PWM nedir? Dizüstü, akıllı telefon ve masaüstü ekranlarda PWM'nin sağlığa zararları

PWM, ekranlarda sıklıkla gözden kaçar ve sağlık açısından büyük önem taşır

Konu ekranlar olduğunda (laptop, monitör ya da akıllı telefon) düşük frekanslı Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM) oldukça önemlidir. Bu makalede PWM'nin ne olduğundan ve belirli PWM frekanslarının insanlar için neden zararlı olabileceğinden bahsedeceğiz. PWM çoğu zaman göz ardı edilen ve çok az kullanıcının farkında olduğu sağlığı tehdit edici bir ekran faktörüdür.

Giriş

Dizüstü, akıllı telefon veya masaüstü bilgisayar ekranlarında Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) tespit edildiğinde bu basitçe kötü bir şeydir. PWM her parlaklık seviyesinde olmayabilir. Ancak birçok üst seviye cihazda dahi %99 ve altı parlaklıkta ortaya çıkıyor. Üzerinde PWM bulunan bir ekrana sahip bir cihaz kullanırken kullanıcılar yaygın şekilde göz yorgunluğu ve baş ağrılarından şikayet eder. Peki PWM tam olarak nedir ve neden bazı insanlarda bu sorunlara neden olur?

Analog sinyal ve dijital sinyal

PWM nedir açıklamadan önce, sinyal türlerine dair temelleri bilmemiz gerek. İki temel sinyal türü var: Analog ve Dijital. Analog sinyal türleri ekran parlaklığı veya fan hızı gibi faktörleri belirlerken doğruluk sağlar ve %0 (kapalı) ile %100 (maksimum) arasında değişen yoğunluk derecelerine sahiptir. Dijital sinyal tiplerinin ise yoğunluk derecesi yok; sadece kapalı veya açık duruma sahipler. Bu da parlaklık kontrolü gibi işlevlerin imkansız olduğu anlamına geliyor, çünkü dijital dünyada arka ışık ya açık ya da kapalıdır.

Bununla birlikte dijital sinyal kontrolörleri, analog kontrollere göre daha ucuz, daha küçük, daha enerji tasarruflu ve uygulanması daha basittir. Bir yandan analogun işlevselliğini korumak (ve hatta aşmak) bir yandan da dijital sinyal denetleyicilerinin avantajlarından yararlanmak için PWM kullanılır.

PWM nedir?

PWM, düz Analog sinyalle elde edilen işlevselliği yakalamak için dijital sinyalin çok hızlı bir frekansla açılıp kapandığı durumlardır. Örneğin telefonunuzda ya da dizüstü bilgisayarınızda %70 ekran parlaklığı istiyorsanız, dijital sinyali zamanın %70'inde açık ve %30'unda kapalı tutmanız yeterlidir. Bu işlemin saniyede ne kadar yapıldığı Hertz (Hz) cinsinden ölçülüyor. Frekans ne kadar hızlı olursa, kapalı durumlar o kadar az fark edilir ve bir noktadan sonra etki bir analog sinyalle elde edilen sonuçtan ayırt edilemez.

PWM gerekli mi? Kısacası, evet. PWM sadece LCD ekran parlaklığında değil, günümüz elektronik cihazlarının çoğunda kullanılıyor. Servo motorlar ve fan hızı kontrolü (bilgisayar kasa fanlarının bazen PWM ile çalıştığını görebilirsiniz) PWM'nin iki yaygın uygulama alanı oluyor. Akıllı telefonlarda bulunanlar gibi yeni teknoloji olanlarsa çok küçüktür ve bir analog kontrol cihazı gibi çok az güç tüketmek üzere tasarlanmıştır.

Neden göz yorgunluğu, bulantı ve baş ağrısına neden olur?

Ekranlardaki düşük PWM frekansları kötüdür. Düşük PWM'li ekranda arka ışık gözle görülür derecede düşük frekansta yanıp sönerek kullanıcının göz bebeklerinin sürekli olarak daralıp büyümesine ve sonuç olarak kişinin göz yorgunluğu, bulantı ve baş ağrısı şikayetleri yaşamasına neden olur.

İnsan gözünün Titreşim Füzyon Eşiği (Flicker Fusion Threshold) nedeniyle yüksek frekanslar kullanıcılar için daha az zorlayıcıdır. Gözün bu işlevi, yüksek frekansta yanan bir ışığın sürekli yanıyormuş gibi görünmesine izin veriyor. Frekans yeterince düşük olduğunda ise yukarıdaki belirtiler ortaya çıkabilir ve kullanıcı için sorunlara neden olabilir.

LCD ekranlarda ekrandaki görüntü her zaman açık olduğundan ve yanıp sönen şey aslında arka ışık olduğundan, bu durum görüntü üzerinde parlaklık kontrolüne izin verir. Ne yazık ki çoğu ekran sağlıklı görüntüleme limitinden daha yüksek düzeyde parlaklık seviyesine sahip olduğundan çoğu kullanıcı güvenli görüntüleme için ekranlarında (%30-40 arasında) düşük parlaklık seviyelerini kullanmalıdır. Ancak parlaklık azaltıldıkça, daha yüksek PWM frekanslarına duyulan ihtiyacın arttığı da unutulmamalı çünkü “kapalı” süreler uzar ve bir görüntünün flicker / titreşim yapmayacak şekilde sabit gibi görünmesi için “açık” süreler arasındaki aralığın kısa olması gerekir.

Hz frekans değeri yükseldikçe herhangi bir titreme fark etme olasılığınız düşer. Örneğin, 360 Hz frekansında PWM'ye duyarlı çoğu kullanıcı flicker denilen titremeyi fark etmeyecektir ancak bazı kullanıcıların 500 Hz ve üzerindeki PWM'ye duyarlı olduğuna dair raporlar da var. Bu yüzden bazı ekranlar flicker-free veya no-flickering ibareleriyle geliyor.

PWM'den etkilenmenin kullanıcıya bağlı olduğunu belirtmek de önemli. Her insan farklı ve yüksek hassasiyete sahip ve bazıları nispeten yüksek uçlu, pahalı ekranlarda bile sorun yaşayabiliyor, ancak bir başkası en kötü ekranlardan bile rahatsız olmayabilir. Dial tarafından yapılan bir çalışma LED titreşiminin insan vücudu üzerindeki etkilerini ele aldı ve 100 Hz ila 400 Hz arasındaki PWM frekanslarının insanlar üzerinde olumsuz etkilere sahip olabileceğini gösterdi.

2500 Hz aralığında (insan gözüyle görülebilenin çok ötesinde) dahi PWM titremesinin tehlikeli etkilerinden olan strobe ve pearl effect yaşanabiliyor. Bununla birlikte herkes tarafından fark edilebilen bir nokta da var: 20 Hz değeri bir ekrandaki PWM'yi açıkça ortaya çıkarır.

PWM'nin çözümü nedir?

PWM'yi önlemenin en hızlı yolu ekranı tam parlaklıkta kullanmak olacaktır. PWM yalnızca %100'ün altındaki ve %0'ın üzerindeki dereceler arasında görüldüğünden %100 parlaklıkta düşük PWM frekansına sahip bir ekranın zararlarını deneyimlemezsiniz. Tam ekran parlaklığında ekranın daha karanlık görünmesini sağlamak için kontrast ve rengi, ekran kartı kontrol paneli (Nvidia Kontrol Paneli, AMD Catalyst Kontrol Merkezi veya Intel Grafik Kontrol Paneli) ile ayarlayabilirsiniz. Tam parlaklık seviyesinin getirdiği artan pil ömrü etkisi devam edecektir ve görüntü netliği kaybolabilir ancak sağlığınız korunmuş olur.

Diğer çözüm ise ekran üreticilerinin her aralıkta PWM frekansına dikkat etmeleri ve üretilen panellerin kullanıcılar için sorun yaratmamasını hedeflemeleridir. Yukarıdaki çalışmada da belirtildiği gibi 3000 Hz veya daha yüksek PWM LED frekansları kullanıcıların sorun yaşama şansını tamamen ortadan kaldırıyor.

Sonuç

PWM bugün tüm elektronik cihazlarda kullanılıyor ve modern bir cihazda PWM'den kaçmanın neredeyse hiçbir yolu yok. Kendi başına kötü bir teknoloji değildir, ancak ekranlardaki zayıf uygulamalar son kullanıcılar için ciddi sağlık sorunlarına neden oluyor. Ekran üreticileri bu değere daha fazla dikkat ettikçe, özellikle dizüstü bilgisayar ekranları gibi PWM tarafında genellikle masaüstü monitörler ve hatta telefon ekranlarından geri olan taraflarda daha başarılı ilerlemeler kaydedilebilir.