Что такое шим в мониторах
Мониторы без мерцания подсветки Flicker Free: что это такое и почему важно для зрения
Содержание
Содержание
В реалиях современного общества практически каждый проводит за компьютером по несколько часов, будь то работа или отдых. Это колоссальная нагрузка на глаза, которая в перспективе может обернуться ухудшением зрения и некоторыми другими проблемами. Разработчики стремятся сделать мониторы все более безопасными, поэтому на свет появляются различные технологии. В их числе и Flicker Free.
Что за мерцание и как оно получается
Многие пользователи не углубляются в принцип работы дисплеев, поэтому даже не представляют, что такое мерцание.
В большинстве современных экранов используются цифровые контроллеры. В отличие от аналоговых, у них есть всего два состояния — включено и выключено. Первое соответствует максимальному уровню подсветки, когда все светодиоды включены. Второе состояние — это выключенные светодиоды, и обычно оно соответствует минимальной яркости.
Возникает логичный вопрос, как же тогда реализовать промежуточные уровни яркости, например, в 40 % или 60 %? Решением этой проблемы стала ШИМ — широтно импульсная модуляция.
ШИМ — это процесс управления мощностью какого-либо сигнала путем пульсирующего включения или отключения.
Проще говоря, если очень быстро включать и отключать светодиоды, то можно настроить определенный уровень яркости.
У ШИМ есть несколько параметров — это частота и период. Например, если время между импульсами будет составлять всего 0,004 секунды (4 мс), то получим частоту мерцания в 250 Гц. Эти параметры в экранах мониторов и телевизоров обычно неизменны.
Если частота предопределена, как же регулируется яркость подсветки? За это отвечает такой параметр, как скважность. Он определяет, какую часть периода сигнал будет включен, а какую выключен. Например, скважность 100 % говорит о том, что сигнал непрерывен и подсветка работает на полную мощность. Скважность 50 % — лишь половина периода сигнал будет активным. Соответственно 0 % — светодиоды всегда в состоянии «выключено».
Изменение процента скважности в ШИМ визуально дает уменьшение и увеличение яркости дисплея. Поскольку частота импульсов достаточно высокая, то заметить эти переключения фактически невозможно. Однако это не значит, что наши глаза в принципе не замечают этого эффекта.
Влияние ШИМ на зрение
На самом деле глаза непроизвольно реагируют даже на высокочастотные импульсы. При достаточно долгом сидении за монитором у некоторых людей может появиться сильная усталость в глазах, головные боли и даже тошнота. У каждого человека индивидуальный порог, когда наступают эти эффекты.
В перспективе при постоянно сильной нагрузке на глаза пользователи могут столкнуться с ухудшением зрения, а также сухостью глазного яблока. При работе с компьютером или телефоном многие люди начинают реже моргать, что приводит к снижению выработки слезной жидкости. Ситуация дополнительно ухудшается, если вы носите контактные линзы.
Естественно, лучший способ предотвратить вышеописанные проблемы — снизить нагрузку. Однако офисные работники, программисты и другие специалисты вынуждены много времени проводить за компьютером или ноутбуком. В таких случаях на помощь приходят технологии для защиты глаз, в числе которых та самая Flicker Free.
Как определить, мерцает ли ваш монитор
После прочтения вы наверняка зададитесь вопросом, а есть ли мерцание в моем мониторе или ноутбуке? Проверить это можно несколькими способами.
Карандашный тест. Самый простой и доступный. Возьмите карандаш за кончик, расположите его напротив экрана и начните им махать как веером. Если появится эффект стробоскопа, когда от карандаша появляется след, а сам он визуально изгибается то в вашем дисплее работает ШИМ.
Обратите внимание, что больше всего ШИМ проявляется на уровне яркости ниже среднего, поэтому если эффект не заметен, уменьшите яркость экрана и повторите тест.
Съемка на камеру. Для этого вам понадобится гаджет с CMOS-матрицей и электронным затвором. Как правило, такие камеры устанавливаются в большинство смартфонов и планшетов. Наведите камеру на экран — если виднеются полосы, то в мониторе используется ШИМ.
Если телефон не распознает мерцание, возможно, яркость стоит слишком большой.
Таким образом, мерцание плохо влияет на глаза, так можно ли купить модели без ШИМ? Производители говорят что да, предлагая продукцию с Flicker Free.
Что такое Flicker Free
В переводе с английского эта технология означает «свободный от мерцания». Однако опытные пользователи спросят: действительно ли это другое решение или просто маркетинговое название? Ответ зависит от каждого конкретного монитора.
Первое, что вам необходимо знать — не существует стандартов, определяющих реализацию Flicker Free. Каждый производитель вправе трактовать работу этой функции так, как ему захочется. Именно поэтому надпись Flicker Free или Flicker Save еще не гарантирует, что мерцание действительно отсутствует.
В чем же может быть обман? На смартфонах с OLED используется ШИМ частотой 240 или 360 Гц. Это достаточно небольшой показатель, поэтому отдельные пользователи действительно могут замечать мигание. Если говорить о телевизорах и мониторах, то, например, в дисплеях с IPS обычно используется модуляция с ШИМ на 2 кГц. Визуально уже заметить мерцание не получится, но вышеописанные тесты со смартфоном или карандашом все еще помогают определить модуляцию.
Некоторые производители вешают ярлык Flicker Free на мониторы, в которых на самом деле имеется ШИМ. Фокус кроется в том, что попросту увеличивается частота, например, до 10–30 кГц. Это действительно снижает нагрузку на глаза, а такие мониторы способны пройти вышеописанные тесты даже на небольшой яркости.
Однако такой подход имеет несколько минусов. Во-первых, мерцание все равно остается, пусть и становится менее критичным. Во-вторых, высокие частоты ШИМ оказывают неблагоприятный эффект на работу LED подсветки. При активном переключении ресурс вырабатывается быстрее.
Как же узнать, какая частота ШИМ у вашего дисплея? Большинство производителей не оглашают эту информацию, поэтому приходится обращаться к обзорам или высокочувствительным осциллографам, которые определят частоту ШИМ. Например, для ASUS VivoBook Pro 15 N580VD это 21кГц, что можно назвать относительно безопасным показателем для глаз.
Не путайте частоту ШИМ и частоту обновления экрана. Последняя лежит в пределах 60-240 Гц
Если вы хотите узнать, какая частота ШИМ используется в экранах ноутбуков, то рекомендуем обязательно заглянуть на этот сайт. Там собрана одна из самых больших общедоступных баз.
Настоящим дисплеем с Flicker Free следует называть тот, в котором полностью отсутствует ШИМ. Главная особенность — использование светодиодов, яркость которых можно изменять путем подачи различного постоянного напряжения. Соответственно, независимо от уровня яркости, свет будет постоянным.
Такой подход максимально безопасен для глаз и позволяет сидеть за экраном дольше без усталости. Почему же производители не используют везде подсветку без ШИМ? Проблема в стоимости — широтно-импульсная модуляция банально дешевле в реализации.
Как найти мониторы с Flicker Free — большинство производителей в характеристиках указывают поддержку этой технологии. Samsung, AOC, BenQ, Asus и Philips уже продают мониторы с Flicker Free. Проблема в том, что достоверно не известно, используется там высокочастотная ШИМ или диоды с постоянным напряжением.
Рекомендуем проверять мерцание с помощью смартфона, выставив на мониторе или телевизоре минимальный уровень подсветки. Если характерных линий вы не заметите, значит, Flicker Free действительно работает, и вы можете не сомневаться в защите своих глаз от мерцания. Оптимальный вариант — проверить наличие ШИМ на спецоборудовании: продаются достаточно компактные устройства, которыми можно замерить процент ШИМ прямо в магазине.
Что такое регулировка яркости дисплеев при помощи ШИМ?
Наверняка многие замечали, особенно те, кому в силу профессии приходится много времени проводить перед экраном компьютера, что к концу дня глаза могут «уставать». Мало того, этот не самый приятный «эффект» проявляется по-разному с разными мониторами. Если абстрагироваться от того, что мы слишком много проводим времени перед этим «телевизером», то одной из основных причин усталости глаз является технология регулировки яркости. Давайте сегодня поговорим о том, что такое ШИМ в мониторах – как работает, зачем используется, действительно ли было бы лучше, если этого не было.
Что такое ШИМ, используемая для регулировки яркости
Покупая монитор или ноутбук, мы привычно выставляем удобную для нас яркость, контрастность. Кто-то уделяет больше внимания еще и настройке качества изображения. При этом в большинстве случаев мы не задумываемся, как выполняются эти регулировки. В первую очередь – яркость.
Воспользовавшись житейским опытом и минимумом знаний из школьной программы несложно догадаться, что установить желаемый уровень свечения лампочки (в данном случае подсветки экрана) можно, если просто снижать напряжение на ней. Предположим, что напряжение питания подсветки составляет 18 В. Теперь, постепенно понижая его, мы получим соответствующее же снижение яркости.
Но есть другой путь, более простой в реализации и эффективный – не заниматься регулировкой напряжения напрямую, а использовать широтно-импульсную модуляцию, при помощи которой можно получить желаемое выходное напряжение.
Принцип действия тот же, что и в системе питания процессора или видеочипа, о чем мы говорили в статье, посвященной фазам питания CPU. Сейчас же давайте подробнее посмотрим, как работает ШИМ применительно к дисплеям.
Как работает ШИМ
Итак, на входе имеем некое напряжение, при котором можем получить максимальную яркость свечения ламп подсветки. Теперь задача – получить нужный уровень яркости экрана.
Для этого воспользуемся двумя свойствами – возможностью ламп подсветки быстро включаться и выключаться и инерционностью нашего зрения, которое при определенной частоте таких включений-выключений перестает замечать это, а свечение кажется постоянным. Об этом поговорим чуть позже.
Итак, для того, чтобы заставить лампы светиться как нам надо, требуется просто подавать импульсы напряжения нужной скважности. Скважность – отношение периода импульса к его длительности. Таким образом, если нам нужна максимальная яркость, достаточно, чтобы скважность стала равна 1, т. е. импульсов, по сути не будет.
Если же мы хотим, скажем, снизить яркость на 50%, то будет достаточно, если длительность импульса будет равна половине его периода, соответственно. Если требуется четверть свечения – скважность импульса составляет соответствующее значение. Все это наглядно показано на иллюстрации.
Принцип действия прост, ШИМ используется во многих случаях, и почему именно применительно к дисплеям об этом способе упоминают чаще всего? Проблема в том, что это непосредственно связано с воздействием на глаз человека, работающего за монитором, и воздействие это не сказать, что полезно.
Проблема стала несколько более острой после того, как в LCD панелях стала использоваться LED подсветка, т. е. в качестве источника света стали использоваться светодиоды. Перед этим использовалась несколько другая технология. Кратко вспомним ее.
CCFL vs LED
Некоторое время назад для подсветки экранов с жидкими кристаллами использовались лампы CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp — люминесцентная лампа с холодным катодом). Не буду сейчас останавливаться на конструкции, достоинствах и недостатках этого вида подсветки. Сейчас CCFL почти вытеснена светодиодной подсветкой LED. Тем не менее, еще встречаются мониторы с этим типом ламп.
Почему с CCFL проблема мерцания была не столь актуальна, как сейчас? Принцип работы ШИМ абсолютно тот же, в течение периода импульса лампы часть времени горят, а в остальное время выключены. По крайней мере, на них не подается питающее напряжение. Мерцание есть, но оно несколько иное.
Дело в том, что у ламп CCFL присутствует заметная задержка, порядка 2-3 мс, в течение которого уменьшается яркость. Мало того, в силу свойств люминофора, которым покрыты стенки лампы, излучаемый спектр оказывается широким, с большой интенсивностью в ультрафиолетовом диапазоне и с большой неравномерностью в видимой части спектра.
Таким образом, при включении и выключении CCFL-лампы разные цвета излучаемого спектра реагируют в разное время. В частности, синий цвет срабатывает немного раньше на включение, и он же быстрее исчезает при снятии напряжения. Красный же наоборот, включается медленнее, и медленнее же отключается. Это показано на графике ниже.
В результате имеем несколько более «мягко» (если так можно сказать) работающую регулировку яркости при помощи ШИМ, но беда в том, что в силу задержек на включение и выключение CCFL-ламп частота импульсов оказывается низкой, к тому же может проявляться изменение цвета этих мерцаний.
LED подсветка более быстродействующая, тут практически отсутствуют задержки реакции на включение/выключение, да и продуцируемый свет не распадается на спектральные составляющие. Импульс имеет более приближенную к прямоугольнику форму, как показано на рисунке.
Так в чем проблема? Вот в этом быстродействии, как и спасение в нем же. При той же частоте следования импульсов, как и в случае с CCFL-лампами, мерцание становится гораздо более заметным, резким, хотя и лишенным «плавания» цветов. Включение/выключение ламп стало буквально «бросаться в глаза».
Снизить неприятный эффект позволяет более высокая частота импульсов, регулирующих яркость. Если в случае с CCFL частота обычно составляет 175 Гц, то ШИМ на этой частоте при использовании светодиодной подсветки будет означать, что у вас плохой монитор. Избавиться от неприятных ощущений позволяет поднятие частоты импульсов регулирования яркости экрана до килогерца, а лучше десятков килогерц.
Такая частота уже не различается человеческим глазом, и в случае, если тот или иной монитор имеет частоту ШИМ, скажем, 24 кГц, вполне можно считать, что данная модель дисплея практически безвредна и мерцание не будет утомлять.
Почему устают глаза
Ну хорошо, на какой частоте мерцание перестает быть заметным? Сначала давайте немного посмотрим, как вообще устроено наше зрение, вернее, рассмотрим то, что непосредственно относится к сегодняшней теме.
Изображение формируется на сетчатке глаза, на которой расположены два вида фоторецепторов – палочки (cone) и колбочки (rod cells).
Первые преимущественно расположены на периферических участках сетчатки, а светочувствительным пигментом в них является родопсин. Палочки весьма чувствительны к свету и в состоянии зафиксировать попадание даже 2-3 фотонов, что делает их ответственными за ночное зрение.
Спектральная чувствительность смещена в нижнюю часть видимого диапазона (примерно до 500 нм), а также зависит от уровня яркости объекта. При высокой яркости родопсин выцветает, чувствительность палочек падает, и они могут поглощать только излучения коротковолновой (синей) части спектра. Кстати, в последнее время при рассмотрении параметров монитора стали обращать внимание на излучение в синей части спектра, но это тема отдельного разговора и к ней мы, думаю, вернемся в другой раз.
Колбочки, наоборот, располагаются в центральной части сетчатки, содержат светочувствительный пегмент йодопсин, который в свою очередь состоит из нескольких зрительных пигментов. Диапазон воспринимаемых колбочками цветов смещен в желто-зеленую и желто-красную части спектра.
Есть еще одна характеристика, которую следует упомянуть – это «критическая частота слияния мельканий» (КЧСМ, flicker fusion threshold), и связанный с ней закон Тальбота (Talbot’s law или Talbot-Plateau law). Согласно ему, «видимая яркость источника прерывистого света при частоте равной и выше критической частоты слияния мельканий (КЧСМ) эквивалентна (равна) видимой яркости непрерывного света, имеющего тот же световой поток».
Другими словами, есть некая частота, выше которой мерцания видно уже не будет. Точного значения этой частоты нет, но принято считать нормой частоту мерцаний 41-45 Гц. Правда, следует оговориться, что эти значения могут изменяться в зависимости от возраста, состояния здоровья, физического состояния (например, усталость). К тому же эти значения соответствуют центральной (макулярной) области глаза, т. е. той, где больше всего колбочек.
Мало того, проведенные исследования показали, что КЧСМ может варьироваться в зависимости от цвета, т. е. для зеленого это 48 Гц, а для синего – 44 Гц, красный – примерно посередине. Это опять-таки к разговору про излучение мониторами синего цвета.
Выше было сказано, что палочки имеют большую, чем у колбочек, чувствительность, которая еще увеличивается при снижении яркости. Таким образом, может создаться ситуация, что мерцание будет заметно периферийным зрением, хотя если смотреть на экран прямо, ничего такого видно не будет.
Все это справедливо для условного монитора с низкой частотой ШИМ. В действительности большинство экранов если и используют подобный способ регулирования яркости подсветки, то делают это на частотах порядка 200 Гц и выше.
Правда, т. к. чувствительность к мерцанию очень индивидуальна, в редких случаях некоторым индивидуумам удается «разглядеть» колебания яркости и на более высоких частотах. Это может быть связано как со спецификой изображения (быстрое перемещение объекта на экране или быстрый перевод взгляда с одной стороны дисплея на другой), так и с особенностями здоровья и физического состояния человека.
Для большинства людей мерцания на частоте в несколько сот герц заметно не будет, за что спасибо в том числе и нашему мозгу, который не успевает обрабатывать поступающую информацию с такой скоростью и воспринимает свечение как постоянное. Вот только глаза все равно устают. Почему? При частоте мерцаний, которую не распознает мозг, глаз успевает отреагировать на изменение яркости. Происходит что-то типа того, что показано ниже на иллюстрации.
Считается, что при повышении частоты ШИМ выше 2-3 кГц отрицательный эффект, особенно при использовании LED подсветки, от такого способа управления яркостью практически сводится на нет.
Использование ШИМ производителями понять можно. Упрощение схемотехники, энергоэффективность, меньшая себестоимость… Проблема в том, что в данном случае воздействие производится на одну из самых уязвимых частей человеческого организма – глаза. Учитывая, что все больше и больше времени мы проводим перед экраном, очень хотелось бы, чтобы дисплеи были как можно менее вредными.
К счастью, производители ничего не имеют против того, чтобы предлагать экраны, в которых ШИМ либо отсутствует в принципе, либо работает на высоких частотах порядка десятков, а то и сотен килогерц. Беда в том, что наличие или отсутствие мерцания далеко не всегда указывается.
Если в случае с обычными мониторами сейчас можно встретить маркировку «Flicker-Free», то, когда речь заходит о ноутбуках, что за матрица стоит и в каком режиме она работает – загадка для посвященных. Узнать это можно только из обзоров или проведя самостоятельно примитивный тест на определение наличия ШИМ («карандашный» тест или при помощи обычного бытового вентилятора).
Я стараюсь сводить в таблицу информацию о ноутбуках с хорошими экранами, где помимо прочего еще указывается наличие ШИМ для управления яркостью. Выбирая ноутбук, все же не забывайте про глаза, и при возможности отдавайте предпочтение моделям, в которых отсутствует мерцание, благо их становится все больше и больше.
Негативное влияние ШИМ подсветки экрана на зрение и борьба с этим явлением
Монитор на мой взгляд самая важная комплектующая часть компьютера, так как через него осуществляется основное взаимодействие с пользователем через визуальный контакт. Все мы знаем такие параметры современных ЖК мониторов как: диагональ, разрешение, яркость, контрастность, углы обзора, время отклика, частота обновления, цветовой охват. И при выборе и покупке монитора большинство пользователей руководствуются вышеуказанными параметрами.
реклама
Но! Есть еще такой параметр как: метод регулировки яркости экрана, он может быть без мерцания (без ШИМ) и с мерцанием (с ШИМ).
Регулировка яркостью без мерцания (без ШИМ) осуществляется изменением тока (без пульсаций) через подсветку, что и приводит к изменению яркости. Этот метод самый безопасный для зрения человека.
На рисунке показаны графики прохождения тока через подсветку при разных режимах яркости
реклама
Или вот еще для наглядности
Хоть вы и не будете замечать мерцания, но на глаза она все же действовать будет. У некоторых пользователей индивидуальная реакция может быть крайне негативной: резь в глазах, головокружение, тошнота и так далее.
реклама
Следует заметить, что при максимальной яркости эффект ШИМ проявляться не будет, так как в этом случае ток через подсветку будет максимален и без пульсаций.
Проверить какой метод регулировки яркости осуществлен на вашем мониторе можно с помощью смартфона. Нужно уменьшить яркость монитора и сфотографировать экран. Если на фотографии будут видны чередующиеся светлые и темные полосы как на этих фото, то ШИМ присутствует.
реклама
Если полос на экране не будет как на фото ниже (мой монитор «CROSSOVER», кстати очень редкая модель, если будет интересно, напишите, сделаю обзор), то подсветка реализована без ШИМ.
Теперь о самом простом способе устранения эффекта ШИМ ( и его вредного влияния на зрение) на экране монитора, будь то ноутбук или десктопный компьютер.
Надеюсь моя статья будет вам интересна и полезна.
Что такое ШИМ и реально ли эта технология опасна для зрения?
Возможно, вы слышали о ШИМ в контексте новых моделей телевизоров или мобильных устройств. У нее много противоречивых отзывов — разбираемся, почему так.
Современные дисплеи с OLED и AMOLED матрицами становятся популярны во всех устройствах: телевизорах, мониторах, смартфонах. При всех их достоинствах, есть и недостаток, о котором часто не говорят продавцы: пульсация экрана.
Что такое ШИМ?
ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, технология, используемая в таких устройствах как мониторы, ноутбуки, смартфоны с OLED и AMOLED матрицами. Аналоговые контроллеры регулируют непосредственно яркость свечения светодиодов в в диапазоне от 0 до 100%. В OLED и AMOLED матрицах применяют цифровые контроллеры, которые используют как раз ШИМ: они могут либо включать, либо выключать светодиоды.
Например, если 100% времени светодиод включен, то яркость будет максимальной, если 50% времени, то яркость снижается вдвое. Поскольку мигание происходит очень быстро, вы визуально этого не замечаете: глаза как раз и «усредняют» картинку.
Чем опасен ШИМ?
Подобная технология, использующая высокочастотное мерцание светодиодов, негативно влияет на зрение, поскольку создает дополнительную нагрузку для глаз. Хотя вы не замечаете мерцания, глаза их тем не менее улавливают. У некоторых пользователей индивидуальная реакция может быть крайне негативной: резь в глазах, головокружение, тошнота и так далее.
Почему технологию ШИМ продолжают использовать?
Дело в том, что цифровые контроллеры гораздо меньше по размеру, чем аналоговые. А, значит, устройство можно делать более тонким и легким. Таким образом, в погоне за элегантным дизайном и снижением веса устройства производители считают, что с недостатками технологии вполне можно мириться.
Если вы заметили, что ваши глаза сильно устают после долгой работы за ноутбуком, компьютером или даже мобильным устройством, попробуйте увеличить яркость экрана. Часто пользовали идут по прямо противоположному пути: снижают яркость, там делая самым мерцание еще более заметным. ШИМ в значительной степени ощущается в темноте — в темное время суток не забывайте включать освещение или хотя бы фоновую подсветку в комнате. Тем более, что при высокой яркости пользоваться экраном без дополнительного освещения будет некомфортно.
Контролировать время проводимое за гаджетом полезно, прочитайте в нашем материале, как это сделать.