Введение

Жидкокристаллические (ЖК-, LCD-) мониторы используются в самых разных условиях, поэтому желательно производить дисплеи, позволяющие изменять яркость и подходящие для работы как при свете, так и в темноте. Тогда пользователь сможет настроить экран на комфортный уровень яркости в зависимости от условий его работы и общего освещения.

В технических характеристиках дисплея производители обычно указывают его максимальную яркость, но важно принимать во внимание и более низкие значения яркости, на которых способен работать экран - ведь вы вряд ли захотите использовать его на максимальной яркости. Хотя в спецификациях часто фигурируют значения до 500 кд/м², вам наверняка потребуется использовать экран при яркости, несколько более комфортной для ваших глаз.

Напомним, что в каждом из наших обзоров на сайте tftcentral.co.uk мы проверяем полный диапазон регулирования яркости подсветки и соответствующие значения яркости. При калибровке мы также пытаемся установить яркость экрана на уровне 120 кд/м², который является рекомендуемым для ЖК-монитора при обычных условиях освещённости. Это помогает вам получить представление о том, как установить такой уровень яркости, при котором вы, скорее всего, захотите использовать его ежедневно.

Как в случае подсветки на люминесцентных лампах (CCFL), так и при светодиодной (LED-) подсветке, изменение яркости дисплея достигается уменьшением общей светоотдачи подсветки. В настоящее время для ослабления яркости подсветки наиболее часто применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ, Pulse Width Modulation, PWM), которая уже много лет используется в дисплеях настольных компьютеров и ноутбуков. Тем не менее, этот способ не лишён некоторых проблем, а с появлением дисплеев с высокими уровнями яркости и распространением светодиодной подсветки побочные эффекты ШИМ стали более заметными, чем раньше, и в некоторых случаях ШИМ может быть причиной быстрой утомляемости зрения у чувствительных к ней людей.

Цель этой статьи - не вселить в вас тревогу, а рассказать, как ШИМ работает, почему она используется, и как проверить дисплей, чтобы разглядеть эти эффекты более явно.

Что такое ШИМ?

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) - один из способов снижения воспринимаемой яркости в дисплеях, работающий путём быстрого циклического включения и выключения подсветки. Такая периодическая подача импульсов обычно происходит на постоянной частоте, а отношение длительности части каждого цикла, в течение которой подсветка включена, к общей длительности цикла называется коэффициентом заполнения (величина, обратная скважности). Изменением скважности достигается изменение общей светоотдачи подсветки. На зрительном уровне этот механизм работает благодаря тому, что чередование включённого и выключенного состояний подсветки происходит достаточно быстро, и пользователь не замечает мерцания, поскольку оно находится за пределами порога слияния мельканий (подробнее об этом ниже).

Ниже вы можете видеть графики светоотдачи подсветки на протяжении нескольких циклов с использованием «идеальной» ШИМ. Максимальная светоотдача подсветки в этом примере составляет 100 кд/м², а воспринимаемая яркость для коэффициентов заполнения 90%, 50% и 10% - 90, 50 и 10 кд/м² соответственно. Соотношение между минимальным и максимальным уровнями яркости в течение одного цикла называется глубиной модуляции и в данном случае составляет 100%. Обратите внимание, что на протяжении цикла в приведённом примере яркость подсветки максимальна.

Коэфф. заполнения 90% Коэфф. заполнения 50% Коэфф. заполнения 10%

Аналоговые (без использования ШИМ) графики, соответствующие воспринимаемым уровням яркости, представлены ниже. Здесь модуляция отсутствует.

Постоянная яркость 90% Постоянная яркость 50% Постоянная яркость 10%

Почему применяется ШИМ

Основными причинами применения ШИМ являются лёгкость её реализации, для которой от подсветки нужна лишь способность часто включаться и выключаться, а также обеспечиваемый с её помощью широкий диапазон возможных значений яркости.

Снизить яркость CCFL-подсветки можно путём снижения тока, протекающего через лампу, но лишь примерно вдвое ввиду их строгих требований к току и напряжению. Это делает ШИМ единственным простым способом достижения широкого диапазона регулирования яркости. CCFL-лампа обычно управляется инвертором, включающимся и выключающимся с частотой в десятки килогерц, что находится за пределами мерцания, заметного для человека. Однако ШИМ обычно работает на гораздо более низкой частоте, около 175 Гц, что может приводить к заметным дефектам изображения.

Яркость светодиодной подсветки можно регулировать в широких пределах путём изменения проходящего через них тока, правда в результате несколько изменяется цветовая температура. Этот аналоговый подход к изменения яркости светодиодов также нежелателен ввиду того, что вспомогательные цепи обязаны учитывать тепло, выделяемое светодиодами. Светодиоды во включённом состоянии нагреваются, что уменьшает их сопротивление и дополнительно увеличивает протекающий через них ток. Это может привести к быстрому росту тока в сверхъярких светодиодах и послужить причиной выхода их из строя. При использовании ШИМ ток можно принудительно удерживать на постоянном уровне в течение рабочего цикла, в результате чего цветовая температура всегда одинакова и перегрузок по току не возникает.

Побочные эффекты ШИМ

Несмотря на привлекательность ШИМ для производителей ввиду обозначенных выше причин, при неосторожном использовании она может также приводить к неприятным визуальным эффектам. Чтобы понять, что мы видим, нам необходимо рассмотреть мерцание настоящих дисплеев. Ниже показана видеозапись CCFL-подсветки, замедленная в 40 раз, благодаря чему мерцание можно увидеть более отчётливо. Графики изменения яркости RGB-компонентов в течение одного цикла показаны непосредственно под ней. Данный конкретный дисплей настроен на его минимальную яркость, при которой мерцание должно быть выражено наиболее ярко.

Как видно из видео и соответствующих графиков, в течение одного цикла общая яркость изменяется примерно в 4 раза. Что интересно, цвет подсветки тоже значительно изменяется в течение каждого цикла. Скорее всего, это связано с тем, что люминофоры в CCFL имеют различающееся время отклика, и в этом случае мы можем сделать вывод, что люминофор, задействованный при продуцировании синего света, может включаться и выключаться быстрее, чем для других цветов. Применение люминофоров также означает, что подсветка продолжит излучать свет в течение нескольких миллисекунд после отключения подсветки в конце рабочего цикла и обеспечивает более постоянный уровень свечения (меньшую модуляцию), чем имели бы место в противном случае. Обратите внимание, что усреднённый во времени цвет остаётся неизменным.

Мерцание светодиодной подсветки обычно гораздо заметнее, чем мерцание CCFL-подсветки при той же скважности, поскольку светодиоды способны включаться и выключаться гораздо быстрее и при этом не продолжают светиться после отключения питания. Это означает, что там, где CCFL-подсветка показывала достаточно плавное колебание яркости, светодиодная версия демонстрирует более резкие переходы между включённым и выключенным состояниями. Именно поэтому совсем недавно тему ШИМ стали поднимать в интернете и в обзорах на фоне появления всё большего и большего количества дисплеев со светодиодной подсветкой на основе белых светодиодов (W-LED). Как можно видеть ниже, существенного изменения цвета подсветки в течение рабочего цикла не происходит.

Особенно заметен эффект мерцания, когда глаза пользователя двигаются. При постоянном освещении без мерцания (например, при солнечном свете) изображение плавно размывается, и именно так мы обычно воспринимаем движение. Однако при сочетании с источником света, использующим ШИМ, человек может увидеть одновременно несколько раздельных остаточных изображений экрана, что может привести к снижению удобочитаемости и способности фиксировать взгляд на объектах. Из предыдущего анализа CCFL-подсветки мы знаем, что может также искажаться цвет, даже если исходное изображение чёрно-белое. Ниже показаны примеры того, как может выглядеть текст по мере горизонтального движения глаз при использовании подсветки разных типов.

Исходное изображение Без ШИМ ШИМ при CCFL-подсветке ШИМ при LED-подсветке

Важно помнить, что это обусловлено исключительно подсветкой, и дисплей как таковой отображает статичное изображение. Часто говорят, что человек не способен воспринимать более 24 кадров в секунду (fps), что не является правдой и в действительности лишь соответствует приблизительной частоте кадров, необходимой для восприятия непрерывного движения. На самом деле при движении глаз (например, при чтении) реально увидеть эффекты мерцания на нескольких сотнях герц. У разных людей способность замечать мерцание значительно различается и даже зависит от расположения пользователя относительно дисплея, поскольку периферическое зрение является наиболее чувствительным.

Так насколько же часто включается и выключается подсветка при использовании ШИМ? По-видимому, это зависит от типа используемой подсветки. Подсветка на основе люминесцентных ламп почти всегда переключается с частотой 175 Гц, или 175 раз в секунду. Частота мерцания светодиодной подсветки, по разным сведениям, составляет от 90 Гц до 420 Гц, и при более низких частотах мерцание гораздо заметнее. Может показаться, что частота слишком высокая, чтобы быть заметной, но не забывайте, что 175 Гц - это ненамного чаще, чем мерцание 100-120 Гц, характерное для ламп освещения, подключённых напрямую к электросети.

В действительности частота 100-120 Гц мерцания люминесцентных ламп была связана с такими симптомами, как перенапряжение глаз и головная боль у части людей. Именно поэтому были разработаны высокочастотные стабилизирующие цепи, обеспечивающие почти непрерывную светоотдачу. Использование ШИМ на низких частотах сводит на нет преимущества использования этих улучшенных стабилизирующих цепей в подсветке, поскольку источник почти непрерывного света в этом случае снова превращается в мерцающий. Дополнительно следует учитывать, что низкокачественные или бракованные стабилизаторы в подсветке на основе люминесцентных ламп могут издавать слышимый шум. Зачастую это происходит при использовании ШИМ, поскольку электроника в настоящее время имеет дело с дополнительной частотой, с которой изменяется энергопотребление.

Важно также понимать разницу между мерцанием дисплеев на основе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ, CRT) и TFT-дисплеев с CCFL- и LED-подсветкой. В то время как ЭЛТ может мерцать на низкой частоте 60 Гц, лишь узкая полоса освещена в каждый отдельно взятый момент времени, поскольку луч электронной пушки движется сверху вниз. При использовании TFT-дисплеев с CCFL- и LED-подсветкой вся поверхность экрана светится одновременно, что означает гораздо большее количество света, излучённого за короткое время. В некоторых случаях это может быть более неприятно, чем мерцание ЭЛТ, особенно при высокой скважности.

Для некоторых людей мерцание как таковое в подсветке дисплеев может быть трудноуловимым и малозаметным, но для других - является весьма заметным в силу естественных различий в человеческом зрении. С ростом использования светодиодов высокой яркости, для управления яркостью приходится всё больше использовать высокую скважность ШИМ, что делает проблему мерцания более актуальной. Учитывая что пользователи ежедневно проводят многие часы, смотря на свои мониторы, не следует ли нам рассмотреть долгосрочные последствия как воспринимаемого, так и незаметного мерцания?

Ослабление побочных эффектов ШИМ

Если для вас ШИМ-мерцание подсветки неприятно или вы просто хотите проверить, станет ли легче читать, если мерцание уменьшить, я рекомендовал бы вам попробовать следующее. Установите яркость вашего монитора на максимум и отключите все механизмы автоматической подстройки яркости. Теперь уменьшите яркость до нормального уровня (обычно с помощью ползунка контрастности) с помощью цветокоррекции, доступной в драйверах вашей видеокарты, или с помощью устройства калибровки. Это уменьшит яркость и контрастность вашего монитора, при этом подсветка будет включена в течение максимально продолжительного времени на протяжении ШИМ-циклов. Хотя из-за уменьшенной контрастности этот способ в качестве долгосрочного решения многим не подойдёт, эта техника может помочь определить степень положительного влияния уменьшения использования ШИМ.

Гораздо лучшим методом, конечно, было бы приобрести дисплей, не использующий ШИМ для управления яркостью или хотя бы использующий гораздо более высокую частоту ШИМ. К сожалению, похоже, ни один из производителей пока не реализовал ШИМ, работающую на частотах, которые находились бы за пределами воспринимаемых зрительных дефектов (вероятно, значительно выше 500 Гц для CCFL и выше 2 КГц для светодиодов). Кроме того, в некоторых дисплеев, в которых применяется ШИМ, коэффициент заполнения не равен 100% даже на полной яркости, в результате чего они мерцают в любом случае. Возможно, в некоторых из доступных сейчас дисплеев со светодиодной подсветкой ШИМ не используется, но до тех пор, пока частоту подсветки и модуляцию не станут указывать в технических характеристиках, каждый конкретный дисплей необходимо проверять лично.

Проверка и анализ

Было бы здорово, если бы существовал простой способ измерения ШИМ-частоты подсветки, и, к счастью, для этого достаточно фотоаппарата с возможностью ручной настройки выдержки. Как именно использовать этот способ, описано далее.

Съёмка:

1. Установите на мониторе настройки, которые вы хотите проверить.
2. (Необязательно) Установите баланс белого на фотоаппарате при отображении на экране только белого цвета. Если это невозможно, установите баланс белого вручную примерно на уровне 6000 K.
3. Выведите на монитор узкую белую вертикальную полосу на чёрном фоне (толщины 1-3 точки будет достаточно). Должно быть видно только это изображение.
4. Установите выдержку на фотоаппарате в значение из промежутка от 1/2 до 1/25 секунды. Для получения достаточного для съёмки количества света вам может потребоваться установить ISO-чувствительность и диафрагму. Убедитесь, что полоса располагается на фокусном расстоянии (при необходимости зафиксируйте его).
5. Удерживайте камеру на расстоянии примерно 60 см от монитора и перпендикулярно ему. Нажмите кнопку спуска затвора во время медленного горизонтального перемещения камеры относительно экрана (при движении сохраняйте их взаимно перпендикулярное положение). Вам может потребоваться поэкспериментировать с перемещением фотоаппарата на разных скоростях.

Обработка:

1. Подстройте яркость полученного изображения так, чтобы был хорошо различим узор.
2. Подсчитайте количество циклов, запечатлённых на изображении.
3. Разделите это число на величину выдержки. Например, если вы используете выдержку 1/25 секунды и насчитали 7 циклов, количество циклов в секунду составит 25 * 7 = 175 Гц. Это частота мерцания подсветки.

Проверочное изображение Фотография Вырезанный полезный фрагмент

Смысл данной техники в том, что, перемещая фотоаппарат во время съёмки, мы превращаем временной эффект в пространственный. Единственным существенным источником света при съёмке является узка полоса на экране, которая попадает на светочувствительную матрицу в виде следующих друг за другом столбцов. Если подсветка мерцает, разные столбцы будут иметь разные значения яркости или цвета, определяемые подсветкой в конкретный момент съёмки.

Типичной проблемой при первых попытках использования этой техники является слишком тёмное изображение. Улучшить ситуацию в этом плане может использование большей диафрагмы фотоаппарата (более низкое значение f/число) или увеличение ISO-чувствительности. Выдержка на эскпозицию влияния не оказывает, поскольку мы используем её только для управления общей продолжительностью съёмки. Яркость изображения можно также подстроить путём изменения скорости перемещения фотоаппарата: более высокая скорость обеспечит более тёмное изображение при более высоком разрешении по времени, а следствием более низкой скорости будет более яркое изображение при более низком разрешении.

Другая встречающаяся проблема - неравные расстояния между отдельными полосами на результирующем изображении вследствие изменения скорости перемещения фотоаппарата во время съёмки. Для достижения постоянства скорости начинайте перемещение фотоаппарата за некоторое время до начала съёмки, а заканчивайте - через некоторое время после её окончания.

Изображение, выглядящее слишком ровно, может быть следствием расфокусированности. В некоторых случаях с этим можно справиться путём половинного нажатия кнопки спуска затвора для наведения фокуса и дальнейшего продолжения в обычном режиме.

В зависимости от конкретного монитора могут наблюдаться дополнительные эффекты. Подсветка на основе CCFL часто демонстрирует разные цвета в начале и конце каждого цикла, что означает, что используемые люминофоры реагируют с разной скоростью. Подсветка на основе светодиодов часто использует более высокую частоту, чем CCFL-подсветка, и, чтобы увидеть циклы, может потребоваться перемещать фотоаппарат быстрее. Тёмные полосы между циклами означают, что скважность ШИМ была увеличена в такой степени, что во время этой части цикла свет не излучается.

Dell 2007WFP (CCFL)

Яркость = 100 Яркость = 50 Яркость = 0

Используя выдержку 1/25 секунды, мы можем ясно увидеть 7 циклов, из чего следует, что подсветка мерцает на частоте 175 Гц. Даже на полной яркости есть небольшое мерцание, хотя оно, скорее всего, достаточно мало, чтобы быть незаметным. На половинной яркости появляется небольшое мерцание, а при достижении минимальной яркости появляется гораздо более заметное мерцание наряду с цветовым сдвигом.

NEC EA231WMi (CCFL)

Яркость = 100 Яркость = 50 Яркость = 0

На полной яркости видимое мерцание отсутствует. На половинной яркости становятся видны мерцание и цветовой сдвиг. При минимальной яркости наблюдаются более сильное мерцание и значительный цветовой сдвиг. При выдержке 1/25 секунды видно около 8 циклов, что соответствует частоте примерно 200 Гц. При более длительной выдержке получено более точное значение частоты - 210 Гц.

Samsung LN40B550 Television (CCFL)

Яркость = Max Яркость = Min

Отключить автоматическую подстройку яркости нет возможности, поэтому показаны максимальный и минимальный уровни яркости, которых можно легко достичь. На полной яркости видимое мерцание отсутствует. На минимальной яркости есть сильное мерцание и цветовой сдвиг, за счёт которого видно разделение на жёлтую и синюю составляющие. При выдержке 1/25 секунды видны лишь 6 циклов, из чего следует, что подсветка мерцает на частоте 150 Гц.

2009 Apple MacBook (LED)

Яркость = 100 Яркость = 50 Яркость = 0

При использовании выдержки 1/25 секунды видимые мерцание и цветовой сдвиг отсутствуют вне зависимости от яркости. Этот дисплей не использует ШИМ. Причиной бороздчатости является зашумлённость изображения.

2008 Apple MacBook Pro (LED)

Яркость = 100 Яркость = 50 Яркость = 0

При выдержке 1/25 секунды наблюдается небольшое мерцание на полной яркости. При яркости 50 и 0 используется очень высокая скважность, дающая сильное мерцание. В этой светодиодной подсветке используется более высокая частота - 420 Гц, но она всё же слишком низка, чтобы устранить эффект мерцания. Видимый цветовой сдвиг в течение циклов отсутствует.

Заключение

Как мы отметили вначале, эта статья написана не для того, чтобы отпугнуть людей от современных ЖК-дисплеев, а для того, чтобы помочь людям узнать о потенциальной проблеме, связанной с ШИМ. С учётом растущей популярности мониторов с подсветкой на основе белых светодиводов (W-LED) довольно вероятно появление большего количества жалоб пользователей по сравнению с более старыми дисплеями, и связано это с использованием ШИМ-метода и, в конечном итоге, с выбранным типом подсветки. Конечно, проблемы, к которым может привести использование ШИМ, заметны не каждому, и в действительности я ожидаю, что людей, которые никогда не испытают описанных симптомов, гораздо больше, чем тех, кто испытает. Для тех, кто страдает от побочных эффектов, включая головные боли и перенапряжение глаз, теперь есть хотя бы объяснение.

Учитывая, что такая технология, как ШИМ, используется давно и успешно, а также многие годы её использования в CCFL-дисплеях, я, откровенно говоря, сомневаюсь, что в ближайшее время в этом плане что-то изменится, даже при усиливающемся переходе к светодиодной подсветке. ШИМ по-прежнему является надёжным способом управления интенсивностью подсветки и, следовательно, предлагает возможности регулирования яркости, необходимые каждому пользователю.

Тем, кто беспокоится о побочных эффектах или имеет проблемы с предыдущими дисплеями, следует попробовать определить частоту ШИМ в их новом дисплее и, возможно, даже попробовать найти экран, в котором ШИМ для управления яркостью подсветки не используется вообще. К сожалению, нам ещё предстоить увидеть, как производители станут указывать какие-либо технические характеристики, касающиеся использование ШИМ, или её частоту при определённых уровнях яркости, поэтому сейчас об этом судить трудно.

Установка максимальной яркости экрана является одним из возможных методов, помогающих уменьшить побочные эффекты благодаря меньшей скважности. Это решение, конечно, не идеально, поскольку многие дисплеи имеют очень высокий заводской или максимальный уровень яркости, но это что-то, что может помочь. Управление яркостью на программном уровне или средствами драйвера видеокарты может помочь вернуть более комфортную яркость, но может привести к снижению контрастности.

В предыдущей статье вы узнали, . В качестве продолжения, предлагаю узнать, что такое ШИМ в мониторах, как с ним жить и не испортить глаза.

Осторожно, они мерцают!

Все привыкли к мысли, что мерцают только старые большие мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), но на самом деле, для глаз гораздо более вредно мерцание современных ЖК и OLED-дисплеев!

Да, вам не показалось, большинство современных дисплеев мерцают и это мерцание обычно проявляется при понижении яркости .

Посмотрите на эту анимацию, левый символ яркости неприятно мерцает при уровне 50%

И такое можно наблюдать не только на мониторах настольных компьютеров, то же самое происходит и со многими ноутбуками, смартфонами и планшетами.

Что такое ШИМ в мониторах?

Понизить яркость монитора можно двумя способами:

а.) Уменьшить интенсивность свечения лампы подсветки (лампа уменьшает свечение)
б.) Светить с перерывами, чтобы за единицу времени света было меньше (лампа начинает мерцать)

С технической точки зрения оказалось проще сделать так, чтобы яркость регулировалась мерцанием, часть времени лампа горит, а часть времени не светится.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) - процесс управления мощностью, путём изменения длительности импульсов, при постоянной частоте.

В мониторах с ШИМ при уменьшении яркости экрана уменьшается длительность импульса свечения ламп подсветки или светодиодов, в результате более заметно мерцание , которое может отрицательно повлиять на наше зрение .

На рисунке вы может увидеть сравнение двух способов регулировки яркости:

ШИМ работает следующим образом: на яркости 50% мы половину времени видим импульс света, а вторую половину времени видим черный экран, глаз усредняет увиденное и мы воспринимаем серое свечение. Когда яркость меньше – мерцание заметно больше.

Вот только глазу такое мерцание совсем не идёт на пользу.

Все ли мониторы мерцают?

Производители не спешат указывать в характеристиках, каким образом регулируется яркость и используется ли ШИМ. К счастью, есть мониторы, в которых нет ШИМа , либо мерцание появляется на совсем маленькой яркости.

У таких мониторов иногда в описании есть надпись «Flicker-Free» (переводится «без мерцания») и встречается подобный логотип:

Перед покупкой можно изучить специализированные форумы в поисках нужной модели, но что делать, если вы уже купили монитор который мерцает?

Как узнать, мерцает ли ваш монитор?

Есть очень простой способ узнать, мерцает ли ваш монитор – «карандашный тест ».

Возьмите карандаш в руки и поводите им перед светящимся монитором как веером (в плоскости экрана). Если след от карандаша размыт (выглядит смазанным), то мерцания нет , если же след разделяется (выглядит как набор теней от нескольких карандашей), то ваш монитор мерцает .

На этом видео показан пример проведения «карандашного теста»:

Сделайте проверку на разных уровнях яркости , от 0% до 100%, таким образом можно узнать, какая яркость безопасна для зрения.

Есть более сложные тесты, которые позволяют узнать частоту мерцания, но в большинстве случаев карандашного теста достаточно.

Что делать, если монитор мерцает?

Если вы обнаружили, что ваш монитор мерцает на комфортном уровне яркости, есть способ не испортить глаза:

Настройте яркость с помощью драйвера видеокарты

Качество изображение может стать немного хуже, но глазам станет намного легче.

Нужно настроить яркость монитора, так, чтобы мерцания не было, и, если в итоге яркость слишком большая, уменьшайте яркость в настройках драйвера видеокарты .

Алгоритм настройки простой:

1. Настройте яркость монитора либо на максимум, либо на уровень, когда мерцание отсутствует;
2. Зайдите в настройки драйвера видеоадаптера и в них уменьшите яркость до комфортного уровня;
3. Примените настройки.

Пример настройки яркости

Если возникнут сложности с поиском настроек драйвера – пишите в комментариях, постараюсь помочь.

Заключение

Сегодня вы узнали, что такое ШИМ, чем он опасен для глаз и как свести риски к минимуму .

Пишите, интересны ли вам уроки на тему здоровья и нужны ли подробности по рассмотренным в статье вопросам.

Копирование запрещено , но можно делиться ссылками.

Данная статья расскажет последовательность необходимых действий для того что бы раз и навсегда забыть про широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) в вашем мониторе. Вы будите работать за монитором с той яркостью которая будет удобна вашим глазам, вот только с одной разницей - подсветка вашего монитора не будет генерировать ШИМ. Все очень просто! Главное - уметь работать с паяльником…

Внимание!

Действия представленные в данной статье приводят к потере гарантии на монитор. Автор не несет ответственности за форс-мажорные или иные обстоятельства повлекшие за собой порчу вашего имущества применяемого в попытках повторить ниже приведенные действия.

О насущных проблемах

Ну вот, после долгих раздумий и накопления денег наконец-то я стал правообладателем некоторого количества мониторов Dell u2412m. Для интересующихся - ревизия А0, январь 2013. Прочитав не очень много форумов, на которых обсуждается данный монитор, пришел к выводу что многих потенциальных покупателей беспокоит наличие ШИМа. Да, действительно, в первых ревизиях пользователи жаловались на ШИМ, но из отзывов можно было понять что в последующих ревизиях данная проблема была устранена. Поскольку я не правообладатель первых ревизий, а так-же схемы электрической принципиальной (для того что бы сравнить различия в электронике) то со своего опыта могу предположить что был сделан простой банальный шаг - увеличение частоты ШИМа.

Но тем не менее народ продолжает спрашивать, снова и снова задавая один и те-же вопрос - «Думаю взять U2412M, но смущает наличие ШИМ. Скажите, от него глаза сильно болеть будут?».

Как по мне то просидев недельку за монитором с наличием ШИМа, привыкнув, могу сказать что он не сильно давил на глаза. Хотя у каждого свой организм, так же как и зрение. Да, в первые часы просиживания за монитором было непривычно, но потом как-то все стало на свои места. Но тем не менее оставались некоторые моменты которые заставляли нагружать глаза. Эти моменты проявлялись когда требовалось перескакивать взглядом с одного монитора на другой. Именно тогда я и замечал ШИМ. Поскольку данное ощущение не давало мне покоя, было принято решение разобраться в электронике монитора, а именно в драйвере LED подсветки.
Добавив модификацию, о которой расскажу чуть ниже, глаза стали чуть лучше воспринимать картинку на мониторе… Но сказать что ощущается большая разница - я не могу (а может уже просто привык). Но тем не мнение, приходя домой с работы, первые ощущения которые испытывают мои глаза после рабочего монитора - это отдых…

Сразу скажу что после внесения изменений у пользователя остается возможность использовать внутренний режим изменения яркости, что приводит к включению ШИМ. Для того что бы электроника монитора не включала ШИМ нужно яркость монитора выставить на 100% и дальнейшее изменение яркости проводить с помощью переменного резистора.

Немного об электронике монитора

(кому не интересно - может пропустить)
И так, в чем же суть… А суть состоит в том что регулировка яркости происходила не по принципу ШИМ, а по принципу изменения тока проходящего через светодиоды подсветки LCD монитора. Данную возможность предлагают большинство микросхем драйверов LED. Но для начала неплохо было бы узнать что за микросхема используется для питания LED подсветки в нашем мониторе. Для этого нам нужно его разобрать.

Я не буду останавливаться на том где и что нужно нажать-поджать, раскрутить для того что бы разобрать монитор. Данную информацию вы можете спокойно найти в сети. Например вот
Микросхема-драйвер определена - OZ9998. Следующим шагом является поиск документации на эту микросхему. К сожалению мои поиски не увенчались успехом.

Поскольку данная микросхема расположена на плате блока-питания, то было бы неплохо найти схему на блок питания монитора u2412m. Что тоже не увенчалось успехом. За-то благодаря одному форуму удалось найти схемы в которых используется наш OZ9998 LED драйвер.
Вот к примеру один из схем:

Основываясь на том что все LED драйверы имеют примерно одинаковую структуру, попался под руку аналог нашего OZ9998 - это TPS61199 . Вот только номера функциональных выводов микросхем не соответствуют друг-другу. После прочтения документации на TPS61199 можно определить что вывод с именем Iset отвечает за установку величины тока через линейку светодиодов. В нашей OZ9998 за данную функциональность отвечает вторая нога микросхемы. Величина тока линейно зависит от сопротивления резистора, умноженная на некий коэффициент (для более детальной информации см TPS61199 datasheet). Поскольку документации на OZ9998 у меня нет то пришлось прибегнуть к практике. Не долго думая, взял ближайший переменный резистор и впаял его последовательно к уже имеющемуся.

Таким образом, практически было определено что максимальное установленное сопротивление на переменном резисторе при котором яркость подсветки монитора является минимально приемлемой для зрения - составляет 100кОм. Изменяя потенциометром значение его сопротивления, можно изменять яркость подсветки монитора. В результате мы получили изменение яркости которое происходит не по принципу ШИМ, а по принципу изменения тока проходящего через светодиоды подсветки LCD монитора.

Берем в руки инструмент и в путь

Предполагаем что монитор уже разобран (как разобрать монитор см. ):

Осторожно отклеиваем блок с электроникой и отсоединяем необходимые шлейфы:

Плата питания вместе с интерфейсной платой лежит у нас перед глазами.

Нас интересует вот эта область:

Увеличено:

А именно резистор который подключен ко второй ноге микросхемы.

Для того что бы случайно не превысить ток через светодиоды, установленный производителем, нам нужно придумать то как можно подпаяться оставив родной резистор. Для этого в начале выпаяем его.

Подготовим переменный резистор, предварительно установив сопротивление между используемыми выводами в ноль.

Припаиваем обратно родной резистор (тот который мы выпаяли) в место прореза (см. внимательно картинку) и наш переменный резистор так как показано на картинке, то есть последовательно.

Выводим переменный резистор за корпус монитора, таким образом что бы в состоянии когда монитор будет собран, была возможность регулировки. У себя я сделал вот так:

Вот и все. Желающие проверить функциональность могут подсоединить кабеля и произвести тестирование.
На видео видно как я с помощью переменного резистора в начале увеличиваю потом уменьшаю яркость. Во второй части изменение яркости происходит с помощью внутренних функций монитора.

PS
Проработав за монитором некоторое время, я определил величину яркости при которой мне удобно работать. Промерял сопротивление которое получилось на переменном резисторе и впаял резистор постоянного сопротивления.

Все современные телевизоры с ЖК-экранами используют светодиодную подсветку - лампы остались в прошлом. Когда яркость подсветки установлена на 100%, пульсация обычно отсутствует - светодиоды питаются от постоянного напряжения. Но стопроцентная подсветка хороша лишь в магазине - дома такая яркость оказывается избыточной, ее приходится уменьшать.

Для регулировки яркости подсветки почти всегда используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) - светодиоды включаются и выключаются с частотой от ста до нескольких тысяч раз в секунду. Соотношение времени, когда светодиоды горят (длина импульса включения), и времени, когда они выключены (длина паузы между импульсами), определяет среднюю яркость.

Когда частота импульсов небольшая (100 или 120 герц), пульсацию света можно заметить боковым зрением или при быстром переводе взгляда с одной точки на другую. Считается, что пульсация с частотой до 300 Гц вызывает усталость глаз и мозга и может приводить к головным болям и обострению нервных заболеваний. Кроме того, есть мнение, что снижение яркости с помощью ШИМ вызывает раздражение сетчатки глаза из-за того, что зрачок расширяется, ориентируясь на средний уровень освещения, а сетчатка получает "удары" импульсами света максимальной яркости.

Вооружившись камерой , снимающей видео со скоростью 1200 кадров в секунду, я отправился в магазины электроники и проверил, как работает подсветка матрицы у 42 моделей телевизоров шести производителей.

На витринах магазинов все телевизоры всегда работают со стопроцентной яркостью подсветки, поэтому перед измерениями я снижал яркость подсветки у каждого телевизора до 30-50%.

Начну с хорошего - у всех протестированных телевизоров Sony пульсации подсветки не обнаружено. Скорее всего, там используется очень высокая частота ШИМ (десятки тысяч переключений в секунду). Я проверил следующие модели:

• Sony KDL-32RE303,
• Sony KDL-32RE403,
• Sony KDL-32WD752,
• Sony KDL-32WD756,
• Sony KDL-40WE633,
• Sony KDL-43WF665,
• Sony KDL-43WE755,
• Sony KDL-43WF804,
• Sony KDL-43XF8096.

На видео, замедленном в 40 раз, экраны телевизоров LG 32LH570U (слева) и Sony KDL-32RE303 (справа) с подсветкой 30% выглядят так:

Пульсации не было также у китайских телевизоров Haier, но причина этого весьма банальна: у них просто нет регулировки яркости подсветки - она всегда горит на полную мощность. Я протестировал две модели:

• Haier LE32B8500T,
• Haier LE39B8550T.

Телевизоры Panasonic теперь сложно встретить в магазинах, но две 32-дюймовые модели мне все же удалось обнаружить. Причем они оказались совершенно разными. У дешевого Panasonic TX-32DR300 подсветка мигает с троекратной частотой сигнала (150/180 Гц), у более дорогого Panasonic TX-32ESR50 пульсация подсветки полностью отсутствует.

Пульсация подсветки телевизоров Samsung зависит от модели. У относительно дешевых телевизоров, в том числе в младших моделях шестой серии, наблюдается стопроцентная пульсация на частоте 100/120 Гц (частота пульсации подсветки вдвое больше частоты входного сигнала). В центре замедленного в 40 раз видео Samsung UE43NU7140U:

Такая пульсация обнаружена у следующих моделей телевизоров:

• Samsung UE32J4710,
• Samsung UE43J5202,
• Samsung UE43M5513,
• Samsung UE43NU7140,
• Samsung UE43NU7170,
• Samsung UE49M5500.

Модели шестой серии Samsung 2017 года ведут себя совсем по-другому. У них отсутствует пульсация при снижении яркости подсветки до определенного уровня (предположительно, регулируется ток, идущий через светодиоды), а при дальнейшем снижении уровня подсветки включается ШИМ. У младших моделей (MU61**) пульсации нет при уровнях подсветки 13-20, а при уровнях 0-12 частота ШИМ составляет 100/120 Гц. У старших моделей (MU64**, MU65**) пульсации нет при уровнях подсветки 10-20, а при уровнях 0-9 частота ШИМ 200/240 Гц.

Samsung 49MU6650U, яркость подсветки 50% (10 из 20 по шкале настройки):

Тот же телевизор при яркости подсветки 25% (5 из 20 по шкале настройки):

Я протестировал следующие модели:

• Samsung UE40MU6100,
• Samsung UE40MU6400,
• Samsung UE40MU6470,
• Samsung UE55MU6470,
• Samsung UE49MU6650.

Эти телевизоры вполне можно отнести к категории flicker free, так как снижения уровня подсветки до 50-65% по большей части вполне достаточно - а в этом случае пульсация отсутствует.

У QLED-телевизора Samsung QE49Q7 по экрану 100 или 120 раз в секунду пробегает темная полоса, ширина которой тем больше, чем меньше установлена яркость подсветки:

Гораздо лучше это видно, если замедлить видео не в 40, а в 120 раз:

Это гораздо более щадящая для глаз пульсация, чем полное выключение и включение подсветки.

Больше всего меня удивил телевизор восьмой серии Samsung UE55NU8000U . Смотрите сами (замедление в 120 раз):

С частотой 180 Гц подсветка меняется на красную. Судя по всему, для подсветки в этом телевизоре применяются RGB-светодиоды.

У всех протестированных мной ЖК-телевизоров LG нижнего и среднего ценового диапазона при снижении яркости подсветка пульсирует с частотой 100/120 Гц. Вот, к примеру, LG 32LJ610V :

• LG 32LJ500,
• LG 32LJ510,
• LG 32LH570,
• LG 32LJ600,
• LG 32LJ610,
• LG 32LK6190,
• LG 43UK6750,
• LG 49UJ634.

Совсем по-другому работает подсветка у старших моделей LG. От центра экрана в стороны расходятся темные полосы. Вот как это выглядит у LG 49SJ810 при 40-кратном замедлении:

Весь цикл повторяется 100/120 раз в секунду. При 120-кратном замедлении можно увидеть, что подсветка разбита на шесть зон, погасающих парами.

Такая работа подсветки зафиксирована у следующих моделей:

• LG 43UJ750,
• LG 49UJ740,
• LG 49SJ810.

Недавно в России появились телевизоры китайского бренда Hisense. У дешевых моделей подсветка мигает с троекратной частотой сигнала (150/180 Гц).

Среди протестированных мной так работают следующие модели:

• Hisense H32A5600,
• Hisense H43A6100,
• Hisense H50A6100.

На видео, замедленном в 48 раз, видно, как быстро мигает Hisense H50A6100 , слева от него бегают полосы на дорогом LG, справа на Samsung QLED.

У более дорогих моделей Hisense частота ШИМ еще выше. При 40-кратном замедлении пульсация Hisense H55N6800 выглядит как быстрое мельтешение:

Все протестированные телевизоры:

Я не знаю, почему производители большинства телевизоров используют ШИМ, работающую с частотой 100/120 Гц. На первый взгляд, ничто не мешает увеличить эту частоту в десять или даже в сто раз. Возможно, через несколько лет так и произойдет, после чего нам начнут рассказывать про «революционную технологию» Flicker Free.

Вы сами можете проверить наличие видимой пульсации экрана телевизора без специального оборудования. Уменьшите уровень подсветки до минимального (именно уровень подсветки, не яркость!). Покрутите карандашом перед экраном (см. карандашный тест). Если стробоскопического эффекта нет и вы видите размытое изображение карандаша, видимой пульсации нет (или ее нет совсем, или частота ШИМ выше 300 Гц). Если вы видите стробоскопический эффект - карандаш "распадается" на много карандашей - пульсация есть.

Способ избавиться от пульсации экрана ЖК-телевизора без его переделки только один - отключить все экорежимы, установить уровень подсветки на 100% и снизить яркость для достижения комфортной картинки. Черный цвет при этом, скорее всего, станет серым и картинка будет более блеклой, но глаза без пульсации будут уставать меньше.

Прежде чем начинать обзор лучших для глаз популярных мониторов, рассмотрим технические характеристики, на которые следует опираться при выборе безопасного для зрения устройства.

Матрица

На сегодняшнем рынке жидкокристаллических дисплеев (LCD) представлены устройства с тремя семействами матричных панелей: TN, IPS и *VA. Сам по себе тип используемой матрицы влияния на усталость глаз не оказывает . Неприятные ощущения может вызывать неправильное расположение экрана относительно глаз, например, его чрезмерный наклон или слишком большое отклонение от перпендикуляра в вертикальной плоскости. Первое сильнее сказывается на зрении в мониторах с TN-панелями, а второе характерно для IPS-устройств (Glow-эффект). Для последней разновидности дисплеев имеет значение и величина кристаллизации, обусловленной особенностями защитного покрытия.

Подсветка

LCD-мониторы, в которых применялась подсветка флуоресцентными лампами с холодным катодом (CCFL), окончательно уступили место устройствам, использующим светодиоды (LED), и уже практически не встречаются в продаже. Бытует мнение, что светодиодная подсветка мониторов вызывает большую усталость глаз. Отчасти это так, но характерна такая зависимость для мониторов с W-LED при недостаточно качественном преобразовании длины волны. Поскольку «белых» светодиодов в природе не существует — используют «синие», а нужный цвет получают за счет люминофора специального состава и пленочных фильтров. Усталость глаз вызывает высокая нескомпенсированная интенсивность свечения в длинноволновой области спектра. Лучшим для глаз, но и более дорогим решением является подсветка на основе двух (GB - LED ) или трех (RGB - LED ) цветов .

Частота

Увеличение частоты обновления экрана до 120 или даже 144 Гц связано с появлением 3D-технологий и в обычном режиме отображения слабо сказывается на усталости глаз. Значительно больший вклад здесь вносит время отклика , особенно в динамичных играх. Не успевающие достаточно быстро переключаться пиксели вызывают появление шлейфа за перемещающимися по экрану объектами, что смазывает картинку. В качестве игрового монитора лучше выбирать модели на основе TN -матриц .

Яркость

С физиологической точки безопасности для зрения, оптимальная яркость для самосветящихся мониторов составляет 100 нит . В условиях естественного или интенсивного искусственного освещения, нормальным считается значение 150—200 нит, и такой уровень способен обеспечить любой современный монитор. Чем выше яркость — тем сильнее устают глаза. С другой стороны, уменьшение яркости также плохо влияет на зрение. Связан подобный эффект с реализованным в мониторе принципом регулировки яркости: постоянным током или широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Второй вариант проще, но при работе соответствующего узла на невысокой частоте, ему требуется качественное сглаживание пульсаций управляющих сигналов. В противном случае уровень яркости монитора также колеблется и раздражает глаза.

Разрешение

Независимо от размера монитора, оптимальным для зрения является его работа при «родном» разрешении . Отображение картинки с меньшим количеством пикселей сводится к интерполяции изображения и неизбежной потере четкости. При этом следует иметь в виду, что мониторы с большим разрешением нуждаются и в более мощной видеокарте . Кроме того, все элементы изображения будут выглядеть на них мельче, чем на экране с меньшей плотностью пикселей.

Расстояние до монитора

Учитывая особенности строения человеческого глаза, комфортно воспринимается картинка при максимальном отклонении взгляда от перпендикуляра порядка 18—20 градусов. Другими словами, края экрана должны быть видны под углом до 36 - 40 градусов . С другой стороны, нормальный глаз уже не различает объекты с размерами меньше одной угловой минуты. Поэтому рекомендуемое безопасное для глаз расстояние до монитора лежит в пределах от полутора до двух его диагоналей .