Auch der beste aller Monitore liefert ein nur mittelmäßiges Bild, wenn er ein minderwertiges Signal bekommt. Denn es ist gerade die Qualität des von der Grafikkarte erzeugten Signals, von der Helligkeit, Kontrast und Schärfe auf dem Monitor abhängen.
Für den Anwender zählt lediglich, was der Monitor anzeigt. Dabei ist der Monitor nur das letzte Glied in der Kette. Die Grafikkarten werden zwar immer schneller, aber bei der Signalqualität liefern auch aktuelle Karten ein oft trauriges Bild. Unsere Tests der Grafikkarten führen denn auch häufig zu Bewertungen wie verbesserungswürdig und mangelhaft - und das sogar bei Markenprodukten. Problematisch sind dabei keineswegs nur die preiswerten Modelle. Gerade Grafikkarten mit mehreren Ausgängen haben Probleme mit der Signalqualität gezeigt. Dies gilt auch für Karten, die einen DVI-Ausgang anbieten. Hier stören sich die Ausgänge gegenseitig. Bei unseren Messungen an den DVI-A-Ausgängen der Grafikkarten lag die Qualität des Signals in der Regel deutlich unter der des originären VGA-Ausgangs. Die Ergebnisse des jeweiligen Ausgangs finden Sie in unserer Tabelle einzeln ausgewiesen.
Zu den Problemkindern zählen Karten mit integriertem RAMDAC sowie Karten mit einfachsten RC-Gliedern als Entstörfilter. Mittlerweile versuchen Monitorhersteller wie beispielsweise Eizo, durch spezielle Signalfilter am Eingang diesen Effekten entgegenzuwirken.
Dass sich die Grafikchip-Hersteller der Problematik Signalqualität durchaus bewusst sind, belegt ein Interview, das tecCHANNEL mit David Kirk, dem Chefentwickler von NVIDIA geführt hat. Dieser gab eine der größten Schwächen seiner Produkte unumwunden zu und sieht Handlungsbedarf bei den Grafikkarten-Herstellern. Bei unseren damaligen Tests lieferten aber auch NVIDIA-Referenzkarten nur ein befriedigendes Niveau. Die Bemühungen scheinen inzwischen Früchte zu tragen, NVIDIA-basierte Grafikkarten mit aktuellen Grafikchips liefern nahezu durch die Bank eine bessere Signalqualität als dies noch vor Jahresfrist der Fall war.
Die Testergebnisse und Bewertungen aller 73 Grafikkarten finden Sie in unseren tecDaten tabellarisch zusammengefasst. Von dort gelangen Sie auch zu einem Bild des Ausgangssignals jeder Karte. Alle Messungen wurden bei einer Auflösung von 1280 x 1024 Bildpunkten, 32 Bit Farbtiefe und 85 Hz Bildwiederholfrequenz durchgeführt. Sie können die tecDaten auch als PDF-Datei zum Ausdruck herunterladen. Klicken Sie dazu einfach auf den Link "Artikel Druck/Download" und wählen Sie die Option "Bundle".
VGA-Norm
Die VESA gibt grundlegende Spezifikationen für die VGA-Schnittstelle vor, die hauptsächlich die Pixelgeometrie, Pixel-, Zeilen- und Bildwiederholfrequenz sowie den Signalpegel betreffen. Laut VESA-Bestimmungen hat zum Beispiel der VGA-Industry-Standard 640x480-Pixel-Mode eine Bruttoanzahl von 800 Pixel pro Zeile und 525 Pixel pro Spalte inklusive aller Rand- und Synchronisationspixel. Die empfohlene Bildwiederholfrequenz beträgt 59,94 Hz, die Zeilenfrequenz 31,469 kHz und die Pixelfrequenz 25,175 MHz. Dabei soll der Signalpegel am Ausgang der VGA-Schnittstelle 700 mV betragen. Die Auflösung von 1024 x 768 Bildpunkte kommt bereits auf eine Bruttoanzahl von 1328 Pixel pro Zeile und 804 Pixel pro Spalte. Bei einer Bildwiederholfrequenz von 75 Hz erreicht die Pixelfrequenz bereits 80 MHz.
Die grundlegenden Signale der VGA-Schnittstelle sind die Leitungen für Rot, Grün und Blau, auch als RGB bekannt. Diese übertragen die drei Farbinformationen für jedes einzelne Pixel. Darüber hinaus gibt es eine VSYNC- und eine HYSNC-Leitung. Über VSYNC wird die vertikale Synchronisationsfrequenz, die so genannte Bildwiederholfrequenz, festgelegt. HSYNC beinhaltet die vertikale Synchronisationsfrequenz, die man auch als Zeilenfrequenz bezeichnet. Die Pixelfrequenz errechnet sich aus der horizontalen Pixelbruttoanzahl multipliziert mit der Bruttozeilenfrequenz. Nur die Verwendung eines hochwertigen Kabels mit BNC-Anschluss garantiert einen geringen Qualitätsverlust bei der Signalübertragung zwischen Grafikkarte und Monitor.
Signalübertragung und -qualität
An das Verbindungsglied zwischen Grafikkarte und Monitor werden besonders hohe Anforderungen gestellt. Es soll möglichst störungs- und verlustfrei die hochfrequenten Signale übertragen. Aus diesem Grund besteht dieses Kabel aus Koaxialleitungen mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm. Eine entsprechende Anpassung des Wellenwiderstandes an den Anschlüssen von Grafikkarte und Monitor vermeidet negative Beeinträchtigungen der Signale durch Reflexionen und Störstrahlungen.
Jedes Kabel ist mit parasitären Induktivitäten und Kapazitäten behaftet, die die Signalqualität je nach Übertragungsfrequenz beeinträchtigen. Bei der Signalübertragung im Hochfrequenzbereich können sie störende Effekte wie Signalverformungen und Verzögerungen verursachen.
Auch das Ausgangssignal der Grafikkarte entspricht nie den Idealvorgaben eines Rechtecksignals. Die für alle elektronischen Geräte notwendige CE-Zertifizierung legt für PC-Systeme Grenzwerte für die elektromagnetische Abstrahlung fest. Als besonders kritisch erweisen sich bei der Prüfung an den PC angeschlossene Kabel, die als Antennen für die hochfrequenten Felder im Inneren des PC fungieren. Um es den PC-Herstellern einfach zu machen und um auch mit billigen Monitoren und VGA-Kabeln die CE-Prüfung zu bestehen, werden Dämpfungsglieder vor den VGA-Ausgang der Karte eingebaut. Die Tiefpassfilter reduzieren sowohl die hochfrequenten Störsignale als auch die Oberwellen des Nutzsignals. Dadurch ergeben sich lange Anstiegs- und Abfallzeiten des Signals sowie gerundete Signalkanten - das Bild wird unscharf und verliert an Kontrast.
Nicht ohne Grund kursieren für viele Grafikkarten Umbauanleitungen für die Entfernung der Dämpfungsglieder. Am häufigsten stößt man dabei auf Modifizierungshilfen für Grafikkarten, die auf GeForce2-MX-Chips basieren. Zudem weisen diese weit verbreiteten Karten eine schwache Leistung in Sachen Signalqualität auf. Wie unsere Messungen belegen, steht das Kürzel MX auch bei den GeForce4-Karten für eher minderwertige Ausgangssignale. Eine Übersicht über alle getesteten Grafikkarten finden Sie in unserer tecDaten-Tabelle.
Video-Level
In Sachen Video-Level hält sich kaum eine Grafikkarte in der Praxis an die geforderte Amplitude von 700 mV. Bei unseren Grafikkartentests sind Abweichungen von über 100 mV keine Ausnahme. Allerdings hat sich hier das Niveau gegenüber der Vergangenheit gesteigert. Waren noch vor Jahresfrist Amplituden unter 500 mV zu verzeichnen, liegen aktuelle Karten auf gutem Niveau - solange das analoge Signal aus dem VGA-Ausgang kommt. Deutlich schlechter ist es in vielen Fällen um die Amplitude des analogen Signals bestellt, wenn dieses den DVI-A-Anschlüssen entstammt. Als vergleichsweise harmlose Folge eines zu niedrigen Video-Levels ist das Bild schlicht zu dunkel.
Genau entgegengesetzt wirkt sich eine zu hohe Amplitude auf die Darstellung aus: Das Bild erscheint überzeichnet, einzelne Farben sind zu grell. Bei unseren Tests erreichen einzelne Grafikkarten durchaus Amplituden von über 800 mV.
Vor allem bei leuchtenden Farben wird die überzogene Darstellung deutlich, hier hilft nur ein Nachregeln des Kontrasts am Monitor. Um den Monitor optimal einzustellen, sollte vorher der Cut-off-Punkt justiert sein. Dieser ist erreicht, wenn bei einem schwarzen Bild kein Hintergrundleuchten mehr zu erkennen ist. Hierzu wird zunächst auf 100 Prozent Kontrast geregelt und dann per Helligkeitseinstellung der Cut-off-Punkt gesucht. Anschließend wird die Helligkeit der weißen Bildanteile mit dem Kontrastregler passend eingestellt.
Video-Level: Praxis
Im einfachsten Fall hat es der Hersteller bei einem von der Norm abweichenden Video-Level schlicht und einfach versäumt, den Pegel entsprechend der Spezifikationen auf 700 mV einzustellen. Den direkten Unterschied zwischen einem guten und einem zu niedrigen Video-Level verdeutlicht das folgende mit einer Spiegelreflexkamera aufgenommene Bild. Die Monitoreinstellungen hinsichtlich Helligkeit und Kontrast blieben unverändert.
Im Testfeld erweist sich eine Xabre-400-basierende Grafikkarte von Elitegroup als Totalausfall in Sachen Video-Level. Bei unseren Standardeinstellungen (1280 x 1024 Bildpunkte, 32 Bit, 85 Hz) kommt die Karte gerade mal auf 152 mV. Der in diesem Fall nicht beneidenswerte Monitor macht daraus zwar noch ein Bild, aber die zu dunkle Darstellung ist ohne jedes Messgerät erkennbar.
Zusätzlich führten wir mit dieser Karte eine Messung bei 1024 x 768 Bildpunkten durch. Das Ergebnis ist deutlich besser, hier kommt die Karte auf über 600 mV, alle anderen Parameter wie Flankensteilheit oder Signalform sind allerdings gleichfalls mangelhaft, so dass es in der Gesamtwertung auch bei dieser Auflösung nur für eine entsprechende Note reichen würde.
In den meisten Fällen spielt die Dimensionierung der Dämpfungsglieder zur Erlangung der CE-Zertifizierung die entscheidende Rolle bei der Bildqualität. So können sich die Dämpfungskondensatoren bei hohen Pixelfrequenzen sowie Details mit 1 Pixel Abstand (Worst-Case: schwarzweißes Linienmuster) nicht mehr vollständig auf- und entladen. Es entsteht eine Offset-Spannung und ein niedriger Signalpegel. Durch den niedrigen Pegel wird die Darstellung heller Linien dunkler, die eigentlich schwarzen Linien erscheinen durch die Offset-Spannung heller, wodurch das Gesamtbild an Schärfe verliert.
Überschwinger
Wirkt das Monitorbild insgesamt schwammig und zeigen sich so genannte Phantombilder beziehungsweise Schatten, sind hierfür der Overshoot-Effekt oder Reflektionen verantwortlich. Beim so genannten Overshoot-Effekt schießt das Signal am Ende der steigenden Flanke über das Ziel hinaus und pendelt sich erst auf das Soll-Level ein. Die sichtbare Wirkung dieses Effekts ist eine hellere Kantendarstellung auf Grund des erhöhten Levels.
Das Pendant zum Overshoot ist der Undershoot am Ende der fallenden Flanke. Hierbei treten vornehmlich Schatteneffekte zu Tage, die den Eindruck eines Phantombildes vermitteln. Aus dem Undershoot resultiert zudem meist ein uneinheitlicher RGB-Level, was für eine veränderte Farbdarstellung sorgt.
Filter beziehungsweise Dämpfungsglieder aus Spulen und Kondensatoren lösen diese störenden Einschwingvorgänge an den Impulsflanken aus.
Reflektionen des Signals in der Übertragungsstrecke verursachen ebenfalls Phantombilder. Hervorgerufen wird dieser Effekt durch nicht an den Wellenwiderstand angepasste Ein- oder Ausgänge der Signalstrecke. Bei Monitoren beträgt dieser Widerstand 75 Ohm. Eine weitere Ursache für das Überschwingen sind parasitäre Induktivitäten oder Kapazitäten. Dafür sind Zuleitungen zu den Bauelementen ebenso wie die Induktivitäten von passiven Bauelementen verantwortlich. Liegen kapazitiv kompensierte Schaltungen vor, so besteht die Möglichkeit, dass hier einzelne Kondensatoren zu groß gewählt wurden.
Um Impulsflanken ohne Überschwingen zu erhalten, muss der Dämpfungsgrad eines Systems aus Kondensator, Spule und Widerstand gleich 1 sein. Der Idealfall dieses aperiodischen Grenzfalls wird auf Grund unterschiedlicher Parameter der verschiedenen VGA-Kabel und Monitoreingänge selten erreicht.
Überschwinger: Praxis
Im Zuge der CE-Konformität müssen die Hersteller von Grafikkarten die Ausgangssignale durch L-C-R-Kombinationen dämpfen, um unerwünschte energiereiche Oberwellen zu vermeiden. Durch diese Maßnahme wird die Flankensteilheit des Signals verringert, jedoch gleichzeitig das Überschwingverhalten gefördert.
Für derlei Unbill muss aber nicht unbedingt das Grafiksignal beim Verlassen der Grafikkarte verantwortlich sein. So sind diese Auswirkungen ebenfalls zu beobachten, wenn das Signal auf dem Weg von der Grafikkarte zum Monitor beeinträchtigt wird. Als Übeltäter treten hier unter anderem Monitor-Umschaltboxen auf. Bei unseren Messungen sind entsprechende Effekte sowohl an mechanischen wie an elektronischen Umschaltboxen festzustellen. Neigt eine Grafikkarte ohnehin zu Over-/Undershoot, so verstärken sich die Effekte bei einer Beeinträchtigung entsprechend.
Dull
Ähnlich wie beim Überschwingen sorgt auch der so genannte Dull-Effekt für ein verschwommenes Bild. Von Flankensteilheit kann hierbei keine Rede mehr sein. Das Signal ist verschoben, was zu einer unsauberen Kantendarstellung führt.
Der Dull-Effekt entsteht hauptsächlich durch parasitäre Kapazitäten der Bauelemente auf der Grafikkarte oder der Zuleitung. Er verlängert durch Auf- und Entladevorgänge die An- und Abfallzeiten der Signalflanken. Zusätzlich entsteht eine ungewollte Phasenverschiebung und somit eine Impulsverzögerung.
Diese Eigenschaften des Signals führen zu den oben beschriebenen störenden Effekten. Solche Störeinflüsse können reduziert werden, indem man qualitativ hochwertige Verbindungskabel verwendet, wie zum Beispiel ein VGA-BNC-Kabel, wenn es der Monitor zulässt.
Ringing
Beim Ringing-Effekt wirkt das gesamte Bild verschwommen beziehungsweise unsauber. Hierbei schwingt sich das Signal nach der steigenden Flanke auf den eigentlichen Soll-Video-Pegel ein. Statt des eigentlich geforderten linearen Verlaufs oder zumindest einer sauberen Kurve legt das Signal eine Zitterpartie hin. Damit beeinflusst das Ringing auch die Farbstabilität. So ist nicht gewährleistet, dass ein weißer Pixel exakt die gleichen Farbwerte aufweist wie der nächste weiße Pixel.
Es gibt vielfältige Gründe für den Ringing-Effekt. Möglicherweise sind wie beim Überschwingen gedämpfte Einschwingvorgänge dafür verantwortlich. Dieser störende Schwingkreis am VGA-Ausgang der Grafikkarte besteht aus einer Reihenschaltung von Spule, Kondensator und Widerstand, wobei der Dämpfungsgrad dieses Systems kleiner 1 ist.
Zusätzlich können starke elektromagnetische Felder oder energiereiche Oberwellen benachbarter Systeme, die auf alle Signalleitungen gleichzeitig einwirken, eine Störspannung auf dem Signal erzeugen. Im Zweifel sollten alle potenziellen Störquellen aus der Umgebung des Monitorkabels entfernt werden.
Ungleiche RGB-Level
Bei ungleichen RGB-Leveln weichen die einzelnen Signale für Rot, Grün und Blau voneinander ab. Die Folge ist eine Farbdarstellung, die nur wenig mit dem Original zu tun hat. Das folgende Bild wurde mit einer Spiegelreflexkamera direkt vom Monitor aufgenommen.
Wer sich professionell mit Bildbearbeitung beschäftigt, für den ist das Farbkalibrieren des gesamten Systems keine Besonderheit. Wer eine Grafikkarte besitzt, deren Signal ungleichmäßige RGB-Level aufweist, kann hierdurch die Darstellung auf dem Monitor der Wirklichkeit näher bringen - sofern der Monitor eine getrennte Justierung der RGB-Level erlaubt. Mit ungleichen Werten für RGB ändert sich natürlich auch die Farbtemperatur.
Das ungleiche RGB-Signal wird durch verschieden hohe Signalpegel auf den einzelnen Leitungen verursacht, die durch falsche Wahl der Signalspannungen an den einzelnen RGB-Ausgängen entstehen können. Auch Bauteile-Toleranzen auf der Grafikkarte oder unterschiedliche Signaleigenschaften der RGB-Leitungen ermöglichen die oben beschriebenen negativen Effekte.
Fazit
Die Bildqualität hängt, wie unsere Messungen belegen, nicht allein von der Qualität des Monitors ab. Hier muss immer wieder auch das Signal berücksichtigt werden, das die Grafikkarte erzeugt. Denn aus einem minderwertigen Grafiksignal lässt sich eben nicht so ohne Weiteres ein sehr gutes Bild produzieren. Meist tritt nicht einer der beschriebenen Effekte allein auf, sondern eine Kombination mehrerer Effekte in unterschiedlich hoher Ausprägung. Das Resultat ist eine minderwertige Bildqualität.
Bei unseren Messungen an über 70 Grafikkarten hat sich bestätigt, dass weder Preis noch Marke eine gute Signalqualität garantieren. So rangieren auch Karten, die jenseits der 500 Euro kosten, unter Umständen nur auf einem ausreichenden Niveau. Eine pauschale Vorverurteilung eines bestimmten Grafikchips ist ebenso nicht per se möglich. Die Grafikkarten der einzelnen Hersteller differieren trotz augenscheinlich identischer Ausstattung erheblich in ihrer Signalqualität. Eine Übersicht über alle getesteten Grafikkarten finden Sie in unserer tecDaten-Tabelle.
Wer an Grafikkarten mit VGA- und DVI-Ausgang zwei analoge Endgeräte betreiben möchte, sollte dem höher wertigen Monitor das Signal aus dem originären VGA-Ausgang spendieren. Nahezu durch die Bank ist das Analog-Signal, das der DVI-A-Ausgang an entsprechenden Grafikkarten liefert, von schlechterer Qualität. Das betrifft in der Regel sowohl die Amplitude als auch die Flankensteilheit. Die Messungen führten wir jeweils mit den von den Grafikherstellern mitgelieferten DVI-VGA-Adaptern durch.
Höherwertige Monitore fangen zwar viele der zuvor beschriebenen Effekte bis zu einem gewissen Grad ab - aber eben nicht vollständig. Eine bessere Voraussetzung für ein gutes Bild ist in jedem Fall eine gute Signalqualität.
Wenn das Problem bei externen Störquellen oder beim Monitorkabel liegt, lässt sich zumeist einfach Abhilfe schaffen. Ist allerdings das Grafiksignal zu schlecht - oder doch der Monitor schuld an einer unsauberen Darstellung -, hilft auf Dauer nur der Austausch der jeweiligen Komponente. (hal/mje)