Що таке ШІМ в смартфоні: які моделі смартфонів найбезпечніші для людського ока
З розвитком техніки ШІМ (англ. PWM) в наш час отримує особливе місце. Зрозумілою мовою розповідаємо про те, що являє собою цей процес.
ШІМ (Широтно-імпульсна модуляція) в англомовній літературі позначається як PWM (Pulse-width modulation). Основне завдання даного процесу полягає в тому, щоб підвищувати ККД джерела живлення до максимально можливого значення і мінімізувати втрату енергії.
Для того, щоб відповісти на питання «що таке ШІМ в смартфоні», потрібно трохи ознайомитися з принципом роботи дисплея і регуляторів.
Трохи теорії
Уявімо собі невелику схему з 3 елементів: джерела живлення, регулятора (наприклад, який-небудь лінійний резистор) і навантаження. Завдання першого елемента полягає в тому, щоб подавати потужність на навантаження. Регулятор же необхідний для плавної зміни цієї потужності і передачі її навантаження тільки в тій кількості, в якій це потрібно (щоб не витрачати всі ресурси).
Для регулювання яскравості дисплея ми повинні від джерела живлення подавати відповідну напругу на навантаження. Але вся справа в тому, що використовуючи звичайні лінійні регулятори, велика частина цієї енергії просто розсіюється у вигляді тепла і не доходить до кінцевого пункту.
Інженери задалися питанням, як можна знизити ці втрати і збільшити ККД всієї цієї схеми, щоб не втрачати велику кількість потужності на регуляторі (резисторі), для якого коефіцієнт корисної дії становить лише 20-30%.
Як вирішення цієї проблеми стали використовувати не лінійні, а імпульсні регулятори. При їх використанні напруга на дисплей подається не постійна, а імпульсна. Кожен цикл пульсації має власний період і частоту, яка вимірюється в Герцах.
Розглянемо процес на графіку. Простими словами, «гірки» – це і є пульсації. Це ті проміжки часу (виділені червоним), в які регулятор подає напругу на навантаження. Зелені лінії позначають місця, в яких напруга не подається і, фактично, в ці моменти дисплей відключається. За рахунок такого чергування при роботі імпульсного регулятора вдається досягти ККД в районі 90-95%.
Якщо простий лінійний регулятор економить енергію завжди, просто розсіюючи її в якості тепла, то імпульсний користується хитрістю людського ока, при якій ми не помічаємо мерехтіння з частотою понад 60 Гц. Завдяки цьому він економить ресурси, постійно включаючи / відключаючи живлення дисплея з частотами 150-400 + Гц.
Що потрібно про це знати
Вище ми ознайомилися з принципом роботи ШІМ. Для повноти картини варто додати, що робочий цикл на графіку відповідає рівню яскравості дисплея. Наприклад, 100% яскравості – 100% робочого циклу. Звідси випливає, що чим більше тривалість однієї пульсації, тим менше їх доводиться на певний проміжок часу.
Наприклад, ви дивитеся на екран 10 секунд, ні на що не відволікаючись. Порахуємо, що на пристрої встановлено дисплей з рівнем мерехтіння 400 Гц (значить період 1 імпульсу дорівнює 0,0025 сек.) і встановлена яскравість 50%. Як ми вже з’ясували, відсоток яскравості = відсотку робочого циклу, значить за весь час, що ви дивитеся на дисплей, рівно 5 секунд на нього взагалі не буде подаватися живлення.
Але з огляду на особливості нашого зору і частоту в 400 Гц, яка невловима для людського ока, для спостереження картинки протягом усіх 10 секунд нам вистачить 4000 імпульсів тривалістю 0,00125 секунд (так як яскравість ми встановили в 50%, що в 2 рази менше максимальної , то і «ширина», а саме період, також зменшився в 2 рази), які рівномірно розбиваються на протязі всього часу.
Така цікава особливість роботи спостерігається в OLED дисплеях і її похідних: AMOLED (в тому числі Dynamic, Super і ін.), POLED. Варто згадати, що і в IPS-дисплеях застосовується така технологія, але у випадку з такими матрицями про ефект ШІМа говорити не доводиться, тому що частоти мерехтіння там надзвичайно високі (близько 4000 Гц), що непомітно для нас в будь-яких умовах.
Кращі смартфони без мерехтіння
Саме час поговорити про найбільш безпечні смартфони, мерехтіння екрану на яких найменш помітно для людського ока. Як ми знаємо, наше зір не здатний вловлювати зміну кадрів зі швидкістю більше 60 Гц. Тобто пульсацію при 70, 80, 90 і більше герцах ми вже не помічаємо. Але для мозку межа відсувається трохи вище і становить приблизно 300 Гц.
І якщо очі, наприклад, вже на 65 Гц не відрізнятимуться імпульси і зміну кадрів, то мозок все ще буде фіксувати це. Тому якщо ви хочете убезпечити себе від ефекту ШІМ на смартфонах з AMOLED, OLED, POLED матрицями, краще пошукати інформацію про рівень мерехтіння. Небажано, якщо цей показник знаходиться на позначці нижче 300 Гц.
Примітно, що навіть на пристроях середнього класу або зовсім на дорогих флагманах виробники нерідко економлять в цьому плані. Наприклад, рівень мерехтіння на OnePlus 9 Pro становить лише 192 Гц, тоді як на відносно бюджетному OnePlus Nord цей показник знаходиться в районі 367-368 Гц. Будьте уважні, якщо ви по-справжньому турбуєтеся за свій зір.
Найбезпечнішими в цьому плані смартфонами на даний момент є:
- Xiaomi: Black Shark 3 Pro, Redmi Note 10 Pro, Mi 11, Mi 10 Ultra, Mi 10 Pro, Mi 10.
- Huawei: P40 Pro Plus, P40 Pro.
- Oppo: Find X2 Pro, Find X2 Neo, Find X3 Pro, Find X3 Neo, Find X3 Lite, Reno4 Pro, Reno3 Pro (+ версія з 5G ).
- OnePlus: 8T, 8, Nord, 7T.
Як позбутися від мерехтіння
Є кілька порад, якими ви можете скористатися, якщо відчуваєте дискомфорт від мерехтіння дисплея під час використання свого пристрою.
Найпростіша і банальна порада – заміна девайсу. Придбайте смартфон з IPS-матрицею або, якщо вам важлива наявність OLED / AMOLED / POLED, придивіться до тих, що ми виділили вище. Це відносно безпечні гаджети, рівень мерехтіння на яких перевищує позначки в 300, а то і в 400 Гц, що невловиме навіть людським мозком.
Також пам’ятайте, що негативний ефект буде збільшуватися пропорційно зменшенню яскравості екрану. Крім того, можна скористатися кількома корисними додатками, що накладають особливий фільтр і автоматично керують цим параметром.
OLED Saver
Дуже простий і легкий додаток, який практично не займає місце в пам’яті (інсталяційний файл «важить» менше 0.4 Мб), але може допомогти вам мінімізувати неприємний ефект OLED / AMOLED / POLED матриць.
Крок 1. Перейдіть в офіційний магазин Google Play і завантажте програму OLED Saver на свій пристрій. Запустіть її.
Крок 2. На головному екрані натисніть кнопку «Watch the wizard». Далі відразу з’явиться невелика інструкція з ілюстраціями, яка підкаже вам, як активувати потрібні для роботи програми пункти в налаштуваннях.
Крок 3. Увімкніть сервіс, натиснувши на «Enable Service» і встановіть параметри яскравості та інші можливості програми, після чого натисніть клавішу «Next».
Крок 4. Надайте дозвіл на змінення установок системи (потрібно, наприклад, для зміни яскравості) і натисніть «Next» .
Крок 5. Знову включаємо потрібну опцію, вибираючи «Use service» і продовжуємо, натискаючи на «Next» на всіх інших етапах.
Lux Lite
Ще одна корисна програма – Lux Auto Brightness. За весь функціонал доведеться заплатити, але в магазині є і безкоштовна версія «Lux Lite». На жаль, для роботи необхідна наявність прав суперкористувача, тому не всі зможуть випробувати можливості утиліти.
Як і у випадку з OLED Saver, викачуємо програму, запускаємо і просто слідуємо інструкції на екрані, надаючи необхідні дозволи. Єдиним мінусом може виявитися, хіба що, погана сумісність з найактуальнішими версіями Android (вже з 9.0 Pie можуть бути проблеми).
Що таке DC Dimming
Є ще один спосіб, який допоможе усунути ефект ШІМа. Це функція DC Dimming, яка активно використовується деякими виробниками і впроваджується в безліч мобільних пристроїв. В основному її можна знайти в телефонах Samsung, OnePlus, Xiaomi, Huawei з актуальною версією Android.
Мабуть, це найефективніший метод придушення мерехтіння, який в рази перевершує будь-які додатки. Для включення опції DC Dimming немає певного алгоритму, доведеться самостійно покопатися в налаштуваннях пристрою.
На деяких системах вона може називатися «Придушення мерехтіння» або «Режим захисту від мерехтіння» (Xiaomi, OPPO ) і буде перебувати в налаштуваннях дисплея. На інших смартфонах, можливо, доведеться пошукати в інших вкладках. Наприклад, DC Dimming на деяких прошивках OnePlus знаходиться в розділі «Лабораторія OnePlus».
Приклад використання технології (зліва вимкнена, праворуч включена):
