Nella continua ricerca di modalità di analisi della qualità dei display, più volte nel recente passato ho tentato di affrontare la questione dell'angolo di visione, anche per sottolineare l'eccessivo ottimismo di alcuni dati dichiarati dai produttori di TV e display con tecnologia LCD. Soprattutto a causa della mancanza di strumentazione adeguata, ho potuto approfondire l'argomento solo negli ultimi mesi.

L'angolo di visione medio dichiarato dai vari produttori di monitor e display LCD si aggira attorno ai 160°, sia in senso orizzontale che verticale ma in alcuni casi arriva anche a sfiorare i 180°. Evitando di affrontate il discorso sull'opportunità di osservare la superficie di un display ad angoli così elevati, che ci porterebbe più nel campo della psicologia clinica, è interessante osservare che accanto a tali valori di angoli di visione vengono pubblicati raramente i parametri entro i quali tale angolo viene determinato.

Una delle pochissime aziende che ha deciso di pubblicare anche i parametri di riferimento è BenQ che ha fornito, molto coraggiosamente, alcuni dei display con tecnologia LCD che sono stati analizzati per portare a termine questo studio. Ad esempio, tra le caratteristiche tecniche del display FP71GX reperibili a questo indirizzo, si legge che l'angolo di visione di 160° è all'interno di un rapporto di contrasto superiore a 5:1.

Il rapporto di contrasto dichiarato da BenQ dello stesso display è pari a 500:1. Questo significa che guardando il display da un lato con angolo di 80°, il rapporto di contrasto scende fino a 5:1. Il valore misurato in condizioni di default è leggermente inferiore (circa 350:1) ma comunque piuttosto elevato e la misura effettuata ad un angolo di 80° non è molto lontana da quanto dichiarato da BenQ. Ma ha veramente senso parlare di "visibilità" con rapporti di contrasto così bassi?

Prima di rispondere a questa domanda, come direbbe il buon Lucarelli, mettiamo da parte per un momento il rapporto di contrasto e vediamo cosa ci dice la teoria sul comportamento dei display.

Nell'animazione flash qui in basso possiamo osservare un display con tecnologia CRT che visualizza una delle tante immagini per l'analisi soggettiva del rapporto di contrasto. Variando l'angolo è evidente come la luminosità della metà destra dello schermo tenda a diminuire. La diminuzione della luminosità è regolata da una legge precisa conosciuta meglio come "legge di Lambert" o "legge del coseno".

Quando un fascio di luce viene inviato verso una superficie, a seconda del materiale e del "colore" della stessa superficie, la luce può essere assorbita, riflessa, diffusa, trasmessa oppure può subire una sorte che sia una combinazione tra questi quattro effetti. Se ad esempio la superficie fosse rappresentata da un foglio di carta nero, buona parte della luce sarebbe assorbita dal foglio (che si riscalderebbe) ma una parte verrebbe comunque diffusa e riflessa. In presenza di uno specchio, la maggior parte della luce verrebbe riflessa ma anche in questo caso, una piccolissima quantità (inversamente proporzionale alla qualità dello specchio) verrebbe assorbita e diffusa.

Affrontiamo ora le differenze macroscopiche tra uno specchio ed un foglio di carta bianco. Nel primo caso, la maggior parte della luce viene riflessa verso una direzione ben precisa. Nel caso del foglio di carta bianco, la luce viene riflessa in molte direzioni (diffusione), secondo uno schema ben preciso e regolato dalla legge del coseno. La legge dice che un diffusore "ideale" - e per questo definito anche "superficie lambertiana"- riflette la luce in relazione al coseno dell'angolo di incidenza della luce che insiste sulla superficie stessa.

In poche parole, la luce verrà riflessa con il massimo dell'efficienza quando il fascio di luce è perfettamente perpendicolare alla superficie (angolo pari a 0), mentre sarà riflessa in proporzioni variabili che diminuiscono proporzionalmente con l'aumentare dell'angolo. Ad un angolo di 60° rispetto alla posizione perpendicolare, la riflessione sarà già dimezzata poiché sappiamo che il coseno di un angolo di 60° è pari ad ½ (0,5).

Questo discorso non ha valore solo per le superfici che riflettono la luce emessa da una sorgente esterna ma può essere applicata anche a superfici che emettano luce in modo autonomo. Uno degli esempi più classici di una superficie lambertiana è rappresentato con buona approssimazione da un TV color con tecnologia CRT anche se, come vedremo in seguito, con qualche piccola differenza.

Fino a qui abbiamo parlato di teoria. Per affrontare la pratica è necessario misurare, con la strumentazione adatta e con le unità di misura più opportune. La luminosità di un display, che in realtà è solo un mero parametro soggettivo, può essere quantificata oggettivamente con strumentazione adeguata e con unità di misura espressa in candele su metro quadrato (cd/m²). Quando siamo davanti ad una misura di questo genere, la grandezza ha il nome di luminanza.

Per misurare la luminanza, abbiamo scelto uno strumento di misura con angolo di campo estremamente ridotto, pari a soli 2°. Lo strumento inoltre è molto sensibile e ci consente quindi di ottenere una percentuale di errore trascurabile anche quando vengono misurati i livelli di luminanza molto bassi. Nel grafico qui in basso abbiamo riportato i valori di luminanza massima acquisiti a vari angoli in senso orizzontale per un display LCD e per un display CRT.

Appare subito chiaro come la luminanza del display con tecnologia CRT (istogramma blu) sia molto più costante al variare dell'angolo di incidenza mentre per il display con tecnologia LCD tende a diminuire drasticamente, molto più di quanto la legge del coseno lasci prevedere. Il grafico più in basso traduce in termini percentuali la luminanza acquisita in senso orizzontale.

Nel caso del display CRT osserviamo in realtà una prestazione superiore rispetto alla teoria dettata dalla legge del coseno. Ad un angolo di 60° ci aspetteremmo che la luminanza scenda al 50% ma in questo caso è ancora al 60%. In questo caso però abbiamo scelto un monitor CRT con schermo piuttosto curvo in modo da esasperare ancora di più le differenze con la tecnologia LCD.

Questo ultimo grafico si riferisce alla luminanza acquisita a vari angoli di incidenza verticali. Per la tecnologia CRT non c'è alcun tipo di variazione. Per il display con tecnologia LCD assistiamo invece ad una discesa della luminosità ancora più evidente di quanto non accada in senso orizzontale.

Fin qui abbiamo misurato la variazione della luminanza solo con "bianco" al 100%. Se proviamo invece a misurare il livello del nero la situazione appare ancora più interessante. Nel grafico qui in basso abbiamo riportato i valori di luminanza per il livello del nero, acquisiti a vari angoli in senso orizzontale per un display LCD e per un display CRT.

Nell'animazione flash qui in alto possiamo osservare un display con tecnologia LCD che visualizza una delle tante immagini per l'analisi soggettiva del rapporto di contrasto. Variando l'angolo è evidente come la luminosità della metà destra dello schermo tenda a diminuire molto più che per il display CRT. In questo caso inoltre il livello del nero, ad angoli maggiori. aumenta!

In particolare, il livello del nero del display CRT è sempre inferiore alla sensibilità dello strumento mentre il livello del nero del display con tecnologia LCD tende a crescere in maniera piuttosto evidente all'aumentare dell'angolo di incidenza. Anche questo effetto è una conseguenza del tipo di tecnologia utilizzata. Nel grafico successivo, abbiamo tradotto in valori percentuali i valori di luminanza del bianco e del livello del nero in senso orizzontale.

Ad un angolo di 60° la luminanza del bianco al 100% è inferiore al 30% rispetto al valore massimo misurato perpendicolarmente. Al medesimo angolo di incidenza, il livello del nero invece aumento fino a raddoppiare il suo valore. Appare quindi chiaro che, il rapporto di contrasto diminuirà drasticamente all'aumentare dell'angolo di incidenza rispetto a quello misurato perpendicolarmente.

Nel grafico qui in alto inseriamo le due curve del rapporto di contrasto in funzione dell'angolo di incidenza, sia in senso orizzontale che in quello verticale. Questo grafico rappresenterà lo standard per le future misure dell'angolo di visione, almeno per quanto riguarda il rapporto di contrasto.

Un altro elemento che caratterizza enormemente la tecnologia dei display a cristalli liquidi è la linearità della scala dei grigi. In pratica, da alcuni esperimenti effettuati nel corso degli ultimi mesi, abbiamo trovato deviazioni più o meno sensibili della linearità soprattutto ai livelli più bassi. Nel grafico qui in basso abbiamo riportato la curva del gamma del display BenQ acquisita perpendicolarmente.

Nel grafico qui in basso abbiamo misurato di nuovo la linearità della scala dei grigi alle base luci ad un angolo orizzontale superiore. Già a 30° il gamma tende ad aumentare e i primi gradini della scala dei grigi tendono ad assumere lo stesso valore. Questo si traduce in una scarsa evidenza dei particolari in quelle zone dell'immagine a più bassa luminosità.

La linearità acquisita ad un angolo di 60° si modifica ulteriormente e la luminanza dei primi gradini della scala dei grigi sale ulteriormente come il gamma, avvicinando ancora di più i livelli dei primissimi gradini.

Per verificare soggettivamente la variazione della curva del gamma ai più bassi gradini della scala dei grigi, potete provare ad utilizzare la carta test qui in basso, dopo aver oscurato opportunamente l'ambiente circostante. Dopo aver calibrato in maniera opportuna i valori di luminosità e contrasto in modo da visualizzare il maggior numero di riquadri, provate a variare l'angolo tra i vostri occhi e il display e verificate i vari cambiamenti.

Carta per il controllo della linearità al variare dell'angolo di incidenza
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Un ulteriore campo di indagine nella misura dell'angolo di visione è rappresentato dalla colorimetria e dalla misura delle coordinate cromatiche al variare dell'angolo di incidenza. Come al solito, misuriamo le coordinate cromatiche nello spazio colore CIE 193. Per la rappresentazione grafica dei risultati abbiamo preferito calcolare la deviazione dalle coordinate misurate perpendicolarmente. Nel grafico che segue appare chiaro come il punto del bianco venga alterato piuttosto sensibilmente al variare dell'angolo di incidenza.

In particolare, lungo il piano orizzontale, l'equilibrio cromatico del bianco tende ad assumere tonalità più calde, tendenti verso il giallo e giallo-verde e verificabili anche nell'animazione precedente. Per quanto riguarda invece l'angolo orizzontale, ad angoli negativi assistiamo ad una deviazione verso tonalità più fredde, verso il ciano. Per dare qualche indicazione in più sulla "direzione" delle deviazioni del bianco, nel grafico più in basso abbiamo riportato anche la temperatura colore, sempre in funzione dell'angolo di incidenza.

Gli effetti dell'angolo di visione sui colori alla massima saturazione segue perfettamente quello che accade al punto del bianco. Ad esempio, in senso orizzontale, la saturazione del blu tende a diminuire all'aumentare dell'angolo di incidenza.

Dopo aver studiato a lungo una gran quantità di parametri che possano in qualche modo inquadrare la misura dell'angolo di visione, siamo giunti alla conclusione che sarebbe estremamente difficile porre dei paletti per dire quali sono i limiti per identificare gli angoli in senso orizzontale e verticale.

Anche perché, parecchi display rischierebbero di partire con parametri già insufficienti alla misura ad angolo zero rispetto alla superficie dello schermo. Alcuni computer palmari, ad angolo zero, hanno esibito rapporti di contrasto inferiori a 20:1.

Per questo motivo, abbiamo pensato che sarebbe molto più interessante affiancare alle misure classiche sui display, quelle del rapporto di contrasto, della deviazione delle coordinate cromatiche del bianco e della linearità alle basse luci, acquisite ai vari angoli di incidenza e compatibili con una visione per applicazioni home threater.