薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

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許多讀者或許對鍵盤的研究不深,常常在商場或購物網站選購鍵盤時,常常看到許多不同的名稱,例如背光鍵盤、電競鍵盤、多媒體鍵盤、無線鍵盤、機械鍵盤等等,而被弄得一頭霧水吧。這次筆者就來針對不同的鍵盤觸發種類,做個簡單的介紹,讓大家能對這些差異有所認識。

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功能、分類大不同

鍵盤最主要的功能就是用來輸入文字,所以就需要具備能夠滿足各國語言輸入需求的設計,以台灣常見的鍵盤來說,是以英文的QWERTY鍵盤配製為基礎,並加入注音符號與倉頡字根,能夠進行中、英文輸入。

這種鍵盤的名稱來源,是因為「QWERTY」是鍵盤字母區左上方第一行的前6個字母,這種鍵盤是由克里斯多福•蕭爾斯(Christopher Sholes)設計,會這樣安排的主要原因,是因為還在使用打字機的1870年代,為了要把常用的字母隔開,而減少打字時連動杆之間的擠壓及避免發生故障,隨著時間演進就成為標準的英文、拉丁字母的標準鍵盤配置。

在尺寸的分類上,主要可以分為具備打字區、編輯鍵區、數字鍵區的標準尺寸鍵盤(也稱作100%鍵盤),或是拿掉無數字鍵區的80%鍵盤,或是只有打字區的60%鍵盤,以及只有數字鍵的20%鍵盤。如果以背光功能來分類,則可分為沒有背光的一般鍵盤,或是在按鍵下方設有小型光源的單色背光,或是採用全採LED的可調整的彩色背光鍵盤。只於照連線方式來分類,則可分為有線與無線鍵盤,目前有線鍵盤大多採用USB介面,而無線鍵盤則採用藍牙或2.4GHz RF無線電波傳輸。

另一個常見的分類,就是按照功能進行區分,除了一般用途鍵盤之外,還有加入播放、暫停、快轉、音量控制等功能的多媒體鍵盤,或是加入巨集、快捷鍵、多鍵同時輸出(NKRO)、防鬼鍵的電競鍵盤。

上面講到的這些鍵盤,大多可以直接從外觀進行分辨,所以要區別彼此並不會太過困難。至於筆者這次主要介紹的部分,則是根據鍵盤按鍵下方的機構設計進行說明,這些不同的機構各有不同的觸發原理,因此也會影響打字時的手感。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲從外觀可以清楚分辨這是款無線60%鍵盤。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲因為此款鍵盤會發出彩色的背光,因此可以判斷搭載全彩LED背光功能。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲電競鍵盤的造型通常比較酷炫,也不難從多樣的功能鍵看出端倪。

薄膜式鍵盤是最基本的選擇

所謂的觸發方式,就是指鍵盤內部的電子元件如何偵測到使用者按下按鍵的方式,其中最基本、便宜的設計就是薄膜式鍵盤,在所有鍵盤之中佔了相當大的比例。

薄膜式鍵盤的主要構造由3層薄膜形成,上下層會在按鍵對應的位置,留下圓型的導電接觸點,中間層則為絕緣層,可以避免上下層直接互相接觸造成短路。當使用者按下鍵盤的按鍵時上層的導電薄膜就會受到擠壓,而碰觸到下層導電薄膜,如此一來就會接通電路,能夠送出按鍵被按壓的訊號。

由於這類鍵盤的生產方式簡單,成本也很低廉,所以無論有線或無線鍵盤,大概只要低於新台幣1,000元的產品,大多就是薄膜式鍵盤。然而它最大的問題,就是比較容易因為硬體設計的缺陷而發生鍵位衝突,常見的情況就是會在同時按下多顆按鍵時,其中幾個按鍵的訊號沒有發出,或是沒有按下的按鍵卻發出訊號,可能會造成遊戲操作的問題,若有電競需求的使用者可以尋求支援N-Key Rollover(NKRO)的產品,以避免鍵位衝突的問題。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲薄膜式鍵盤採用3層薄膜構成的設計,透過上、下層是否因按鍵擠壓而接觸,做為觸發的判斷。

薄膜式鍵盤還可混搭不同機構

一般的薄膜式鍵盤,在導電薄膜上會鋪上1片橡膠帽,當使用者壓下按鍵時,橡膠帽會受力彎曲,而放開後則會反彈回去,其過程中帶來的回饋力道,就會形成打字時的手感,由於橡膠帽會隨時間變質老化,造成越來越難按甚至彈不回來的情形,因此耐用性比較差。

至於常見於筆記型電腦的薄型鍵盤,因為一般橡膠帽太占空間,而改採較薄橡膠帽搭配剪刀腳的機構設計,在壓下按鍵的過程中,X型的剪刀腳械構會穩定整個鍵帽,並在反彈時讓鍵盤回到原始狀態,提升打字手感。

另外也有些薄膜式鍵盤,會在按鍵與橡膠帽間加入POM導套,可以讓薄膜式機構的反饋力道更平均地分散在鍵帽上,所以按壓鍵帽時並不會像普通薄膜式鍵盤一般感到晃動,整體穩定性較高。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲常見於筆記型電腦的剪刀腳結構設計,可以降低鍵盤的厚度,同時提供穩定的手感。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲有些薄膜式鍵盤會在橡膠帽上方加入POM導套,若採十字軸型式,還可以替換機械式鍵盤用的鍵帽。

機械鍵盤手感因軸而異

至於我們常常在電競鍵盤的標示上看到的「機械軸」或「機械式鍵盤」等稱呼,則是因為在每個按鍵下方,都透過獨立的機械式開關來觸發訊號,而這些零件就稱為鍵軸。

機械軸可以拆分為塑膠軸心、彈簧與觸發用的銅片,當壓下按鍵時,塑膠軸心就會去擠壓銅片,並讓2片銅片接觸在一起以送出訊號,放開按鍵時則由彈簧提供回彈力道。由於彈簧的耐用度比橡膠帽高,因此鍵盤的整體壽命也會比較長。

機械式鍵盤的另一個特色,就是打字手感會因不同的機械軸而異,以德國Cherry所生產的機械軸為例,其名稱是以塑膠軸心的顏色而定,青軸會有很大的卡榫聲,打起來有段落感但回彈力道較輕,黑軸則是按下的聲音較小,打起來無段落感但回彈力道較強,使用者可以依個人喜愛選擇不同的機械軸。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲由於電競玩家對操作手感的要求較高,因此許多電競鍵盤會推出各種不同機械軸版本,讓玩家選擇最順手的版本。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲將機械軸拆解後,可以看到軸帽、軸心、彈簧、底座、銅片等部分。

高階專屬的電容鍵盤

除了薄膜式與機械式鍵盤之外,比較常見的觸發方式還有採用似於電容開關原理的電容鍵盤,它運作的原理是當壓下按鍵時,會改2片變電極間的距離,藉此產生電容值的變化,進而觸發鍵盤訊號。

電容鍵盤最大的優點就是訊號的觸發由電容值的變化產生,整個觸發過程不需任何元件的接觸,不像薄膜式或機械式鍵盤,靠導電薄膜與機械軸的接觸導電產生訊號,因此電容鍵盤也稱為無接點式鍵盤。這種設計的好處在於機械結構沒有實際接觸,不但讓操作更加靈敏,也可以減少磨損,讓使用壽命得以延長。

俗話說得好,不可能又要馬兒好、又要馬兒不吃草,電容鍵盤最大的缺點就是價格不便宜,以日本Topre所推出的電容鍵盤為例,新台幣7,000至8,000元的產品比比皆是,其他廠商較便宜的電容鍵盤也逼近新台幣5,000元,可能會讓想要嘗試的玩家打退堂鼓。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲以Topre的電容鍵盤為例,它的回彈力量是由內部的錐形彈簧提供,能夠提供穩定的操作手感。

薄膜鍵盤、機械鍵盤,它們的原理到底哪裡不一樣?

▲從拆解圖可以看到電容鍵盤的彈簧與機械式鍵盤長得並不一樣。

認清使用需求,操作手感需親自體驗

回歸挑選鍵盤的主題來看,筆者建議讀者在挑選鍵盤時能先思考自己的使用需求,例如是以文書工作為主,還是要用在遊戲的比重多一點,然後再思考是要追求舒適的手感,還是敏捷的操作性,以及對其他功能的需求為何。

以筆者自己的需求為例,雖然我會玩許多遊戲,但是主要都是使用手把與搖桿操作,幾乎不會以鍵盤操作遊戲,反而是因為工作需求需要長時間打字,加上時常需要輸入數字,因此首選的尺寸莫過於100%鍵盤。至於在打字手感方面,因為從學生時期就習慣了某款薄膜式鍵盤的手感,也因價格便宜的關係,所以在辦公室、家中都購買相同的鍵盤,讓自己能在最熟悉的情況下工作。

至於以遊戲為主要考量的話,則可優先考慮具有防鬼鍵與NKRO功能的鍵盤,以免因為發生鍵位衝突而影響操作。至於在快捷鍵與巨集方面,則可視遊戲需求而定,如果常玩的遊戲需要輸入許多長串指令的話,則可選擇巨集功能較強的鍵盤,讓自己能以更短的時間輸入指令搶得先機。

不過最重要的,還是需要並親自到賣場試用、比較各鍵盤不同的操作手感,畢竟在網路上看了半天規格與介紹,還是不如親自體驗來的實際,如此一來才不會賣到與自己手感習慣相差太多的鍵盤。

國寶大師 李文恩
作者

電腦王特約作者,專門負責硬派內容,從處理器、主機板到開發板、零組件,尖端科技都一手包辦,最近的研究計畫則包括Windows 98復活與AI圖像生成。

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訪客
1.  訪客 (發表於 2021年10月20日 20:44)
針對不同的鍵盤「觸發種類」,做個簡單的介紹  觸發種類 > 觸發機制、觸發方式

或是拿掉「無」數字鍵區的80%鍵盤   無 >(刪去)

採用「全採LED」的可調整的彩色背光鍵盤  全採LED > 全彩LED

「只於」照連線方式來分類  只於 > 至於

則是「根據」鍵盤按鍵下方的機構設計「進行說明」,「這些」...
 根據、進行說明、這些 >(建議刪去)  , > 。

鍵盤內部的電子元件如何偵測到使用者按下按鍵「的方式」
 的方式 >(建議刪去)

當使用者按下鍵盤的按鍵時(缺)上層的導電薄膜就會受到擠壓...
 (缺) > ,

X型的剪刀腳「械構」會穩定整個鍵帽  械構 > 機構

比較常見的觸發方式還有採用「似於」電容開關原理  似於 > 類(近)似於

當壓下按鍵時,會「改2片變電極」間的距離  改2片變電極 > 改變2片電極

還是需要「並」親自到賣場試用  並 >(刪去)

才不會「賣」到與自己手感習慣相差太多的鍵盤  賣 > 買

謎之音:
 大師(或RF君?)似乎有發過幾篇與鍵盤有關的文章,
 好像還有專門介紹機械軸的?不妨在本文底下放個鏈結。

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