Variable refreshrate

Wat is vrr?

Adaptive sync-technologieën die een variabele verversingsfrequentie mogelijk maken, zijn tegenwoordig in veel producten te vinden. Videokaarten, monitoren, consoles en televisies zijn er inmiddels vaker wèl dan niet mee uitgerust. Variable refreshrate (vrr) is zonder twijfel een van de belangrijkste nieuwe technologieën voor gaming in het afgelopen decennium geweest. Hoewel het doel ervan een zo soepel mogelijke game-ervaring is, kennen de verschillende technologieën die dit mogelijk maken niet zo’n soepele geschiedenis. In dit artikel nemen we de stand van zaken rond de variabele verversingsfrequentie met je door.

Het probleem

De variabele verversingsfrequentie lost een probleem op waar monitoren en schermen altijd al mee te kampen hebben gehad. Traditioneel wordt het beeld op je monitor een vast aantal keer per seconde ververst, wat bij de meeste schermen zestig keer per seconde gebeurt. Elke keer dat het scherm ververst, kan er een nieuw beeld worden getoond. Omdat het menselijk brein snel op elkaar opvolgende beelden als een animatie ervaart, kan een computerbeeldscherm zulke ‘bewegende beelden’ tonen. Volgen de beelden elkaar in een vast en consistent tempo op, dan blijft deze illusie van animatie in ons brein in stand.

In zwaardere games lukt het ook moderne hardware niet altijd elk frame op tijd klaar te hebben.

Tot dusver is er niks aan de hand. Bovendien, waarom zou de vaste verversingsfrequentie een probleem zijn als dat juist precies is wat ons brein wil? De ellende ontstaat echter niet bij de monitor zelf, maar in de manier waarop hij deze nieuwe beelden krijgt aangeleverd. Dit gebeurt vanuit de framebuffer op de grafische chip. De hardware moet ervoor zorgen dat er op tijd een nieuw beeld klaarstaat, maar dit lukt niet altijd. Het renderen van een (moderne) game is een voorbeeld van een taak waarbij niet alle componenten er continu in zullen slagen een nieuw beeld klaar te hebben voordat de monitor het beeld gaat verversen.

Op het moment dat de monitor het beeld ververst maar er nog geen nieuw frame is aangeleverd, zijn er twee uitkomsten mogelijk, afhankelijk van de gekozen instellingen: het vorige frame wordt in zijn geheel nog een keer getoond, of het voltooide deel van het nieuwe frame wordt bovenop het vorige frame getoond. Dit hangt af van hoe vertical sync (vsync) is ingesteld. Wanneer vsync actief is, worden nieuwe frames alleen naar de monitor verstuurd als ze volledig klaar zijn. In dat geval heb je dus altijd een correct en compleet nieuw frame, maar enkel als het op tijd is afgeleverd. Zonder vsync gebeurt dit niet.

Tearing versus judder

Het wel of niet gebruiken van vsync is voor veel gamers traditioneel een keuze tussen verschillende kwaden geweest. Zonder vsync krijgt de speler last van tearing, wat zichtbaar is in de vorm van een of meerdere horizontale lijnen omdat incomplete frames zijn samengevoegd maar visueel niet goed op elkaar aansluiten. Hoe erg dit opvalt, hangt vooral af van de in-game ‘beweging’ die plaatsvindt. In een strategiespel is het blikveld doorgaans wat rustiger dan in een haastige first person shooter.

Tearing

Als vsync wel wordt gebruikt, zijn de problemen met tearing verleden tijd. Toch is deze oplossing niet ideaal, want in ruil hiervoor krijgt de speler te maken met stotters en judder. Dat laatste is de variatie in de effectieve framerate die je als gamer op je scherm ziet, en zoals we eerder schreven, is ons brein ook uitstekend in staat om die variatie op te merken. Judder ontstaat op het moment dat een nieuw frame niet op tijd is afgeleverd en de monitor - met vsync ingeschakeld - het vorige frame in zijn geheel nog een keer toont, bijvoorbeeld als een systeem dat 50 beelden per seconde produceert is gekoppeld aan een 60Hz-monitor.

Met een vaste verversingsfrequentie werkt een monitor daarbij van oudsher als een soort metronoom; bij 60 beelden per seconde krijgt elk beeld precies evenveel tijd om te worden klaargemaakt. Hoe lang het duurt om een nieuw frame te renderen, wordt ook wel een frametime genoemd. Per frame is bij 60fps dus 16,67 milliseconden beschikbaar. Wordt het nieuwe frame maar een fractie later dan dat voltooid, dan is dat al te laat en wordt het voorgaande complete frame opnieuw getoond. Hetzelfde beeld zie je dus twee keer zo lang als de bedoeling was, en daarmee halveert de effectieve framerate in dit geval naar 30fps. Het volgende opvolgende frame in ons voorbeeld is vervolgens wél op tijd klaar en hoeft dus geen 33ms maar gewoon 16,67ms lang te worden getoond. Deze constante variatie heet judder en ons brein merkt dit op, wat door veel mensen als een ‘stroperig’ en houterig beeld wordt ervaren. Bij hogere refreshrates is dit iets minder sterk het geval omdat er minder tijd tussen elke verversing op de monitor zit, maar ook dan zal de geoefende gamer deze variatie opmerken.

Er zijn verschillende mogelijkheden om de problemen van tearing en judder te ontwijken. De meest lompe oplossingen zijn bijvoorbeeld om een bijzonder snelle en uiterst dure computer te kopen die hopelijk je favoriete game wat beter weet te draaien, of juist de grafische instellingen en resolutie flink terug te schroeven. Aan beide opties kleven serieuze nadelen.

Een andere optie werd in 2012 door Nvidia geïntroduceerd en heet adaptive vsync. Hierbij wordt vsync automatisch ingeschakeld als de framerate gelijk of hoger is dan de verversingsfrequentie van de monitor, zodat je geen last hebt van tearing, terwijl vsync uitgeschakeld wordt als de framerate lager uitkomt. AMD volgde enkele jaren later met Enhanced Sync, dat onder andere als adaptive vsync fungeert.

Deze softwarefeatures bleken slimme manieren om de ongemakken van tearing en judder te beperken. Toch bleef het vreemd dat voor zoveel onderdelen in de gehele keten - vanaf de software tot het tonen van beeld op je monitor - dergelijke oplossingen nodig waren voor een soepele game-ervaring. In dit grotere geheel zijn alle genoemde stappen onderworpen aan het tempo van die akelig consistente verversingsfrequentie. Het werd hoog tijd dat die eens op de schop ging en beeldschermen zich wat flexibeler gingen gedragen.

De komst van variable refreshrate

Dat begon met G-Sync, dat Nvidia eind 2013 voor het eerst openbaar liet zien. De technologie werkt met een extra chip in de vorm van een fpga die aan de monitor wordt toegevoegd en de communicatie regelt tussen de display-output op de videokaart en de scaler op de monitor. Nvidia maakt deze chip, die de fabrikant een 'G-Sync-processor' noemt, zelf en verkoopt hem aan de fabrikanten van beeldschermen. Omdat deze module extra geld kost en de certificering voor het G-Sync-predikaat de nodige eisen met zich meebrengt, was de technologie in eerste instantie alleen op premium-monitoren met bijbehorend prijskaartje terug te vinden. Ten opzichte van dezelfde monitoren zonder G-Sync bedroeg de meerprijs al snel meer dan honderd euro. In de eerste helft van 2014 kwamen de eerste monitoren met G-Sync op de markt. De techpers was het er vrijwel unaniem over eens dat variable refreshrate een van de grootste verbeteringen voor gamingtechnologie was.

Nvidia kwam als eerste op de markt met vrr, maar elke G-Sync-monitor vereist een fpga-module die de prijs opdrijft

Concurrent AMD moest toezien hoe Nvidia deze grote innovatie op de kaart zette, maar de Radeon-fabrikant zat ondertussen niet stil. Na de nodige stilte komt AMD ongeveer een jaar na Nvidia met zijn eigen technologie, die in de praktijk hetzelfde moet bewerkstelligen maar dan op een veel eenvoudigere manier. Er wordt geen losse chip voor gebruikt, er zijn er geen eisen opgenomen over de specificaties waar een monitor aan moet voldoen en er zijn geen licentiekosten aan verbonden. Dat komt omdat FreeSync gebruikmaakt van de dan nog kersverse VESA-standaard voor adaptive sync die als optionele feature wordt toegevoegd aan de DisplayPort 1.2a-specificatie. Die toevoeging komt niet uit de lucht vallen; AMD heeft er zelf bij VESA op aangedrongen dat de feature onderdeel uitmaakt van de verbeterde Displayport 1.2 - met de a-suffix er om deze reden aan vastgeplakt. Tegelijkertijd was de fabrikant ook druk in de weer om fabrikanten van scalers, de chips in je monitor, te helpen zo snel mogelijk ondersteuning voor adaptive sync in te bouwen. Gelukkig voor AMD maakt slechts een handvol fabrikanten dit soort hardware, dus met het overtuigen van Realtek, MStar en NovaTek was het doel al bereikt.

Met de komst van FreeSync wees AMD graag op alle nadelen die het in G-Sync ziet

De naam FreeSync die AMD aan zijn technologie heeft gegeven, is een steek richting zijn concurrent. Door de lat voor fabrikanten veel lager te leggen om FreeSync te implementeren ten opzichte van G-Sync, zal de adoptie ervan sneller verlopen - dat is althans het idee. In de jaren die volgden bleek dat inderdaad het geval, maar in het begin had FreeSync nog last van een aantal obstakels. Sommige van de allereerste exemplaren hadden last van flikkerende beelden en artefacts, wat voor een eerste indruk bij het publiek geen goed nieuws is. Belangrijker is nog dat FreeSync werkt met een specifiek bereik of range waarin het actief is, en die kan door monitorfabrikanten zelf worden bepaald. Valt de framerate lager uit dan die range, dan is FreeSync niet meer actief en krijg je alsnog tearing of judder te verduren. G-Sync heeft dit probleem nooit gehad, omdat een vereiste hierbij is dat elke monitor een ondergrens van 30Hz voor de range heeft.

Low Framerate Compensation

Enige tijd later heeft AMD een softwarematige oplossing bedacht die bovenstaand probleem oplost en conceptueel hetzelfde werkt als wanneer G-Sync ónder de 30fps komt, met de naam Low Framerate Compensation. Zodra de framerate lager komt dan de ondergrens van de FreeSync-range, wordt de monitor aangestuurd om elk frame tweemaal te tonen. In het geval van 30fps bij een ondergrens van 35Hz zorgt LFC er dus voor dat de monitor op een verdubbelde refreshrate werkt en hetzelfde beeld een tweede keer laat zien. Een vereiste hiervoor is wel dat de bovengrens van de FreeSync-range meer dan twee keer zo hoog ligt als de ondergrens.

De komst van LFC betekende niet dat de problemen met een beperkte FreeSync-range meteen waren opgelost. Door het gebrek aan eisen werd FreeSync een feature die voor monitorfabrikanten makkelijk was toe te voegen aan hun modellen. De FreeSync-standaard ondersteunt een bereik van 9 tot 240Hz, maar met ranges van 50-60Hz of 60-75Hz op sommige monitoren was niet alleen LFC onhaalbaar, maar de toegevoegde waarde van FreeSync überhaupt erg beperkt. Waar het voor de monitorfabrikanten gunstig was om met deze extra feature te koop te lopen, werd het voor de consument dus extra opletten op de specificaties. In de loop der tijd is de display-logic die gebruikt wordt voor vrr-beeldschermen steeds beter geworden. Zo werd een groter bereik voor FreeSync ook steeds normaler.

Vrr wordt volwassen: hdr en HDMI 2.1

Zoals gezegd bleek AMD’s strategie met FreeSync succesvol; in de opvolgende jaren werd in een groot aantal nieuw uitgebrachte monitoren ondersteuning toegevoegd. Het ging om zoveel modellen, dat het FreeSync-aanbod eind 2018 al ruim vijf keer zo groot was als het aantal G-Sync-monitoren. Beide fabrikanten bleven hun technologieën verder ontwikkelen en de komst van High Dynamic Range, kortweg hdr, bracht nieuwe marketingkansen. Hoewel in 2017 hdr nog in de kinderschoenen stond, kondigde Nvidia op CES dat jaar al aan met zijn vernieuwde G-Sync HDR-technologie te komen. Het zou vervolgens nog bijna anderhalf jaar duren voordat monitoren met deze technologie het daglicht zagen, als gevolg van technische uitdagingen bij de productie. Op dezelfde beurs presenteerde AMD ondertussen FreeSync 2 HDR, wat ondanks de verwarrende naam geen opvolger was, maar een uitbreiding van het bestaande FreeSync. Naast de hdr-implementatie waren LFC-ondersteuning, een niet nader gespecificeerde lage input-latency en een verversingsfrequentie van 120Hz vereist om een monitor aan te mogen prijzen als FreeSync 2 HDR-gecertificeerd.

FreeSync-ondersteuning op 'zijn Nvidia's'

Begin 2019 deed Nvidia een opvallende aankondiging waarin het feitelijk aangaf FreeSync te gaan ondersteunen. De manier waarop was echter net zo opvallend als de aankondiging zelf, want de naam FreeSync werd geen enkele keer genoemd. In plaats daarvan werd gesproken over G-Sync Compatible, waarbij FreeSync-monitoren goedgekeurd moeten worden door Nvidia. In de driversoftware kon de feature echter ook worden ingeschakeld op niet-goedgekeurde monitoren. Nvidia plaatste boven dit zelf bedachte ‘instapsegment’ zijn G-Sync-technologie als ‘premium experience’, en presenteerde daarnaast G-Sync Ultimate als overtreffende trap. De vereiste 1000cd/m² helderheid die hier onderdeel van uitmaakte voor hdr-weergave werd begin 2021 teruggeschroefd naar 600cd/m², waarschijnlijk om meer fabrikanten over de streep te trekken een G-Sync Ultimate-monitor uit te brengen. Begin 2020 veranderde AMD de naam FreeSync 2 HDR in FreeSync Premium Pro en voegde ook nog FreeSync Premium toe. Die nieuwe standaard was identiek aan de Pro-variant, met uitzondering van het hdr-vereiste.

Volgens Nvidia zijn maar weinig FreeSync-monitoren goed genoeg voor een G-Sync Compatible-certificering

HDMI 2.1

Hoewel DisplayPort met versie 1.2a in 2014 al optionele ondersteuning voor variabele verversingsfrequentie kreeg, was het bij HDMI wachten tot versie 2.1 voordat het zover was. Ook hier betreft het een optionele feature, dus een televisie of monitor met een HDMI 2.1-aansluiting is geen garantie dat er vrr-ondersteuning aanwezig is. Helemaal nieuw was vrr op HDMI eigenlijk niet, want AMD had enkele jaren eerder zijn technologie hierop al beschikbaar gemaakt, onder de simpele naam FreeSync over HDMI. Dit werkte vanaf HDMI 1.4 en hoger, en hoewel er genoeg FreeSync-monitoren waren te vinden die dit gebruiken, heeft de organisatie achter HDMI het nooit officieel als feature gespecificeerd - tot HDMI 2.1.

Ondersteuning vanuit hardware

Zoals op de vorige pagina's beschreven, is vrr-ondersteuning een onoverzichtelijk verhaal geworden. De verschillende standaarden, versies van aansluitingen en hardware maken onduidelijk wat je nu precies krijgt en of vrr daadwerkelijk gaat werken. Op deze pagina geven we een overzicht van verschillende hardware waarbij variable refreshrate al dan niet mogelijk is.

Grafische desktopchips

Op de desktopmarkt is variable refreshrate al het langst terug te vinden en hier zien we ook de breedste ondersteuning voor vrr. Nvidia ondersteunt uiteraard zijn eigen technologie en doet dat tot behoorlijk oude kaarten aan toe. Gaandeweg heeft het besloten de open VESA-standaard, bekend als FreeSync, te ondersteunen, maar daar is wel een nieuwere kaart uit de GTX 10-serie voor nodig. Hoewel alleen de nieuwste GeForce-kaarten beschikken over HDMI 2.1 geeft Nvidia aan dat kaarten uit de GTX 16- en RTX 20-serie vrr ook ondersteunen als het scherm de feature via HDMI 2.1 ondersteunt.

AMD ondersteunt niet geheel verrassend FreeSync op zowel DisplayPort als HDMI. De RX 6000-serie ondersteunt vrr daarnaast ook op HDMI 2.1, wat bij RX 5000-kaarten en ouder niet het geval is. De enige optie die voor Radeon-kaarten geheel wegvalt, is het ondersteunen van het gesloten G-Sync-systeem, dat exclusief voor Nvidia blijft.

Intel heeft met zijn geïntegreerde graphics geen vorm van variable refreshrate ondersteund tot de komst van de elfde generatie Core-processors. De hierop gebruikte Xe-gpu kan enkel de VESA Adaptive Sync-standaard gebruiken via DisplayPort omdat deze igpu's nog altijd beperkt zijn tot HDMI 2.0.

	Nvidia G-Sync	VESA DisplayPort Adaptive Sync (FreeSync)	FreeSync over HDMI (1.4 - 2.0)	HDMI 2.1 vrr
Nvidia GeForce	Vanaf GTX 600-serie en hoger	Vanaf GTX 10-serie	Niet ondersteund	Vanaf GTX 16-serie/RTX 20-serie
AMD Radeon	Niet ondersteund	Vanaf GCN2-architectuur	Vanaf GCN2-architectuur	Vanaf RX 6000-serie
Intel Graphics	Niet ondersteund	Vanaf Xe (11th Gen Core)	Niet ondersteund	Niet ondersteund

Laptops

De situatie op de laptopmarkt is vergelijkbaar met die op de desktopmarkt. Ondersteuning voor G-Sync en FreeSync vinden we voor ingebouwde displays op dezelfde generaties chips terug. Technisch zit G-Sync op laptops wel anders in elkaar, omdat het gebruikmaakt van de eDP-standaard die vrijwel dezelfde werking heeft als FreeSync.

Ondersteuning voor vrr met externe beeldschermen is bij laptops daarentegen een vraagteken. Het kan per model verschillen hoe de HDMI- of DisplayPort-aansluitingen zijn verbonden met de interne grafische chips. Zijn ze direct aangesloten op de gpu's van AMD of Nvidia, dan zal vrr werken. Maar loopt deze verbinding via een oudere igpu van Intel en is er geen mux-switch ingebouwd, dan kan de feature helaas niet worden gebruikt.

Consoles

De afgelopen generaties consoles van Sony en Microsoft gebruiken hardware afkomstig van AMD, waardoor de spelcomputers hardwarematig gezien FreeSync en vrr kunnen ondersteunen, op een vergelijkbare manier als hoe het bij Radeon-kaarten uit hetzelfde tijdperk gebeurt. Microsoft heeft dit met zijn Xbox-reeks ook zo gedaan, terwijl Sony geen softwareupdate heeft uitgebracht voor FreeSync-ondersteuning op zijn PlayStation 4. De PS5 en Series X/S beschikken over een HDMI 2.1-aansluiting waarmee vrr volgens die specificatie werkt, al is het in Sony's geval wachten op een update die voor het laatste kwartaal van 2021 staat gepland.

Iets meer onzekerheid is er rond het aansluiten van consoles via DisplayPort. Toegegeven, dit scenario ligt een stuk minder voor de hand. Omdat de consoles niet over een eigen DisplayPort-aansluiting beschikken, moet er een adapter voor worden gebruikt. AMD geeft zelf aan dat er bij adapters of kabels met twee verschillende stekkers geen garantie is dat FreeSync zal werken.

	Nvidia G-Sync	VESA adaptive sync op DisplayPort (FreeSync)	FreeSync over HDMI (1.4 - 2.0)	HDMI 2.1 vrr
PlayStation 4 (Pro)	Niet ondersteund	Niet ondersteund	Niet ondersteund	Niet ondersteund
PlayStation 5	Niet ondersteund	Niet gegarandeerd	Ja	Komt met toekomstige update
Xbox One X, One S	Niet ondersteund	Niet gegarandeerd	Ja	Niet ondersteund
Xbox Series X/S	Niet ondersteund	Niet gegarandeerd	Ja	Ja

Televisies en monitoren

Het aantal televisies met ondersteuning voor vrr, FreeSync en/of G-Sync neemt snel toe. Elke lijst die we hierover zouden publiceren, zal dan ook snel verouderen. Gelukkig kun je in onze Pricewatch makkelijk filteren op televisies met G-Sync en televisies met FreeSync. Daarnaast heeft AMD zelf een pagina gewijd aan alle tv's met FreeSync. Nvidia heeft een dergelijke lijst niet specifiek voor televisies gepubliceerd, maar gecombineerd met zijn lijst voor Nvidia's G-Sync-monitoren. Voor monitoren heeft AMD wel een aparte lijst van FreeSync-monitoren. Uiteraard zijn deze ook in de Pricewatch terug te vinden als je filtert op monitoren met FreeSync en monitoren met G-Sync.

Tot slot

Voor gamers is vrr ongetwijfeld een van de belangrijkste nieuwe technologieën van de afgelopen tien jaar. Waar een suboptimale, hinderlijke en soms zelfs vermoeiende game-ervaring het gevolg was van stotters, judder en tearing, strijkt variable refreshrate een inconsistent opvolgende reeks beelden glad. Dat zorgt ervoor dat gameplay veel vloeiender aanvoelt. We durven dus wel te stellen dat in best wat gevallen de upgrade naar een beeldscherm mét een variabele verversingsfrequentie als een grotere vooruitgang zal aanvoelen dan een nieuwe grafische kaart. Met de huidige prijzen voor videokaarten is je oude monitor vervangen wellicht niet eens een gek alternatief.

Ondersteuning voor vrr is tegenwoordig op steeds meer hardware terug te vinden. Helaas is de compatibiliteit er voor de consument niet veel duidelijker op geworden. Dat Nvidia FreeSync is gaan ondersteunen heeft op de pc-markt voor verbetering gezorgd, waardoor GeForce-eigenaren bovendien minder hoeven te betalen om van vrr te kunnen genieten op de desktop. Op de vorige generatie consoles was variable refreshrate nog omringd met vraagtekens, maar bij de huidige generatie is dat gelukkig al veel minder het geval.

Omdat de toegevoegde waarde van een variabele verversingsfrequentie erg lastig is om te laten zien op een monitor zonder deze feature, raden we je aan om vrr met eigen ogen te ervaren. Op die manier kun je het beste bepalen of deze eigenschap voor jouzelf doorslaggevend is. Hoe dan ook kunnen gamers tegenwoordig spelen zonder last te krijgen van tearing of judder, en dat is een heel grote stap vooruit.