Teknikstund: Ljusstyrka på skärmar

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.

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.

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.

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.

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”.

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.

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.