Teknikstund: PPI och dot pitch – strukturerna som avgör hur skärmen upplevs

Är en 27-tums 1 920 × 1 080-skärm alldeles för pixlig att använda? Svaret är kanske. Teoretiska mått som PPI och dot pitch fungerar som ett finger i vinden men inte mer.

Ett vanligt sätt att mäta ifall en skärm är ”pixlig” eller inte är att jämföra upplösningen och storleken på pixlarna. De två vanligaste sätten att jämföra en skärms upplösning är hur många pixlar som får plats på en tum, respektive storleken per pixel.

Detta blir då antalet pixlar per tum, pixels per inch (PPI), samt dot pitch, även kallat pixel pitch vilket då beskriver storleken på en pixel. Detta uträknat som en kvadrat där dot pitch utgör sidan på denna teoretiska kvadrat.

Lenovo_L27m-28_pixelstruktur.jpg

Lenovo L27m-28, IPS-panel med 82 ppi

Däri ligger också svagheten med dessa mått. Både PPI och dot pitch kommer från samma simpla övning med miniräknaren och går ut på att dela upp panelytan i teoretiska kvadrater med en kvadrat per pixel. Det finns många webbsidor som erbjuder den här uträkningen snabbt och enkelt, till exempel pxcalc.

Storlek

Pixelmatris

pixlar per tum

dot pitch

24 tum

1 920 × 1 080

92 PPI

0,28 mm

24 tum

2 560 × 1 440

122 PPI

0,21 mm

24 tum

3 840 × 2 160

184 PPI

0,14 mm

27 tum

1 920 × 1 080

82 PPI

0,31 mm

27 tum

2 560 × 1 440

109 PPI

0,23 mm

27 tum

3 840 × 2 160

163 PPI

0,16 mm

32 tum

1 920 × 1 080

69 PPI

0,37 mm

32 tum

2 560 × 1 440

92 PPI

0,28 mm

32 tum

3 840 × 2 160

137 PPI

0,18 mm

40 tum

3 840 × 2 160

110 PPI

0,23 mm

43 tum

3 840 × 2 160

103 PPI

0,25 mm

55 tum

3 840 × 2 160

80 PPI

0,32 mm

65 tum

3 840 × 2 160

68 PPI

0,37 mm

En pixeltäthet på 82 PPI innebär att 82 pixlar får på plats längs med en tum på skärmen. En dot pitch på 0,31 mm betyder att sidan på denna denna uträknade kvadrat är 0,31 mm lång.

Tumregeln är att vi vill ha högre PPI och lägre dot pitch för att minska intrycket av ”pixlighet”. Detta blir då ett snabbt och enkelt sätt att avgöra om en skärm riskerar att upplevas som pixlig eller inte. Fast det som utmärker denna lilla matematiska övning är att det är just en simpel uträkning. Det säger inte allt om hur skärmen upplevs och beter sig för det nakna ögat.

En individuell fråga

Nu är detta självklart något som är individuellt från person till person baserat på hur skärmen används med avstånd och placering. Den individuella synförmågan är också avgörande, liksom möjligheten till jämförelse med andra skärmar. Men det fungerar som en relativ jämförelse.

Här kan teoretiska mått som dot pitch och PPI hjälpa till att guida en del om hur bilden kommer att upplevas. Ja, förutsatt att vi kör samma skalning i Windows på ett och samma betraktningsavstånd till skärmen.

skillnaden_24_27-tum.jpg

Skillnaden mellan 24 och 27 tum på ett skrivbord med en halv meter mellan öga och skärm motsvarar att flytta huvudet cirka 7 cm.

Om den befintliga skärmen idag upplevs som pixlig kommer en ny skärm med lägre PPI och större dot pitch troligtvis uppfattas som än mer pixlig. Det är trots allt färre pixlar på samma yta och varje pixel är större.

Motsatsen i form av högre PPI och mindre dot pitch innebär att varje pixel är mindre och fler får plats på samma yta. Vi kommer därför troligtvis uppleva den nya skärmen som mindre pixlig. Med emfas på troligtvis då.

Subpixelstruktur_L27m-28_82ppi_TN.jpg

Lenovo L27m-28 med 82 PPI och IPS-panel. Typiskt en sådan skärm som anses vara ”pixlig”.

Subpixelstruktur_AG251FZ_90ppi_TN.jpg

AOC AG251FZ med 90 PPI och TN-panel. Få klagar över att den här typen av skärm är pixlig.

Problemet med detta sätt att räkna ut upplösning på skärmar är att det inte tar någon som helst hänsyn till annat än enkel matematik. Dessa värden för PPI och dot pitch är inte mer än en exercis med miniräknaren. Det finns förstås fler saker som avgör intrycken av pixlighet. En av de viktigaste är inte helt oväntat subpixelstrukturen. En pixel är inte en helhet utan består av flera subpixlar och där ser alla paneler olika ut.

Subpixelstrukturen har betydelse

Formen på själva pixlarna är alltså betydligt mer komplex i sin karaktär. Grunden är i att vi har tre subpixlar – röd, grön och blå i den följden. Men varje panel har sin form på pixlarna och sin fyllnadsgrad, eller aperture ratio, som beskriver hur mycket av denna teoretiska dot pitch-kvadraten som faktiskt fylls av ljus.

IPS_VA_jmfr.jpg

IPS-panel på vänster sida och VA-panel på höger sida. Notera subpixelskillnaden.

benq_ex3203r_pixelstruktur_UFO.jpg

VA-panelen där varje subpixel är delad i två. Det förekommer också VA-paneler med tre eller fyra delsubpixlar.

Enkelt förklarat som en tumregel kommer samma mängd pixlar tillverkade på en mindre panelstorlek att resultera i lägre fyllnadsgrad, förutsatt att det är samma tillverkningsprocess bakom. Vilket det då sällan är när vi jämför helt olika produkter med LCD-paneler, där det är olika generationer av tillverkningsprocesser från helt olika tillverkare. Den ena LCD-panelen är därför inte riktigt den andra lik.

Strukturer inom subpixelstrukturen

Subpixelstrukturen blir mer framträdande därför att ytan går åt till andra nödvändigheter i LCD-teknik, såom transistorer vilka inte alls lyser. Mer yta av svart mellan subpixlar leder till en mer markant struktur av pixlar. Samtidigt är panelen mindre och hur detta tolka av ögonen är fortfarande en fråga med ett godtyckligt svar. Godtycklig som i att det varierar beroende på betraktaren och dennes synförmåga, önskemål, avstånd, krav och förväntan.

pixel_struktur_AOC_AG322QC4_rocket.jpg

Exempel med subpixlar indelade i 6 sektioner hos VA-panel. Detta leder till att grafik och även text kan renderas med artefakter. VA-paneler visar ofta upp varianter av denna typ av subpixelstruktur vilket kan göra dem olämpliga för arbete med grafik och bild.

pixel_struktur_AOC_AG322QC4_UFO_hela.jpg

UFO-bilden visar tydligt hur dessa sektioner släcker ned på olika sätt för att rendera en viss nyans, vilket då skapar en struktur inuti strukturen. Framför allt synligt på den mörkare bakgrunden. AOC AG322Q4 med VA-panel.

pixel_struktur_AOC_AG322QC4_UFO_zoom.jpg

Inzoomat till max syns det tydligare hur subpixlarna arbetar. Notera att i det gröna UFO-ansiktet tänds röda och blå subpixelsektioner. Syftet är att nyansera färgerna efter sRGB/Rec709-standard på en panel med större färgrymd.

De här subpixelstrukturerna varierar ganska ordentligt från panel till panel vilket också påverkar formen på subpixlarna, som inte har mycket med den teoretiska dot pitch-kvadraten att göra. Även sådant som följden på pixlarna varierar, till exempel att stora VA-paneler ofta, men inte alltid, har en BGR-struktur vilket innebär att text i Windows renderas annorlunda. Något som då måste justeras med Clear Type-inställningen.

Brasklapp: Det finns ungefär lika många subpixelstrukturer som det finns olika panelmodeller. Dessa fotograferade exempel här är just endast exempel. Det är inte representativt för alla TN-, IPS- eller VA-paneler, lika lite som det berättar hur just din skärms subpixelmatris är uppbyggd. ett urval av några av de få skärmar vi riktat ett kameraobjektiv mot:

Talar vi om äldre skärmpaneler, en typ som ofta återfinns i spelskärmar, kan de hålla en form av krysstruktur där subpixlarna går omlott. Detta är då ytterligare en faktor som förstärker alla intryck av ”pixlighet”.

AOC_G2460PG_struktur_1.jpg

En äldre bild tagen med sämre optik. Trots det syns den tydliga subpixelstrukturen där pixlarna går omlott. Skärmen är en AOC G2460PG med 92 PPI. Denna struktur förekommer fortfarande hos aktuella basgamingskärmar.

PWM-flimmer och halvtonsmönster – FRC

Utöver subpixelstrukturen finns det mer som påverkar hur vi uppfattar ”pixlighet”. Egenskaper som inte direkt har med med själva pixelstrukturen att göra, men för ögat och hjärnan är en del av samma intryck.

Dit hör reflexfilter som kan förtydliga eller på andra sätt framhäva strukturer. Själva reflexfilterstrukturen i sig kan lägga sig som en hinna över bilden. Och detta kan också bidra till att betraktaren går från lyckligt omedveten till olyckligt medveten om subpixelstrukturen i skärmen.

Philips_BDM4065UC_pwm.jpg

PWM-flimmer kan göra bilden upplevs som ”pixligare”. Skärm: Philips BDM4065UC.

Flimmer i skärmen kan också göra det enklare att uppleva eller uppfatta en pixelstruktur som tydligare. Särskilt då i kombination med ögonrörelser. PWM-flimmer från belysningen kan därför förstärka intrycket av den struktur som finns där. Även flimmer från eftersläpsreducering hos flera spelskärmar, exempelvis ULMB-funktionen på G-Sync-skärmar kan ha förstärkande effekt.

Mer läsning om PWM-flimmer och dess negativa inverkan på bildupplevelsen finns i SweClockers guide till bildskärmar, avsnitt 24.

Majoriteten skärmar, särskilt spelskärmar, använder också någon form av halvtonsmönster, eller Frame Rate Control (FRC), för att approximera ett högre bitdjup. De låter alltså skärmen alternera mellan halvtonsmönster för att skapa ett intryck av en mellannyans.

Detta flimrande är ofta milt men kan också bidra till ett ökat intryck av struktur i skärmen. Särskilt ifall syftet med FRC är att approximera 8 bitars färgdjup på en panel endast är kapabel till 6 bitars precision i färgnyanser. Än mer om FRC sker i kombination med PWM-flimmer och omlottbaserade subpixelstruktur.

Sammanfattning

Vad miniräknaren säger är 92 PPI och 0,28 millimeter dot pitch kan alltså se helt annorlunda ut än 92 PPI på en annan skärm. En pixeltäthet på 82 PPI kan mycket väl vara mer eller mindre tydlig än denna 92 PPI-struktur. De teoretiska siffrorna är endast en snabb jämförelse och säger sällan något definitivt om vad användaren kommer att uppleva med nakna ögat.

alienware_r3_pixelstruktur.jpg

Exempel på subpixlar från Alienware R3 med 13-tums OLED.

Kombinera flera av dessa faktorer av framträdande subpixelstrukturer förstärkta av olika typer av flimmer och det kan finnas en förklaring varför den där 27-tums, 1 920 × 1 080-skärmen du såg verkade så väldigt pixlig.

Skärmen var kanske inte den bästa 27-tummaren världen har skådat? Eller så kanske det rörde sig om en skärm som använder en 6-bitars panel med framträdande subpixelstruktur och reglerar ljusstyrkan genom PWM-flimmer.

För det vore ju synd om det där med den beryktat omöjligt pixliga 27-tummaren bara är ett mantra som reflexmässigt upprepas om och om igen och ekar runt på forumen.