Версия без ШИМ: обзор и тестирование монитора ASUS VX239H. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) Монитор без мерцания

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.

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.

Существует огромное количество способов для проверки качества работы монитора или телевизора перед покупкой. В магазинах консультанты всегда акцентируют внимание покупателя на размер и разрешение.

Но большинство опытных продвинутых покупателей уверены, что проверка экрана на ШИМ-мерцание при помощи обычного карандаша или ручки позволяет избежать покупки некачественного монитора, который будет вредить здоровью.

Что такое ШИМ

ШИМ или широтно-импульсная модуляция представляет собой один из методов уменьшения восприятия яркости экрана монитора или телевизора. Эффект мерцания создаётся при помощи регулярной подачи импульсов при заранее установленной чистоте. При этом подсветка экрана с очень быстрой скоростью включается и выключается. Самостоятельно заметить такой эффект достаточно тяжело.

Стоит отметить, что чем больше частота мерцания, тем сложнее человеку будет работать за ноутбуком или компьютером.

Его используют для того, чтобы достигнуть широкий спектр управления яркостью. По мнению специалистов, это один из самых удобных, а также простых способов достижения этой цели.

Любой объект, который является генератором света, производит эффект мерцания. Исключением являются лампы накаливания.

В законодательстве Российской Федерации прописано, что коэффициент мерцания на рабочем месте не должен превышать 10-20 % при частоте ниже 300 Гц.

Несмотря на то, что широтно-импульсная модуляция стандартно работает на частоте 175 Герц, это может приводить к заметным негативным изменениям в работе монитора.

Почему нужно проверять мерцание

В первую очередь, главной задачей при проверке мерцания является покупка качественного оборудования. По мнению программистов, если монитор регулярно и непрерывно мерцает, то человек, который в течение длительного времени использует его для работы, может ощущать сильную усталость и другие признаки недомогания, например:

• Это отражается на здоровье наших глаз. Так как они постоянно напрягаются от постоянной пульсации, может заметно ухудшиться зрение;
• Также одним из признаков постоянной пульсации монитора является появление головной боли и сонливость. В таком состоянии человеку очень сложно сосредоточиться на своей работе.

Поэтому, несмотря на то, что надежное устройство, которое не будет вредить вашему состоянию здоровья, будет стоить в несколько раз дороже, то стоит отдать ему предпочтение.

Для того чтобы проверить экран своего монитора на мерцание, которое создает ШИМ, необходимо:

• Воспользоваться обычным карандашом или ручкой;
• После этого найдите очень светлую картинку, желательно белого цвета. Если у вас нет доступа к Интернету, вы можете открыть любой текстовый редактор, например, Блокнот, и открыть пустой документ во всю ширину экрана. Главное, чтобы большая часть экрана была белая;
• Затем возьмите свой карандаш или любой длинный и тонкий предмет;
• Далее крутите его полукругом в 10-15 см от экрана.

В том случае, если контур карандаша вам практически не заметен, то мерцание экрана минимально. Это означает, что качество экрана вашего монитора достаточно хорошее. При долгой работе вы не будете чувствовать усталость и напряжение в своих глазах и теле.

Если контур виден достаточно отчётливо, то пульсация света экрана очень большая. Поэтому необходимо принять меры, чтобы устранить данную проблему.

Как убрать мерцание

Эксперты утверждают, что единственным способом исправления данной проблемы является полная замена экрана на новый. При этом существует мнение, что можно снизить ШИМ – пульсацию можно при помощи уменьшения частоты мерцания в настройках. В таком случае пользователю будет легче работать за компьютером.

Также существует альтернативный способ уменьшения эффект пульсации:

• Для начала сделайте так, чтобы яркость вашего экрана была максимальной;
• Далее проверьте, чтобы функция «Автонастройки» было отключена;
• А после этого вам нужно найти регулировку цветокоррекции или контрастности на драйвере видеокарты и уменьшить ее до нормы;
• Таким образом, мы уменьшаем яркость и контрастность экрана, а подсветка вашего экрана позволяет игнорировать Вашим глазам все мерцания.

Стоит отметить что такой эффект будет длиться недолго. Поэтому, если вы заботитесь о своём здоровье, лучше всего приобрести монитор, в котором отсутствует широтно — импульсная модуляция. Например, отличным вариантом будет экран, способ управления яркости которого имеет высоту в несколько раз больше, чем ШИМ.

Как ВАС ДУРЯТ при ПРОДАЖЕ МОНИТОРОВ и ТВ. РАЗОБЛАЧЕНИЕ:

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.

Почему у некоторых людей болят глаза от монитора (компьютера)?

Этим вопросом в наше время задаются многие пользователи. Действительно, проблема с болью в глазах и голове, с раздражением зрительного нерва от работы за компьютером стала актуальной. В этой статье я хочу рассказать и раскрыть основную причину такой реакции человеческого глаза на современные экраны.

Итак, немного истории. Несколько лет назад я купил себе новый ноутбук и через несколько месяцев работы, однажды ощутил острую боль в глазу. Работать дальше за ноутбуком я не смог, подумал, что глаза и голова у меня разболелись на погоду. Однако, на следующий день после того как я сел поработать за свой ПК я снова почувствовал дискомфорт в правом глазу и боль в голове от глаза до самого затылка. Так началась моя история борьбы с некачественными экранами современной электроники.

Я пробовал настроить яркость и цвета монитора нового ноутбука, включал и настраивал в комнате свет, но это не помогало, глаза от компьютера по-прежнему болели. С тех пор глаза от компьютеров и мониторов у меня начали болеть постоянно, как только я садился поработать за любой ПК. Эта проблема встала очень остро для меня, так как я работал программистом и был вынужден целыми днями смотреть в экран монитора. Я купил себе специальные компьютерные очки, пользовался каплями, ходил на приемы к офтальмологам, но все было безрезультатно. Апогеем моей борьбы с недугом стала поездка в Москву в институт офтальмологии имени Гельмгольца. Кандидаты медицинских наук и профессоры разводили руками и делали заключение, что никаких патологий в моем здоровье нет.

Я не понимал, в чем причина этого раздражения, ведь я более десяти лет работал за компьютерами, играл много часов без перерыва в компьютерные игры и никогда ранее не испытывал подобных проблем. Единственное, что я точно знал – больше всего мои глаза болели от нового ноутбука. Я прекратил пользоваться им и стал искать причину такой реакции глаз на новый экран. На то время один мой друг уже несколько месяцев боролся с не комфортной работой за новым ноутбуком и сообщил мне о таком понятии как ШИМ.

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ)

Производителям современных мониторов нужно было сделать механизм, позволяющий регулировать яркость подсветки экрана. Для этой функции большинство мониторов оснащаются широтно-импульсным модулятором, или сокращенно ШИМ. Что это такое и как он работает?

ШИМ – это устройство, через которое подается напряжение на подсветку монитора, способное изменять длительность фаз кратковременного включения и выключения питания подсветки для изменения её яркости. Попросту говоря, на яркости подсветки отличной от максимальной светодиоды, если мы говорим про современную LED-подсветку, не всегда горят — они очень быстро включаются и выключаются, тем самым создавая определенную яркость. Чем больший промежуток времени горят светодиоды – тем яркость больше и наоборот. Это своеобразный реостат для подсветки. Человеческий глаз не видит эти мерцания (включения и выключения) подсветки, так как мы замечаем частоту лишь до 80 Гц, но как оказалось, наш зрительный тракт и мозг негативно воспринимают эти мерцания, так как подсветка мерцает вплоть до 300 Гц. Из-за мерцаний подсветки и возникает боль в глазах, они покрываются «сеточкой», начинает болеть голова и появляются прочие негативные последствия работы за таким экраном.

Так я и нашел главную причину того, от чего у меня болели глаза, весь зрительный тракт и голова – это мерцание подсветки монитора .

Наглядное подтверждение мерцания экранов

Ниже представлены фотографии двух мониторов. Фотографирование происходило с выдержкой 1/800. Первый экран (выше на фотографии) не мерцает. Второй экран, как видно по фотографиям, мерцает и от него болят глаза. При очень маленькой выдержке можно поймать момент, когда подсветка полностью выключается. Это видно на 4 фотографии. Фотографии имеют шум, так как на них для увеличения яркости и наглядности была сильно выкручена гамма.

LED-подсветка и ШИМ – огненная смесь для глаз

Как выяснилось через некоторое время, мой новый ноутбук был оснащен экраном на основе LED-подсветки и естественно оснащался широтно-импульсным модулятором (ШИМ). А на моем рабочем компьютере в офисе был ЖК-экран старого образца с подсветкой матрицы на основе ламп с холодным катодом (CCFL-подсветка), от которого глаза у меня практически не уставали. В чем разница между ними? Разве старые ЖК-мониторы не оснащались ШИМ? Оснащались, но разница в том, что светодиоды в отличие от люминесцентных ламп (CCFL) имеют очень быстрый отклик на включение и отключение напряжения. Если не ошибаюсь, то светодиоды загораются и гаснут со скоростью света. Они мгновенно зажигаются и гаснут при подаче на них напряжения и его отключении. В этом случае работа ШИМ становятся критичной а мерцания очень четкими, в отличие от мерцаний люминесцентных ламп, которые светятся некоторое время после отключения напряжения с них.

Все старые ЖК-мониторы оснащались CCFL-подсветкой и при отключении напряжения от такой подсветки (работа широтно-импульсного модулятора) не имели четко выраженных мерцаний. Точно также не заметны мерцания на мониторах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).

Отсюда и растут ноги у проблемы. Проблема боли в глазах от мониторов появилась именно с появлением LED-подсветки. Именно на LED-экранах широтно-импульсная модуляция начала вызывать у людей проблемы с глазами.

Что делать, если болят глаза от монитора?

Мы выяснили, что основная современная причина неврозов при работе с мониторами – мерцания подсветки. Поэтому необходимо удостовериться, что на вашем экране нет ШИМ. Это можно проверить несколькими способами:

• С помощью «карандашного теста»;
• С помощью видеокамеры;
• С помощью профессионального фотоаппарата;
• С помощью специального дорогостоящего оборудования;
• С помощью различных интернет-сервисов.

Обычно хватает первых трех методов, так как они наиболее просты в применении. При выборе монитора, например в магазине, удобно пользоваться карандашным методом.

ВНИМАНИЕ! Все тесты необходимо выполнять на различных уровнях яркости подсветки. Как правило, на максимальной яркости ШИМ выключается и подсветка светится постоянно. Проверяйте мониторы на максимальном, на минимальном и на среднем уровне яркости.

Карандашный тест

Берете любой карандаш или ручку и быстро перемещаете (машете) им перед исследуемым экраном. Если при этом видны четкие (отдельные) изображения карандаша, то подсветка экрана мерцает и имеет ШИМ. Если же изображение плавно размывается, то мерцаний и ШИМ нет. Пример «карандашного теста» представлен на следующей картинке.

Тест видеокамерой

В некоторых случаях запечатлеть мерцания подсветки могут обычные видеокамеры, например камера мобильного телефона. Но не всегда этот способ достоверно может сказать о наличии мерцаний. Если на видео не видны мерцания, неровности и волны это не значит, что мерцаний нет на самом деле. Иногда видеокамеры не улавливают подобные мерцания.

В следующем видео вы можете наглядно увидеть, как выглядит экран с ШИМ и экран без него. На мониторе слева есть ШИМ и от него болят глаза. Экран справа отлично показывает и за ним можно комфортно работать долгое время.

Тест профессиональным фотоаппаратом

Достоверно определить мерцает или нет подсветка вашего экрана можно с помощью фотоаппарата на котором вручную выставляется выдержка и диафрагма. Обычно выдержки 1/800-1/1000 вполне достаточно. Вам нужно взять фотоаппарат, выставить на нем выдержку 1/800 и сфотографировать экран исследуемого монитора с белым фоном (например открыть новый документ MS Word или блокнот). Для того, что бы при такой маленькой выдержке что-то запечатлеть на фото необходимо открыть диафрагму на максимум. Также желательно производить фотографирование в темном помещении.

Если на полученных фотографиях вы увидите волны или неравномерность яркости изображения экрана (сверху более яркое чем снизу или наоборот), то определенно ваш экран мерцает. В другом случае – нет. Примеры такого фотографирования вы можете видеть ниже. На одном из экранов присутствуют мерцания.

Что делать если у вас монитор с ШИМ и мерцает?

В таком случае есть несколько решений:

1. Выставить яркость подсветки на максимум. При максимальном уровне яркости широтно-импульсная модуляция отключается и мерцания пропадают. Однако справедливо, что не всегда и не все могут работать с монитором на самой высокой яркости. Как временное решение этот способ использовать можно.
2. Более кардинальный способ — сменить монитор. Попросту говоря, приобретите монитор, лишенный этого недостатка. Это самый простой способ уберечь ваши глаза и здоровье. Для проверки нового экрана лучше использовать карандашный метод в совокупности с фотографированием.

Мониторы и ноутбуки без ШИМ

Для тех кто ищет мониторы и ноутбуки без мерцаний в этом разделе статьи будут публиковаться проверенные модели. На данный момент многие производители уже начали выпускать flicker-free мониторы, например фирмы Benq и ViewSonic. Думаю остальные производители в скором времени не останутся в стороне от решения этой проблемы. Однако, как выяснилось, бирка flicker-free не дает гарантии того, что монитор не будет мерцать.

Не смотря на наличие проверенных моделей мониторов и ноутбуков без ШИМ и заявленной технологии flicker-free нет гарантии того, что купленный вами экземпляр будет без ШИМ. Таковы реалии ситуации. Каждый экземпляр перед покупкой нужно проверять.

Ноутбуки:

• ACER V3-571G-736b8G75BDCaii
• ACER Swift SF113-31 (ACER Siwft 1)

Видеобзор ноутбука без ШИМ ACER Swift 1:

Для более детального изучения того, почему у вас болят глаза от компьютера, рекомендую посмотреть нижеследующее видео:

P.P.S. Если Вы знаете модель ноутбука или монитора без ШИМ, то будем благодарны если вы поделитесь ценной информацией с читателями в комментариях.

Желаем приятной работы за компьютером! Берегите своё здоровье!