Почему устают глаза от телефона

В современных смартфонах два типа дисплеев: жидкокристаллические IPS и светодиодные OLED. Но в ЖК-дисплеях пиксели подсвечиваются, а в светодиодных светятся сами. Из-за этого светодиодные дисплеи мерцают — это называется ШИМ, о котором сегодня пойдёт рассказ.

А вот видео для затравки: так на самом деле мерцают экраны наших телефонов. Мы этого не видим, но некоторое время спустя начинаем чувствовать усталость и появляется ощущение песка в глазах. Если вы думаете, что это бывает только на старых телефонах, — это не так, современные модели делают то же самое:

Чем ЖК-дисплеи отличаются от светодиодных

И в жидкокристаллических IPS, и в светодиодных OLED-дисплеях цвет каждого пикселя формируется тремя субпикселями: красным, зелёным и синим (RGB). Например, чтобы получить жёлтый цвет, яркость синего субпикселя отключается, а красного и зелёного включаются на полную.

Если нам нужен оранжевый цвет, синий субпиксель остаётся неподсвеченным, а яркость зелёного снижается в два раза — и так далее для всех цветов.

Жидкие кристаллы подсвечиваются специальным слоем диодов. Чтобы уменьшить яркость дисплея, достаточно понизить напряжение в слое подсветки.

Светодиоды сами излучают свет и регулируют яркость, передавая разные цвета и оттенки. Если затемнить все диоды, цветопередача будет не такой, как нужно. Поэтому регулировать яркость OLED-дисплея можно одним способом — отключая и включая диоды с определённой частотой.

Короткая теория: что такое ШИМ

ШИМ, или широтно-импульсная модуляция, — это как раз та технология, которая позволяет очень быстро включать и выключать нужные пиксели на светодиодном экране и тем самым регулировать яркость изображения. Буквально это означает регулировку длительности импульса.

ШИМ регулирует частоту подачи тока и напряжения, уменьшая среднюю мощность электрического сигнала, который подаётся на светодиоды. Чем больше паузы между включением и выключением диодов, то есть длительность импульса, тем менее яркая картинка. Например, при яркости 100% длительность импульса будет составлять 100% времени, а при яркости 25% — только 25%.

Проще говоря, чтобы снизить яркость подсветки, производители делают импульсы подсветки короче, чтобы света было меньше. Визуально такую пульсацию заметить сложно (но можно), а если снять экран телефона на камеру другого телефона, то это будет выглядеть как-то так:

Большая практика: как наш мозг воспринимает ШИМ

Представим, что мы каждую секунду включаем и выключаем лампочку — при этом мы будем видеть мерцание света. Чем быстрее переключаем, тем чаще будет казаться мерцание. Если что-то мерцает чаще 60 раз в секунду, то есть с частотой выше 60 Гц, глаз воспринимает это как непрерывную картинку. Этот эффект называется порогом слияния мерцания.

Поскольку мерцание экранов современных устройств выше 60 Гц, мы не видим его невооружённым глазом. Но это не значит, что его не замечает мозг. Для мозга порог слияния составляет 300 Гц, и от постоянного улавливания света мозг устаёт. Например, в ГОСТ 33393-2015 указано, что пульсация свыше 300 Гц не влияет на общую и зрительную работоспособность человека.

Уровень мерцания можно измерить специальным прибором. Например, в iPhone 14 Pro Max ШИМ составляет 480 Гц, а в Samsung Galaxy S23 Ultra и Pixel 7 Pro — 240 Гц.

Увидеть ШИМ можно с помощью камеры другого смартфона. Для этого нужно открыть на смартфоне страницу с белым фоном, снизить яркость до минимума и выключить свет, а затем навести камеру на белую страницу:

Без ШИМ: IPS-экраны

Несмотря на популярность OLED-экранов, в некоторых в смартфонах по-прежнему используются разновидности LCD-дисплеев — IPS-экраны (In-Plane Switching). 

Например, в Samsung Galaxy A23, Realme Q3s, Motorola Edge S30, iPhone 11.

В таких экранах нет ШИМ, поскольку яркость экрана регулируется через слой подсветки. Нет ШИМ — нет проблемы с усталостью глаз от мерцания. И если вы чувствительны к ШИМ, лучше пользоваться смартфоном с IPS-экраном. 

Для сравнения — вот как выглядит ШИМ на OLED- и IPS-матрицах. Последний в верхнем ряду и два последних в нижнем — телефоны с IPS-матрицей, у которых нет ШИМ, потому что там другой принцип подсветки (меняется именно уровень яркости, а не частота импульса):

Для тех, кто хочет изучить тему плотнее, посмотреть на графики пульсации и цифры замеров:

DC Dimming: затемнение тока вместо мерцания

В 2019 году компания Xiaomi разработала технологию DC Dimming — затемнение постоянного тока. Она снижает напряжение на пикселях, а не включает и выключает их для уменьшения яркости. По сути, здесь используется такой же принцип, как в жидкокристаллических экранах, и от уменьшения напряжения могут искажаться цвета. DC Dimming не устраняет проблему с ШИМ, но снижает нагрузку на глаза:

Производители используют разные методы снижения яркости: например, в айфонах ШИМ не используется при яркости дисплея до 50%, вместо этого яркость снижается через напряжение диодов. И только при выставлении яркости дисплея ниже 50% включается ШИМ.

В смартфоне HONOR 90, например, используется технология The 3840Hz ultra-high frequency PWM dimming technology. Это значит, что частота ШИМ здесь равна 3840 Гц. В Honor Magic 6 Pro этот показатель ещё выше — 4320 Гц.

Как проверить свой телефон на ШИМ

Есть два простых способа это сделать:

С карандашом звучит сложно, поэтому вот видео, как это работает на практике:

ШИМ и частота обновления экрана — одно и то же?

Краткий ответ: нет. Хотя и частота обновления, и ШИМ измеряются в герцах, ШИМ — это частота импульса, который регулирует яркость светодиода. Чем выше ШИМ, тем более плавно мерцает картинка на экране.

Частота обновления — это скорость, с которой на дисплее меняется картинка, то есть число кадров в секунду. Чем выше частота обновления — тем более плавную картинку мы видим.

И что теперь делать?

Альтернативы технологии ШИМ пока не придумали, но можно снизить влияние от мерцания светодиодного экрана: 

Но если вы особо чувствительны к мерцанию, лучше пользоваться смартфоном с IPS-экраном.