Teknikstund: Ljusstyrka på skärmar

Bemästrar du ljusstyrkan på din skärm får du en behagligare bild, undviker problem med kantblödningar och annat ondskefullt. SweClockers teknikstund handlar om det allra mest grundläggande som rör en skärm: Hur starkt den lyser.

Fysiken: nit, candela och kontrast

Lösningen på det här problemet är därför busenkelt. Sänk ljusstyrkan på skärmen så att den passar rummet. Svårare än så är det sällan. I alla fall i teorin.

En vanlig motreaktion är att man anser att bilden blir för mörk och ”tråkig” när man lyder uppmaningen att sänka ljusstyrkan på skärmen. Denna första och direkta reaktion beror på hur ögat och hjärnan fungerar när vi upplever en förändring. För att komma till rätta med allt detta måste man greppa hur det hänger ihop. Såväl det fysikaliska sammanhanget som hur vi formar upplevelser. Först det allra mest grundläggande. Fysikalisk ljusstyrka och kontrastförhållande.

teknikstund_ljusstyrka_probe.png

För att veta exakt hur starkt skärmen lyser behöver du mäta själv. Eller läsa tester som går igenom vad inställningarna faktiskt ger för ljus.

Ljuset i en LCD-skärm kommer från bakgrundsbelysningen. Styrkan regleras med reglaget som heter ”Ljusstyrka” eller ”Brightness” (med varning för TV-apparater). Fysikaliska måttet är SI-enheten candela, här i form av luminans, energin som utstrålas från en yta, vilket blir candela per kvadratmeter, cd/m2. Men man använder också begreppet ”nit” eftersom det är både lättare att skriva och snabbare att uttala. Candela har som ursprung hur mycket ljus ett stearinljus utstrålar.

1 nit är samma sak som 1 cd/m2

Ljuset i svart i förhållande till ljuset i vitt

Kontrastförhållande är skillnaden mellan det svarta och vita i fråga om ljusstyrka, antal nits i svart respektive vitt. En LCD fungerar, simpelt förklarat, likt en persienn som kan blockera majoriteten av ljuset från bakgrundsbelysningen. En mängd ljus läcker dock alltid igenom.

LCD-paneler har därför ett statiskt kontrastförhållande med en övre gräns för hur mycket ljus de kan blockera. Ju mer blockering, desto mindre ljus i vad vi uppfattar som svart, alltså svartare svart. Detta varierar sedan med betraktningvinkeln men för sakens skull håller vi oss till kontrastförhållande när du betraktar skärmen rakt på.

Displayteknik

Typiskt kontrastförhållande

LCD-TN

700:1 – 1 100:1

LCD-IPS/PLS/AHVA

700:1 – 1 500:1

LCD-VA

2 000:1 – 5 000+:1

OLED

≈100 000:1 – ∞

Plasma (bra)

2 000:1 – 10 000+:1

Ska vi hålla oss till någon form av tumregel har stationära datorskärmar med TN- och IPS-teknik kring 1000:1 i kontrastförhållande. Det är också lätt att räkna på.

teknikstund_ljusstyrka_kontrastfh.jpg

Det betyder konkret att ljuset i svart är tusen gånger svagare än ljuset vitt. Lyser vitt med 100 nits lyser det svarta med 0,1 nits. Lyser vitt med 400 nits, lyser det svarta med 0,4 nits. På en typisk 1000:1-LCD vill säga. En bra VA-panel kanske kan blockera fem gånger så mycket mer ljus och då kommer det att upplevas som bättre på att återge svart som just svart. Så länge du jämför skärmarna på samma ljusstyrka vill säga. Och tittar rakt fram mot skärmen eftersom olika LCD-panelteknik får olika egenskaper baserat på vinkeln.

På en TV är Ljusstyrka kanske inte ljusstyrka

Ifall du sitter med en TV eller projektor är det vanligaste att reglaget ”Ljusstyrka” eller ”Brightness” inte alls ett reglage för bakgrundsbelysningen. Istället sätter reglaget nivån för var du ankrar referensen för svart i bilden. ”Brightness” är på en TV ett reglage för att återge rätt mängd skuggnyanser, ett svartnivåreglage. I en TV heter reglaget som påverkar ljusstyrkan ofta något i stil med ”Bakgrundsbelysning”.

teknikstund_ljusstyrka_TV-meny.jpg

På en TV är det som tumregel inte ”Brightness” eller ”Ljusstyrka” som påverkar den faktiska ljusstyrkan. Ibland är det klurigt att veta vilket reglage som gör vad.

Men det finns också undantag, till exempel kallar nyare Sony-TV-modeller reglaget som reglerar ljusstyrkan på lysdioderna för ”Ljusstyrka” och reglaget för att ankra svartnivå kallas ”Svartnivå”. Philips TV-modeller kallar reglaget som påverkar bakgrundsbelsyningen för ”Kontrast” vilket är en annan förvirring då detta inte beter sig som kontrastreglage på andra TV-apparater eller datorskärmar.

Elektro-optisk förklaring till skräckbilderna

Tänk att skärmen som förekommer på en skräckbild har 1 000:1 i kontrastförhållande och lyser med 300 nits när den fotas. Fysikalisk ljusstyrka i svart på skärmen är därför 0,3 nits, en väldigt hög nivå ifall man sitter i ett kolsvart rum och tittar på en helsvart testbild.

En 8 bitars bild har 256 nivåer av ljus där 0 är svart och 255 är vitt. Bildens EOTF, electro-optical transfer funktion, tonkurva eller ”gamma” bygger på en defacto-standard i form av en potensfunktion med exponenten 2,2. Det finns ett icke-linjärt förhållande (röd linje) mellan digital insignal och fysikaliskt ljusutbyte i nits. 50 procent insignal är lägre än 50 procent av den högsta ljusstyrkan vid 100 procent vitt. Något som handlar om arvet från bildrörstekniken och det faktum att vår syn och uppfattning av ljus är allt annat än linjär.

teknikstund_ljusstyrka_gamma_text.jpg

Punkt A är den faktiska nivån av svart som skärmen ger. Fast ”skräckbilderna” har merparten av sin information i område B för att problemen ska kunna fångas på bild. Därför blir allting kraftigt förstärkt, så mycket som 100 ggr tydligare när de syns på en annan skärm.

Testbilden på exempelskärmen som är svart, digital nivå 0, ger alltså 0,3 nits (Punkt A). Men bilderna kanske håller en nivå av det ”svarta” som ligger på digitala nivåer över 50 (inom område B). Vilket de måste för att det ska synas tydligt på en annan skärm. Skulle din skärm där du betraktar skräckbilderna ha 300 nits ljusstyrka och följa en 2,2-gamma kommer bilden av det ”svarta” alltså att vara 50^2,2 genom 255^2.2 eller cirka 2,8 procent av din skärms maximala ljusstyrka, alltså runt 8 nits i detta exempel.

Alltså används 8 nits av ljus för att visa exempel på problem som i verkligheten lyser med 0,3 nits. Bilden du ser på din skärm lyser alltså åtminstone 27 gånger ljusstarkare än vad den avfotade skärmen faktiskt är. Naturligtvis ser det hemskt ut när vad som är skuggnyanser av allra mörkaste grått transponeras till tydliga mellantoner.

Och detta är ett konservativt räkneexempel. Många skräckbilder har digitala nivåer i det ”svarta” som är närmare 70-100. Då talar vi om intryck av ”svart” som är hundra gånger ljusstarkare än den faktiska verkligheten.

Kommentarer till artikeln

88 debattinlägg

Skicka en rättelse
I samarbete med Arlo
23

Kom igång med övervakning av hemmet – smarta övervakningskameror

Stölder, inbrott och busiga barn. Medlemmen Yoshman går igenom grunderna inom smarta övervakningssystem och vad som är möjligt för den som vill hålla ett extra öga på hemmet. Läs mer

21

Origin Big O är vattenkylt system med kraftfull dator och spelkonsoler under skalet

Under huven för Origin Big O syns spelkonsolerna Playstation 4 Pro, Switch och Xbox One X. I samma chassi finns också en speldator utrustad med Intel Core i9-9900K och Nvidia Titan RTX. Läs mer

39

Priset för DRAM-kretsar har stigit med över 20 procent i juli 2019

Strömavbrott och geopolitiska konflikter uppges ligga bakom kraftigt ökande prisnivåer för DRAM-kretsar, som bland annat används i smarta telefoner och DDR4-minnen. Läs mer

196

Undersökning: Hjälp oss bygga SweClockers 20-årsjubileum!

Vi är igång! SweClockers 20-årsjubileum står för dörren och med fyra månader kvar behöver vi din hjälp. Vad vill du se att vi fyller eventet med? Hjälp oss bygga årets fest! Läs mer

43

Asus presenterar ROG Phone II – spelinriktad telefon med 120 Hz-skärm

Under huven för Asus kommande mobiltelefon sitter Qualcomms spelanpassade och överklockade systemkrets Snapdragon 855 Plus, som får sällskap av 12 GB primärminne och påkostad skärm. Läs mer

69

Vad tycker du ska automatiseras i ett smart hem?

Intresset för hemautomation har ökat världen över och inte minst bland SweClockers medlemmar. Vilka saker tycker du är vettiga att automatisera? Dela med dig i forumet! Läs mer

33

Nvidia Geforce RTX 2080 Super hittar ut i prestandatest för Final Fantasy XV

Den 23 juli ska Nvidias Geforce RTX Super-serie kompletteras med RTX 2080 Super. Nu skymtas modellen i ett prestandatest, där en prestandaökning på drygt 8 procent visas. Läs mer

47

Qualcomm döms att betala 2,5 miljarder kronor för konkurrensbrott i EU

Rättsapparaten i EU går varm, där miljardböter på miljardböter delas ut till företag. Senast ut är Qualcomm, som döms för att ha sålt 3G-kretsar till förlust för att slå ut konkurrenter. Läs mer

36

Google: "Stadia Pro är inte spelvärldens Netflix – mer likt Playstation Plus"

Google förtydligar vad som ingår och inte ingår i prenumerationstjänsten Stadia Pro. Det blir inget stort spelbibliotek i stil med Netflix, utan istället ges omkring ett spel ut varje månad. Läs mer

73

Använder du kylning till din M.2-enhet, eller går det bra utan?

Många nya SSD-enheter utrustas med högpresterande minneskontroller, och sätts sedan i mer eller mindre okylda M.2-platser. Hur har du löst eventuella värmeproblem som kan uppstå, eller är det inget att oroa sig över? Läs mer

94

AMD: "Ursprungspriserna på Radeon 5700-serien var en fälla för Nvidia"

I en intervju avslöjar Radeon-chefen Scott Herkelman att AMD satte påhittade priser på Radeon RX 5700-serien innan lanseringen för att lura Nvidia att sätta för höga priser. Läs mer

14

TSMC tidigarelägger produktionsstarten för 5 nanometer

Med både Intel och Samsung hack i häl accelererar nu TSMC sina planer för utrullningen av tillverkning på 5 nanometer. Massproduktion inleds redan första halvan 2020. Läs mer