Donkere modus en batterijduur bij smartphones in de praktijk

Steeds weer wordt beweerd dat donkere kleuren en een donkere modus zorgen voor een langere batterijduur bij smartphones. We hebben gemeten of er inderdaad een relatie is tussen donkere modus en batterijduur bij smartphones en tablets en wanneer je die make-over kunt overslaan.

Helder verlichte smartphoneschermen trekken de batterij sneller leeg dan donkere displays. Daar wordt net zo min aan getwijfeld als dat diep indrukken van het gaspedaal zorgt voor meer benzineverbruik. Maar ook de kleuren die een display weergeeft zouden van invloed zijn op het verbruik.

Dat laatste lijkt ook heel logisch, in elk geval bij oled-schermen. De kleuren worden daarbij gecreëerd door middel van minuscule subpixels, die specifieke kleuren tonen en een verschillend energieverbruik hebben. Als een pixel rood moet oplichten brandt alleen de rode subpixel, terwijl voor een witte pixel alle subpixels ingeschakeld moeten zijn. Voor het oog zijn de subpixels alleen zichtbaar met een vergrootglas. Bij een zwarte pixel blijven alle subpixels gewoon uit en verbruiken ze bijna geen energie. De verschillende manieren waarop de matrix van subpixels kan zijn opgebouwd, bepaalt welke van de minuscule leds moeten branden.

Veel smartphones hebben een oled-scherm, maar er zijn ook nog genoeg modellen met een Liquid Crystal Display (lcd). Daarbij schijnt een continu ingeschakelde achtergrondverlichting door vloeibare kristallen, die al naargelang de gewenste kleur en helderheid gemoduleerd worden. Die techniek verbruikt meer energie dan oled. Zelfs voor een zwart beeld is bij een lcd de achtergrondverlichting ingeschakeld. Je zou misschien verwachten dat het stroomverbruik bij lcd’s niet afhangt van de getoonde kleuren. Uit onze metingen blijkt dat het niet zo simpel ligt.

Al lijken de uitkomsten voor de hand te liggen, er zijn weinig concrete cijfers over de invloed van kleuren op de batterijduur van smartphones. We hebben daarom vier apparaten onderworpen aan een uitgebreide testcyclus. Drie daarvan hebben een oled-scherm: de Google Pixel 2, de Motorola Z3 Play en de Huawei P30. De Razer Phone 2 is uitgerust met een lcd.

Behalve de afmetingen van het display en het aantal pixels zijn er nog twee factoren van invloed op het stroomverbruik: de helderheid en de kleuren. Dat het verlagen van de helderheid het energie­verbruik vermindert, lijkt logisch. Een grafiek van Googles Android-ontwikkelaarsconferentie noemt daar wat getallen over: het stroomverbruik neemt bijna lineair toe van 360 milliampère bij een erg donkere 50 nits tot 470 milliampère bij een heldere 300 nits. In plaats van het verouderde nits gebruiken we meestal de ­gelijkwaardige SI-eenheid cd/m². Verrassend is vooral het behoorlijk hoge verbruik bij een slechts zwak verlicht scherm.

Het stroomverbruik stijgt bijna rechtlijnig met de op de smartphone ingestelde helderheid.

Bij de metingen hebben we alle smartphones voorzien van dezelfde apps: Battery Log registreerde de batterij­gegevens vanaf ontladen tot uitschakelen en No Screen Off moest het automatisch uitschakelen van het display voorkomen bij langdurig niet bedienen. Omdat dergelijke apps niet beschikbaar zijn voor iPhones, hebben we die niet als testtoestel gebruikt.

We beperkten de achtergrondactiviteiten en schakelden waar mogelijk de energiespaarmodus uit. De automatische helderheidsinstelling de­activeerden we en bovendien stelden we het scherm in op maximale helderheid. Om de metingen niet te laten beïnvloeden door het variabele energie­verbruik van stroomvretende functies, schakelden we de locatiebepaling uit en activeerden we de vliegtuigmodus. Daarmee werden verstorende noti­ficaties op het scherm vermeden.

Een testafbeelding in PNG-formaat bevatte in totaal twaalf kleurvlakken uit het RGB-palet met vier grijstinten als toegift. Voor elke meting werden de smartphones opgeladen en schoven we een van de kleurvlakken schermvullend in beeld. Bij het verwijderen van de laadkabel startte de meting van de batterijduur. Na urenlang volhouden, schakelden de testmodellen uiteindelijk een keer uit. De ene keer duurde dat 5 uur, de andere keer wel 40 uur.

Bij het opnieuw inschakelen konden we met de app Battery Log het tijdstip zien waarop het ontladen begon en eindigde. Als een blik op het verloop van de batterijlading onregelmatigheden aan het licht bracht, voerden we de test opnieuw uit. Soms viel een test­toestel tussendoor uit en ‘corrigeerde’ het besturingssysteem bij een herstart de instellingen, en soms schakelde het display toch uit, bijvoorbeeld bij de Google Pixel 2. Die negeerde bij een bijna lege batterij soms dat we de energiespaarstand gedeactiveerd hadden en schakelde het display toch uit.

Omdat de Huawei P30 bij ettelijke herhalingen toch telkens weer eigenwijs de energiebesparingsfuncties inschakelde (en het display uit) hebben we die helaas uit de resultaten moeten weglaten.

Elke smartphone doorliep de ontlaadcyclus vijf maal per kleur, op basis daarvan bepaalden we de gemiddelde tijdsduur. Het is niet verrassend dat een smartphone met een volledig zwart scherm het langst aan blijft: de Pixel 2 schakelde pas na meer dan 40 uur uit, de Play 3 na een kleine 38 uur. Met een wit scherm werd zoals verwacht de kortste batterijduur gemeten, namelijk minder dan 6 uur.

Dat een smartphone bij het weergeven van een geheel zwart vlak het zes maal langer volhoudt dan bij helder wit, is op basis van wat we al beschreven hebben goed te verklaren. Omdat voor de weer­gave van wit alle subpixels moeten oplichten, is het stroomverbruik bij wit het grootst en bij zwart het kleinst. Dat zie je ook bij de kleurtinten: een felblauwe achtergrond laat de batterij sneller leeglopen dan een donker­blauwe, en dat geldt ook voor felgroen versus donkergroen, enzovoort. Hoe feller de kleur, des te korter de batterijduur, ook al is de systeeminstelling voor de schermhelderheid overal hetzelfde (maximaal).

Een ander schema dat op de Android-conferentie werd getoond, geeft aan dat de blauwe subpixels in een oled-scherm ongeveer tweemaal zo veel energie verbruiken als de rode en groene.

Blauw oplichtende pixels vergen bijna tweemaal zo veel energie als rode en groene. Voor een witte pixel moeten alle subpixels oplichten en is het stroomverbruik navenant hoger.

Je kunt over het geheel genomen zeggen dat het energieverbruik afhangt van de kleurtint en de kleur. Dat zien we terug in onze metingen. Bij een beeld met blauwtinten hebben smartphones in de metingen over het algemeen een hoger batterijverbruik. Dat is in elk geval duidelijk bij de Pixel 2, bij de Play 3 is het verschil misschien minder duidelijk door een andere subpixelmatrix. Die kan ertoe geleid hebben dat bij het Motorola-toestel andere subpixels moesten oplichten dan bij de Pixel 2.

De grafiek met de batterijduur laat zien dat de Razer Phone 2 met lcd onafhankelijk van het getoonde ­kleurvlak steeds na een kleine zes uur uitschakelde. Wat echter opvalt is dat hij het bij de donkerste kleurtinten zwart, donkerblauw, donkerrood en donkergroen enkele uren langer volhield.

Een verklaring: smartphones verminderen bij dergelijke kleurtinten de helderheid van de achtergrondverlichting om meer verzadigde kleuren weer te geven. Daardoor ziet een zwart vlak er op een lcd niet zo erg uit als donkergrijs. Dat dit ook gunstig is voor de batterijduur, is mooi meegenomen. Daarom is het erg jammer dat de Razer Phone 2 geen donkere modus biedt waarmee het algehele kleurenschema voor apps of menu’s op donkere kleurtinten is in te stellen.

De zogenaamde donkere modus is een goed voorbeeld van oude wijn in nieuwe zakken. In de begindagen van de pc zag je op de beeldbuismonitoren flikkerende groene, amberkleurige of witte letters op een zwarte achtergrond. Iedereen was blij toen de eerste monitoren verschenen die een witte achtergrond konden tonen! Daarmee leek tekst lezen op een monitor meer op lezen van papier.

Maar tegenwoordig is de donkere modus weer helemaal hip. Ook WhatsApp en Facebook schijnen een donkere modus te (gaan) bieden. Daarbij wordt zo veel mogelijk overal een donkere achtergrond gebruikt. Dit begon al veel eerder als trend bij producenten van fotosoftware. Kleuren­foto’s zien er op een donkere achtergrond nu eenmaal beter uit dan met dat veel te lichte wit. Zelfs fysieke fotoalbums met zwart papier maken daar dankbaar gebruik van. In 2016 kwam Twitter met een donkere modus. Besturingssystemen als Windows 10 en mac­OS en sommige Linux-versies bieden dat ondertussen ook. Het valt verder te verwachten dat meer apps een donkere modus gaan gebruiken. In Juni 2019 verscheen namelijk de CSS-ontwerpspecificatie ‘CSS Color Adjustment Module Level 1’. Dat lange document moet aanpassingen in kleurenschema’s en contrasten standaardiseren, ook voor websites.

De donkere modus is iets anders dan de nacht­modus. Die moet het aandeel blauw licht verminderen die het scherm uitstraalt. Dat zie je aan een ietwat gelige gloed en verminderde helderheid. Dat zou beter voor je ogen moeten zijn. Het kan in elk geval de verstorende invloed van het licht op je slaappatroon verminderen.

Zoals gezegd heeft de Razer Phone 2 geen donkere modus, maar zoals je uit het voorgaande kunt afleiden zou dat weinig invloed hebben op het energieverbruik. De twee oled-toestellen bieden bij de (geavanceerde) scherminstellingen wel de keuze tussen lichte en donkere kleurenschema’s. Voor de metingen van de batterijduur van beide modi hebben we steeds het app-overzicht geopend en de batterijduur gemeten. Het resultaat: in de donkere modus werd de batterijduur voor beide smartphones bijna verdubbeld.

De gemiddelde batterijduur bij steeds vijf cycli per kleur met maximale systeemhelderheid.

Na in totaal 270 meetcycli met alles bij elkaar 3326 uren ingeschakelde displays is in elk geval duidelijk: of je op het oled-scherm van een smartphone lichte of donkere kleuren laat weergeven heeft veel invloed op de batterijduur. De test maakte ook duidelijk hoe effectief de energiespaarstanden van smartphones zijn. Er was namelijk heel wat overredingskracht nodig om de displays continu met maximale helderheid ingeschakeld te laten.

In de dagelijkse praktijk met ingeschakelde mobiele data en wifi en normaal gebruik, zullen de verschillen in batterijduur niet zo duidelijk naar voren komen als in onze meetresultaten (verpakt in een zip-bestand). Maar het resultaat blijft hetzelfde: de donkere modus verlengt de batterijduur en het is de moeite waard om als achtergrondafbeelding voor je smart­phone een donkere te kiezen.

(Michael Link en Marco den Teuling, c’t magazine)

Blijf op de hoogte van de nieuwste informatie en tips!
Schrijf je in voor de nieuwsbrief: