Hoe we meten of de responstijd van je monitor echt klopt

De responstijd of reactietijd in milliseconden (ms) is de tijd die de pixels van je beeldscherm nodig hebben om van kleur te veranderen. Vooral een gamingmonitor moet zo snel mogelijk van de ene naar de juiste kleur overschakelen.

Hoe snel de monitor moet zijn, hangt deels samen met de refreshrate, het aantal beelden dat het scherm per seconde weergeeft, uitgedrukt in hertz (Hz). Op een 60Hz-monitor moet er bijvoorbeeld iedere 16,6ms weer een nieuw beeld op het scherm komen, op een 500Hz-monitor iedere 2ms. Reageren de pixels van het scherm duidelijk trager dan de tijd dat één beeld op het scherm staat? Dan zie je ghosting. Dit is een spoor van uitdovende of oplichtende pixels rondom het bewegende object.

Welke soorten monitoren bieden de snelste responstijd?

• Oledmonitoren hebben over het algemeen de snelste responstijd van alle soorten monitoren die je kunt kopen. Het type oledscherm – QD-oled, woled of rgb-oled – maakt daarbij vrijwel niet uit.
• Lcd-monitoren zijn een factor vijf tot vijftig trager. Eigenlijk is iedere oledmonitor 'snel genoeg' volgens het bovenstaande criterium; de pixels veranderen namelijk sneller van kleur dan de tijd van één beeld. Voor lcd's geldt dat lang niet altijd.

Wat zijn overdrive, over- en undershoot en inverse ghosting?

Omdat lcd-panelen van zichzelf trager zijn, gebruiken fabrikanten een trucje om ze sneller te maken: overdrive. Met deze techniek stuurt de monitor de pixel naar een donkerdere of lichtere waarde dan waar hij eigenlijk op uit moet komen. Bijvoorbeeld: als de pixel van donkergrijs naar lichtgrijs moet veranderen, stuurt de monitor hem heel eventjes naar helemaal wit. Zo komt hij sneller op de bedoelde, lichtgrijze kleur uit.

Op vrijwel alle lcd-schermen kun je de overdrive in verschillende stappen instellen. Hoe hoger de overdrive is ingesteld, hoe korter de transitietijd over het algemeen wordt. Daar staat tegenover dat er ook meer over- en undershoot optreedt. De pixel schiet dan verder door dan de bedoelde kleur.

In dit testpatroon van Blur Busters beweegt een ufootje van links naar rechts over het scherm. Op de linkerfoto zie je ghosting, zichtbaar als een donkere schaduw links van de ufo. In het midden inverse ghosting, zichtbaar als een lichte rand achter de ufo. Rechts een scherm met een bijna perfecte responstijd.

In de praktijk zie je dit 'doorschieten' als inverse ghosting. Dat is, zoals de naam zegt, precies het omgekeerde van normale ghosting. Vergelijk het met het negatief van een foto: een extra heldere of donkere schaduw achter het bewegende object. Dit kan storender zijn dan normale ghosting.

Wat klopt er van de specificaties van fabrikanten?

In de specificaties van fabrikanten zie je vaak één waarde voor de responstijd van het scherm, bijvoorbeeld 1ms of 0,03ms. Meestal klopt daar niet zoveel van, als we het vergelijken met onze eigen metingen (zie onder). Fabrikanten kunnen op allerlei manieren 'sjoemelen' om op een laag getal uit te komen.

Maximale overdrive is niet realistisch

Je zou als fabrikant bijvoorbeeld de responstijd kunnen noteren die het scherm op de maximale overdrive-instelling bereikt. Misschien reageert het daarop bliksemsnel, maar er treedt dan vaak ook extreem veel over- en undershoot op. Dat betekent alsnog een slechte beeldkwaliteit. Het staat leuk voor de marketing. Je zou echter liever willen weten wat de snelst mogelijke responstijd is, zónder dat over- en undershoot de pan uit rijzen.

Dé responstijd bestaat niet

De responstijd van een monitor is lastig in één getal uit te drukken, omdat hij over het algemeen verschilt afhankelijk van de kleurovergang die het scherm moet maken. Van lichtgrijs naar wit gaat bijvoorbeeld sneller dan van zwart naar wit. Ook een overgang van donkergrijs naar lichtgrijs levert weer een heel andere responstijd op.

Als fabrikant zou je de snelste overgang kunnen nemen om op een geclaimde 'responstijd' uit te komen. Dat hoeft dan natuurlijk geen realistische indruk te geven van de gemiddelde responstijd. Ook een laag gemiddelde zegt nog niet alles: dat kan grote afwijkingen in bijvoorbeeld donkere tinten verstoppen.

Refreshrate en opwarmen spelen een rol

Bij lcd-monitoren zien we dat de gemiddelde responstijd meestal oploopt naarmate de refreshrate afneemt. Op 60Hz is de monitor bijvoorbeeld trager dan op 180Hz. Hoelang het scherm aanstaat, kan ook een factor zijn. Lcd-monitoren reageren soms veel trager als ze nog niet zijn opgewarmd.

Meetmethode verstopt afwijkingen

Behalve factoren die te maken hebben met het scherm zelf, speelt ook de meetmethode een rol. Fabrikanten en testlabs meten de responstijd doorgaans met een fotosensor, die een bepaalde spanning registreert afhankelijk van de helderheid van het scherm. Van oudsher geldt een tolerantie van 10 procent op basis van de gemeten spanning. Dat wil zeggen dat het bovenste en onderste deel van de overgang niet meetellen om de responstijd te bepalen.

Donkere tinten die wij als duidelijk verschillend ervaren, leveren nauwelijks een verschil in de gemeten spanning op. Daardoor telt in die donkere tinten een nog veel groter deel van iedere overgang niet mee. Tenminste, als je uitgaat van een 10-procenttolerantie op de spanning. Je ziet het in de grafiek hieronder: uitgaande van de spanning begint de telling pas na 30 procent van de overgang.

Hoe meten we bij Tweakers de responstijd van een monitor?

Om een zo goed mogelijke indruk te geven van de responstijd van een monitor, gebruiken we bij Tweakers een zelfontwikkelde meetopstelling. Deze bestaat uit een zeer nauwkeurige fotosensor aangesloten op een oscilloscoop. Via eigen software meten we automatisch. We corrigeren deze metingen voor de gammacurve van het scherm. We kijken niet naar de gemeten spanning, maar naar de helderheid zoals je hem in het echt ziet, uitgedrukt in een rgb-waarde. We hanteren een strakke tolerantie, zodat we bijna de hele daadwerkelijke overgang meten.

We bepalen eerst automatisch de optimale overdrive-instelling. Op deze stand is de monitor zo snel mogelijk, met zo min mogelijk over- en undershoot. We doen dit op basis van een speciale berekening: de cumulative absolute deviation (cad). Deze drukt in één getal uit hoe de gemeten overgang verschilt van een theoretisch perfecte transitie. Zowel een trage responstijd als veel over- of undershoot leiden tot een verhoogde cad-score.

Op deze optimale instelling meten we vervolgens alle mogelijke overgangen tussen grijstinten in stapjes van 10 procent grijs: in totaal 110 verschillende transities. We meten iedere overgang meerdere keren om de betrouwbaarheid te verhogen.

We meten dit niet alleen op de maximale refreshrate van het scherm, maar ook op de refreshrates 60Hz, 120Hz, 180Hz en 240Hz, afhankelijk van het maximum van het scherm. Zo zien we of het scherm trager reageert op een lagere refreshrate.

Gemiddelde scores en responstijddiagrammen

De metingen resulteren in verschillende gemiddelde scores die bij iedere (gaming)monitorreview in een serie grafieken staan.

• Gemiddelde, hoogste en laagste responstijd: het gemiddelde van de 110 gemeten overgangen, en de hoogste en laagste gemeten waarden.
• Gemiddelde stabilisatietijd (settling time): bij de 'normale' responstijdmeting stopt de telling op het moment dat het scherm de doelwaarde voor het eerst bereikt (de groene lijn in de grafiek hiernaast). Bij over- of undershoot schiet het scherm daarna dus nog een stukje door. De stabilisatietijd geeft aan wanneer het scherm uiteindelijk stabiliseert op de doelwaarde (de rode lijn in de grafiek). Zonder over- of undershoot is de stabilisatietijd voor die overgang gelijk aan de 'normale' responstijd.
• Gemiddelde overshoot en gemiddelde undershoot: de gemiddelde hoeveelheid over- en undershoot op basis van de 110 gemeten transities.
• Percentage transities met over-/undershoot boven 10 rgb: het percentage van de 110 gemeten transities waarbij het scherm zichtbaar doorschiet (meer dan 10 rgb ten opzichte van de doelwaarde).
• Percentage transities met responstijd binnen refresh window: het percentage van de 110 gemeten transities waarvan de responstijd korter is dan de tijd dat één beeld op het scherm staat. Dit berekenen we voor de specifieke refreshrate waarop we meten. Bijvoorbeeld: bij een 240Hz-monitor staat ieder beeld 4,2ms op het scherm. Het percentage geeft weer hoeveel van de gemeten overgangen sneller zijn en dus 'op tijd' komen.
• Gemiddelde cad: zoals hierboven uitgelegd, is de cumulative absolute deviation (cad) een berekening van het verschil tussen de overgang die we op de monitor meten en een theoretisch perfecte transitie. Dit getal is in één oogopslag een mooie maatstaf voor de snelheid van het scherm: een lage cad-score betekent een snelle responstijd en weinig over- of undershoot.

In de reviews vind je ook een serie responstijddiagrammen. Het zijn een soort 'kaarten' met daarop alle 110 metingen van de responstijd, stabilisatietijd, over- en undershoot en cad. Rechtsboven in ieder diagram staan de transities van een donkere naar een lichte kleur (risetransities). Linksonder vind je de overgangen van een lichte naar een donkere kleur (falltransities).

Voorbeeld van een serie responstijddiagrammen met alle metingen (responstijd, stabilisatietijd, over- en undershoot en cad) voor die monitor op een bepaalde refreshrate