Reaktionszeit/Latenz anhand von Hörbeispielen verdeutlicht

Hey Leute,

gerade Gamer weisen immer wieder darauf, dass TFTs nicht nur wegen Schlieren und Bewegungsunschärfe zu langsam wären, sondern auch die Bildfrequenz mit in der Regel maximal 75 Hz zu gering sei, bei einigen wie z.B. Eizos über DVI sogar nur 60 Hz. Um mal eine wirkliche Diskussionsgrundlage zu schaffen, will ich hier mal die verschiedenen relevanten Reaktionszeiten/Latenzen anhand von Hörbeispielen verdeutlichen.

Dabei geht es weniger um die Reaktionszeit der Pixel selbst, welche sich in mehr oder weniger starken Schlieren bemerkbar machen kann, sondern darum, innerhalb welcher Zeit man überhaupt eine Veränderung auf dem Monitor sehen kann, um entsprechend darauf zu reagieren. Gamer argumentieren wiederholt, dass die geringere Bildfrequenz zu geringerer Reaktionsfähigkeit des Spielers führt, da Veränderungen (z.B. "Gegner schießt") erst später und weniger flüssig vom Monitor dargestellt werden.

Je höher die Bildfrequenz, umso kürzer ist der zeitliche Abstand zwischen zwei angezeigten Bildern. Zwischen einer Aktion im Spiel (z.B. "Gegner schießt") und dem am Monitor angezeiten Bild kann es im ungünstigten Fall zu einer Verzögerung von einem vollen Bild kommen. In der Regel wird eine Aktion aber zeitlich irgendwo zwischen zwei Bildern passieren, so dass die Verzögerung nur solange dauert, bis das nächste Bild erscheint.

Bei folgenden Hörbeispielen handelt es sich um sehr kleine WAV Dateien, zuerst spielt der linke Kanal einen einzelnen Ton, dann spielt der rechte Kanal den gleichen Ton um die angegebene Zeit (in ms) versetzt. Zum Vergleich zunächst der Ton ohne Latenz (beide Kanäle gleichzeitig), dann mit 100 ms Latenz.

0 ms Latenz
100 ms Latenz

Nun die maximalen Latenzen entsprechend verschiedener Bildfrequenzen:

10 ms / 100 Hz
11,7 ms / 85 Hz
13,3 ms / 75 Hz
16,6 ms / 60 Hz

Da TFT Monitore in der Regel 1 Bild zwischenpuffern, vergeht zwischen der eigentlichen Aktion und dem dargestellten Bild sogar die doppelte Zeit. Hier die entsprechenden maximalen Latenzen:

20 ms / 100 Hz
23,4 ms / 85 Hz
26,6 ms / 75 Hz
33,3 ms / 60 Hz

Wie man leicht anhand der ms Werte sieht und auch einigermaßen heraushören kann, ist der größe Sprung der von 60 Hz auf 75 Hz. Der Unterschied zwischen 75 Hz und 85 Hz ist eher unbedeutend. Von 75 Hz zu 100 Hz ist der Wert zwar wieder größer, die wenigsten Leute hier werden aber in der Lage sein den Unterschied auch heraus zu hören, geschweige denn wesentlich schneller reagieren zu können. Zum besseren Vergleich kann man sich zwei Dateien in die Playlist laden und auf Wiederholung abspielen (um z.B. 20 ms mit 26 ms zu vergleichen).

Zum Schluss noch die Latenz von 37,5 Hz, denn das entspricht der halbierten Bildrate von 75 Hz bei aktiviertem Vsync wenn die Grafikkarte 75 Bilder/s nicht mehr schafft. Die einfache Latenz entspricht den 26,6 ms oben, die doppelte Latenz aufgrund des gepufferten Bildes klingt wie folgt:

53,3 ms / 37,5 Hz

Übrigens gelten die gleichen Verhältnisse natürlich nicht nur für Bilder, sondern auch für die Latenzen der Soundkarte, sowie von USB-Geräten. USB-Geräte werden normalerweise mit 125 Hz betrieben, was einer maximalen Verzögerung von 8 ms zwischen der tatsächlichen Aktion (Bewegung, Tastenklick) und dem Auswerten durch den PC entspricht. Das Heraufstellen der USB-Rate auf 500 Hz entspricht einer maximalen Latenz von 2 ms. Auch hier gilt wieder deshalb "maximal", da die meisten Aktionen sicher irgendwo zwischen zwei Übertragungen liegen, und nicht gerade am Anfang/Ende einer Übertragung.

Ich hatte eigentlich erwartet, dass hieraus eine Diskussion um Sinn und Unsinn hoher Bildfrequenzen entsteht. Macht aber nichts, hauptsache es hilft dem einen oder anderen bei der Kaufentscheidung (vor allem denjenigen, die noch an der Röhre kleben). :]

Ich hatte kurz überlegt, ob ich noch perkussivere Klänge nehmen sollte (Rechteck statt Sinus), mich aber dagegen entschieden (auch aus Bequemlichkeit). Bei TFT werden einem schließlich auch keine klar voneinander getrennten Bilder vorgeführt, im Gegensatz zu CRTs. Zumal bewegte Bilder in der Regel flüssige Abläufe darstellen, und keine plötzlichen aus dem Nichts auftauchenden Dinge. Außerdem handelt es sich um reine Sinuswellen, deren Intensivität nach dem Anschlag abnehmen, der zweite Anschlag ist also immer einen Tacken lauter als der noch nachklingende Anteil des ersten. Die Audiobeispiele zeigen schon sehr anschaulich, dass man 100 ms durchaus deutlich wahrnehmen kann, alles darunter es bei 53 ms aber schon schwammiger wird.

Zu der Reaktionsgeschwindigkeit möchte ich folgende Zitate aus dem Leistungsprofil des "Reactus" anführen, einem Gerät aus der Medizintechnik zum Messen von Reaktionszeiten bei Probanden. Zu finden unter: Die Merkmale des Leistungsprofils von REACTUS

Zitat

Die "Optische Reaktionszeit" liegt bei 95% Wahrscheinlichkeit zwischen 180 und 360 msec und bei 50% Wahrscheinlichkeit zwischen 200 und 240 msec. Der Median beträgt 220 msec, für Frauen 225 msec und für Männer 215 msec. Sie ist von der persönlichen Konstitution des Probanden abhängig, vom Alter, Alkoholeinfluß, Tagesform und vielen anderen Merkmalen und Einflüssen.

Zitat

Die "Akustische Reaktionszeit" liegt bei 95% Wahrscheinlichkeit zwischen 140 und 330 und bei 50% Wahrscheinlichkeit zwischen 165 und 210 msec. Der Median beträgt 185 msec, für Frauen 185 msec und für Männer 180 msec. Sie ist wie die "Optische Reaktionszeit" von der persönlichen Konstitution des Probanden abhängig, vom Alter, Alkoholeinfluß und vielen anderen Merkmalen und Einflüssen. Die akustische Reaktionszeit ist in der Regel kürzer als die optische Reaktionszeit. Dies hat mit der Unterschiedlichkeit der Sinnesorgane und den Befehlswegen im Kopf zu tun. Zwischen der "Optischen" und der "Akustischen Reaktionszeit" besteht trotzdem in der Regel ein hoher Zusammenhang.

Zitat

Die "Optisch-akustische Differenz" gibt an, welche Sinnesorgane (Augen oder Ohren) besser sind. Es gibt, wie bereits oben beschrieben, eine natürliche und begründete Differenz zwischen der optischen und der akustischen Reaktionszeit eines Menschen. Die akustische Reaktionszeit ist in der Regel kürzer. Es können aber personenbedingte Abweichungen aus vielen Gründen auftreten.

Daraus geht hervor, dass die akkustische Reaktionszeit sogar kürzer ist als die optische. Laut den dort gemessenen Werten liegt die Reaktionszeit durchschnittlich auf jeden Fall weit über 150 ms. In der Faustformel zum Errechnen des Bremsweges eines Autos heißt es sogar:

Zitat

Die Reaktionsdauer ist also die Zeit, die der Fahrer benötigt, um die Gefahr zu erkennen, den Bremsbefehl zu geben und mit dem Fuß umzusetzen. Durchschnittlich werden 0,8 Sekunden Reaktionszeit für angemessen gehalten; bei erhöhter Bremsbereitschaft (z. B. vor Kindergärten) sind es 0,5 Sekunden.

Also 500 bis 800 ms! Ich bezweifle daher stark, dass der durchschnittliche Couchpotato-Zocker nur deshalb seinen Finger schneller krümmt, weil ein Monitor 85 - 100 Hz statt 75 Hz anzeigt!

Zitat

Original von rinaldo
Wenn ich das richtig verstehe, dann meinst du, dass die aktuellen Reaktionszeiten <= 16ms eines TFTs in Kombination mit einer Bildwiederholfrequenz von 75 Hz völlig ausreichen mit Verweis auf die optische Wahrnehmungsfähigkeit des menschlichen Auges?

So ähnlich, allerdings weniger wegen der optischen Wahrnehmungsfähigkeiten (ich erkenne bei 75 Hz am CRT immer noch Flimmern), sondern wegen der tatsächlichen Reaktionszeiten des Nutzers. Sprich, die Zeit zwischen wahrgenommenem Bild und tatsächlicher Reaktion (z.B. Maustaste drücken) ist bei Otto-Normal-Zocker so lang, dass die paar Millisekunden mehr zwischen z.B: 75 Hz und 100 Hz den Braten nicht mehr fett machen. Wenn normale Menschen 150 - 500 ms zum Reagieren brauchen, dann sind 5 - 20 ms mehr doch ein eher geringer Anteil. Allerdings muss ich zugeben, dass bei zwei gleich schnellen Spielern derjenige mit den früher dargestellten Bild genau diese Zeitspanne im Vorsprung ist. Das kann dann schon den letzten Treffer ausmachen, aber Übung im Spiel und der Handhabung scheinen mir jedoch den größeren Anteil auszumachen.

Sicher spielt es für Profispieler wie Fatal1ty durchaus eine Rolle, ob sie 26,6 ms bei 75 Hz am TFT mit gepuffertem Bild oder 8,3 ms bei 120 Hz am CRT nutzen. Der Mann ist aber auch seit Kindestagen wie ein Hochleistungssportler trainiert und hat eine so geniale Augen-Hand-Koordination, dass er schon vor seiner Computer-Spielerkarriere als Jugendlicher gegen professionelle Billiardspieler am Tisch gewann. Das gilt für den größten Teil der Menschheit aber nicht. Zudem nutzen so professionelle Spieler sicher einstudierte Bewegungsabläufe für die meisten Standardsituationen und "reagieren" alleine deshalb schon schneller.

Kurzgesagt ist es immer von Vorteil schnellere Bildfrequenzen nutzen zu können, das Thema wird aber teilweise wesentlich heißer gekocht als gegessen.

Der Vergleich zur Latenzanfälligkeit von Musikern hinkt übrigens etwas. Denn beim Spielen eines Instrumentes arbeitet man nach einem festen Taktgefühl welches vom eigenem Anschlag am Instrument abgeleitet wird. Wenn jedoch der gehörte Ton zeitversetzt zum Anschlagtakt auftritt, dann stört er eigene Taktgefühlt natürlich ungemein und ist dadurch auch deutlicher wahrnehmbar. Man vergleicht den gehörten Ton quasi mit seinem eigenem Synchronsignal. Man kann sich das bedingt abtrainieren, z.B. muss man auch für manche Synthieklänge mit langsamen Attack die Taste vor dem eigentlichen Taktschlag drücken, damit der Klang möglichst genau auf dem Taktschlag seinen markanten Punkt erreicht.

Beim Zocken habe ich auf jeden Fall noch niemanden erlebt, der im gleichbleibenden Takt auf seine Maustaste hämmern würde, oder dazu mit dem Fuß rythmisch auf den Boden stampft. Außerdem geht aus dem Text oben hervor, dass man i.d.R. sogar eine kürzere akkustische Reaktionszeit hat. Wer also die akkustischen 20 ms von den 26,6 ms nicht unterscheiden kann, der wird das optisch wahrscheinlich erst recht nicht können.

Zitat

Original von Mactom
gute idee.

aber man sollte sich auch vor augen führen, dass musiker, die z.b. eine gitarre mit digitalen-effekten in echtzeit spielen wollen, ~ 10ms oder weniger dazu brauchen.

ausserdem, gerade bei audio gibt es auch maskierungseffekte bei kurz aufeinander folgenden signalen, dass könnte hier auch reinspielen.

ich will das ganze nicht wirklich bewerten (dazu fehlt mir das wissen), aber vielleicht bringen die infos jemanden weiter.

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Dazu muss man allerdings wissen, dass beim Gitarrenspiel durch digitale Effekte zur Ausgangslatenz der Soundkarte auch noch die Eingangslatenz addiert werden muss, plus evtl. Latenzen bei der Berechnung des Klangs durch den Prozessor (braucht ja auch seine Zeit). Je nach Hardware und Treiber verdoppelt sich die Latenz also in der Regel mindestens, bei eingestellten 10 ms kommt man also auf effektive 20 ms. Dazu kommt noch dass ASIO-Treiber gerne lügen, was die tatsächliche Latenz angeht. Die angezeigten Werte entsprechen also nicht unbedingt den tatsächlichen, weshalb man die nötige Latenzkompensation erstmal per Schleife (Ausgang an Eingang) messen muss. Mit dem Tool zur Messung/Berechnung dieser Latenzkompensation von Ableton Live wurden übrigens auch die Hörproben erstellt.

Die Maskierungseffekte unterstützen beim Anhören eigentlich, dass man die Unterschiede leichter heraushören kann. Zwei verschiedene Hörproben klingen für den Hörer irgendwie "anders" (durch sich überlagernde und auslöschende Wellen). Das heißt aber noch lange nicht, dass er wirklich die Verzögerung hört, evtl. hört er nur die Andersartigkeit/Klangveränderung. Deshalb habe ich auch ein starkes links/rechts Panorama gewählt, statt beide aufeinanderfolgende Klänge direkt übereinander im Center zu spielen. Die gewählten abfallenden Sinuskurven sind deshalb gerade gut geeignet, denn der Anschlag des zweiten Tons wird immer lauter sein als die an Intensivität abfallende Schwingung des ersten Tons. Ein rein perkussiver Klang wäre da problematischer und müsste wahrscheinlich so kurz gewählt werden, dass man nur noch ein sehr kurzes Bing hören würde. Ich gebe aber zu dass ein steilerer Attack helfen würde, das ist mir aber im Moment zuviel Handarbeit, zumal es ja auch nicht der visuellen Erfahrung entspricht.

Ein Rest an Maskierung bleibt allerdings, und wenn ein Hörer dann trotz dieser "Unterstützung" keinen Unterschied mehr hört, dann braucht er auch keinen schnelleren Monitor, hehe! Ist aber alles natürlich sowohl für Ohren als auch für Augen(-Hand) auch Übungssache.

Wobei die in diesem Test gemessenen Werte nur das Drücken eines Knopfes als Antwort auf das Aufleuchten einer Lampe zur Aufgabe hatten. Komplexere Spielsituationen werden sicher noch etwas mehr Zeit zur Auswertung beim Spieler brauchen. Zudem sollte man bedenken, dass die relativ große Differenz nur dann zum Tragen kommt, wenn ein Spieler einen CRT und ein anderer einen TFT nutzt. Die immer wieder geäußerte Forderung nach höheren Bildfrequenzen bei TFTs hat mit dem gepufferten Bild aber erstmal nichts zu tun. Nutzen beide Spieler den TFT, dann wird die zeitliche Differenz verschiedener Bildfrequenzen entsprechend geringer, da beide mit gepuffertem Bild spielen. Man könnte mal spekulieren, in wiefern verschiedene Helligkeitseinstellungen am TFT die Reaktionszeit beeinflussen, schließlich "flimmert" die Hintergrundbeleuchtung bei 0% Helligkeit mit deutlich geringerer Frequenz als bei 100%, und gerade bei Zwischenwerten auch noch asynchron zu den dargestellten Bildern.

Zusätzlich muss man bedenken, dass zumindest bei Nvidia-Treiber die Funktion "Max. Bilder im Voraus rendern" auf 3 voreingestellt ist, wir also durchaus mal 3 Bilder hinterherhinken können. Diese Funktion ist etwas schwammig zu fassen, zu hohe Werte führen aber zu Mauslag da die Bilder wohl erst später angezeigt werden, als die Aktion geschieht.

Zu guter Letzt gebe ich für die meisten Online-Games zu bedenken, dass die Netzlatenzen stark schwanken. Wenn meine sehr reaktionsschnelle Fastpath-Leitung samt CfosSpeed bei deutschen Battlefield Servern aufgrund von Netz- und Serverlast zwischen 30 und 90 ms schwankt, dann würde mich schon sehr wundern, wenn zwei gleichschnelle Spieler zur gleichen Zeit die gleiche Netzlatenz erleben.

Darum wäre mein Fazit weiterhin, hohe Bildfrequenzen sind vorzuziehen (man nimmt was man kriegen kann), aber über 75 Hz deutlich sicher weniger dramatisch als oft behauptet wird. Und Übung im Spiel wird sich prozentual sicher stärker niederschlagen als jede Bildfrequenzeinstellung. Mir währe allerdings sehr recht, wenn der gepufferte Frame abgeschafft werden würde, da dieser durch die Verdoppelung der Latenz das deutlich größere Problem darstellt.

Bei dem zitierten Test wurde übrigens auch die Triggerleistung gemessen (also wie ausdauernd und schnell die Probanden den Knopf drücken können). Dabei ergab sich dass solche Probanden die sich als Hobbies mit Handwerk/Technik und mit Musik/Spiel beschäftigen eine erkennbar höhere Leistung an den Tag legten.

Mag alles sein, aber die meisten Kids wollen sich doch nur aufspielen, wenn sie nach höheren Frequenzen rufen. Denn als Elite Haxor geht's natürlich um jede ms, da ruft sich jeder gleich zum ungekrönten Shooter-König aus. "Mein Triggerfinger ist länger als Deiner!"

Der Onkel macht nur Spass, also nicht zu ernst nehmen...

Aber ernsthaft:

Den Antworten der Moderatoren nach zu urteilen dürfte PRAD eigentlich keinen einzigen TFT für (Hardcore-)Gamer tauglich erklären, inklusive sämtlicher schnellen TN-Panel. Denn was nutzen 2ms Pixel-Reaktionszeit, wenn trotzdem "nur" maximal 75 Hz angezeigt werden, die dann vor allem noch durch das gepufferte Bild zu doppelter Latenz verlängert werden. Eigentlich scheint das laut den Argumenten für normale Gamer erst recht zu gelten, da diese aufgrund ihres schlechteren Könnens umso mehr von schneller Reaktionszeit abhängen. Also kann man die Bewertung Gamer-Tauglich wohl bis auf weiteres aus den PRAD-Tests streichen, bis endlich TFTs mit schnellerer Bildfrequenz und ohne Pufferung angeboten werden. Da stellt sich nun doch die Frage nach der realistischen Gewichtigkeit der Bildfrequenz...

Übrigens geht es bei den Hörproben hauptsächlich darum einen Eindruck zu vermitteln, was Latenzen/Reaktionszeiten überhaupt sind und in welchen Größenordnungen wir uns bewegen. Ich bin sicher, dass einige potentielle TFT-Käufer unnötig verunsichert sind, ob die Technik überhaupt mit CRTs mithalten kann, hauptsächlich aufgrund unnötig dramatischer Gegenmeldungen von Hardcore-Usern. Bei meiner letzten (zugegebener Maßen sehr seltenen) Lanparty nutzten alle Leute TFTs, also war niemand benachteiligt.