PlayStation 5 & Xbox Series X: Wie 40 FPS plötzlich das Optimum sein können

Lange Zeit hatten Konsolenspieler bei der Framerate des Games gar kein Mitspracherecht oder aber die Wahl zwischen zwei Grafikmodi mit 30 und 60 FPS. Bei PlayStation 5 und Xbox Series X|S ist nun allerdings erstmals ein verheißungsvoller Kompromiss möglich, der die Vorteile beider Einstellungen zu vereinen vermag: 40 FPS.

60 oder 30 FPS sind auf Konsolen gang und gäbe

Mit dem Aufkommen der aktuellen Konsolengeneration ging vor rund drei Jahren mitunter die Ankündigung einher, Xbox Series X und PlayStation 5 könnten bis zu 120 Bilder pro Sekunde in der 4K-Auflösung von 3.840 × 2.160 Pixeln (UHD) erreichen. Und in der Theorie ist das auch möglich, praktisch allerdings liegt die Kombination aus hoher Auflösung und hoher Bildwiederholrate in kaum einem Spiel an. Die Rechenleistung ist insbesondere bei der hübschen Grafik aktueller Triple-A-Titel schlicht und ergreifend nicht hoch genug, sodass in der Regel lediglich 3.840 × 2.160 Bildpunkte bei 30 FPS oder aber 60 FPS mit einer geringeren Renderauflösung und auf UHD skalierten Ausgabeauflösung geboten werden.

Teilweise stehen Spielern gar beide Möglichkeiten zur Verfügung, sodass die Wahl zwischen einem Modus mit einer möglichst hohen Grafikqualität und einem alternativen Modus mit Fokus auf ein flüssiges Spielgefühl besteht. Nur ein Beispiel dafür war das exklusiv für PlayStation verfügbare Horizon Forbidden West: Im Performance-Profil wurde das Spiel vor Patch 1.17 auf der PlayStation 5 mit 3.200 × 1.800 Pixeln bei Checkerboard-Rendering und 60 FPS dargestellt, wohingegen im Resolution-Modus nativ 3.840 × 2.160 Bildpunkte bei lediglich 30 FPS berechnet wurden.

Dass es konkret 60 und 30 FPS sind – und nicht etwa 32 und 64 FPS – rührt wiederum daher, dass handelsübliche Fernsehgeräte noch vor einigen Jahren fast ausschließlich mit 60-Hz-Bildschirmen ausgestattet waren. Ein Ausreizen ebenjener Bildrate mit per Vertikaler Synchronisation zwischen Fernseher und Konsole abgestimmten 60 FPS war folglich das höchste der Gefühle. Die Frametimes, also die Zeit, die zwischen der Darstellung zwei aufeinanderfolgend berechneter Bilder vergeht, liegt dabei konstant bei 16,6 ms – also genau einer Sechzigstelsekunde.

Ein großer toter Winkel verhindert Kompromisse

Falls konstante 60 FPS aufgrund einer nicht ausreichenden Rechenleistung jedoch nicht erreicht werden können, stehen als nächstbeste Alternative lediglich 30 FPS zur Verfügung. Zunächst einmal, weil zwingend ein Teiler von 60 nötig ist, um die vertikale Synchronisation aufrechtzuerhalten und damit unerwünschtem Screen-Tearing, also dem mehr oder minder gleichzeitigen Anzeigen zweier verschiedener Frames, vorzubeugen. Im Hintergrund ist allerdings zu beachten, dass handelsübliche 60-Hz-Bildschirme mehr oder minder starre Zeitfenster vorgeben, in denen ein neu berechneter Frame angezeigt werden kann – in diesem Fall kann von den bereits bekannten 16,6 ms ausgegangen werden. Bei 30 FPS und damit einhergehenden Frametimes von 33,3 ms wird das nicht zum Problem: Jeder berechnete Frame wird schlicht und ergreifend zweimal angezeigt, bevor ein neues Bild folgt.

Lägen nun aber beispielsweise 40 FPS an, ginge die Rechnung nicht mehr auf: 40 ist kein Teiler von 60, sodass 40 berechnete Frames nicht in das auf Zeitfenster von 16,6 ms ausgelegte 60-Hz-Raster des Bildschirms passen und folglich nicht mit konstanten Frametimes dargestellt werden können. Stattdessen lägen jene abwechselnd bei 16,6 und 33,3 ms; jedes zweite Bild würde doppelt angezeigt werden.

Dieses Problem beim sogenannten Frame-Pacing führt dazu, dass derart ausgegebene 40 FPS nicht sonderlich rund und geschmeidig wirken – mitunter sogar weniger flüssig als konstante 30 FPS. Problemlos möglich wären hingegen als Teiler von 60 beispielsweise 20 oder 15 FPS, wobei jedes Bild dreimal respektive viermal angezeigt würde – aber das will offensichtlich niemand.

Es folgt, dass mit diesem Stand der Technik, wie er eben bislang üblich war, kein Kompromiss zwischen 60 und 30 FPS möglich ist. Spieler mussten sich im gegebenen Beispiel von Horizon Forbidden West bis vor kurzem also noch entscheiden, ob sie sich bei der nativ berechneten Auflösung von 3.840 × 2160 Pixeln mit 30 FPS zufriedengeben oder aber beim Wechsel auf die deutlich flüssiger wirkenden 60 FPS eine merkliche Reduktion der Renderauflösung und damit der Bildqualität zu akzeptieren bereit sind.

120 Hz können auch bei einem Drittel der FPS helfen

In den letzten Jahren kamen allerdings nicht nur neue Spielkonsolen auf den Markt, sondern ebenso neue Fernsehgeräte, die vor allem im höheren Preissegment mittlerweile allesamt 120 Hz bieten. Das betrifft nahezu sämtliche OLED-Fernseher von LG, Philips und Sony, die alle auf die gleichen OLED-Panels von LG Display setzen, aber ebenso den Großteil von Samsungs QLED-LCDs. Zudem steht mit HDMI 2.1 inzwischen auch eine Möglichkeit zur Verfügung, diese 120 Hz in 4K respektive UHD mit 120 FPS auszureizen.

Damit ergeben sich für die Passung zwischen Hz und FPS allerdings noch weitere neue Möglichkeiten. Die Rede ist von stimmigen 40-FPS-Modi, wie sie beispielsweise in Spider-Man: Miles Morales, Ratchet & Clank: Rift Apart und mit Patch 1.17 seit Neuestem auch in Horizon Forbidden West zu finden sind. Der Trick besteht dabei darin, dass zwar 60 Hz nicht restlos durch 40 FPS teilbar sind, wohl aber 120 Hz: Die Konsole gaukelt dem Fernseher vor, sie liefere 120 FPS – drei aufeinanderfolgende Frames sind dabei jedoch stets identisch.

Bildwiederholrate in FPS	10	20	30	40	50	60	70	100	120	144	240	360
Frametimes in ms	100	50	33,3	25	20	16,6	14,3	10	8,3	6,9	4,2	2,8

Nun klingen 40 FPS zunächst nicht nach einer großen Verbesserung – es sind schließlich nur 10 Frames mehr. Auf den ersten Blick fällt aber unter den Tisch, dass die Framerate nicht linear mit den Frametimes skaliert: 33 Prozent mehr Frames senken die Frametimes von 33,3 auf 25 ms – das ist exakt der halbe Weg zu 60 FPS mit Frametimes von 16,6 ms. Das Spiel wirkt folglich deutlich flüssiger, als vor dem Nachvollziehen dieses Zusammenhangs angenommen werden kann. Die gegenüber 30 FPS zusätzlich benötigte Leistung fällt dabei bei weitem nicht so hoch aus, wie sie für stabile 60 FPS sein müsste.

40 FPS versprechen das Beste beider Welten

Letztlich werden auf diesem Weg Renderauflösungen nahe der UHD-Pixelzahl von 3.840 × 2.160 möglich – teilweise auch, weil die Leistung für 40 FPS bei nativer Auflösung sogar vorhanden ist, eine entsprechende Ausgabe wegen der beschriebenen Probleme von 40 FPS bei 60-Hz-Bildschirmen aber nicht sinnvoll war. Die zusätzlichen 10 FPS gibt es dann mehr oder minder frei Haus.

Im Fall von Horizon Forbidden West hat sich Digital Foundry das Ergebnis angesehen und kommt zu dem Schluss, dass der sehr geringe Qualitätsverlust zum bestehenden Resolution-Modus mit bloßem Auge kaum zu bemerken sei, sich das Spiel mit 40 statt 30 FPS aber drastisch besser spiele. Spieler auf Reddit bestätigen den Eindruck; teilweise wird der als Balanced-Profil beschriebene 40-FPS-Modus als die derzeit beste Möglichkeit beschrieben, das Spiel zu erleben. Der Resolution-Modus mit nativer UHD-Auflösung bei lediglich 30 FPS indes sei mit Patch 1.17 obsolet.

Ob der optisch eine Stufe darunter einzuordnende, aber abermals flüssigere Performance-Modus wiederum die Einstellung der Wahl bleibt, hängt von den subjektiven Gewohnheiten und Anforderungen der Spieler ab – aber eben bezüglich dieser Individualität ist die schleichende Etablierung eines 40-FPS-Modus als großer Gewinn zu verstehen: Bei unterstützten Triple-A-Spielen stehen somit drei verschiedene Grafikprofile zur Auswahl. Das reicht zwar bei weitem nicht an die Anpassbarkeit heran, wie sie PC-Spieler gewohnt sind, ist aber letztlich deutlich mehr, als auf Konsolen noch vor wenigen Jahren üblich war. Es ist davon auszugehen, dass immer mehr Titel eine entsprechende Option erhalten.

Über VRR längst vom PC bekannt

Gänzlich neu ist all das derweil nicht: Falls Bildschirm und Grafikkarte eine variable Bildwiederholrate unterstützen und über eine entsprechende Kommunikation synchronisieren können, lassen sich verhältnismäßig flüssige 40 FPS auch ohne zwangsläufige 120-Hz-Unterstützung bewerkstelligen – auf dem PC ist das mitunter durch AMDs FreeSync oder Nvidias G-Sync der Fall. Bei den Konsolen ist Valves Steam Deck hervorzuheben, dessen Bildfrequenz frei zwischen 40 und 60 Hz justierbar ist.

Auch PlayStation 5 und Xbox Series X|S unterstützen VRR, Sonys Konsole allerdings erst seit kurzem. Eine Limitierung auf Teiler von 60 oder 120 Hz entfällt damit in der Theorie gänzlich, allerdings muss eben der Bildschirm mitspielen. Zudem ist zu beachten, dass die PlayStation 5 die variable Bildrate und Synchronisation lediglich im Bereich von 48 bis 120 FPS unterstützt – sinnvoll umgesetzte 40-FPS-Modi benötigen also nichtsdestoweniger den Umweg über 120 FPS mit stets drei identischen Frames. Die Xbox-Konsolen hingegen bieten VRR im Intervall von 30 bis 120 FPS.

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