У OLED есть один недостаток, даже в iPhone. Если яркость экрана низкая, некоторые люди замечают лёгкую пульсацию дисплея, от которой никак не избавиться.
Это касается большинства смартфонов на Android начиная со среднего класса и iPhone X, XS, 11 Pro, всех 12 и 13-ых моделей.
Явление называется ШИМ, и на данном этапе развития технологий это неизбежный, необходимый метод затенения экрана.
И это особенный сюрприз для владельцев iPhone 8 и ранее, а ещё для тех, кто раньше пользовался iPhone XR и iPhone 11.
Ниже подробно объясняю, что это такое, почему большинство людей его не замечает, а кто-то видит и, самое главное, какой от него вред, есть ли он вообще и где ещё вы вообще не замечаете такого мерцания.
Почему ШИМ вообще существует
И такая последовательность по 500 раз в секунду в iPhone 13. А в Galaxy S22 по 240 раз в секунду
Чтобы убавить яркость дисплея, берут один из двух способов: уменьшают напряжение, чтобы свечение было слабее, или снижают частоту, с которой это свечение вообще появляется. Второе это и есть ШИМ.
ШИМ расшифровывается как Широтно-импульсная модуляция. В английском языке он называется PWM или Pulse Width Modulation.
По своей сути, это вынужденная мера, меньшее из двух зол.
На высокой яркости ШИМ не нужен, поскольку высокое напряжение позволяет каждому пикселю выдавать корректный цвет. А вот из-за слабого тока тусклые диоды начинают «барахлить», оттенки отклоняются от калиброванных значений. Могут появиться жёлтые пятна, красный уйти в розовый, а синий в голубой.
Разумеется, не только Apple, но и любой другой производитель на такие риски не пойдёт. Нужно выкручиваться.
Если снижать мощность свечения по-настоящему нельзя, нужно использовать оптический приём и обмануть мозг. Для это дисплей перекрывает видимые участки изображения с высокой частотой, и поступающую с глаз последовательность мозг формирует в более тусклую и при этом цельную картинку.
Как он выглядит и почему его сложно заметить
Наш мозг игнорирует мерцание по нескольким причинам.
При достаточной скорости смены затенённые кадры не успевают «записаться» в голове, потому что их на высокой скорости сменяют контрастные изображения, сильно похожие друг на друга. Они лучше «отпечатываются» на сетчатке из-за сложного рисунка по сравнению с элементом без световой информации. Этот феномен или концепцию называют порогом слияния мерцаний.
Этот принципе работал в кино, его же можно заметить дома. Когда будете дома вечером, помашите перед собой рукой. Движения будут не гладкими, а чуть прерывистыми. При этом ощущение динамики никуда не исчезнет, а темноты вы видеть не будете. Этот эффект стробоскопа работает, потому что освещающая комнату лампочка мерцает с достаточно высокой частотой, чтобы ваш глаз не замечал промежуточную черноту.
Порог слияния мерцаний определяется как частота, при которой прерывистый световой стимул кажется полностью устойчивым для обычного человека- наблюдателя.
Слияние мерцания важно во всех технологиях представления движущихся изображений, почти все из которых зависят от представления быстрой последовательности статических изображений (например, кадров в кинофильме, телешоу или цифровом видеофайле ). Если частота кадров упадет ниже порога слияния мерцания для данных условий просмотра, мерцание будет очевидно для наблюдателя, а движения объектов на пленке будут прерывистыми.
Есть простой пример, иллюстрирующий сложную цитату выше. Все знают детскую иллюзию обмана, где вы сначала смотрите на спираль, а потом на статичное изображение. Последнее будет двигаться, потому что «оттиск» накладывается на объект перед глазами.
Смотрите в точку в центре. Сначала будет чёрно-белое изображение, потом цветное, а потом снова чёрно-белое. Но на втором ч/б картинка окрасится в корректные цвета
То же самое происходит, если сначала посмотреть на яркий источник света, а затем попытаться разглядеть окружающее пространство. Оно будет выжжено-жёлтым, потому что вспышка «впечаталась», и нужно время для адаптации. Процесс такой задержки картинки называется постоянством зрения.
Порог мерцания у нормального человека, когда происходит слияние и формируется чувство движения, равен 10 появлениям в секунду. Если они происходят реже, то изображения ощущаются статичными.
Такая частота создаст эффект, но сознание будет в прямом смысле видеть трюк. Чтобы демонстрация слилась в непрерывный поток, нужна частота выше 80 Гц.
Я стараюсь обходить слово «кадр в секунду». Последний термин означает то, на сколько кадров в одну секунду разложили свершившееся в реальности действие. Порог слияния же говорит о соотношении включённого и выключенного экрана на единицу времени для демонстрации нужной яркости.
Причём всё описанное выше не совсем подходит к OLED. На старых телевизорах и других LCD панелях пульсирование происходит через кадр, с описанными выше «пробелами».
А вот на органических дисплеях ШИМ создают чересстрочными полосами: чем яркость ниже, тем они чаще появляются и быстрее перекрывают часть интерфейса, создавая иллюзию затенения.
К слову, текущие технологии OLED-дисплеев уже позволяют в дополнение к ШИМу использовать тот самый метод из LCD. То есть снижать напряжение и тем самым убавлять непосредственно свечение экрана, этот принцип называется DC Dimming. Но из-за того, что на низкой яркости цветопередача всё равно портится, технологии работают сообща.
Это мерцание есть везде
👆 Светильник в метро
👆 Слева высокочастотный LED, справа низкочастотная лампа
👆 Один фонарь на улице
👆 Очень много фонарей по всему городу
👆 Светильник в баре
👆 Освещение еды в магазине
👆 Мерцающий LCD-телевизор, которых в принципе большинсвто
👆 Декоративные LED-лампы в ресторане
Лампы мерцают из-за переменного тока, а дисплеи из-за принудительного затенения. Но по факту это одна и та же пульсация, которую наше сознание не замечает по причине, описанной выше.
То есть хоть причины разные, а при правильных настройках даже камера его не заметит, эта пульсация есть вообще везде. И воздействует она на нас постоянно, особенно после захода солнца.
Так что вокруг нас полно предметов, которые работают чередующимися вспышками и не источает свет постоянно. Менее бьющее по глазам чересстрочное добавление чёрного в OLED является щадящим методом и, судя по исследованиям ниже, вреда приносит не так много, как все думают.
Что говорят учёные. Чувствительным станет плохо даже от моря
Я нашел несколько научных работ на эту тему. Если коротко, то они подтверждают чувствительность некоторых людей на незаметное сознанию мерцание. При этом есть люди, у которых могут быть головные боли от грубого ШИМ именно LCD дисплеев, а это уже грозит в том числе инсультом. Однако пользоваться OLED без риска могут почти все, поскольку влияние там практически нулевое.
Вот вывод одного из отчётов:
Уровень мерцания не соответствует безопасным стандартам IEEE (института инженеров электротехники и электроники), когда экран OLED используется в исключительной темноте. Но такое применение смартфона является редким сценарием.
На расстоянии в 1 сантиметр фактическое мерцание было в 5 раз выше безопасного при яркости в 1%.
Однако уже на расстоянии в 5 сантиметров мерцание сливалось со световым шумом остального окружения.
Эксперимент выше нельзя использовать как доказательство вреда для человека, поскольку выводы из него в таком случае будут «притянутыми за уши».
OLED display did not meet the criteria when it was at a low luminance level at a distance of 1 cm. In general, however, the adverse health effects of display flicker are assessed in an environment where humans actually see lighting
The OLED display did not meet the criteria when it was at a low luminance level at a distance of 1 cm (19.2% or less vs 95.2%).
The frequency component of 240 Hz was still slightly visible at up to 4 cm, but was hardly seen above 5 cm (and) […] was confirmed as undistinguishable from ambient noise.
The controversy behind OLED display flicker, which is raised based on the above experiment results in some Internet communities, is too ambiguous to use for judging the harmfulness of flicker to the human body.
При этом другая работа уже от самой IEEE на эту тему обобщила негативные ощущения от любого мерцания, как в видимом, так и в незаметном спектре.
По выводам экспертов, легко различимое пульсирование света почти сразу вызывает головную боль, головокружение, недомогание. Чем больше пространства охватывает источник света, тем быстрее начинаются эффекты.
The risks include seizures, and less specific neurological symptoms including headache, dizziness and general malaise. Seizures can be triggered by flicker in individuals with no previous history or diagnosis of epilepsy.
А вот невидимое мерцание ощутимо только через 20 минут после использования. Из симптомов тут головная боль и напряжение в глазах. Серьезные проблемы из-за этого подкрадываются незаметно. Такую мигрень часто игнорируют, а она тем временем, как указывается в исследовании, может привести к инсульту. Но тут речь идёт о лампах накаливания и старых мониторах LED. К OLED утверждение не имеет отношения.
The risks include headaches and eye-strain. The risks are subtle and insidious but should not be ignored. (Migraine headache is covertly disabling, a major economic burden, and carries an increased risk of stroke.) The sources of high frequency flicker associated with headache include lighting and computer screens (formerly cathode ray tube displays, now LED back-lights).
В старых телевизорах и мониторах по технологии LCD мерцание происходит очень грубым образом: вспыхивает и потухает весь экран, а не его части. Именно такой ШИМ некоторым оказывается критически вреден
Более того, почувствовать недомогание можно даже от движения отраженного морскими волнами света и солнечных лучей между деревьями, то есть от явлений максимально природного происхождения.
Там же есть вот такой интересный вывод:
Важно отметить, что «биологический эффект» от быстрых вспышек не всегда означает реальный риск здоровью. Например, зрителей тенниса или пинг-понга при частоте света в 200 Гц пульсация может раздражать, но зрение никому не испортит.
Finally, it is important to mention that the fact that there is “biological effect” (ERG or notice of visual flicker in special circumstances) does not necessarily imply health risk to viewers. For example, flickering light at ~200Hz may theoretically be annoying to spectators of tennis or ping-pong games, but may not pose any health risks (Rea and Ouellette, 1988).
В iPhone ШИМ появляется реже и он слабее
Впервые лично я заметил ШИМ в iPhone 12 Pro Max, когда впервые начал пользоваться экраном OLED
Выяснили, что мерцание должно быть на частоте 80 Гц в секунду, чтобы оно стало неочевидным. Частоту в 20 Гц заметят абсолютно все.
При этом люди все разные, и для кого-то порогом станет 130 Гц, а для кого-то 240 Гц. Фактическая разница, когда негативный эффект при мерцании ощущается, расходится от 100 Гц до 400 Гц в зависимости от человека.
Сайт Notebookcheck.net тестирует каждое устройство из своего обзора и записывает их в таблицу. Посмотреть на неё можно. здесь.
Чтобы вам долго не копаться, вот примеры некоторых устройств:
iPhone 13 Pro – 240 Гц (10%), 510 Гц (100% яркости)
iPhone 13 – 610 Гц
iPhone 12 Pro – 80 Гц (22%), 280 Гц (100%)
iPhone 12 – 225 Гц
iPhone X – 240 Гц
Galaxy S22 Ultra – 120 Гц
Galaxy S21 – 240 Гц
Galaxy S20 – 240 Гц
ASUS Zenbook 14X OLED – 360 Гц
Apple iPad Pro 12.9 (M1) – 19190 Гц
MacBook Pro 16 (2021) – 14880 Гц
Последние два я указал, потому что для Mini LED тоже применяют ШИМ. Но он происходит на такой высокой частоте, что на ваше состояние он не способен оказывать какого-либо зафиксированного на данный момент негативного влияния.
По итогу берите OLED и не беспокойтесь
iPhone 5S и iPhone 13 mini
Описанное выше сводится к следующему.
ШИМ на OLED нужен, чтобы на малой яркости цвета не искажались, но в этом типе дисплеев он среди самых безвредных. Есть люди, у которых может случиться максимум недомогание, но их мало.
То мерцание, которое используется в старых мониторах, несравнимо опаснее и, вызывая постоянные мигрени в течение многих лет, может привести даже к инсульту.
Человек видит частоту мерцания вплоть до 400 Гц, но минимальный порог исчезновения полос для мозга равен 80 Гц.
ШИМ в смартфонах Samsung может заметить любой человек даже на максимальной яркости. Флагманский Galaxy S22 Ultra пульсирует с показатели 240 Гц.
Любая модель iPhone 13 выдаёт выше 500 Гц. Их дисплеи используют снижение напряжения до 50% (меньше свечение), и только потом увеличивает ШИМ до показателя 240 Гц на яркости 10%. При этом ещё iPhone 12 выдавал затенение на уровне 225 Гц.
Чтобы понять, вреден ли для вас ШИМ, возьмите в руку смартфон, который собираетесь покупать, и на яркости 15% пользуйтесь им 25 минут.Только после этого времени мозг может начать замечать что-то неладное.
Так что для большинства людей мерцание экрана будет сливаться из-за физиологической возможности мозга пропускать тёмные пробелы при демонстрации движущихся объектов. ШИМ будет такой же незначительной помехой в пользовании смартфоном, как чёлка iPhone или сработавшей не с первого раза подэкранный отпечаток пальца на смартфонах с Android.
И всё это не голословные утверждения, а факты, полученные исследованиями.
(92 голосов, общий рейтинг: 4.54 из 5)
Павел
@novraptureУ меня 4 новых года: обычный, свой, WWDC и сентябрьская презентация Apple. Последний — самый ожидаемый, и ни капли за это не стыдно.
🙈 Комментарии 20