Bildwiederholrate, Reaktionszeit und Bewegungsschärfe

Bilder und Bilddauer

Die Bildwiederholrate, in Hertz, gibt an, wie oft pro Sekunde der Monitor sein Bild neu aufbaut. Ihr Kehrwert ist die Bilddauer (Frametime), die Zeit, die jedes Bild auf dem Bildschirm stehen bleibt:

Bilddauer (ms) = 1000 ÷ Bildwiederholrate (Hz)

Von 60 auf 120 Hz fällt die Bilddauer von 16,7 auf 8,3 ms, ein Gewinn von 8,3 ms. Von 120 auf 240 Hz fällt sie auf 4,2 ms, ein Gewinn von nur noch 4,2 ms. Jede Verdopplung bringt die Hälfte des Nutzens der vorigen: Den Schritt von 60 auf 120 Hz sieht jeder sofort, den von 240 auf 480 Hz erkennen vor allem geübte Spieler.

Warum Bewegung unscharf wirkt: Sample-and-Hold

Ein Flachbildschirm zeigt jedes Bild und hält es unverändert, bis das nächste kommt (Sample-and-Hold). Wenn Sie einem bewegten Objekt mit den Augen folgen, gleiten diese stetig weiter, während das Bild die ganze Bilddauer über stillsteht; das Objekt wird deshalb auf Ihrer Netzhaut über die Strecke verwischt, die Ihr Blick in dieser Zeit zurückgelegt hat.

Unschärfe (Pixel) = Geschwindigkeit (Pixel pro Sekunde) × Persistenz (Sekunden)

Ein Objekt, das einen 1440p-Bildschirm in etwa 2,7 Sekunden durchquert, bewegt sich mit 960 Pixeln pro Sekunde. Bei 60 Hz wird es über 16 Pixel verwischt, bei 120 Hz über 8, bei 240 Hz über 4. Diese Unschärfe gibt es selbst mit Pixeln, die verzögerungsfrei schalten würden: Sie entsteht im Auge, nicht im Panel. Sie ist der Hauptgrund, warum eine hohe Bildwiederholrate in Bewegung schärfer wirkt, und sie erklärt, warum Text beim Scrollen auf einem Bildschirm mit 120 Hz lesbar bleibt und bei 60 Hz zu grauen Balken wird.

Manche Monitore verringern die Persistenz auf anderem Weg, indem sie die Hintergrundbeleuchtung für jedes Bild nur kurz aufblitzen lassen (Backlight Strobing) oder schwarze Bilder einfügen. Die Unschärfe sinkt deutlich, um den Preis von Helligkeit und manchmal sichtbarem Flimmern; die Technik richtet sich an kompetitive Spieler.

Reaktionszeit: die Trägheit des Panels

Die Reaktionszeit ist die Dauer, die ein Pixel braucht, um von einem Tonwert zu einem anderen zu wechseln, in der Regel von Grau zu Grau gemessen (GtG). Übersteigt sie die Bilddauer, hat das Pixel seinen Übergang noch nicht beendet, wenn das nächste Bild eintrifft, und bewegte Objekte ziehen ein Geisterbild (Ghosting) hinter sich her.

Um unsichtbar zu bleiben, sollte die Reaktionszeit deutlich unter der Bilddauer liegen: unter 8 ms bei 120 Hz, unter 4 ms bei 240 Hz. Größenordnungen je Technik:

• OLED: etwa 0,1 ms, bei jeder Bildwiederholrate vernachlässigbar;
• schnelles IPS: 2 bis 5 ms in realen Messungen;
• VA: im Mittel 4 bis 8 ms, aber 15 ms und mehr bei manchen Übergängen zwischen dunklen Tönen.

Die auf Kartons gedruckte „1 ms“ ist ein Bestwert, erzielt mit der aggressivsten Overdrive-Stufe. Overdrive beschleunigt Übergänge, indem das Pixel kurzzeitig übersteuert wird; zu weit getrieben, schießt es über das Ziel hinaus und zeichnet einen hellen oder farbigen Saum hinter Objekte. Die mittlere Stufe ist fast immer die richtige. Unabhängige Messungen sind in diesem Punkt die einzige verlässliche Quelle.

MPRT, eine weitere Angabe in Datenblättern, misst die im vorigen Abschnitt beschriebene Persistenz, nicht das Tempo der Pixel. „1 ms MPRT“ wird mit Backlight Strobing erreicht.

Variable Bildwiederholrate

Ein Spiel liefert seine Bilder nicht in gleichmäßigem Takt: 97 pro Sekunde in einer Szene, 71 in der nächsten. Ein Bildschirm mit festem Rhythmus hat dann zwei schlechte Möglichkeiten: einen Teil des einen und einen Teil des nächsten Bildes zu zeigen (Tearing) oder auf den nächsten Zyklus zu warten (Ruckeln und zusätzliche Verzögerung).

Die variable Bildwiederholrate (VRR, Variable Refresh Rate) löst das Dilemma auf: Der Monitor wartet auf jedes Bild und zeigt es an, sobald es eintrifft. Die Technik gibt es unter den Namen G-Sync (Nvidia), FreeSync (AMD) und Adaptive-Sync (der VESA-Standard); die drei sind heute weitgehend untereinander kompatibel. Sie arbeitet innerhalb eines Bereichs, zum Beispiel 48 bis 144 Hz; darunter wiederholen Monitore mit Low Framerate Compensation jedes Bild, um im Bereich zu bleiben. Für Spiele zählt VRR ebenso viel wie die maximale Rate.

Welche Rate für welche Nutzung

Büroarbeit und Code

Nichts verlangt mehr als 60 Hz, um ein Dokument anzuzeigen. Aber eine Seite zu scrollen, ein Fenster zu verschieben oder einfach dem Mauszeiger zu folgen sind Bewegungen, und sie sind bei 120 Hz doppelt so scharf. Wer an einem Bildschirm mit 100 oder 120 Hz gearbeitet hat, geht selten zurück. Da solche Panels inzwischen kaum mehr kosten, schlägt der Monitor-Finder 100 Hz als vernünftigen Zielwert für die Arbeit vor, sofern das Budget nicht knapp ist.

Spiele

144 Hz sind die Basis, 165 bis 240 Hz der komfortable Bereich, und höhere Raten betreffen kompetitive Shooter. Die Rate nützt nur, wenn die Grafikkarte mitkommt: Ein Bildschirm mit 240 Hz, der 80 Bilder pro Sekunde erhält, zeigt 80. Daher die klassische Paarung von 1440p mit 144 bis 240 Hz, die Karten der Mittelklasse antreiben können, während 4K mit 144 Hz die Oberklasse verlangt (siehe Auflösung und Skalierung).

Video und kreative Arbeit

Filme werden mit 24 Bildern pro Sekunde gedreht, Fernsehvideo mit 25, 30, 50 oder 60. Eine Rate von 120 Hz hat den Vorzug, ein Vielfaches von 24, 30 und 60 zu sein: Jedes Bild wird ganzzahlig oft wiederholt, und Bewegung bleibt frei von Judder. Für den Schnitt zählt Farbgenauigkeit weit mehr als die Rate.

Input-Lag

Der Input-Lag (Eingabeverzögerung) ist die Zeit zwischen dem Eintreffen des Signals und der Anzeige des Bildes: die Verarbeitungszeit der Monitorelektronik, zu der im Mittel eine halbe Bilddauer hinzukommt. Gute Monitore fügen weniger als 5 ms hinzu. Eine hohe Bildwiederholrate senkt die Summe zwangsläufig, und das ist der zweite Grund, warum kompetitive Spieler sie suchen. Bei der Arbeit stellt sich die Frage nicht, mit einer Ausnahme: Fernseher, die als Monitor dienen und deren Bildverarbeitung 50 ms oder mehr hinzufügen kann, solange kein „Spiele“- oder „PC“-Modus aktiviert ist.

Eine hohe Rate erhöht auch die zu übertragende Datenmenge. 1440p mit 240 Hz oder 4K mit 144 Hz überfordern ältere Anschlüsse; das Kapitel zu den Anschlüssen sagt, welche Verbindung was überträgt.