在宅ワークのために4Kモニターを購入

本当はPhilipsの4Kモニター（278E1A/11）まあまあのスペックで安くてスタイリッシュだったので欲しかったのだけれど、昨今のCOVID-19のせいか、ただ人気なのか、ほぼ全てのオンラインショップで在庫なし、入荷未定の状態で購入を断念した。

Philips 278E1A/11

選んだのはLGの27インチ4Kディスプレイ（27UL500-W）。Amazon限定で売られていて同等程度のスペックのモニターでは平均が少し安いくらい。入力はHDMI x2とDisplayPortで、USB Cでの接続や電源供給はなし。USB C対応のモニターは価格帯が2万円以上高くなる。Apple TVも繋ぐしHDMIがあればいいかということで、価格を優先。というか在庫有りですぐ届きそうなモニターがあまりなかった。

LG 27UL500-W

MacBook ProからApple USB-C Digital AV Multiportアダプタ経由で、HDMIケーブルで接続すると、「付属のケーブルで接続してください」的なメッセージが表示された。作業スペースの広さに感動しつつ、表示されてるんだからいいだろうと思っていたら、マウスのポインタやアプリのウィンドウがカクカク動いている。
システム情報を確認すると、ディスプレイが30Hzで動いていた。

調べると4kを60Hz以上で出力できるケーブルの規格は限られているらしい。4Kディスプレイとケーブルの関係についてまとめる。

4Kの定義

Wikipediaによると、ディスプレイの4Kは解像度が3840x2160（アスペクト比16:9）のことを言うとのこと。

横に3840個、横に2160個のピクセルが並んでいると言うこと。

3840 x 2160 = 8294400なので、約830万個分の映像情報をPCから送らないといけないので、対応したケーブルが必要になると言うこと。

4K出力に使うケーブルは、主に

  1. HDMIケーブル
  2. DisplayPortケーブル
  3. USB type-Cケーブル

がある。

それぞれ規格（性能）が決まっている。今回は情報が多く、比較的わかりやすいHDMIケーブルとDisplayPortケーブルについて。

4K/60Hzを出力できるケーブルを探す！

HDMIケーブルの規格

HDMIケーブルは複数のバージョンの中に、複数の機能を持つケーブルが存在するので、伝送速度と対応する主な解像度に絞ってピックアップした。情報はサンワダサプライのページを参考にした。

バージョン 伝送速度 主な解像度
ウルトラハイスピード（HDMI 2.1） 48Gbps 4K/120Hz
プレミアムハイスピード（HDMI 2.0） 18Gbps 4K/60Hz
ハイスピード（HDMI 1.3 - 1.4） 10.2Gbps 4K/30Hz（HDMI 1.4のみ）
スタンダード（HDMI 1.2以前） 4.95Gbps 1080i (1920x1080)

平たく言うと、4Kに対応しているのはHDMI 1.4から。さらに、4K/60Hzに対応しているのはHDMI 2.0以上ということ。

HDMIケーブルで4K対応と書いてあっても、30Hzまで対応のHDMI 1.4か60Hz対応のHDMI 2.0以上かどうかは表記されていないとわからない。また、HDMIの規格を商品に記載することは禁止されていて、機能を表記することになっているので、4K/60HzかPremium High Speed Cableと記載されている商品を探して買うことになる。

High Speed Cableと記載されているHDMIケーブルでは良くて4K/30Hzまで。手持ちのケーブルに印字されている文字を確認すると良い。

Displayportケーブルの規格

こちらはWikipediaを参考にしました。

バージョン 伝送速度 主な解像度
1.4 25.92Gbps 8K/60Hz, 4K/144Hz
1.3 25.92Gbps 8K/30Hz, 4K/120Hz
1.2 17.28Gbps 5K/30Hz, 4K/75Hz
1.1-1.0 8.64Gbps 4K/30Hz

DisplayPortケーブルは（現状）全て4K出力に対応していて、1.2から4K/60Hzが出力できる。

手持ちのケーブルは対応している？

手持ちのHDMIケーブルは全てHigh Speed Cableでした。4K/60Hzで出力できる可能性はゼロ。ケーブル自体に記載がありました。LGのディスプレイ付属のHDMIケーブルもHigh Speed Cableなので、4K/60Hzに対応していないという謎仕様。DisplayPortケーブルで繋ぐか、別途用意しなさいということか。

付属していたDisplayPortケーブルにはバージョンの記載が見当たらないので、外見での判断はできかねますが、現在はUSB type-C to DisplayPortのアダプタで繋いで4K/60Hzが出力されているので、対応していました。

余談ですが、Apple USB-C Digital AV Multiportアダプタは、PC次第で対応が変わるらしい。

https://support.apple.com/ja-jp/HT207806

15インチMacbook Pro (2017)ではモデルA2119では4K 60Hzに対応しているが、モデルA1621の場合は4K 60Hzのみ。うちのはA1621で30Hzになる。

転送速度との関係

輝度（ダイナミックレンジ）や色深度などありますが、簡単に考えて、色深度が8bit（256段階）の4K 60Hzは（1画素に３色: 3x8=24bit）とすれば、要求される伝送速度は

3840216024*60/1024/1024/1024 = 約11Gbps

HDMIのスタンダードとハイスピード、DisplayPortの1.0, 1.1は伝送速度が足りない計算になるので、確かに対応する解像度と一致している。
これらのケーブルには音声の伝送など他の機能もあるのでここまで単純ではないだろうが。

フルHDと呼ばれる1920x1080に要求される伝送速度は4Kの4分の1になるので約2.5Gbps。HDMIとDisplayPortケーブルは全て対応していることになる。（ゲーミング用などのフレームレートが高いモニターは別の話）

映像の綺麗さは解像度だけで決まるわけではないので、いい映像を求める人はもう少し難しい話になります。映像を構成する要素についてはeizoのページがわかりやすい。

解像度・ビット深度・フレームレート・色域・輝度

ちなみに、DisplayPortが2006年に1.0で4K/30Hz、2009年に1.2で4K/60Hzに対応したのに対して、HDMIは2009年にハイスピードケーブル（HDMI 1.4）で4K/30Hz、2013年にプレミアムハイスピード（HDMI 2.0）で4K/60Hzに対応したので、DisplayPortの方が高解像度（大容量伝送）向けに開発されてきたと見て取れる。

まとめ

  • 4K/60HzのモニターにHDMIケーブルで接続するなら、Premium High Speed Cableと書かれた製品を買う。
  • DisplayPortケーブルなら大体対応している。
  • LG 27UL500-Wに付属のHDMIケーブルは4K/60Hz対応していない。
  • お金があるならUSB type-Cで映像出力と電源供給ができる4kディスプレイを買おう。

27インチ2560x1440しか使わないので、4Kモニターまででいいかな。Amazonで60Hz対応のUSB type-C to DisplayPortの変換アダプタを買って、4K/60Hzにしました。