смартфонов AMOLED в 2021 году?
OLED-панели имеют много преимуществ. Они имеют лучшую точность цветопередачи и контрастов (в том числе лучше черного цвета) и тоньше и ярче, чем традиционные ЖК-панели. Поэтому неудивительно, что производители смартфонов переходят на OLED-панели для своих смартфонов.
Даже средние (например, Mi 9 SE / Galaxy J6 Plus) начали получать эти относительно дорогие панели дисплея. Но есть один недостаток, связанный с OLED-дисплеями, и он относится к тому, как панель обрабатывает низкие уровни яркости.
OnePlus 6 поставляется с AMOLED-экраном
Большинство OLED-панелей используют технику, называемую широтно-импульсная модуляция (ШИМ), для уменьшения яркости. Это отличается от DC затемнения, которое использовалось жидкокристаллическими панелями для управления уровнями яркости. Большинство пользователей не смогут отличить диммирование от ШИМ-димминга на постоянном токе, однако, существует очень небольшая часть населения, которая затронута предыдущей техникой.
По мере того, как OLED доходят до среднего уровня, а иногда и бюджетных смартфонов, их пользовательская база быстро растет. Со значительным увеличением потребления AMOLED в последние несколько лет, вы часто будете видеть подобные комментарии в Интернете.
Чтобы понять, что такое диммирование DC, нам нужно сначала узнать о диммировании PWM и о том, как это может сделать некоторых пользователей неудобными.
Как работает ШИМ Димминг?
ШИМ расшифровывается как широтно-импульсная модуляция. Как следует из названия, в этой технике вы изменяете ширину светового импульса для управления яркостью панели дисплея. Проще говоря, вы играете с количеством времени, в течение которого экран остается включенным или выключенным. При уменьшении яркости экрана продолжительность импульсов, передаваемых от подсветки, снижается, мерцание становится заметнее. То есть происходит включение/выключение, что воспринимается как более низкая яркость.
Прочитав это, вы, должно быть, задаетесь вопросом – подождите секунду, экран выключится при низкой яркости? Я никогда этого не замечал!
Это потому, что частота импульсов очень высока (обычно более 200 Гц), поэтому человеческий глаз не сможет заметить отдельные импульсы. Вместо этого человеческий глаз усредняет количество света от этих импульсов. Таким образом, воспринимаемая яркость определяется соотношением включенного и выключенного состояния панели.
Следующая диаграмма показывает, как работает ШИМ-регулировка яркости. 
При 100% яркости вы можете видеть, что свет всегда включен. При снижении яркости до 50% панель переключается между включением и выключением с равными интервалами. Однако при дальнейшем снижении яркости экран остается выключенным дольше, чем он остается. Таким образом, при крайне низких уровнях яркости наблюдается значительный эффект мерцания.
Что такого плохого в ШИМ Димминге и его мерцании?
Обычно, даже при низких уровнях яркости, средний человеческий глаз не сможет увидеть мерцание от затемнения ШИМ. Но это не значит, что это никак не повлияет на вас. Некоторые люди более чувствительны к этому мерцанию. И у этих людей ШИМ затемнение может привести к усталости глаз, головным болям и мигрени при длительном воздействии. Это особенно актуально при слабом освещении.
Что такое DC Dimming?
Затемнение по постоянному току по существу управляет яркостью, изменяя мощность, подаваемую в цепь. Поскольку мощность = напряжение х ток, увеличение или уменьшение любого из этих входов будет изменять мощность, подаваемую на панель дисплея, и, следовательно, ее яркость.
Звучит довольно просто, верно? Так почему же производители не используют DC затемнение в вашем смартфоне AMOLED?
Что ж, производители смартфонов уже несколько лет используют DC затемнение на ЖК-дисплеях, но только недавно они начали добавлять его на смартфоны AMOLED. Это потому, что DC диммирование имеет большой недостаток. При низких уровнях яркости цвета часто выглядят перекошенными на OLED-панелях. В OLED-панелях изменение напряжения может изменить испускаемые цвета.
Таким образом, при более низких уровнях напряжения воспринимаемое качество дисплея смартфона может значительно снизиться.
Так в чем же решение?
Производители смартфонов все больше осознают возможные проблемы со здоровьем, связанные с уменьшением яркости ШИМ. Однако, учитывая, что мерцание ШИМ на самом деле влияет только на определенную группу людей, и недостаток, связанный с затемнением постоянного тока на панелях AMOLED, последние производители смартфонов предпочитают предоставлять его в качестве дополнительной функции.
OnePlus уже подтвердил, что он тестирует диммирование DC на своих смартфонах. Эта функция может быть добавлена в будущем обновлении. На самом деле, китайские компании-производители смартфонов, похоже, готовы к этой функции. Xiaomi, Vivo, OPPO и даже Meizu выступили вперед и подтвердили снижение яркости DC на своих существующих или будущих смартфонах.
Vivo iQOO поставляется с панелью AMOLED и будет иметь функцию DC Dimming через обновление
Несмотря на то, что затемнение ШИМ может вызывать дискомфорт у некоторых пользователей, большинство людей не почувствуют разницу. Поэтому очень важно знать, что ваша чувствительность к эффекту мерцания решает, как он повлияет на вас.
Поэтому, если у вас слишком сильное напряжение зрения или головная боль из-за того, что вы зацепились за экран смартфона слишком долго, не вините пока что ШИМ затемнение. Постарайтесь создать хорошие привычки для смартфонов, которые включают в себя настройку яркости дисплея на комфортные уровни (вместо 100% в любое время) и поддержание приличного расстояния между вами и экраном вашего смартфона.
Источник
Что такое ШИМ в смартфоне
С развитием техники ШИМ (англ. PWM) в наше время получает особое место. Понятным языком рассказываем о том, что представляет собой этот процесс.
ШИМ (Широтно-импульсная модуляция) в англоязычной литературе обозначается как PWM (Pulse-width modulation). Основная задача данного процесса заключается в том, чтобы повышать КПД источника питания до максимально возможного значения и минимизировать потерю энергии.
Для того, чтобы ответить на вопрос «что такое ШИМ в смартфоне», нужно немного ознакомиться с принципом работы дисплея и регуляторов.
Немного теории
Представим себе небольшую схему из 3 элементов: источника питания, регулятора (например, какой-либо линейный резистор) и нагрузки. Задача первого элемента заключается в том, чтобы подавать мощность на нагрузку. Регулятор же необходим для плавного изменения этой мощности и передачи ее нагрузке только в том количестве, в котором это нужно (чтобы не расходовать все ресурсы).
Для регулировки яркости дисплея мы должны от источника питания подавать соответствующее напряжение на нагрузку. Но все дело в том, что используя обычные линейные регуляторы, большая часть этой подаваемой энергии просто рассеивается в виде тепла и не доходит до конечного пункта.
Инженеры задались вопросом, как можно снизить эти потери и увеличить КПД всей этой схемы, чтобы не терять большое количество мощности на регуляторе (резисторе), для которого коэффициент полезного действия составляет лишь 20-30%.
В качестве решения этой проблемы стали использовать не линейные, а импульсные регуляторы. При их использовании напряжение на дисплей подается не постоянное (как мы рассмотрели на примере выше), а импульсное. Каждый цикл пульсации имеет собственный период и частоту, которая измеряется в Герцах.
Рассмотрим процесс на графике. Простыми словами, «горки» – это и есть пульсации. Это те промежутки времени (выделены красным), в которые регулятор подает напряжение на нагрузку. Зеленые линии обозначают места, в которых напряжение не подается и, фактически, в эти моменты дисплей отключается. За счет такого чередования при работе импульсного регулятора удается достичь КПД в районе 90-95%.
Если простой линейный регулятор экономит энергию всегда, попросту рассеивая ее в качестве тепла, то импульсный пользуется хитростью человеческого глаза, при которой мы не замечаем мерцания с частотой свыше 60 Гц. Благодаря этому он экономит ресурсы, постоянно включая/отключая питание дисплея с частотами 150-400+ Гц.
Что нужно знать об этом
Выше мы ознакомились с принципом работы ШИМ. Для полноты картины стоит добавить, что рабочий цикл на графике соответствует уровню яркости дисплея. Например, 100% яркости – 100% рабочего цикла. Отсюда следует, что чем больше продолжительность одной пульсации, тем меньше их приходится на определенный промежуток времени.
Например, вы смотрите на экран 10 секунд, ни на что не отвлекаясь. Посчитаем, что на устройстве установлен дисплей с уровнем мерцания 400 Гц (значит период 1 импульса равен 0,0025 сек.) и установлена яркость 50%. Как мы уже выяснили, процент яркости = проценту рабочего цикла, значит за все время, что вы смотрите на дисплей, ровно 5 секунд на него вообще не будет подаваться питания.
Но учитывая особенности нашего зрения и частоту в 400 Гц, которая неуловима для человеческого глаза, для наблюдения картинки в течение всех 10 секунд нам хватит 4000 импульсов продолжительностью 0,00125 секунд (так как яркость мы установили в 50%, что в 2 раза меньше максимальной, то и «ширина», а именно период, также уменьшился в 2 раза), которые равномерно разбиваются на протяжении всего времени.
Такая интересная особенность работы наблюдается в OLED дисплеях и ее производных: AMOLED (в том числе Dynamic, Super и пр.), POLED. Чтобы не соврать, стоит упомянуть, что и в IPS-дисплеях применяется такая технология, но в случае с такими матрицами об эффекте ШИМа говорить не приходится, так как частоты мерцания там запредельно высокие (около 4000 Гц), что незаметно для нас в любых условиях.
Лучшие смартфоны без мерцания
Самое время поговорить о наиболее безопасных смартфонах, мерцание экрана на которых меньше всего заметно человеческому глазу. Как мы знаем, наше зрение не способно улавливать смену кадров со скоростью более 60 Гц. То есть пульсацию при 70, 80, 90 и более герцах мы уже не различим. Но для мозга потолок отодвигается немного выше и составляет примерно 300 Гц.
И если глаза, например, уже на 65 Гц не будут отличать импульсы и смену кадров, то мозг все еще будет фиксировать это. Поэтому если вы хотите обезопасить себя от эффекта ШИМ на смартфонах с AMOLED, OLED, POLED матрицами, лучше поискать информацию об уровне мерцания. Нежелательно, если этот показатель находится на отметке ниже 300 Гц.
Есть и модели с уровнем мерцания в районе 250 Гц, но ввиду особенности процесса ШИМ, на малой яркости использование устройства может доставлять вам дискомфорт (ширина пульсаций уменьшится вслед за рабочим циклом, но это придется компенсировать большим числом этих самых пульсаций и, как следствие, большим мерцанием).
Примечательно, что даже на устройствах крепкого среднего класса или вовсе на дорогих флагманах производители нередко экономят в этом плане. Например, уровень мерцания на OnePlus 9 Pro составляет лишь 192 Гц, тогда как на относительно бюджетном OnePlus Nord этот показатель находится в районе 367-368 Гц. Будьте внимательны, если вы по-настоящему беспокоитесь за свое зрение.
Самыми безопасными в этом плане смартфонами на данный момент являются:
Как избавиться от мерцания
Есть несколько советов, которыми вы можете воспользоваться, если чувствуете дискомфорт от мерцания дисплея во время использования своего устройства.
Самый простой и банальный совет – замена девайса. Приобретите смартфон с IPS-матрицей или, если вам важно наличие OLED/AMOLED/POLED, присмотритесь к тем, что мы выделили выше. Это относительно безопасные гаджеты, уровень мерцания на которых превышает отметки в 300, а то и в 400 Гц, что не уловимо даже человеческим мозгом.
Также помните, что негативный эффект будет увеличиваться пропорционально уменьшению яркости экрана. Кроме того, можно воспользоваться несколькими полезными приложениями, накладывающими особый фильтр и автоматически управляющими этим параметром.
Источник
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.
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!
Источник
