4Kテレビの遅延、診察しちゃうぞ! PCレスで測定できる「4K Lag Tester」導入

本連載は開始から18年を突破いたしました

筆者の連載「西川善司の大画面☆マニア」は、今年で連載18年を突破したAV Watchの長寿連載だが、他誌の同系連載では見られない変わった実測値を公開している。

最近でいえば、カラースペクトラム計測値だ。これは2017年から始めたもので、テレビ製品の色再現性の目安情報として採り入れた。表示映像をデジカメ撮影した写真を示している同種記事は多いが、示された写真は実質的にsRGB色空間に落ち込んでしまうのと、カメラ自体の画作り特性で見映えが変わってしまうので、あくまで「雰囲気」しか伝えることができない。

大画面☆マニアでもいくつかのリファレンス写真を示してはいるが、雰囲気を伝えるだけで、その写真を評価に用いることはない。ちなみに「二人の美女がGT-Rの座席に座っているリファレンス写真」は、2012年からお二人の許可を取得して使い続けている。お二人は今も変わらぬ美しさなので心配は無用だ。

カラースペクトラムの測定値例

計測系のネタで最も長いのは、2010年から始めた入力遅延計測だ。

初回は、東芝のCELLレグザ「55X2」の回(第136回参照)だった。入力遅延の計測を始めたのは、筆者周辺から「ゲームに適したテレビはどれか教えてください」という質問が多くなったことがきっかけだった。確かに、この頃から、業界においても「ゲームプレイの天敵は入力遅延だ」という認知が広がり、意識の高いメーカー達が「入力遅延の低減」に取り組み始めた頃である。

測定を行なうにあたっては、HDMI分配器と入力遅延の公称値を公開しているリファレンステレビが必要になったのだが、当時から(そして今も)、その公称値を公開している東芝レグザに協力を頂くことになった。

ちなみに2010年の最初期は「19RE1」(1,366×768ドット/公称入力遅延2.6ms)、2011年からは「26ZP2」(1,920×1,080ドット/公称入力遅延3.0ms)を比較対象テレビとして採用してきた。約9年間、26ZP2を使い続けてきたわけだが、そろそろ4K映像入力時の遅延計測を基準とすべきではないか、と思い始めたのだ。

リファレンス機と測定対象のテレビを並べて測定するこの方式は、実質的に相対比較であるため、どうしてもリファレンス機側の入力遅延の公称値の公開が必要要件となる。そして、リファレンス機が大きいと測定時の機材の取り回しが不便であるため、なるべく画面サイズの小さいモデルが望ましい。

リファレンス機(写真右)と、測定対象のテレビ(写真左)を並べて測定する

この2つの要件のうち、「入力遅延の公称値の公表」に応じてもらえたのは今回も東芝だけ。国内テレビメーカーに限らず、海外のゲーミングモニターのメーカーにもお願いしてみたのだが、返答は全て「非公開とさせてください」であった。

となると、今回も東芝レグザにするか、という流れになりそうだったのだが、最近の大画面☆マニアでも取り上げている通り「4Kテレビの最小サイズである40型は絶滅危惧種」で、これは東芝レグザも同様だ。測定リファレンス機として、43型オーバーは大きすぎるとして断念した。

そんな流れの中で、周囲から受けたアドバイスが「スタンドアローンで使えるラグテスターを使ってみたらどうか?」というものだった。

調べて見ると、欧米のメディアの一部で採用している例もあるようで、なかなか良さそうな手応え。まぁ、実際、これまでの測定方法では行き詰まりなことが明確となったので、これ以外に選択肢がなくなったのも事実。そんなわけで導入に踏み切ることとした。

今回の「西川善司の大画面☆マニア」は、番外編としてこのラグテスターを紹介してみたい。

Leo Bodnar Electronicsの「4K Lag Tester」。価格は約4.2万円

導入したのはイギリスの電子パーツ店・Leo Bodnar Electronicsが販売する「4K Lag Tester」だ。

価格は299.99ポンドで、日本円にすると約42,000円前後(1ポンド＝140円換算)。同社は商品の国外への配送にも対応しており、送料は国際郵便(約1,400円)やFedEx宅配便(約3,900円)が選べるようだ。

注文後、FedExで約4日程度で手元に届いた。

製品は立派なプラスチック製のケースに入っていたが、本体以外の付属物は3mのUSB 2.0ケーブルだけだ。紙ペラが1枚はいっていたが「お買い上げありがとうございます」のメッセージカードで説明書はない。基本的な使い方は製品ページのところにある「Quick Start Guide」を参照することになる。

パッケージの内容。USBケーブルは長めの3m。HDMIケーブルは非同梱。お買い上げ感謝のメッセージカードは同梱されていたが、取扱説明書はなし

本体サイズは58×85×26mm(幅×奥行き×高さ)で、底面積はクレジットカード程度。イメージ的には一般的な樹脂製名刺入れくらいのサイズ感だ。重さは100g。ボディはアルミ製で飾りっ気はないがしっかりはしている。

接続端子はUSB 2.0端子(タイプB)と、HDMI端子(タイプA)のみ。動作状態を示すLEDランプなどはない。

USB端子は、主に給電のために用いられるが、Windowsパソコンと接続して本体のファームウェアを更新したり、専用コンフィギュレーションソフトを使って本体側の設定の変更を行なうことにも利用できる。なお、給電して使うだけの場合は、パソコンに接続せず、携帯電話充電用の一般的なモバイルバッテリーも利用できる。

本体は名刺サイズケース程度。接続端子はUSBタイプB端子とHDMIタイプA端子のみ。スイッチ類は一切ない

反対側に電源スイッチや画面モード切換ツマミなどがあったら良かった

HDMI端子は試験映像を送出するために用いられる。送出映像は最大で4K/60p(4K/60fps)にも達するため、接続に用いるHDMIケーブルは18Gbps伝送に耐えうるものを用意する必要がある。

ボディの底面(メーカーロゴシールが貼ってある方を上面と解釈)側の中央にある穴の奥に、フォトダイオードセンサーが組み付けられており、ここを測定対象のディスプレイ機器の表示面に対して“お医者さんが使う聴診器”のようにあてがって使うこととなる。

本体裏面には小さな穴が明いており、その奥には光信号検出用のフォトダイオードセンサーがあしらわれている

デジタル顕微鏡(光学30倍)でフォトダイオードセンサー部を撮影。見た感じではRGBカラーセンサーではないようだ

単体では使えるが、使い勝手にちょっとクセがある

この4K Lag Tester、本体にスイッチ類がないので、ちょっとだけ使い方にはコツがいる。

前述したように、主にUSB端子は給電用なのだが、HDMI端子を測定対象ディスプレイ機器に接続せずに、先にUSB端子を電源、ないしはパソコン等に接続してしまうと、ファームウェアアップデートモードになってしまう。なので、測定する際には、HDMIケーブルから接続することを心がけなければならない。もし、ファームウェアアップデートモードになってしまっても、USBケーブルを抜いてもう一度正しい接続順で接続し直せばOKだ。まあ、できれば、電源スイッチは付けておいて欲しかった気はする。

正しい接続が行なわれていれば、測定対象のディスプレイ機器には下図のような測定映像が表示される。

画面上部、中央部、下部にそれぞれ白いバーが表示されるが、このバーこそが測定ポイントとなる。そして、それぞれの測定ポイントに対し本体にあるフォトダイオードセンサーを当てて数秒待つだけで画面上部に測定結果が表示されることとなる。

白いバー自体を送出しているのは、4K Lag Tester本体であり、ディスプレイ側の表示と本体の映像送出の同期を取るための発光パターンをフォトダイオードセンサーが検出してから測定が行なわれる仕組み。測定結果は、回数は不明なれど数十回の測定結果の平均値を算出しているようである。なので、測定誤差は少なく、あっても1ms未満(0.1ms～0.9ms)で、1ms単位の測定誤差は今回の評価では起こらなかった。

測定中の様子

迷うのは「上中下、どこの測定ポイントで測定するか」という点についてだ。

映像信号は“ひも状”の1次元データ(ストリームデータ)に分解されて伝送されており、基本的には画面上から下に向かって表示されることとなる。実際、LGのゲーミングモニター「27GL850」で計測して見たところ、以下のような結果となった。

このように、下で測定すればするほど、値が大きくなることが見て取れる。

「入力遅延」とは「映像機器から映像送出が行われてから映像の表示が開始されるまでの時間」なので、大画面☆マニアでは最上部で計測することと決断した。

中央で測定しているメディアも多いようだが、たとえば東芝レグザの入力遅延の公称値は画面上部に相当するようなので、これに倣う、という意味合いもある。また、上の計測結果もそうなのだが、今回の評価で十数基のディスプレイ機器を測定したところ、「上部で計測した方が計測誤差が少ない」という知見が得られたから、ということも理由の1つになっている。

さて、本機の製品名は4K Lag Testerだが、別に4K解像度に特化した仕様になっているわけではない。上で、720pや1080pの解像度をテストしていることからも分かるように、測定用の映像は4K(3,840×2,160ドット)以外に、フルHD(1,920×1,080ドット)、HD(1,280×720ドット)が選べ、リフレッシュレート(フレームレート)も24Hz、25Hz、30Hz、50Hz、60Hzが選べるようになっている。

ただ、このテスト映像の解像度/リフレッシュレート変更は、本体をWindows PCに接続したうえで専用のコンフィギュレーションソフトを用いて行なう必要がある。

コンフィギュレーションソフトは「Quick Start Guide」と同じ場所に公開されており、インストールは不要。zipアーカイブに含まれるEXEファイル単体を実行するだけで使えるミニツールとなっている。

下が、そのコンフィギュレーションソフトの画面だが、機能としては画面下部のリストボックス「Video Format」から希望の解像度とリフレッシュレートの組み合わせを選択するだけだ。

コンフィギュレーションソフトの画面。右に何やらグレーの長方形が表示されてはいるが、ここは筆者が使って見限りでは何も表示されず、クリックしても何も起きない。将来的なバージョンアップで何かここに変化が起こるのかも知れない

用意されている画面モードは以下のようなラインナップで、前述した画面モードが列んでいるのが分かる。ただ、よく見ると、プレセット画面モード以外に「Future ??」という感じの意味深な画面モードがあることに気が付く。

画面モードのラインナップ。このリストボックスから希望の画面モードを選択して、右側の[Set Format]ボタンを押すことで本体の試験映像の解像度/リフレッシュレート(フレームレート)を切り換えることができる。測定は4K Lag Tester本体の再起動不要でそのまま行なえる

実は、これ、見るからに「将来用」という風情が漂っているが、実際には、選択するとちゃんとそれぞれ個別の画面モード変わり当てられている。調べた範囲では現状では以下のような画面モードが割り当てられているようだ。

• Future 1　　720/100p
• Future 2　　720/120p
• Future 3　　1,080/100p
• Future 4　　1,080/120p
• Future 5　　2,160×1,200/60p
• Future 6　　??

Future 1～4は、ゲーミングディスプレイなどの評価に役立ちそうだ。Future 5はミスプリではなく2,160×1,200ドットという一風変わった画面モードの60Hzが定義されていた。Future 6は、何らかの画面モードは定義されていそうなのだが、筆者の環境では、その詳細を掴むことはできずじまい。まあ、4K/60p以上になるとHDMI 2.0仕様の本機では取り扱えないので、4K/100Pや4K/120pではないとは思う。

このコンフィギュレーションソフトは使い方は簡単だし、計測時はPCいらずの単体で行なえるのはいいのだが、テスト画像の画面モード切り換えのたびにPCが必要というところはやや不便とは感じた。できれば、測定解像度の切り換え用のツマミ(ダイヤル)スイッチくらいは欲しかった気がする。

善司邸にあるディスプレイを片っ端から測定してみた

さて、せっかくなので、筆者の仕事場にあるすぐ動かせるテレビやディスプレイを、4K Lag Testerで計測しまくってみた。

まずは東芝レグザのここ近年モデルにて、標準モードとゲームモードとの遅延を測定してみた。結果は以下の通り。

東芝レグザ「40V30」 (1080/60p)
・標準モード　41.7ms
・ゲームモード　3.2ms

東芝レグザ「40M510X」 (4K/60p)
・標準モード　108.5ms
・ゲームモード　8.6ms

東芝レグザ「55Z700X」 (4K/60p)
・標準モード　183.3ms
・ゲームモード　15.1ms

東芝レグザ「55Z720X」 (4K/60p)
・標準モード　163.0ms
・ゲームモード　12.9ms

レグザが公開している公称値よりも数ms(具体的には3ms～4msほど)大きな値になっているのは、4K Lag Testerによる計測が実質的に液晶の応答速度を加味した値になっているからであろう。

同じレグザでも他と比べてZ700XやZ720Xがやや遅めなのは、倍速駆動パネルを採用しているため。

倍速駆動の映像パネルで遅延が大きくなる理由については筆者のこちらの記事を参照して欲しいが、倍速駆動パネル採用機においては60Hz映像入力時には理論値で8.3msの遅延が避けられないので、「55Z720X」の12.9msは液晶の応答速度を加味した測定値としてはなかなかいい値だ。ここから液晶の応答速度分を差っ引くと理論値に近くなるのが分かる。

また、「55Z720X」よりも世代の古い「55Z700X」も同じ倍速駆動モデルで、その入力遅延は15.1ms。55Z720Xでは、この値からさらに遅延を詰めてきたことが分かって興味深い。

「40V30」と「40M510X」は、倍速駆動パネルではない等倍速パネルのため、入力遅延は小さい。しかし、「40M510X」の方が若干遅延が大きいのは、液晶パネル側に実装された24Hzや30Hz映像のフレームレートコンバージョン処理LSIの影響があるため。測定値から3～4msを差っ引くと、これまた東芝が発表している公称値5.8msに近い値になる。

それにしても、標準モードは遅延がどれも大きい。そして、倍速駆動パネル採用機の標準モードは、等倍速パネル採用機のそれと比較すると格段に入力遅延が大きいことも分かる。

ところで、これ以外にも古い東芝レグザ「46ZH500」や、長らく遅延測定のリファレンス機として活用してきた「26ZP2」についても計測を試みたのだが、4K Lag Testerからの測定画面がおかしくなり、正しく計測することができなかった。理由は不明である。

古めのレグザを計測しようとすると、4K Lag Testerの測定映像がバグってしまう。なぜ!?

これに続き、筆者宅にある各社のPCディスプレイについても測定してみた。

LG「32UL950-W」 (4K/60p)
・FPSモード　2.2ms

LG「27GK750F」 (1080/60p)
・FPSモード　8.9ms

ASUS「VG279Q」 (1080/60p)
・sRGBモード　2.6ms

サムスン「C49HG90」 (4K/60p、1080/60p)
・FPSモード　36.2ms

三菱電機「RDT233WX-3D」 (1080/60p)
・動画モード/ゲームモード　37.1ms

ゲーミングディスプレイは、概ね入力遅延が"一桁台ms"となっていてなかなか立派だ。

面白いのは、LG「27GK750F」はリフレッシュレート240Hzに対応したTN型液晶パネル採用機で速そうなイメージがあるのだが、リフレッシュレート144Hzに対応したIPS液晶採用機のASUS「VG279Q」に及ばないというところ。もちろん、これらの機種に対しての測定はリフレッシュレート60Hzでの接続状態で計測している。

「入力遅延と映像パネルの応答速度とはまったく別もの」という話は既にこちらの記事で解説済みだが、実際の遅延計測からもこのことが裏付けられた格好だ。

さて、サムスンの「C49HG90」(4K/60p)は、アスペクト比32：9、3,840×1,080ドットのディスプレイで、4K Lag Testerではこのディスプレイに対してドットバイドットで測定用映像を出力できなかったので、測定値は参考値という扱いになる。なお、測定は4K/60pと1080/60pの両方の測定映像で行なったが測定結果は同じだった。

最後に、もう一つ。

ゲーミングディスプレイ製品では、液晶パネルに対し、規定よりも高い電力で画素を駆動して応答速度を速める「オーバードライブ駆動」に対応しているものも多い。

4K Lag Testerの測定値は理論上、入力遅延と画素応答速度の合算値となるため、このオーバードライブのかけ方によっては、測定値が変わってくるかもしれない。

そんな疑問に対する答えを検証するべく、LG「27GK750F」、ASUS「VG279Q」、三菱電機「RDT233WX-3D」のオーバードライブ対応の3製品で、その“掛け具合”を変えて入力遅延を再測定してみた。結果は以下の通り。

LG「27GK750F」 (1080/60p)
オーバードライブモード
・OFF　　8.9ms
・Normal　　8.8ms
・Fast　　8.8ms
・Faster　　8.9ms

ASUS「VG279Q」 (1080/60p)
オーバードライブモード
・0%　　2.4ms
・60%　　2.6ms
・100%　　2.3ms

三菱電機「RDT233WX-3D」 (1080/60p)
オーバードライブモード
・OFF　　37.1ms
・モード1　　37.1ms
・モード2　　37.1ms

結果は0.1ms台の測定誤差のレベルの違いしか認められなかった。これはまあよく考えると当たり前かもしれない。

オーバードライブ駆動は、最も応答速度が鈍くなる中間階調を加速化するもの。4K Lag Testerの測定用映像の測定ポイントは、黒表示と白表示の点滅画像なので、応答速度としてはもともと速い画像なのだ。

結果としては面白くはなかったが、まあ、多くの人が疑問として抱きそうな測定テーマなので一応やってみた、ということであしからず。

総括～入力遅延を少なくしたい派閥にはマストなアイテム。マウント争いにも

「PCいらずの単体で測定可能」という利便性はあるものの、「測定解像度の切り替えにWindows PCとの接続が必要」といった面倒臭いところがあったり、「電源スイッチがない」ことで気を抜くとファームウェア書き換えモードになってしまう気難しさがあったりと完璧な製品とはいいがたい部分もある。

ただ、「分配器を用いてリファレンスディスプレイと測定対象ディスプレイを並べてその2台に試験映像を表示させ、それを毎秒約1000コマの40倍スロー撮影を行なう」という従来手法と比べれば、随分とスマートなやり方にはなったとは思う。

筆者として、今後のファームウェアアップデートに期待したいのは、アスペクト比21：9や32：9の解像度への対応だろうか。

こうしたウルトラワイド型ディスプレイ製品はPCゲーミングの世界では人気を集め始めているので、今後は無視出来なくなるかもと考えている。個人的には、本機のプリセット画面モードの「Future ??」のところに、そうした画面モードが登録されることを期待して待ちたい。

この4K Lag Tester。あまり一般ユーザーが欲しがる製品ではないと思うが、いけすかないアイツのうちに行って、勝手にテレビやディスプレイの入力遅延を測定して「うちのテレビの方がお前のより遅延が小さいぜ」と、マウントをとりに行くのに最適なグッズではある(笑)。

また筆者のような入力遅延が大きいテレビ/ディスプレイを世の中から少しでも少なくしたいという派閥の人にはマストバイな製品だと思うので、ぜひとも1台、英国から取り寄せて購入していただきたいと思う。筆者も、テレビ/ディスプレイ製品が展示されるようなイベントになるべく携行していくようにしたいと考えている。展示会イベント等で、筆者がこのグッズを手にしたまま、企業ブーススタッフに取り押さえられているシーンを見かけたら、お賽銭でも投げてくださると幸いである。

冗談はさておき。この4K Lag Tester、26ZP2と同じように長く使い続けられるのだろうか。

導入コストがそれなりに掛かっているので、当面は大画面☆マニアでは入力遅延の測定は最大4K/60pモードで、ということにしたいのだが、次世代ゲーム機では4K/120Hzがサポートされるというし、8K放送も将来的には8K/120Hzにまで対応するらしい。

実際これら4K/120p、8K/120pをサポートするHDMI 2.1の台頭もあり、数年足らずでお役御免となってしまわないか、今から心配である……。