Что такое ШИМ экрана: опасно ли мерцание дисплея для здоровья?

Что такое ШИМ?

ШИМ расшифровывается как широтно-импульсная модуляция. Звучит сложно, но сейчас попробуем объяснить, что такое ШИМ в смартфоне. Начнем с яркости дисплея. В IPS-матрицах за интенсивность свечения картинки отвечают светодиоды, расположенные за слоем пикселей. Представьте, как врач рассматривает рентгеновский снимок, закрепив его на белой светящейся доске. В этом случае снимок — это пиксель, а лампа в доске — светодиод.

Чтобы сделать подсветку дисплея ярче, светодиодам нужно подать увеличенное напряжение или большую силу тока (в зависимости от модели экрана). К примеру, на 12 вольтах светодиод горит на 100%, а на 6 вольтах — на 50%.

В AMOLED-матрицах светодиодов нет. Пиксели светятся самостоятельно. Поэтому просто регулировать яркость не получается. Настройка по току подходит, но только для высококачественных матриц и только у верхних границ яркости — по той причине, что чем тусклее пиксели в AMOLED-экране, тем лучше виден эффект «мура» (пиксели светятся неравномерно). Такое случается из-за несовершенства экранов.

Поэтому производители матриц сделали так: оставили высокую яркость пикселей, но добавили специальный сигнал, который «говорит» им, когда гореть, а когда выключаться. То есть вместо того, чтобы просто снизить яркость, пиксели стали быстро включать и выключать. Чем больше времени за секунду пиксель горит, тем ярче кажется экран, чем меньше — тем он тусклее. В результате AMOLED-матрицы почти постоянно мерцают. Если упростить, то ШИМ — это способ регулировки яркости путем пульсирующего включения/выключения пикселей.

Мигание, как на картинке выше, легко распознать из-за небольшой частоты (один раз в секунду). Если увеличить число до 100 миганий в секунду, то глаз перестанет улавливать появление «черного кадра», когда подсветка выключается. Вы будете видеть равномерную белую картинку. Такой эффект называется критической частотой слияния мельканий. Чем меньше будет «черных кадров», тем картинка будет ярче, чем больше — тем тусклее.

Частота мигания измеряется в герцах (Гц) — числе циклов включения и выключения в секунду. При 300 Гц экран загорается и гаснет 300 раз в секунду. Главная характеристика «вспышки» — ширина. То есть сколько она длится по времени за одну секунду (именно вспышка, а не цикл). За саму вспышку отвечает импульс тока. Его частоту определяет упомянутый выше сигнал, который называют модулирующим. В итоге эту конструкцию по основным «действующим лицам» назвали широтно-импульсной модуляцией, или ШИМ.

ШИМ применяется не только в дисплеях. Основная задача ШИМ — уменьшить «средний по больнице» вольтаж, прерывая напряжение периодическими выключениями, так как просто подать небольшое напряжение единовременно нельзя из-за эффекта «мура».

В чем измеряется ШИМ

Помимо частоты, ШИМ экрана измеряют с помощью коэффициента пульсации. Узнать его помогает специальный прибор — люксметр. Именно его используют блогеры в обзорах. Коэффициент пульсации учитывает максимальную, минимальную и среднюю освещенность и приводит их к общему числу (в процентах), что значительно упрощает измерение.

Коэффициент считают так: 100% x (Eмакс — Eмин) / 2 x Eср, где Eмакс — яркость экрана в момент вспышки, Емин — яркость в момент затухания, Еср — средняя яркость за цикл мерцания (выставленная яркость в нитах).

Если коэффициент составляет 0%, то ШИМ отсутствует — пиксели светятся непрерывно. Если 100% — экран горит половину времени своей работы (продолжительности вспышки и затухания совпадают). Показатель может превышать 100%, если пиксель погашен больше времени, чем светится.

Безопасный коэффициент определяется частотой пульсации. Его можно вычислить, умножив частоту на 0,0333. Например, если частота ШИМ составляет 300 Гц, то пульсация точно не будет вызывать дискомфорта при значениях не более 9,99%. Еще есть формула расчета коэффициента с низким риском появления побочных эффектов для человека. Чтобы узнать его, умножьте частоту на 0,08. В этом случае при тех же 300 Гц коэффициент поднимается до 24%.

Почему от ШИМ могут болеть глаза или голова

Как только Samsung и Apple представили смартфоны с AMOLED-экранами, в сети начали появляться жалобы пользователей на головные боли и резь в глазах.

Проблема в том, что не все люди подвержены негативному влиянию мерцания, и поэтому производители гаджетов не сразу отреагировали на жалобы. В результате качество экранов росло довольно медленно, от модели к модели. Но позже компании осознали проблему, и в рекламе некоторых смартфонов высокая частота мерцания преподносится как преимущество.

Однако коэффициент ШИМ известен не только по дисплеям. Например, он упоминается в требованиях к искусственному освещению. Влияние пульсации ламп на самочувствие давно известно, а допустимые пределы прописаны в СанПиН 2.2.4.3359−16.

Так, при работах высокой точности коэффициент не должен превышать 10%, а максимально допустимый показатель составляет 20%. В документе есть важное уточнение: при частоте пульсации источника света выше 300 Гц коэффициент не нормируется. То есть в Роспотребнадзоре этот показатель считают нижним порогом безопасной пульсации (пункт 10.2.39).

Американский Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) тоже выпустил рекомендации по поводу ШИМ. Они собраны в документе IEEE PAR1789.

Там же есть несколько интересных фактов:

• большинство людей видят мерцание частотой около 60 Гц;
• порог «невидимости» мерцания — 60−100 Гц и выше;
• даже если мерцание незаметно (выше 60−100 Гц), оно может плохо влиять на самочувствие человека.

Плохое влияние выглядит так:

• 50−60 Гц — приступы эпилепсии у людей с этим диагнозом;
• 100 Гц — головные боли, усталость глаз;
• чем выше глубина пульсации, тем выраженнее побочные эффекты;
• чем выше частота пульсации, тем ниже риск появления побочных эффектов.

Но что вызывает эти побочные эффекты и почему у некоторых людей от ШИМ болит голова? Согласно заключению научного комитета Еврокомиссии, дискомфорт может быть связан с нарушением работы саккад. Это незаметные движения глаз с частотой 2−3 раза в секунду.

Они нужны, так как четкое изображение глаз фиксирует только в пределах 1−2°, а поле зрения у человека гораздо шире. В результате глаза быстро «сканируют» окружающий мир и помогают мозгу выстроить окружающую картину. Именно саккады ответственны за эффект ореола, когда при мерцающем освещении объекты «расщепляются». Специалисты полагают, что именно этот эффект может вызывать дискомфорт от широтно-импульсной модуляции.

Но есть и другое мнение, тоже связанное с саккадами. При ШИМ-освещении мозг увеличивает количество саккад, так как «понимает», что освещение прерывистое. Часть саккад срабатывает преждевременно, а другая — прерывается «в полете». В результате мозг пытается восполнить пробелы и «заставляет» глаза делать корректирующие саккады. Вероятно, это и вызывает усталость, боль в глазах и мигрень.

Более понятная причина недомогания заключается в глубине пульсации. Чем «темнее» кажется пиксель в момент выключения по сравнению с ним же в момент вспышки, тем выраженнее ощущается мерцание и тем сильнее напрягаются глаза. Пиксель не может быть еще темнее, ведь он выключен. Поэтому на восприятие «темноты» влияет продолжительность периода отключения.

Например, при пульсации в 300 Гц пиксель может быть выключен ровно столько, сколько включен. Или же продолжительность выключения может преобладать над временем, когда пиксель включен. Это возвращает нас к коэффициенту пульсации. Возникающее в результате резких вспышек напряжение может приводить к боли в глазах, а потом — к головной боли.

Результатов исследований на эту тему нет. Однако эта теория объясняет, почему чувствительные к пульсации люди реагируют на экраны даже с высокой частотой пульсации.

Как проверить ШИМ на своем смартфоне?

Если у вашего смартфона LCD-экран (IPS), то о ШИМ можно не беспокоиться. Ведь в таких экранах яркость регулируется с помощью изменения напряжения или силы тока и частота стабильно высокая — около 2000 Гц. Это значительно выше рекомендованной Роспотребнадзором частоты в 300 Гц. У OLED-дисплеев на заре развития максимальная частота ШИМ могла составлять 120 Гц. При этом на минимальном уровне яркости экран мог мерцать еще сильнее.

Если у вас смартфон с AMOLED-дисплеем, то легче всего проверить коэффициент пульсации с помощью люксметра. Если его нет под рукой, то узнать о наличии мерцания можно с помощью камеры смартфона. Зайдите в pro-режим камеры, выставьте выдержку 1/4000 и повысьте ISO настолько, чтобы было видно экран. Или же включите режим замедленной съемки. Если на экране появятся темные полосы, то пульсация есть. Полосы — это частичная фиксация периода выключения экрана, который может захватить камера.

Чем полосы темнее и шире, тем хуже. Это значит, что период выключения пикселей долгий. Чем полосы светлее и реже, тем лучше. Это значит, что момент вспышки преобладает над моментом затемнения.

Какой дисплей лучше для глаз: AMOLED или IPS?

В теории AMOLED-экраны не вызывают дискомфорта, если соответствуют требованиям, о которых мы говорили в пункте «В чем измеряется ШИМ». Но на практике это не всегда так из-за упомянутых особенностей. Длительность и глубина пульсаций может быть разной у двух смартфонов даже при одинаковой частоте. Частично нивелировать значение ШИМ помогает DC Dimming.

Что такое DC Dimming

Этим термином называют регулировку яркости по силе или напряжению тока, а не с помощью мерцания. Когда производитель заявляет о DC Dimming, можно подумать, что пульсаций нет и OLED-экран в этом плане сопоставим с IPS. Но это не всегда так: DC Dimming и ШИМ могут использоваться одновременно. К примеру, первые 50% яркости регулируются с помощью силы тока, а вторые — с помощью ШИМ.

Но даже если производитель заявляет о частоте мерцания гораздо большей, чем 300 Гц, то тут тоже может быть трюк. Частота снижается с уменьшением яркости, и заявленные показатели могут относиться к максимальному уровню яркости. А на минимальных или средних значениях пульсация может быть ниже заявленной герцовки.

К примеру, на видео выше автор медленно снижает яркость смартфона Honor Magic 6 Pro с заявленным уровнем пульсации в 4320 Гц (это больше, чем частота мерцания некоторых IPS-экранов). Но как только ползунок доходит до четверти яркости, на экране появляется больше полос, что свидетельствует о снижении частоты ШИМ.

Как исправить ШИМ вручную

Для начала включите DC Dimming. Эта функция поможет победить ШИМ экрана смартфона. Если гаджет поддерживает эту опцию, то ее можно найти в настройках экрана. Включите DC Dimming, но, если через день глаза или голова по-прежнему будут болеть, попробуйте другие способы.

Отключите автоматическую регулировку яркости. С понижением яркости снижается и частота мерцания. Поэтому, чтобы избежать опасного уровня ШИМ, яркость лучше всегда держать на высоком уровне. Проверить это можно простым тестом: целый день не опускайте яркость ниже 70%. Если недомогания нет, то на следующий день выставите уровень в 60%. И так до того показателя, при котором вы почувствуете дискомфорт. Предпоследнее значение будет минимально безопасным уровнем яркости конкретно для вас на этой модели смартфона.

Установите фильтр синего света или «уменьшитель» яркости. С ним можно выставить в настройках высокий уровень яркости (а значит, и ШИМ), но цветной фильтр уменьшит свечение экрана до комфортного значения. Примеры программ для Android: Blue light Filter, Screen Dimmer, Twilight.

На iPhone нет принудительной активации функции DC Dimming, но можно не давать экрану снижать частоту мерцания. Для этого не устанавливайте яркость экрана менее 50%. Это ярко, но искусственно затемнить изображение можно в настройках смартфона в разделе «Универсальный доступ/Адаптация дисплея». Активируйте пункт «Понижение точки белого» и выберите подходящий уровень яркости.

Если ничего не помогает и вы чувствуете дискомфорт при работе со смартфоном, то поможет покупка другой модели без ШИМ или с очень высоким уровнем пульсации. Но помните: лучше всего посмотреть на экран своими глазами и оценить ощущения от реального использования.

Выбирая в магазине новый смартфон, установите небольшой уровень яркости и начните читать какой-либо мелкий текст. Так вы сможете оценить работу экрана в самом уязвимом для ШИМ варианте использования.

ШИМ экранов Samsung

Авторы портала Notebookcheck ведут базу ШИМ смартфонов, ноутбуков и планшетов. Пока там нет моделей серии Samsung Galaxy S25, но есть другие актуальные смартфоны этого бренда.

• Samsung Galaxy A35 5G — 240 Гц,
• Samsung Galaxy S22 — 239,7 Гц,
• Samsung Galaxy S22+ — 240 Гц,
• Samsung Galaxy S23 — 240 Гц,
• Samsung Galaxy S23 Ultra — 240 Гц,
• Samsung Galaxy S24 — 483 Гц,
• Samsung Galaxy S24 Ultra — 480 Гц.

ШИМ экранов iPhone

ШИМ на iPhone встречается не всегда, так как в продаже еще можно встретить модели с IPS-экранами. Это iPhone 11, SE 2022 и XR. Остальные телефоны Apple выпускаются с AMOLED-экранами.

• iPhone 12 — 226,2 Гц,
• iPhone 13 — 610 Гц,
• iPhone 13 Pro — 510 Гц,
• iPhone 13 Pro Max — 238,1 Гц,
• iPhone 14 Pro — 240 Гц,
• iPhone 14 Pro Max — 240,9 Гц,
• iPhone 15 — 306 Гц,
• iPhone 15 Pro — 242 Гц,
• iPhone 15 Pro Max — 240 Гц,
• iPhone 16 Pro — 239 Гц,
• iPhone 16 Pro Max — 240 Гц.

Почему производители отказываются от IPS

AMOLED-экран с момента появления был показателем класса дорогого смартфона по той причине, что сам по себе затратнее IPS-матрицы в производстве. Главным преимуществом дисплея такого типа всегда считался настоящий черный цвет. Ведь для его создания пиксели просто выключаются, тогда как у IPS-экранов подсветка горит всегда, когда матрица работает.

Также технология AMOLED позволяет делать изогнутые и гибкие экраны. Например, нет ни одной раскладушки с IPS-матрицей. Еще AMOLED-экран можно сделать прозрачным, чтобы разместить под ним оптический сканер отпечатков пальцев или фронтальную камеру без привычного выреза.

Вдобавок IPS-экран не может предложить настолько насыщенные цвета, как AMOLED. По этим причинам IPS-экраны постепенно уходят с рынка и сейчас встречаются только у среднебюджетных или недорогих гаджетов. Однако это не относится к ноутбукам и планшетам. Экраны топовых моделей этого вида устройств по-прежнему делают с применением IPS-технологии.

Лучшие смартфоны с IPS-экранами

Найти флагманскую модель с AMOLED легко, а с IPS уже невозможно. Но в среднем сегменте есть отличные смартфоны с таким экраном. Например, realme 12 5G. Помимо 6,7-дюймового дисплея он получил камеру на 108 МП с оптической стабилизацией, процессор MediaTek Dimensity 6100+ и 8 ГБ ОЗУ.

У Redmi 13 тоже 108-мегапиксельная камера и 8 ГБ ОЗУ, но не такой производительный процессор (MediaTek Helio G91), как у предыдущей модели. А вот диагональ экрана больше — 6,79 дюйма.

У OPPO A60 50-мегапиксельная камера и чип Qualcomm Snapdragon 680. Главная особенность — износостойкий корпус, а также аккумулятор, который сохраняет 80% емкости спустя четыре года использования, даже если заряжать смартфон каждый день.

iPhone 11, вероятно, последний доступный смартфон Apple с IPS-экраном, который еще можно купить. Он не такой быстрый, как новые модели, но все еще способен на многое: звонки, общение в мессенджерах, съемка фото и видео, гейминг в простые игры.

Итог

Что такое ШИМ в телефоне — это метод регулировки яркости AMOLED-дисплеев. Он используется по той причине, что настройка по току вызывает эффект «мура». Если матрица достаточно качественная, производитель комбинирует регулировку по постоянному току (DC Dimming) и ШИМ.

Побочный эффект ШИМ — мерцание экрана. Некоторые его не замечают, но часть пользователей испытывает дискомфорт после работы с AMOLED-дисплеями.

Пульсации есть на любом AMOLED-экране. Например, ШИМ экрана монитора, телевизора, умных часов или планшета тоже может вызывать дискомфорт, если вы чувствительны к мерцанию.

Если вы подбираете смартфон в онлайн-магазине, то ориентируйтесь на обзоры с замерами ШИМ или любительские видео с проверкой мерцания с помощью камеры. А перед покупкой в торговом зале протестируйте устройство самостоятельно. Так вы поймете, подходит ли вам ШИМ экрана телефона.