Мы продолжаем рассуждать о параметрах ЖК-экранов, и на этот раз речь пойдет о времени отклика (Response time), под которым подразумевается скорость реакции экрана на изменение изображения. Несмотря на достаточно серьезные физические ограничения жидких кристаллов, производителям матриц удалось, правдами и неправдами, улучшить этот показатель до очень приличного уровня. Уже никем не подвергается сомнению пригодность современных мониторов среднего ценового уровня, не говоря уже о специальных “геймерских” моделях, для динамичных 3D-игр, где замедленный отклик проявляется ярче всего.

Замедленный отклик ЖК-экранов

В эру мониторов на электронно-лучевой трубке о таком показателе, как время отклика, никто не задумывался. Объяснение этому довольно простое: ЭЛТ-экран просто физически не может реагировать замедленно на смену изображения.
Вспомним, как работает электронно-лучевая трубка. Электронный пучок пробегает пиксель за пикселем по всей поверхности сверху вниз; дойдя до последнего пикселя, он отключается, а потом возвращается в начало. Зерно люминофора в точке попадания пучка вспыхивает на мгновение, а потом начинает гаснуть. Скорость угасания намного выше скорости “рисования изображения” – фактически по экрану пробегает яркая полоса. Почему же мы иллюзию полного экрана? Потому что нам помогает наше зрение.

Получается, что электронно-лучевой экран сам по себе очищается, стирая предыдущее изображение. Новый кадр начинает рисоваться с чистого листа.
С ЖК-экранами всё иначе. В них применяется активная транзисторная матрица, которая не дает жидким кристаллам “расслабиться” и развернуться в исходное положение. Только когда приходит новый кадр, на пиксели с изменившимся содержанием подается измененное напряжение, и они начинают поворачиваться на другой угол. Таким образом, пиксели ЖК-экрана сначала набирают требуемую яркость, а потом удерживают ее в течение всего кадра (картинка b), в то время как пиксели ЭЛТ-экрана мгновенно вспыхивают, а потом сами по себе гаснут (картинка a).

 

Таким образом, замедленная реакция пикселей происходит по двум причинам:
1.    Наше зрение инертно и не может мгновенно реагировать на изменение яркости. Быстро меняющаяся картинка на ЖК-экране будет казаться нам более размытой, чем на экране ЭЛТ-монитора (или другого экрана с угасанием яркости пикселей).
2.    Жидкие кристаллы физически должны изменить ориентацию, и это происходит намного медленнее, чем зажигание и угасание люминофора. В старых мониторах это время могло приближаться к длительности самого кадра.
Замедленная реакция ЖК-экрана, то есть большое время отклика, проявляется при просмотре быстро меняющегося изображения – видео либо компьютерной анимации (в том числе в 3D-играх). Оно проявляется в сильном “замыливании” движения (Motion blur), но не естественном, когда быстрее движущиеся предметы замыливаются сильнее, а в полном замыливании всего кадра. За контрастными объектами появляются длинные шлейфы (Ghosting), и чем выше контраст объекта и его фона, тем шлейфы ярче. Это реально раздражает.

Измерение времени отклика

Для сравнения различных ЖК-матриц между собой применяют две методики измерения времени отклика:

1. Полное время отклика, или Black-to-White (BTW): измеряется как сумма двух показателей – времени переключения пикселя от черного к белому и от белого к черному (они, как правило, заметно различаются).

На рисунке выше приведены два разных графика, так как для TN матрицы исходным состоянием является прозрачный пиксель (белый), а для IPS – непрозрачный (черный).

Следует заметить, что скорость движения жидких кристаллов зависит от разницы приложенного напряжения. Чем дальше они были от требуемого положения в предыдущем кадре, тем быстрее они начинают поворачиваться. Поэтому время перехода от низкого напряжения к высокому и наоборот может оказаться меньшим, чем время переключения между промежуточными состояниями, особенно в состояниях с низким напряжением.
2. Среднее время отклика, или Gray-to-Gray (GtG): усредненное время переключения между всеми возможными комбинациями яркости пикселей. Этот показатель, по идее, должен быть более полезным, так как он описывает не довольно редкие случаи полной смены яркости пикселей, но более реальные ситуации с полутонами. Но к сожалению, реальной ситуации он все равно не отражает, так как “замыленность” картинки определяется тем, насколько медленно переключаются пиксели в худшем варианте смены яркости; а то, что в других диапазонах они переключаются намного быстрее, никак не спасает ситуацию.

Способы улучшения времени отклика

За время эволюции ЖК-экранов было найдено немало способов улучшения времени переключения пикселей. Перечислим те из них, о которых стало известно широкой публике.
1. Компенсация времени отклика (Response time compensation), или “разгон” (overdrive). Наиболее радикальный способ повлиять на саму природу замедленной реакции – скорость движения жидких кристаллов при низком уровне напряжения. Суть метода в том, чтобы всегда подавать на пиксели максимальное напряжение, заставляя их двигаться, как при переключении с черного на белый или наоборот.
Сначала на пиксель подается максимальное напряжение (высокое или низкое, в зависимости от требуемого направления изменения). Когда достигнут требуемый уровень яркости, напряжение меняется на целевое, или даже подается в обратном направлении, чтобы “затормозить”. В результате удается существенно (иногда в разы) ускорить время реакции.

На рисунке синей сплошной линией показан график изменения яркости пикселя при подаче обычного напряжения, соответствующего требуемой яркости. Синей штриховой линией – график для более высокого напряжения, имеющий более выгодную крутизну. Если бы такое напряжение сохранилось (зеленая штриховая линия), пиксель бы стал ярче требуемого, поэтому напряжение через некоторое время понижается (зеленая пунктирная линия).
При данном способе возможно появление негативного эффекта, так называемого инверсного следа (Inverse ghosting), когда за движущимися объектами остается более контрастный (обычно белый) след. Впрочем, в современных экранах настройка overdrive выполняется достаточно для всех диапазонов яркостей, и инверсный след не появляется.

2. Стробоскопическая подсветка (Strobe backlight), которая включается и выключается синхронно с обновлением кадров, как правило, в конце кадра, когда яркости всех пикселей уже вышли на требуемое значение. Этот механизм, известный под фирменными названиями LightBoost, NVIDIA ULMB (Ultra Low Motion Blur), ASUS ELMB, BENQ DyAc и другими, борется с первой причиной малой скорости отклика – постоянным свечением пикселей. Подсветка экрана включается только на короткий промежуток времени, достаточный для формирования иллюзии освещенного экрана, и не горит в остальное время.

Если матрица работает на частоте 60 Гц, мы возвращаемся к основной проблеме ЭЛТ-мониторов – заметному мерцанию. Поэтому стробоскопическая подсветка имеет смысл только при соблюдении следующих условий:
1.    Монитор с очень высокой частотой кадров, от 144 Гц и выше.
2.    Изображение с такой же высокой частотой кадров (обычно это 3D-анимация).
3.    “Быстрая” матрица, успевающая изменить яркость всех пикселей за “темный” период.
4.    Быстрое обновление сигнала на матрице по вертикали.
В этом случае картинка на экране разительно отличается от привычной нам “статичной”, с частотой 60 Гц и постоянной подсветкой, а мерцание подсветки заметно тем меньше, чем выше частота обновления экрана.

Выводы

Технология компенсации времени отклика удачно дополнила усовершенствованные ЖК-матрицы, и сегодня большинство мониторов обеспечивают высокую скорость отклика, не дающую заметного “замыливания” картинки практически во всех случаях. Есть сложности разве что с матрицами типа VA, у которых нестандартная структура пикселя не дает получить таких же результатов, как у других матриц, но и они уже нагоняют.
Для тех же, кто хочет получить еще большую отзывчивость экрана и плавность картинки, и уже потратился на видеокарту, выдающую огромное количество кадров в секунду, производители мониторов предлагают модели с повышенным скоростью обновления и мерцающей подсветкой, и с каждым поколением они будут все лучше и лучше – пока не уступят место OLED.