Что такое ШИМ

OLED- и AMOLED-дисплеи во многом превзошли ЖК. Но не все могут ими пользоваться из-за чувства песка в глазах и головной боли.

Это происходит из-за широтно-импульсной модуляции, которая создает мерцание. Проще говоря, экран включается и выключается сотни раз в секунду, чтобы изображение казалось темнее или светлее.

Такая подмена кадров происходит настолько быстро и часто, что человеческий глаз ее не замечает. Но иногда на технологии экономят: вставляют черный экран чаще или оставляют дольше, отчего у пользователей возникает дискомфорт.

Расскажу, что такое ШИМ, вредит ли частое мерцание глазам, как измерить частоту мерцаний и снизить ее на своем смартфоне или мониторе.

Широтно-импульсная модуляция, ШИМ, или pulse-width modulation, PWM, — это технология регулировки яркости в OLED- и AMOLED-экранах путем изменения напряжения на пикселях.

В традиционных ЖК- или LCD-дисплеях с IPS или VA-матрицами используются пиксели из жидких кристаллов. Они не умеют светиться сами по себе и требуют отдельной иллюминации светодиодами.

Диоды установлены за матрицей или по ее бокам, а излучаемый ими свет сначала попадает на светопроводящую подложку, затем проходит сквозь пиксели и уже тогда воспринимается нами как цветное изображение. Из-за этого у ЖК-экранов страдает контрастность. Черный цвет формируется за счет закрытия пикселей, которые даже в выключенном состоянии пропускают часть света. Яркость в ЖК-дисплеях регулируется технологией DC Dimming, которая не создает назойливого мерцания.

DC Dimming — способ плавно изменять яркость подсветки. Она зависит от напряжения, которое подается на светодиоды: при 12 В они светятся на максимуме мощности, а, например, при 6 В — только на 50%. Отсюда и название технологии: диоды затемняются за счет подачи меньшего напряжения. Компания BenQ впервые популяризовала второе название — Flicker Free, то есть «без мерцания». И это правда: мерцания в DC Dimming нет.

А современные OLED- и AMOLED-панели на базе органических светодиодов используют другую технологию. Эти дисплеи обладают сочной картинкой и бесконечным уровнем контрастности, поскольку могут включать и отключать подсветку попиксельно — индивидуально в каждой точке изображения. OLED-экранам для регулировки яркости нужен ШИМ: просто менять интенсивность свечения они не способны.

В отличие от DC Dimming, с помощью ШИМ интенсивность свечения диодов регулируется более точно, но разбивается на импульсы.

Например, при яркости экрана 100% на подсветку подаются полные 12 В. Если снизить уровень подсветки до 50%, напряжение не изменится, но будет подаваться порциями. В течение 5 мс на светодиоды подается 12 В, затем напряжение снижается до 0 В — тоже на 5 мс. Если посчитать среднее значение, то получится как раз половина — 6 В.

В моменты переключения напряжения с помощью ШИМ происходит следующее: сначала экран светится максимально, а затем выключается, демонстрируя полностью черный кадр, и так по кругу. Это происходит очень быстро — несколько сотен раз в секунду. Мы не замечаем этого, поскольку мозг «склеивает» происходящее и воспринимает как целостное изображение или анимацию.

В результате получается не попеременная смена кадров, а просто более темная картинка. Чем сильнее нужно снизить яркость, тем дольше и чаще на экране будет проскакивать черный кадр и тем заметнее будет мерцание — в этом и есть главная проблема ШИМ. Но замечают его не все — многое зависит от индивидуальных особенностей зрения человека.

Подмена кадров черными вставками — достаточно старая практика, которую использовали еще во времена немого кино. Тогда камеры умели делать не более 16 кадров в секунду, поэтому для получения удобоваримой плавности движений кинематографисты прибегали к хитрости: «разбавляли» ленту черными вставками. В итоге им удавалось искусственно поднять частоту до 48 кадров в секунду.

Но и этого мало для достижения плавности анимаций. Человеческий мозг и глаза перестают замечать смену кадров только при 60 Гц, а некоторые люди, например пилоты истребителей, различают кадры даже при частоте 240 Гц.

Мерцание — это пульсации тока и света. За их видимость отвечает частота и коэффициент пульсаций. Он показывает разницу в длительности импульсов, включения и отключения экрана.

Коэффициент пульсации в процентах указывает на то, как долго на экране демонстрируется яркий кадр относительно черного или наоборот. Например, если экран 10% времени работал с яркостью 1000 нит  , а остальное время был выключен, то коэффициент пульсаций составляет 500%. Это значит, что импульс света был в 10 раз короче паузы.

Некачественные источники света могут выдавать 20, 50 и даже более 100% пульсаций, а хорошие светодиоды пульсируют не более 1—2%. Минимально безопасным значением для человека считается показатель в 10% для чтения и 20% для технического освещения. Превышение этих значений может привести к появлению отчетливого мерцания.

Долго смотреть на дисплей с высоким коэффициентом пульсаций — не лучшая идея. Но, чтобы измерить его, придется использовать профессиональный прибор. Он дорогой и вряд ли пригодится обычному пользователю в других задачах. Поэтому можно ограничиться знанием частоты ШИМ — эту информацию всегда можно найти в обзорах и тестах смартфонов.

Лучше всех в этом, как ни странно, выступают смартфоны китайских брендов. У них дисплеи практически не мерцают, поскольку могут «разгоняться» до 4000 Гц и выше.

Samsung. Экономит на некоторых комплектующих, в числе которых и дисплеи, произведенные на собственном заводе. Достаточно долго производитель использовал в смартфонах матрицы с частотой около 240 Гц — например, такой был установлен в Galaxy S23 Ultra. И только с выходом Galaxy S24 Ultra это значение выросло до приемлемых 490 Гц.

Apple. В первых телефонах корпорации с OLED-матрицами частота ШИМ тоже не превышала 240 Гц, но начиная с iPhone 13 Pro «яблочные» дисплеи стали мерцать быстрее, разогнавшись до 480 Гц. Аналогичная частота используется и в самом новом iPhone 16 Pro.

Xiaomi. Экран флагманского Xiaomi 14 Pro имеет ШИМ с частотой 1920 Гц. Это матрица Huaxing C8, выполненная Xiaomi совместно с компанией TCL. У более дешевого Xiaomi 14 установлена панель попроще, ее частота — 480 Гц.

OnePlus. У другого «китайца» OnePlus 12 частота ШИМ тоже немаленькая — 2160 Гц. Этого хватит, чтобы исключить мерцание дисплея почти в любом режиме.

Honor. Рекордсмен по скорости мерцания — Honor Magic 6 Pro. У этого смартфона дисплей мерцает с частотой 4320 Гц. В два раза более дешевый Honor 200 может похвастать частотой ШИМ на уровне 1900 Гц. Это отличный результат, который точно не будет заметен глазу.

Люксметром. Это специальное устройство, которое измеряет освещенность в комнатах. Продвинутые вариации приборов замеряют пульсацию и могут показать коэффициент ШИМ в процентах. Прибор доступен в рознице, его часто используют в профессиональных обзорах, чтобы оценить качество мерцания экрана.

Подручными средствами. Проверить наличие и качество ШИМ можно и без специального оборудования — двумя способами.

Способ первый — с помощью камеры. Чтобы увидеть мерцание, переключите камеру в режим ручной настройки выдержки и установите самое быстрое значение, например 1/1000 секунды или быстрее. На Айфонах и флагманских андроид-смартфонах используйте режим замедленной съемки. Если экран «шимит», на дисплее будут видны темные полосы.

Второй способ — «карандашный тест». Подойдет, чтобы узнать, есть ли мерцание в настольной лампе и насколько оно сильное. Выключите весь свет, кроме лампы, которую хотите проверить, и направьте ее на стену.

Возьмите карандаш за кончик и поводите им в воздухе из стороны в сторону. Посмотрите на очертания карандаша. Если ШИМ есть, вы увидите эффект стробоскопа  .

Если карандаш не «разваливается» на кадры, то ШИМ, вероятно, отсутствует или не имеет выраженного эффекта — например, реализована качественно и вместе с технологиями снижения мерцания.

Если на лампе регулируется яркость, можно проверить мерцание при разных уровнях. Качественный источник света не должен мерцать даже на самой низкой яркости.

Если этой информации мало, можно измерить частоту ШИМ. Для этого понадобится все тот же карандаш, а еще смартфон или фотоаппарат с возможностью съемки в ручном режиме. Установите ISO на уровне 800, а выдержку зафиксируйте на значении 1/10. Затем включите лампочку и поместите ее в кадр. Быстро проведите карандашом в кадре и сделайте в этот момент снимок.

В итоге должна получиться фотография с размытым карандашом или с силуэтом карандаша, который поделился на кадры. В первом случае ШИМ, скорее всего, отсутствует или минимальна. Во втором — ярко выражена.

Чтобы узнать количество мерцаний в секунду, посчитайте, на сколько силуэтов разделился карандаш, и умножьте на 10. В примере выше силуэтов восемь — значит, частота мерцания около 80 Гц. Если верить ГОСТ Р 54945-2012, минимальная частота пульсаций для использования в технике и электронике должна быть не ниже 300 Гц. У нас получилось 80 Гц — очень мало для домашнего освещения, особенно для лампы на рабочем месте. В таком случае стоит задуматься о покупке более качественного источника света.

На первый взгляд непонятно, зачем вообще пользоваться ШИМ, если уже изобретено DC Dimming.

Дело в том, что органические пиксели в OLED — нестабильные структуры, качество которых никогда не может быть одинаковым. Например, у каждого пикселя может отличаться чувствительность — то, как он реагирует на изменение напряжения. Если при яркости 100% все точки светят более-менее одинаково и разница между ними не воспринимается глазом, то при снижении тока все недостатки становятся заметны, в том числе то, как каждый пиксель светится при определенном значении напряжения.

Обычно яркость дисплея регулируется ползунком в настройках — чаще всего в процентах от 1 до 100. Примерно до 50% яркости современные OLED-экраны могут регулировать с помощью DC Dimming вообще без ухудшения качества и других негативных эффектов. Но чем сильнее мы будем снижать напряжение, тем отчетливее на дисплее будут проявляться негативные эффекты. Самая частая проблема в таком случае — эффект Мура.

Эффект Мура выглядит как неоднородность оттенков, зернистость, когда экран напоминает наждачную бумагу. Это не дефект конкретной матрицы, хотя количество таких артефактов или визуального мусора может варьироваться от экземпляра к экземпляру.

Чтобы минимизировать этот эффект, производители используют гибридный способ регулировки яркости — где-то до 50% яркости работает DC Dimming, а после подключается ШИМ. Так удается сократить мерцание до минимума почти на всех уровнях и оставить его только на самых минимальных значениях подсветки. Такой подход реализован во всех современных Айфонах и флагманских андроид-смартфонах.

Еще один минус DC Dimming — ограниченный диапазон регулировок. Органические пиксели не всегда могут работать при низком напряжении, так что сократить подсветку до 10% и меньше с помощью снижения тока может быть невозможно физически. Зато с помощью ШИМ яркость можно установить хоть на уровне 1%.

Скорее всего, ШИМ для вас будет незаметна, даже если дисплей некачественный — большинство людей замечают мерцание, только если оно становится совсем уж частым — меньше 100 Гц.

Специалисты Европейской комиссии по вопросам здоровья изучили влияние ШИМ на человека и не нашли доказательств, что она может причинить вред. В отчете лишь отмечают, что есть процент людей, которые чувствительны к мерцанию и могут испытывать от этого головные боли и недомогание.

Если вы в числе тех, кто замечает мерцание и ощущает из-за него дискомфорт, мучить себя OLED-дисплеем не стоит. Есть два выхода: купить смартфон или монитор с IPS-матрицей или попытаться минимизировать недостатки ШИМ с помощью хитростей — о них расскажу дальше.

Полностью исключить ШИМ в смартфонах с OLED-дисплеями нельзя, но можно минимизировать негативный эффект технологии. Для этого достаточно соблюдать несколько рекомендаций.

Отключите автояркость. Используйте автоматическую настройку яркости в дневное время, а вечером или в темноте полагайтесь на ручные настройки. Это поможет избежать слишком сильного затемнения экрана и появления мерцания.

Избегайте темноты. Старайтесь не использовать устройство в полной темноте — включайте ночник или неяркую лампу. Это снизит нагрузку на глаза и немного сгладит дискомфорт от ШИМ.

Не используйте темную тему. Серые тона увеличивают ШИМ. Для снижения мерцания лучше оставить классическую светлую тему.

Активируйте DC Dimming. В android-смартфонах, которые поддерживают эту технологию, есть специальный тумблер — он отвечает за снижение ШИМ. Обычно он находится в настройках дисплея, рядом с ползунком яркости. На Айфоне так делать не нужно: DC Dimming в них включен по умолчанию и остается активным до тех пор, пока яркость не упадет ниже 50%.

Включите «Понижение точки белого» — для Айфонов. Стандартные настройки смартфонов Apple позволяют снизить минимальный порог яркости, при котором не проявляется мерцание. Для этого нужно активировать настройку «Понижение точки белого» по пути: «Настройки» → «Основные» → «Универсальный доступ» → «Адаптация дисплея». Ползунком можно отрегулировать интенсивность снижения яркости. При этом в «Центре управления» необходимо установить яркость на уровне 50%, где отсутствуют видимые мерцания.

Установите программу для снижения ШИМ — для андроид-смартфонов. Аналогичным способом можно снизить мерцание и на смартфонах с операционной системой от Google, например с помощью Screen Dimmer. Установите яркость на 100%, а в приложении укажите интенсивность затемнения: оно наложит на весь экран фильтр, который снизит яркость без существенного влияния на работу ШИМ.

1. OLED — это технология, на базе которой изготавливаются дисплеи. В отличие от обычных матриц, OLED-панели состоят из органических пикселей, которые могут светиться самостоятельно и отдельно друг от друга. Дополнительная подсветка такому дисплею не нужна.
2. Широтно-импульсная модуляция, ШИМ, используется в OLED-дисплеях для регулировки яркости. Работает с помощью пульсаций тока — резкими скачками напряжения от 0 до 100%.
3. Частота пульсаций тока указывает на то, сколько раз в секунду он падает до нуля и возвращается к исходному значению. Чем чаще это происходит, тем меньше заметны мерцания на дисплее.
4. Коэффициент пульсаций указывает на то, как долго на экране демонстрируется яркий кадр относительно черного или наоборот. Нормальным считается показатель не более 10%.
5. DC Dimming — альтернативный способ регулировки подсветки. Вместо пульсаций используется аналоговое управление — яркость регулируется путем линейного изменения напряжения. Мерцания в таком случае не будет, но могут появиться визуальные артефакты, например зернистость изображения.
6. Связь ШИМ и офтальмологических заболеваний пока не доказана, но слишком сильное мерцание может вызывать головные боли, сухость в глазах и усталость глазодвигательных мышц.