La tecnologia alla base dei TV Neo QLED Samsung è stata presentata con dovizia di particolari nel corso di un evento organizzato per la stampa specializzata. Le tematiche trattate spaziano da un approfondimento sul funzionamento dei Mini LED al controllo tramite la Quantum Matrix Technology, passando poi per l'intelligenza artificiale usata per ottimizzare le immagini e per applicare l'upscaling.

Non ci soffermeremo sulle caratteristiche dei singoli modelli e sulle funzionalità di base, argomenti che abbiamo già trattato in occasione dei precedenti eventi "The First Look 2021" dello scorso gennaio e "Unbox & Discover" svoltosi a marzo. Ricordiamo comunque che la gamma Neo QLED comprende le serie Ultra HD QN85A, QN90A, QN95A e le 8K QN800A, QN900A e una annunciata ma non ancora definita in dettaglio QN700A.

Vediamo in dettaglio tutti gli approfondimenti forniti da Samsung:

• I VANTAGGI OFFERTI DAI QUANTUM MINI LED
• LA QUANTUM MATRIX TECHNOLOGY A 12-BIT
• NEO QUANTUM PROCESSOR: 16 MODELLI DI RETI NEURALI PER L'UPSCALING
• CONTRAST ENHANCEMENT: L'AI OTTIMIZZA ANCHE IL CONTRASTO
• LE NOVITÀ PER I VIDEOGIOCHI CON UNO SGUARDO AL FUTURO
• CALIBRAZIONE IN FABBRICA E LE OPZIONI PER ESPERTI
• ARRIVANO I TV MICROLED

Quantum Mini LED è il nome scelto da Samsung per la sua particolare implementazione della retroilluminazione con Mini LED. Questo tipo di diodi si differenzia dai LED convenzionali per via delle dimensioni molto più ridotte, generalmente comprese tra 100 e 200 micrometri. I Quantum Mini LED sono anche caratterizzati da una struttura diversa: i sistemi con retroilluminazione convenzionale integrano LED che vengono prima inseriti in celle (per fissare i LED in posizione) poi coperte con lenti che diffondono la luce in modo uniforme su tutto lo schermo.

Nei Neo QLED le celle sono state eliminate: quello che rimane sono piccoli LED posti su un unico substrato estremamente sottile al quale è abbinato il "Micro Layer" che funge da lente. Questa conformazione permette di ridurre l'ingombro dei diodi fino ad un 1/40 rispetto ad un LED convenzionale (il metro di paragone è costituito dai LED integrati nei QLED 2020 serie Q80T). I vantaggi che si ottengono sono molteplici: anzitutto si può aumentare notevolmente il numero di LED nella retroilluminazione, in secondo luogo si può anche ridurre lo spessore dei televisori, da sempre superiore in tutti i sistemi di questo tipo, cioè i Full LED Array con local dimming (per approfondire il tema rimandiamo i lettori a questo articolo).

I Quantum Mini LED permettono anche di ridurre la cosiddetta "distanza ottica", cioè lo spazio tra lo strato contenente la retroilluminazione Mini LED e lo strato che diffonde la luce sullo schermo LCD. Riducendo la distanza ottica si ottiene una distribuzione più uniforme della luce su tutto il pannello e si limita l'incidenza del cosiddetto "blooming", che si palesa con aloni di luce che circondano gli oggetti luminosi attorniati da porzioni molto scure (o nere) dell'immagine.

Perché si genera questo effetto e come si è pensato di prevenirlo sui Neo QLED? Negli LCD a LED convenzionali i diodi diffondono la luce in modo uniforme non solo frontalmente ma anche verso i lati. L'emissione generata dalla struttura con celle e lenti è dunque piuttosto ampia e questo genera una sovrapposizione tra la luce proveniente da LED adiacenti. Quando l'elettronica va a gestire la retroilluminazione a zone spegnendola in corrispondenza del nero, una parte della luce emessa da un blocco adiacente che è invece acceso (magari per mostrare la luna piena nel cielo notturno) filtra sullo schermo generando l'alone di luce.

Con i Quantum Mini LED il risultato è differente grazie al già citato Micro Layer. È proprio quest'ultimo a diffondere la luce in modo completamente diverso: l'emissione ha una forma conica che si sviluppa prevalentemente in verticale, sopprimendo con efficacia le componenti laterali spurie che andrebbero ad "inquinare" con molta più facilità la purezza del nero. Per questo motivo si limita notevolmente il "crosstalk" (cioè sovrapposizione) tra due blocchi adiacenti e si può ridurre efficacemente l'incidenza del blooming. Quanto appena descritto è schematizzato nella figura qui sopra: il grafico in rosso mostra l'emissione dei Quantum Mini LED mentre quello blu è di un LCD a LED convenzionale. La larghezza dell'emissione per i Neo QLED corrisponde a 1/3 di quella proveniente da celle a LED tradizionali. È la maggiore direzionalità a fornire i benefici che abbiamo descritto.

Per meglio comprendere la differenza, Samsung ha fornito un'immagine che mostra il funzionamento della retroilluminazione in condizioni di utilizzo reale. L'oggetto da mostrare su schermo è un'auto bianca su sfondo completamente nero, una scena che ben si presta ad evidenziare il blooming qualora questo sia presente. Come si può vedere dal materiale allegato all'articolo, il Neo QLED riesce a rappresentare con molta più precisione tutti i contorni del veicolo, evidenziando un controllo molto più fine della retroilluminazione.

Anche se il colosso coreano non lo ha precisato, presumiamo che un simile risultato sia stato raggiunto su uno dei modelli di fascia più elevata, quelli caratterizzati da un numero di zone di controllo indipendenti più elevato (ricordiamo che per gli Ultra HD si parla di svariate centinaia di zone che dovrebbero salire oltre il migliaio sugli 8K). Il TV con LED convenzionali, equipaggiato evidentemente con un local dimming molto meno avanzato, non è assolutamente paragonabile: i blocchi diffondono la luce in modo molto più grezzo con evidenti sovrapposizioni tra blocchi diversi (ad esempio in alcuni dei dettagli più fini: lo si può notare dal bianco più sfumato dove invece dovrebbe esserci il nero).

L'ultima miglioria, in ordine di citazione, è inerente l'efficienza luminosa dei Neo QLED. La capacità di diffondere la luce con maggior precisione, abbinata ad un controllo più fine, consente di incrementare la luminosità fino al 40%. Questo aspetto è direttamente collegato anche alla gestione della retroilluminazione: i televisori possono redistribuire la potenza risparmiata nelle aree oscurate (dove si rappresenta il nero) per concentrarla dove realmente serve, cioè in corrispondenza dei picchi di luminosità. Si ottiene così un incremento nel rapporto di contrasto abbinato ad una riduzione dei consumi.

Durante l'evento The First Look 2021 Samsung aveva parlato di una scala della luminanza a 12-bit per la gamma Neo QLED, senza però fornire una spiegazione dettagliata a riguardo. Le lacune su questo argomento sono state ora colmate. È opportuno chiarire immediatamente che non si parla di pannelli nativi a 12-bit. Il dato è qui riferito al controllo della luminanza che passa dai 10-bit dei LED convenzionali ai 12-bit dei Mini LED.

Facciamo maggiore chiarezza su questo sistema: su un televisore con local dimming la rappresentazione delle immagini, così come la scala dei grigi e le relative sfumature, sono frutto del lavoro compiuto da vari elementi: il pannello, la retroilluminazione e l'elettronica. Come abbiamo spiegato nell'approfondimento sulla tecnologia Full LED Array local dimming, li possiamo immaginare come componenti di un'orchestra: per arrivare al risultato finale è necessario il contributo singolo di ciascuno e la somma determina le prestazioni e, in parole più semplici, l'efficacia di tutto l'insieme.

Quando si lavora a 10-bit si possono rappresentare fino ad un massimo di 1.024 livelli. Con il controllo a 12-bit questo valore sale fino a 4.096 livelli. Il cambiamento, spiegato in questi termini, si può intuire a livello di un semplice incremento numerico. Cosa cambia realmente per lo spettatore che si siede davanti allo schermo? La Quantum Matrix Technology offre una maggiore granularità nel pilotaggio dei Quantum Mini LED. Ciò significa che quando si deve mostrare una sorgente su schermo si può contare su più livelli di intervento, per la precisione il quadruplo.

Facciamo un esempio: sul TV si deve rappresentare una scena in HDR in condizioni di alta luminosità ambientale. Per farlo occorre incrementare la potenza massima della retroilluminazione per contrastare la luce presente nella stanza. Quando si aumenta l'estremo superiore della scala (la luminosità massima) si agisce inevitabilmente anche sull'estremo inferiore (il livello del nero). È qui che entra in gioco la Quantum Matrix Technology: i 4.096 livelli permettono di ottimizzare il controllo dei Mini LED con più gradualità. Con 1.024 livelli è più probabile che, a seconda del contenuto e dell'ambiente, si finisca con un nero o troppo chiuso, quindi tanto scuro da "mangiare" tutti i dettagli al suo interno, oppure troppo schiarito, quindi ben intelligibile ma troppo alto e di conseguenza incapace di garantire un rapporto di contrasto convincente.

Lo stesso principio si applica anche in altre condizioni di luce ambientale e con i picchi di luminanza: anche questi ultimi traggono beneficio dal controllo a 12-bit su 4.096 livelli e possono così spingersi fino a valori molto elevati senza sacrificare i dettagli. In altre parole non si deve scegliere tra alta luminosità e particolari "bruciati" in un bianco indistinto a causa di un sistema che non permette di trovare il giusto bilanciamento. Riassumendo si può descrivere la Quantum Matrix Technology come la capacità di rappresentare tutte le sfumature sulla scala dei grigi con una maggiore precisione e progressività grazie all'insieme formato da retroilluminazione con Quantum Mini LED, local dimming, pannello ed elettronica.

L'elaborazione dei segnali sui Neo QLED è affidata al Neo Quantum Processor dotato di intelligenza artificiale (AI). L'implementazione delle reti neurali studiata da Samsung per il 2021 parte dalla base realizzata per i modelli dello scorso anno ed evolve ulteriormente proponendo una versione migliorata del deep learning (qui spieghiamo di cosa si tratta e a cosa serve). Sui precedenti QLED Samsung gestiva l'upscaling tramite il cosiddetto Machine Learning Super Resolution (MLSR) basato su una singola rete neurale. Il processo partiva da un confronto tra versioni in alta e bassa qualità della stessa immagine contenuta nell'archivio usato per allenare l'AI; i risultati venivano poi impiegati dall'elettronica per ottimizzare i segnali applicando gli algoritmi che si erano rivelati più efficaci. A queste soluzioni se ne affiancavano altre più sofisticate grazie al già citato deep learning.

La gamma Neo QLED è stata portata al livello successivo tramite il Multi-Intelligence Deep Learning: non c'è più un singolo modello di rete neurale ma si arriva fino a 16, ciascuno dei quali è specializzato per intervenire su una specifica categoria. Si può operare in base a risoluzione, qualità o altri parametri. I segnali in ingresso passano al vaglio della Real-time Image Quality Analysis Neural Network, un'analisi in tempo reale che prende in considerazione la risoluzione, i bordi, i dettagli, il frame rate e il rumore video. I dati ricavati servono per assegnare una categoria al contenuto, determinare gli aspetti su cui è necessario intervenire e affidare di conseguenza l'ottimizzazione al modello di rete neurale più adatto. Lo scopo è ripristinare la qualità nel miglior modo possibile per avvicinarla a quella di un video a risoluzione nativa Ultra HD o 8K. Samsung riassume questi cambiamenti parlando di Deep Learning Super Resolution (DLSR).

Le sorgenti di qualità più bassa vengono processate concentrando l'azione degli algoritmi sulla riduzione della sfocatura, del rumore video e sul miglioramento della nitidezza. Con quelle in alta qualità il processore si focalizza soprattutto sulle texture (le trame di un abito o le venature del legno) e sulla precisione nei bordi di oggetti e soggetti. In generale tutti i modelli di reti neurali sono comunque capaci di applicare un miglior trattamento dei bordi e delle texture. La capacità di intervento del Neo Quantum Processor e dei vari modelli di reti neurali si può applicare a qualsiasi segnale, dai programmi televisivi allo streaming, passando per supporti ottici.

Per fare un esempio concreto prendiamo in considerazione lo streaming. La qualità si adatta alla banda disponibile e per questo motivo capita che molti servizi partano inizialmente con una risoluzione più bassa, a volte anche a definizione standard, per poi salire rapidamente fino alla massima qualità consentita dal collegamento alla rete o dal dispositivo. L'AI che equipaggia i TV Samsung 2021 analizza l'immagine in tempo reale arrivando a valutare il quadro fotogramma per fotogramma. L'upscaling viene eseguito da modelli di reti neurali diverse n base alla compressione e alla risoluzione disponibili in ogni momento: lo streaming in SD viene perciò eseguito da una determinata rete neurale che cambia una volta che il segnale passa alla risoluzione 1080p con una qualità superiore (meno compressa). Samsung sostiene che tutti i passaggi vengono effettuati mantenendo una resa su schermo più coerente (con sbalzi meno evidenti) rispetto alla generazione precedente.

L'upscaling non è l'unico ambito su cui l'AI è capace di intervenire. La Multi-Intelligence Neural Network può sfruttare gli stessi 16 modelli di reti neurali per applicare il Contrast Enhancement, un'elaborazione che controlla il rapporto di contrasto all'interno di ogni fotogramma. Si parla per la precisione di algoritmi che vanno ad ottimizzare i livelli di luminanza nei contenuti, sfruttando ovviamente le potenzialità garantire dai Quantum Mini LED e dalla Quantum Matrix Technology.

Per illustrarne il funzionamento possiamo prendere in considerazioni tre scenari: un'immagine A con ampie porzioni di nero che contengono pochi dettagli, un'immagine B scura che presenta vari particolari all'interno del nero e una terza immagine C più luminosa dove il nero è scarsamente presente.

Per A il Neo Quantum Processor opera focalizzandosi sulla visibilità del soggetto in primo piano: il livello del nero viene abbassato per far risaltare meglio la ballerina rispetto allo sfondo. Nello scenario B l'intervento si concentra sui dettagli presenti nelle parti più scure che diventano più visibili ma senza pregiudicare il livello del nero complessivo, che si mantiene sostanzialmente agli stessi livelli ma solo dove serve davvero e non dove potrebbe rendere alcune porzioni eccessivamente scure. Con l'immagine C il processore ottimizza il contrasto soprattutto sugli elementi in primo piano riducendo allo stretto necessario tutti i miglioramenti sullo sfondo in modo da dare più enfasi alla prospettiva.

Tutti i Neo QLED selezionano automaticamente la modalità Auto Game Mode quando vengono collegate console o PC da gioco. Questa impostazione video è stata modellata per assicurare le migliori prestazioni con i videogiochi e per riservare una particolare attenzione alla reattività ai comandi. L'input lag dichiarato è di circa 9,8 ms per sorgenti Ultra HD a 60 Hz e 5,8 ms per quelle Ultra HD a 120 Hz.

Motion Xcelerator Turbo+ elabora il moto per eliminare i micro-scatti (il cosiddetto "judder", cioè quei momenti in cui la fluidità incespica) e ridurre la sfocatura nei momenti più concitati. Funziona sia con sorgenti in Ultra HD a 120 Hz sia a 60 Hz; in quest'ultimo caso si aggiunge anche l'interpolazione dei fotogrammi (abbiamo realizzato un approfondimento in questa guida) grazie ai frame aggiuntivi che portano le sorgenti a funzionare comunque con una frequenza di aggiornamento a 120 Hz. Come sappiamo però l'interpolazione rientra tra le elaborazioni che potrebbero impattare sensibilmente sull'input lag ritardando la risposta ai comandi. Per questo motivo l'elettronica applica l'incremento della fluidità nel modo più opportuno per minimizzare tale ritardo (ci aspettiamo pertanto qualche differenza rispetto al funzionamento con le altre sorgenti video).

Samsung ha infine parlato di alcune novità che arriveranno in un orizzonte futuro più ampio: la frequenza di aggiornamento variabile sotto forma di NVIDIA G-SYNC sarà supportata dal 2022 e si affiancherà alla già presente FreeSync Premium Pro di AMD.

Anche sulla gamma Neo QLED è disponibile la calibrazione realizzata in sinergia con il software Calman di Portrait Displays. I rapporti tra le due compagnie sono del resto ormai consolidati dal 2017, anno in cui è stata introdotta per la prima volta questa possibilità. I consueti aggiornamenti rilasciati da Portrait Displays abiliteranno il collegamento tra PC e televisori, un passo necessario per permettere il controllo tramite l'applicativo Windows e per automatizzare la calibrazione in SDR e HDR.

Per gli utenti meno esperti ci sono invece altre novità all'orizzonte. La serie 8K QN900A e quelle Ultra HD QN95A e QN90A escono dalle fabbriche già calibrate da tecnici Samsung; si parla per la precisione di Expert Calibration, regolazioni effettuate sul bilanciamento del bianco (quindi sulla scala dei grigi) e sull'accuratezza cromatica.

Chiudiamo con EZCal, una funzione ancora in sviluppo presentata per la prima volta lo scorso gennaio al CES. Il principio di base è simile a quello che abbiamo descritto per Calman; la differenza è che qui non è necessario un PC ma si sfrutta uno smartphone con l'apposita applicazione. Tramite una procedura semplificata si può ottenere una regolazione efficace impiegando tra i 30 secondi e i 15 minuti circa. Il colosso coreano non ha comunicato tempi di uscita ben definiti ma ha confermato la volontà di portare questa funzione sui propri televisori.

Il 2021 è l'anno in cui la tecnologia MicroLED debutta ufficialmente nel mercato TV. Samsung realizza già da tempo display di questo tipo per il mercato professionale o per installazioni home cinema di lusso (così come Sony: sono i Crystal LED): sono i The Wall, presentati per la prima volta al CES 2018. Con il 110" si passa ora alla fase successiva: niente più schermi modulari ma prodotti che si presentano in tutto e per tutto come televisori. Sono già stati annunciati i tagli da 99" e 88" e più tardi, sempre nel 2021, arriverà anche un 76".

I MicroLED si differenziano da qualsiasi altra tipologia di TV per due motivi: emettono luce propria e non necessitano di filtri colore. La luce viene diffusa da minuscoli diodi (ancora più piccoli dei Mini LED): ne troviamo tre per ogni pixel, uno di colore rosso, uno verde e uno blu. Insieme costituiscono una terna RGB. I MicroLED assicurano una lunga durata: Samsung li garantisce per almeno 100.000 ore con prestazioni tendenzialmente costanti nel tempo.

L'elaborazione del segnale è affidata al Micro AI Processor, un'elettronica realizzata appositamente per la tecnologia MicroLED e che ne sfrutta le potenzialità per ottimizzare la resa dei colori e della scala dei grigi. Samsung parla di oltre un milioni di livelli per il controllo fine dei dettagli sulle alte e basse luci (chiari e scuri). La massima luminosità raggiunta è il doppio rispetto alle precedenti generazioni di schermi. La copertura degli spazi colore DCI-P3 e Adobe RGB raggiunge il 100%.

Per offrire una sezione audio all'altezza del video è stato realizzato il sistema Arena Sound, una configurazione a 6.2.2 canali con un canale centrale dedicato ai dialoghi. Dalla gamma TV Neo QLED è stata invece ripresa la tecnologia Object Tracking Sound Pro, anche qui impiegata per ricreare un suono avvolgente (anche in verticale) e per sincronizzare il suono con lo spostamento degli oggetti su schermo.

Chi vuole elevare ulteriormente le prestazioni può sfruttare la funzione μ-Symphony per creare una sinergia tra gli speaker interni e un sistema home cinema vero e proprio. Gli altoparlanti integrati nei TV MicroLED fungono da canale centrale mentre il resto è affidato a componenti esterni che possono essere realizzati da vari marchi (al momento Samsung non ha rilasciato una lista con tutti i prodotti compatibili). Il pregio di μ-Symphony consiste, secondo il colosso coreano, nella capacità di far corrispondere l'origine dei dialoghi al centro dello schermo e non più in basso, come capita spesso quando si usa un canale centrale (o una soundbar) posto sotto il televisore.

Un listino ufficiale con i prezzi dei TV MicroLED per l'Italia non è ancora disponibile. Sappiamo però che si parla di cifre molto importanti: in Corea è richiesto l'equivalente di circa 130.000 euro per il 110".