Fréquence de rafraîchissement, temps de réponse et netteté du mouvement

Images et durée d’image

La fréquence de rafraîchissement, en hertz, est le nombre de fois par seconde où le moniteur redessine son image. Son inverse est la durée d’image (frame time), le temps pendant lequel chaque image reste à l’écran :

durée d’image (ms) = 1000 ÷ fréquence de rafraîchissement (Hz)

De 60 à 120 Hz, la durée d’image tombe de 16,7 à 8,3 ms, soit un gain de 8,3 ms. De 120 à 240 Hz, elle tombe à 4,2 ms, soit un gain de 4,2 ms seulement. Chaque doublement apporte la moitié du bénéfice du précédent : le passage de 60 à 120 Hz saute aux yeux de tout le monde, celui de 240 à 480 Hz n’est guère perceptible que par des joueurs entraînés.

Pourquoi le mouvement paraît flou : l’affichage par maintien

Un écran plat affiche chaque image et la maintient, inchangée, jusqu’à la suivante (principe dit sample-and-hold). Quand vous suivez des yeux un objet en mouvement, ils glissent de façon continue tandis que l’image reste immobile pendant toute la durée d’image ; l’objet s’étale donc sur votre rétine, sur la distance que votre regard a parcourue entre-temps.

flou (pixels) = vitesse (pixels par seconde) × persistance (secondes)

Un objet qui traverse un écran 1440p en 2,7 secondes environ se déplace à 960 pixels par seconde. À 60 Hz, il est flou sur 16 pixels ; à 120 Hz, sur 8 ; à 240 Hz, sur 4. Ce flou existe même avec des pixels qui commuteraient instantanément : il vient de l’œil, pas de la dalle. C’est la principale raison pour laquelle une fréquence de rafraîchissement élevée paraît plus nette en mouvement, et c’est ce qui explique qu’un texte reste lisible pendant le défilement sur un écran 120 Hz alors qu’il se transforme en barres grises à 60 Hz.

Certains moniteurs réduisent la persistance autrement, en allumant brièvement le rétroéclairage à chaque image (rétroéclairage stroboscopique, ou backlight strobing) ou en insérant des images noires. Le flou diminue fortement, au prix d’une perte de luminosité et parfois d’un scintillement visible ; la technique s’adresse au jeu en compétition.

Le temps de réponse : le retard propre à la dalle

Le temps de réponse est la durée qu’il faut à un pixel pour passer d’une teinte à une autre, généralement mesurée de gris à gris (GtG). S’il dépasse la durée d’image, le pixel n’a pas terminé sa transition quand l’image suivante arrive, et une traînée fantôme suit les objets en mouvement.

Pour rester invisible, la réponse doit se situer nettement sous la durée d’image : moins de 8 ms à 120 Hz, moins de 4 ms à 240 Hz. Ordres de grandeur par technologie :

• OLED : environ 0,1 ms, négligeable à n’importe quelle fréquence de rafraîchissement ;
• IPS rapide : de 2 à 5 ms en mesure réelle ;
• VA : de 4 à 8 ms en moyenne, mais 15 ms et plus sur certaines transitions entre teintes sombres.

Le « 1 ms » imprimé sur les emballages est un meilleur cas, obtenu avec le réglage d’overdrive le plus agressif. L’overdrive accélère les transitions en appliquant brièvement au pixel une tension excessive ; poussé trop loin, il dépasse la cible et dessine un halo clair ou coloré derrière les objets. Le réglage intermédiaire est presque toujours le bon. Les mesures indépendantes sont la seule source fiable sur ce point.

Le MPRT, autre chiffre que l’on trouve sur les fiches techniques, mesure la persistance décrite dans la section précédente, pas la rapidité des pixels. Un « 1 ms MPRT » s’obtient avec un rétroéclairage stroboscopique.

La fréquence de rafraîchissement variable

Un jeu ne produit pas ses images à un rythme régulier : 97 par seconde dans une scène, 71 dans la suivante. Un écran au rythme fixe n’a alors que deux mauvaises options : montrer une partie d’une image et une partie de la suivante (déchirement d’image, ou tearing), ou attendre le cycle suivant (saccades et retard supplémentaire).

La fréquence de rafraîchissement variable (VRR) supprime le dilemme : le moniteur attend chaque image et l’affiche quand elle arrive. La technique existe sous les noms de G-Sync (Nvidia), FreeSync (AMD) et Adaptive-Sync (la norme VESA) ; les trois sont aujourd’hui largement interopérables. Elle fonctionne à l’intérieur d’une plage, par exemple de 48 à 144 Hz ; en dessous, les moniteurs dotés de la compensation des faibles fréquences d’images (LFC) répètent chaque image pour y rester. Pour le jeu, le VRR compte autant que la fréquence maximale.

Quelle fréquence pour quel usage

Bureautique et code

Rien n’exige plus de 60 Hz pour afficher un document. Mais faire défiler une page, déplacer une fenêtre ou simplement suivre le pointeur sont des mouvements, et ils sont deux fois plus nets à 120 Hz. Ceux qui ont travaillé sur un écran à 100 ou à 120 Hz reviennent rarement en arrière. Comme ces dalles coûtent désormais à peine plus cher, le sélecteur propose 100 Hz comme objectif raisonnable pour le travail dès que le budget n’est pas serré.

Jeu

144 Hz est la base, 165 à 240 Hz la plage confortable, et les fréquences supérieures concernent les jeux de tir compétitifs. La fréquence n’est utile que si la carte graphique suit : un écran 240 Hz alimenté par 80 images par seconde en montre 80. D’où l’association classique du 1440p avec 144 à 240 Hz, que les cartes de milieu de gamme peuvent alimenter, alors que la 4K à 144 Hz exige le haut de gamme (voir résolution et mise à l’échelle).

Vidéo et création

Les films sont tournés à 24 images par seconde, la vidéo télédiffusée à 25, 30, 50 ou 60. Une fréquence de 120 Hz a le mérite d’être un multiple de 24, de 30 et de 60 : chaque image est répétée un nombre entier de fois et le mouvement est exempt de saccades (judder). Pour le montage, la précision des couleurs compte bien plus que la fréquence.

Le retard à l’affichage (input lag)

Le retard à l’affichage, ou input lag, est le délai entre l’arrivée du signal et l’affichage de l’image : le temps de traitement de l’électronique du moniteur, auquel s’ajoute en moyenne une demi-durée d’image. Les bons moniteurs ajoutent moins de 5 ms. Une fréquence de rafraîchissement élevée réduit mécaniquement le total, et c’est la seconde raison pour laquelle les joueurs de compétition la recherchent. Pour le travail, la question ne se pose pas, à une exception près : les téléviseurs utilisés comme moniteurs, dont le traitement d’image peut ajouter 50 ms ou plus si un mode « jeu » ou « PC » n’est pas activé.

Une fréquence élevée augmente aussi le volume de données à transporter. Le 1440p à 240 Hz ou la 4K à 144 Hz dépassent les capacités des ports anciens ; le chapitre sur la connectique indique quelle liaison transporte quoi.