120 Hz in de praktijk: meerwaarde definitief aangetoond

Techniek: waarom is 120 Hz beter?

Ten slotte nog de techniek. Standaard TFT-monitoren voor de PC kunnen maximaal 60 beelden per seconden verwerken. In Windows kun je zodoende de verversingsfrequentie niet hoger dan 60 Hz instellen, al is het via wat kunstgrepen bij bepaalde beeldschermen mogelijk om bijvoorbeeld 72 Hz aan te leveren. Bij steeds meer schermen is het mogelijk om 120 Hz of soms zelfs 144 Hz te selecteren. Op dat moment worden 120 of 144 beelden per seconde doorgestuurd. Daarvoor is overigens wel een dual-link DVI-kabel vereist, want alleen die hebben voldoende bandbreedte. Er moet immers twee keer zoveel informatie aangeleverd worden.

Om er binnen games potentieel profijt van te hebben, moeten er natuurlijk überhaupt minimaal 120 beelden per seconde berekend worden. In onze videokaart reviews stellen we vaak dat een gemiddelde van 60 fps voldoende is om soepel te kunnen gamen. Wie optimaal wil gamen en alle voordelen van een 120 Hz scherm wil benutten, wil eigenlijk een minimale framerate van 120 Hz en zodoende dus een gemiddelde dat duidelijk boven de 120 fps valt. Dat is bij de modernste games zelfs voor de snelste videokaarten een flinke opgave, zeker bij full hd resolutie en met de kwaliteitsinstellingen niet op 'minimaal' gezet.

Het beste kun je dan nog kijken naar onze frametime tests. 120 fps betekent dat er iedere 8,3 ms een nieuw beeld op het scherm wordt opgebouwd. Wanneer vrijwel alle frames van een game binnen deze 8,3 ms berekend worden, is een videokaart snel genoeg om een 120 Hz scherm altijd met nieuwe frames aan te sturen. Concreet betekent dat dus een 99ste percentiel frametijd van 8,3 ms. Je hoeft onze Nvidia GeForce GTX Titan review er maar bij te pakken om te concluderen dat zelfs de snelste single-GPU videokaart ter wereld dat in Full HD resolutie maar zelden haalt. Vandaar ook dat we voor het evenement een wat oudere game kozen. Wie optimaal met een 120 Hz scherm en de nieuwste games aan de slag wil moet dus óf investeren in meerdere high-end videokaarten in SLI/Crossfire óf genoegen nemen met lagere beeldkwaliteit of minder berekende beelden per seconde.

Vsync

Toch biedt een 120 Hz scherm zelfs voordelen wanneer je videokaart niet snel genoeg is om constant meer dan 120 beelden per seconde te berekenen en dat heeft alles van doen met Vsync.

Even het geheugen weer opfrissen. Een videokaart berekent continu zo snel mogelijk opeenvolgende beelden van game. De snelheid waarop dit gebeurt is echter per definitie niet synchroon met de verversingsfrequentie van een monitor, die exact 60 Hz (of 120 Hz) is. De GPU kan sneller of langzamer zijn dan het scherm en daarbij is de tijd die het kost om frames te berekenen sowieso variabel.

In games kun je in de regel altijd kiezen om de beelden die de GPU berekent te synchroniseren met de monitor, wat men Vsync (Vertical Sync) noemt. Met Vsync aan wordt op ieder moment dat de monitor een nieuw beeld wil weergeven het laatste in z'n geheel berekende beeld getoond. Dat heeft als voordeel dat er alleen complete beelden worden getoond en je dus geen visiuele artefacten als tearing hebt. Qua beeldkwaliteit is Vsync inschakelen dus superieur. Vsync heeft echter een tweetal nadelen die er voor zorgen dat de meeste FPS-gamers Vsync toch uitzetten. Allereerst is er potentieel een vertraging: wanneer een nieuw beeld nét niet af is op het moment dat het scherm een nieuwe beeld moet tonen, wordt het vorige, volledige beeld getoond. Het nieuwe frame wordt dus pas bij de volgende refresh vertoond. Bij 60 Hz schermen betekent dat de factor dat berekende frame met een vertraging van maximaal 1/60^e seconde, ofwel 16,7 milliseconden worden getoond. Zeker geoefende FPS-gamers geven aan deze vertraging (die men vaak incorrect als input-lag bestempeld) te merken. Bovenal geeft men aan dat het in FPS-games een nadeel is; je ziet je vijand potentieel wat later dan mogelijk. Een ander nadeel van 'Vsync aan' is dat wanneer je videokaart niet constant minimaal 60 beelden per seconde kan berekenen, er geregeld twee verversingscycli exact hetzelfde frame getoond wordt. De facto schakel je dan tussen 60 fps en 30 fps (en misschien soms wel 15 fps als je videokaart het écht zwaar heeft). Dat ervaar je als schokken.

Met Vsync uit wordt tijdens iedere verversingscyclus het frame getoond dat de GPU op dat exacte moment beschikbaar heeft. Het maakt dat je met enige regelmaat gedeeltes van twee of meer berekende beelden tegelijkertijd op je scherm ziet. Het bovenste gedeelte is bijvoorbeeld frame X en het onderste gedeelte X+1. Wanneer de videokaart heel veel sneller is dan 60 fps kan het zelfs voorkomen dat je vele verschillende stukjes beeld ziet. Bij de 16,7 milliseconden durende verversingscyclus van het scherm, waarbij het beeld lijn voor lijn van boven naar onder wordt opgebouwd, kan het prima zijn dat de videokaart drie of vier frames heeft berekend en dat je van al die frames een strook ziet. Omdat in al die stroken de objecten in het beeld vanwege de actie in de game natuurlijk iets ten opzichte van elkaar verschoven zijn, zie je een visuele storing die men tearing noemt. Onderstaande afbeelding toont een voorbeeld van tearing op één plek. Wanneer je videokaart echter 200 fps aflevert en je hebt een 60 Hz scherm, dan zul je in de regel drie of zelfs vier van deze abrupte overgangen zien.Toch nemen de meeste FPS-gamers dit nadeel voor lief: het ontbreken van vertraging en een vloeiender spelervaring vinden de meesten belangrijker dan beeld zonder artefacten.

Wat betekent de overstap naar 120 Hz voor het hele Vsync verhaal? Voor wie met Vsync uit speelt, is er simpelweg minder tearing zichtbaar. Ga maar na: wanneer de videokaart gemiddeld 200 fps berekent (en het opbouwen van frames dus gemiddeld 5 milliseconden duurt), bestaat op een 60 Hz scherm,  ieder getoond beeld (dat gedurende 16,7 ms wordt opgebouwd) uit vier of vijf achterliggende frames. Dat betekent dat er drie of vier plekken zijn waar tearing zichtbaar is. Bij een 120 Hz scherm duurt het opbouwen van een beeld 8,3 ms en bestaat ieder getoond beeld dus uit twee of drie achterliggende frames, wat betekent dat er één of twee plekken met tearing zijn. Er is dus simpelweg minder tearing zichtbaar.

Wie Vsync aan zet, heeft bij 120 Hz schermen een maximale vertraging van 8,3 ms voordat een berekend beeld getoond wordt. Voor de meest die-hard FPS-gamers is dat misschien nóg te veel, voor de meesten is een vertraging van deze lengte geen probleem meer. Ook het stotteren is minder erg of misschien zelfs niet zichtbaar: wanneer wordt geschakeld tussen 120 fps en 60 fps omdat beelden dubbel worden getoond, is dat veel minder storend dan tussen 60 fps en 30 fps. 

Speel je zonder Vsync met een 120 Hz scherm, dan heb je sowieso als voordeel dat er dus minder tearing artefacten zijn, maar omdat het opbouwen van een nieuw beeld slechts 8,3 ms duurt dus ook dat nieuwe informatie als gevolg van een actie eerder zichtbaar is. De combinatie van beide is wat de deelnemers in onze onderzoek ondervinden als 'vloeiender' en 'soepeler'. 

Tegelijkertijd zijn de negatieve effecten van Vsync aanzetten (de stotteringen en de vertraging) minder erg, waardoor je zelfs met Vsync ingeschakeld (en dus optimale beeldkwaliteit) op een 120 Hz scherm een betere, soepeler spelervaring hebt dan met Vsync uit op een 60 Hz scherm.