През 2023 г. почти половината от всички смартфони са оборудвани с OLED дисплеи. Всеки пиксел в тези екрани е отделен източник на светлина, който работи независимо от останалите. Благодарение на това те имат добро възпроизвеждане на цветовете и яснота на изображението. Въпреки това не всеки може да ги използва удобно. За това е виновна широчинно-импулсната модулация (ШИМ). Нека разберем какво представлява тази технология, защо дисплеите трептят и какво можете да направите, за да сведете до минимум ефектите на ШИМ.

Използваме смартфони, таблети и компютри средно над 6,5 часа на ден, или около 40% от времето, през което сме будни. В някои страни тази цифра е дори по-висока. В България тя надхвърля 48%. Над 40 процента от хората прекарват повече от един час само в четене на новини. Ако към това добавим времето, прекарано в месинджърите и социалните мрежи, както и в игра на компютърни игри и други дейности, получаваме още повече.

Умората и натоварването на очите са свързани с прекомерната употреба на смартфони. Проучванията потвърждават, че най-активните потребители на смартфони по-често се оплакват от замъглено зрение, зачервяване, сухота в очите и други симптоми.

От качеството на екраните зависи не само комфортът, но и здравето на потребителите. Екраните стават все по-добри с всяка изминала година, включително и по-ярките дисплеи. Това може да е полезно при ярко слънце, за да се запази информацията четлива, но постоянното използване на устройства с високи нива на яркост е вредно за очите. В същото време при намаляване на яркостта възникват други проблеми – например намалява продължителността на импулсите на светодиодите и трептенето на дисплея става по-забележимо, което причинява дискомфорт при някои хора. Такова е естеството на технологията за широчинно-импулсна модулация (ШИМ).

Защо е необходима ШИМ?

Има два начина за регулиране яркостта на дисплея.

Първият е да се намали напрежението. Колкото по-малко напрежение се подава към дисплея, толкова по-слабо свети той. По този начин се регулира яркостта на повечето екрани, които се намират в смартфоните, лаптопите и мониторите. Недостатъкът на този подход е, че когато напрежението на дисплеите се намали, качеството на изображението осезателно се влошава.

Вторият метод е управление на яркостта с помощта на трептене или ШИМ. За разлика от първия вариант, този метод помага да се избегне влошаването на качеството на изображението. Тази технология се използва например в LCD и OLED дисплеите, както и в техните варианти, да речем AMOLED.

Как работи ШИМ?

Широчинно-импулсната модулация (ШИМ) регулира честотата на захранващия ток и напрежение, като намалява средната мощност на електрическия сигнал, който се подава към светодиодите на дисплея за да се получи затъмняване на изображението. За да се получи средна стойност на подсветката като при аналоговите сигнали, трябва да се използва модулация – периодично включване и изключване на захранващия електрически импулс.

Ако яркостта трябва да бъде настроена на 30% мощност, това означава, че 30% от времето, през което се използва екранът, подаването на сигнала ще бъде включено, а 70% – изключено. Тъй като напрежението се променя с висока честота, човешкият мозък усреднява тези стойности. Това създава впечатлението, че яркостта е на средно ниво.

Можете сами да проверите дали екранът използва ШИМ, като използвате фотоапарат. Направете снимка на екрана при висока скорост на затвора (напр. 1/30 или 1/60 от секундата): ако изображението показва трептене или ивици, устройството използва ШИМ. То може да бъде открито и чрез различни тестове, достъпни в интернет.

Можете да разберете честотата на ШИМ по няколко начина.

Първо, използвайте някое от разработените за тази цел приложения: PWM Check, Display Tester или Screen Balance. Те показват текущата честота на трептене в херцове, както и нивото на яркост от 0 до 100 процента.

Второ, стойността на ШИМ може да е посочена в спецификациите на устройството.

Трето, понякога производителите предлагат режими в настройките на смартфона, които ви позволяват да увеличите ШИМ честотата или да я деактивирате напълно. Това може да е полезно, ако сте чувствителни към трептенето или използвате смартфона си при слаба осветеност.

Оказва ли ШИМ влияние върху самочувствието?

Технологията за широчинно-импулсна модулация работи само когато яркостта на екрана е ниска. Ако дълго време използвате смартфона си в този режим, ШИМ наистина може да предизвика усещане за дискомфорт в очите и дори замайване.

Според Наталия Боски, офталмолог от Европейския медицински център, когато нивото на яркост на OLED дисплеите се намали, честотата на трептене намалява. Това кара зениците да се свиват и разширяват по-често, което може да е причина за умора на очите, гадене и главоболие.

Колкото по-висока е честотата на трептене, толкова по-слабо се забелязва то от човека. Не всички производители обаче са готови да харчат допълнителни средства, за да постигнат необходимите стойности. Някои хора трябва да се адаптират към екрани с ШИМ. Съществуват седем фактора, които определят чувствителността на човека към честотата на трептене:

• честотата на модулация;амплитудата или дълбочината на модулацията;
• средната или максималната интензивност на осветлението;
• дължината на вълната или диапазона на дължината на вълната на осветлението;
• разпределението на фоторецепторите върху ретината;
• степента на адаптация към светлина и тъмнина;
• физиологични фактори като възраст и умора.

Въпреки това учените не са успели да открият никакви последици за здравето от ШИМ, освен леко влошаване на зрението. В същото време OLED дисплеите вероятно са по-малко опасни за зрението в сравнение с LED екраните. Учените предполагат, че причината може да се крие в енергията на синьото лъчение, което причинява оксидативен стрес във фоторецепторите и пигментния епител на ретината.

Кои екрани се считат за комфортни за очите?

Експертите вземат предвид няколко технически характеристики, които определят комфорта на дисплея, като точност на цветовете, честота на опресняване и цветова гама. Това включва оценяване на нивата на синя светлина и тестване на екрана за работа без трептене, което става в лаборатория.

Синята светлина

Проучванията показват, че хората, които са изложени на синя светлина за дълъг период от време, са с повишен риск от здравословни проблеми: синята светлина е вредна за очите и кожата, а също така може да причини проблеми със съня.

Без трептене

По-горе говорихме за това как хората могат да бъдат засегнати от ШИМ. Според IEEE Std 1789-2015, когато честотата на ШИМ генератора е над 3125 Hz, за човешките очи няма трептене на екрана.

Така например смартфонът HONOR 90 използва технологията за регулиране на яркостта The 3840Hz ultra-high frequency PWM, т.е. регулиране на яркостта с честота на ШИМ, равна на 3840 Hz. Според производителя тя осигурява петкратна защита на зрението. Устройството е сертифицирано от TÜV Rheinland, което означава, че отговаря на стандарта за комфорт на очите

За да не се притеснявате за ШИМ, особено ако знаете, че сте чувствителни към нея, е по-добре да използвате смартфон с IPS екран. А ако устройството ви е с OLED дисплей, изберете тъмна тема в настройките и не използвайте смартфона си за продължително четене.

Какво представлява технологията DC Dimming?

Инженерите разработват нови технологии и методи, които намаляват ефекта на трептене. Например, те използват високочестотна ШИМ или режим на пулсираща яркост. А напоследък смартфоните са оборудвани с функцията DC Dimming, която позволява, ако не напълно да се отървем от ШИМ, то значително да намалим натоварването на очите.

Тя бе представена за първи път през 2019 г. След активирането на тази функция в настройките на смартфона, увеличаването и намаляването на яркостта няма да се дължи на ШИМ, а на промените в напрежението, подавано към светодиодите.

Защо ШИМ продължава да се използва, след като проблемите ѝ трябва да бъдат отстранени с други технологии? Производителите смятат, че тези недостатъци могат да бъдат толерирани. Цифровите контролери, използвани в смартфоните с ШИМ, са много по-малки от аналоговите. Благодарение на това устройството може да бъде направено по-тънко и по-леко: например HONOR 90 е дебел само 7,8 мм и тежи 183 грама.

Вероятно един ден ще имаме алтернатива на ШИМ. Междувременно можем само да се надяваме, че възможността за активиране на DC Dimming ще бъде достъпна навсякъде – тогава ШИМ в смартфоните най-накрая ще престане да бъде проблем за тези, които са податливи на трептенето на екрана.