360 Hz contre 144 Hz : les joueurs voient-ils vraiment la différence ?

L’article d’hier consacré aux nouveaux écrans ultra-rapides d’ASUS a fait réagir certains d’entre vous. Nous ne pensions pas qu'écrire « pour la grande majorité des utilisateurs, un écran 240 ou 360 Hz restera très largement suffisant, y compris pour du compétitif » allait faire de nous des « rabat-joie », mais nous prenons volontiers le compliment.

Dans le papier consacré à l’UltraGear 25G590B, un moniteur qui autorise du 1000 Hz à 1080p, nous avions invoqué une analyse portant sur les temps de réaction humains pour tenter de nuancer un peu tout le discours marketing autour de ces fréquences folles. Entre-temps, en juin, une étude publiée dans Social Sciences & Humanities Open a testé 101 joueurs sur des écrans réglés successivement à 60, 144 et 360 Hz. Les participants devaient juger subjectivement la fluidité perçue, tandis que les chercheurs mesuraient objectivement l'effet du changement de la fréquence sur les performances.

Si vous avez la flemme de lire (c’est long) et préférez la version courte, deux des points clés à retenir de l’étude vous suffiront : « Aucun avantage en matière de performances n’a été observé entre les conditions à 144 Hz et 360 Hz » ; « Les résultats suggèrent que 144 Hz pourrait constituer un seuil à partir duquel les gains perceptuels et en matière de performances deviennent limités ».

Un pavé dans la mare des écrans à 1000 Hz

Pour les courageux, entrons davantage dans les détails. Les 101 individus étaient âgés de 21,5 ans en moyenne, avec un écart-type de 4 ans. Ils jouaient en moyenne 17,70 heures par semaine, principalement à des FPS (73,3 % des participants), des MOBA (11,9 %), des RPG (9,9 %) ainsi que des jeux de course/autres genres (4,9 %). Ils utilisaient des écrans dont la fréquence de rafraîchissement allait de 40 Hz (3 participants) à 360 Hz (1 participant). Les fréquences les plus couramment utilisées étaient toutefois 60 Hz (23 participants), 120 Hz (10), 144 Hz (48) et 240 Hz (8).

Dans le cadre de l’expérimentation, ils devaient détruire le plus rapidement et précisément possible des cibles mobiles dans une scène 3D (un logiciel personnalisé conçu par NVIDIA). Les cibles se déplaçaient à deux vitesses, lente (entre 2 et 3,5° par seconde) ou rapide (entre 5 et 7,5° par seconde), tandis que la fréquence de l'écran variait entre 60, 144 et 360 Hz.

Côté matériel, deux stations de test identiques ont été utilisées pour mener l’expérience et recueillir les données. Chacune était composée d’un PC équipé d’une GeForce RTX 3070 Ti, de 16 Go de RAM et d’un Intel Core i7-8700 à 3,2 GHz, relié à un écran gaming Alienware 25 pouces Full HD 360 Hz compatible NVIDIA G-Sync. Les participants maniaient une souris gaming Logitech Pro Wireless, réglée sur une sensibilité de 3 200 DPI, et tapaient sur un clavier Logitech G513.

Pour la partie perceptuelle, les chercheurs comparaient deux essais consécutifs et demandaient aux participants si le second leur semblait plus ou moins fluide que le précédent. L’échelle d’appréciation allait de 1 (« plus fluide ») à 4 (« moins fluide »). Quant aux quatre combinaisons Slow-Slow, Slow-Fast, Fast-Slow et Fast-Fast, elles désignent les changements de vitesse de la cible entre deux essais (des tests de 10 secondes, avec au moins deux minutes de repos entre chaque).

Perception moyenne et normalisée de la fluidité de l’affichage

La conclusion est celle-ci : « Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent que, lorsqu’ils étaient engagés dans une tâche de jeu à l’écran, les participants pouvaient distinguer une fréquence de rafraîchissement de 60 Hz de fréquences de 144 Hz et 360 Hz. En revanche, les participants n’étaient pas significativement capables de déterminer laquelle des deux fréquences, entre 360 Hz et 144 Hz, était la plus "fluide" ».

Les auteurs avancent comme explication les limites du traitement visuel humain. Ils invoquent des études psychophysiques qui montrent que la perception de scènes visuelles complexes peut s’effectuer en moins de 150 ms, avec des temps de présentation du stimulus pouvant descendre jusqu’à 10 ms. Or, la différence moyenne de latence (mesurée à l’aide du dispositif LDAT) entre 360 Hz et 60 Hz était de 14 ms, tandis qu’elle n’était que de 6,7 ms entre 60 Hz et 144 Hz, et de 7,7 ms entre 144 Hz et 360 Hz.

A) Latence moyenne ± écart-type mesurée sur 100 clics de souris à l’aide du dispositif LDAT pour chacune des fréquences de rafraîchissement des écrans. B) Différence moyenne de latence entre les différentes combinaisons des trois fréquences de rafraîchissement testées dans l’expérience (60 Hz, 144 Hz et 360 Hz).

Ainsi, « le fait que la différence de latence ressentie lors du passage de 60 Hz à 360 Hz soit supérieure à ce seuil de 10 ms, alors qu’elle reste inférieure à ce seuil lors de la distinction entre 144 Hz et 360 Hz (7,7 ms), pourrait expliquer l’absence de certitude perceptuelle entre 144 Hz et 360 Hz ».

Ils relèvent cependant que les participants étaient capables de distinguer 144 Hz de 60 Hz, qui correspondaient dans cette étude à des latences système respectives de 20,3 ms et 27 ms, soit une différence moyenne de latence de seulement 6,7 ms.

À ce sujet, les auteurs écrivent : « Le fait qu’ils aient pu distinguer cette différence moyenne de 6,7 ms, mais pas celle de 7,7 ms, pourrait toutefois s’expliquer davantage en prenant en compte la variation des mesures de latence pour les différentes fréquences : 5,3 ms à 60 Hz, 2,8 ms à 144 Hz et 1,5 ms à 360 Hz. En considérant les différentes combinaisons possibles de différences de latence entre deux essais au cours desquels la fréquence de rafraîchissement était modifiée entre 60 et 144 Hz, la différence de latence réellement ressentie pouvait atteindre, voire dépasser, 36 ms. Cela correspond à une latence système de 44,4 ms pour le 60 Hz (moyenne + 3 écarts-types) et de 11,9 ms pour le 144 Hz (moyenne - 3 écarts-types). En revanche, entre 144 et 360 Hz, cette différence de latence ne pouvait atteindre que 11,6 ms au maximum, soit une valeur proche du seuil de 10 ms mentionné précédemment. Elle n'aurait donc pas été perçue de manière significative par les participants de cette étude ».

En matière de précision et de temps nécessaire pour détruire les cibles (le TDT), le passage de 60 à 144 Hz ou de 60 à 360 Hz a entraîné une amélioration significative de la précision de plus de 3 %, ainsi qu’une réduction du TDT de plus de 100 ms.

A) Variation moyenne de la précision lors de l’acquisition des cibles B) Variation moyenne du temps nécessaire pour détruire les cibles (TDT) 

Pour donner un ordre de grandeur, l’étude en cite une précédente consacrée à l’amélioration des performances de tir chez des joueurs élites de Valorant après une semaine d’entraînement. Elle avait montré une amélioration de la précision allant jusqu’à 6,54 %. Ici, « nous constatons que le simple fait de modifier un élément matériel, à savoir la fréquence de rafraîchissement de l’écran, a entraîné une augmentation immédiate de la précision de 3 %, soit la moitié des gains observés chez un groupe de joueurs élites après une semaine d’entraînement ».

Concernant le TDT, une autre étude de 2023 avait également révélé que le temps nécessaire pour détruire les cibles s’était amélioré d’environ 100 ms chez des joueurs moins expérimentés après cinq jours d’entraînement, à raison de 10 minutes par jour sur une tâche d’acquisition de cibles. De nouveau, « il s’agit de la même amélioration que celle immédiatement observée dans cette étude en réalisant le même type de tâche à 360 Hz plutôt qu’à 60 Hz ».

Bien, mais nous parlons là du passage de 60 Hz à 144 Hz ou à 360 Hz, une transition que beaucoup de joueurs ont déjà pu expérimenter chez eux et dont ils ont pu ressentir les bénéfices. Néanmoins, les gains, non plus subjectifs mais bien objectifs, observés lors du passage de 144 à 360 Hz « ne sont pas significatifs ». Les auteurs suggèrent « une saturation des gains de performances liés à la latence au-delà de 144 Hz » et rappellent que « les participants étaient en grande partie incapables de percevoir la différence entre ces deux fréquences de rafraîchissement ».

Les chercheurs restent toutefois prudents et appellent à des travaux supplémentaires pour confirmer leur hypothèse. Ils soulignent également plusieurs limites de leur étude. Nous passons toutes celles qui relèvent de la méthode expérimentale et des paradigmes perceptuels pour aller d'emblée sur des concepts bien plus terre à terre et intelligibles pour nous.

Déjà, seules trois fréquences de rafraîchissement ont été testées dans cette étude. Les auteurs concèdent que « l’ajout d’autres fréquences pourrait permettre de déterminer plus précisément les points à partir desquels les gains perceptuels et en matière de performances commencent à plafonner. Il s’agit d’un indicateur pertinent pour les joueurs comme pour les fabricants afin de déterminer jusqu’où il est utile d’allouer des ressources à la recherche d’une latence toujours plus faible ». Nous ne pouvons qu’abonder dans ce sens, et même ajouter que mélanger des dalles LCD et OLED aux temps de réponse bien différents ne serait également pas superflu pour une étude exhaustive.

Enfin, ils soulignent que leur échantillon était constitué de joueurs amateurs, qui avaient une expérience limitée des écrans 360 Hz. « Ce manque d’expérience avec les écrans à faible latence pourrait avoir influencé de manière significative la capacité de notre échantillon à distinguer les fréquences de rafraîchissement de 144 et 360 Hz. Il serait donc important que de futurs travaux déterminent si les capacités perceptuelles des joueurs élites/experts, davantage habitués aux périphériques à faible latence, sont supérieures à celles d’un groupe de joueurs amateurs ». Ceci dit, ce « biais » tend plutôt à accréditer notre allégation de début d’article, la grande majorité des joueurs n’étant a priori pas des professionnels de l’esport.

Enfin, les auteurs estiment que « de futures recherches devraient étudier l’effet de l’ajout ou de la suppression de latence à différents points de la boucle d’interaction homme-machine (IHM) sur la perception et les performances des joueurs ».

Bref, cette étude est loin de trancher définitivement la question. Mais en principe, arrivé à ce stade de la lecture, vous n’en êtes sûrement pas à vous dire : « Vite, mon écran 920 Hz ! ». Pour finir, petit rappel de la durée d’une image en fonction de la fréquence :