來源:鈦師父
程序員和文書錄入人員算是鍵盤的重度使用者了。不過除了機械鍵盤,在這兩個群體中,還有一種鍵盤口碑爆表,甚至 " 玄學 " 程度不亞于機械鍵盤,那就是靜電容鍵盤。甚至在機械鍵盤玩家圈子也有一個半開玩笑的退燒格言:買一把靜電容的 HHKB(快樂黑客),直接退燒機械鍵盤。這靜電容鍵盤,到底是不是過譽了呢?
靜電容鍵盤,歷史悠久
先拋開具體的技術不談,靜電容鍵盤發明可比 PC 機還要早。
早在 20 世紀 70 年代,行業中沒有使用標準的鍵盤技術。不同的公司試圖開發不同的方法來生產最精確的案件軸體技術,同時將生產成本降到最低。正是在這年代,電容式鍵盤被發明出來。
IBM3276 鍵盤,主要用于收銀機
第一個采用這種技術的鍵盤是 IBM 3276 數據輸入鍵盤。這款早期的鍵盤采用了電容式感應梁式彈簧軸體,是該公司后來生產的扣式彈簧軸體技術的前身。電容感應梁式彈簧軸體的靈感來自于早期觸摸屏設備中使用的技術。
由于電容式鍵盤非常有效,IBM 決定繼續生產它們。包括 1981 年的 IBM 4704 Model 200,也被稱為 F 型。它被稱為 F 型,因為它使用了電容式扣壓彈簧。
IBM F 系列鍵盤是如今收藏家手里的珍品
后來,日本公司 Topre Corporation 開始制造電容式鍵盤。而且他們拋棄了 IBM 的感應梁彈簧、F 電容扣壓彈簧的軸體結構(這兩種軸體結構都是通過金屬簧片和彈簧連接的杠桿原理實現電容壓感觸發),而發明了現在最為主流的 " 皮碗電容軸體 ",并在 1986 年成功申請了專利,從而壟斷靜電容鍵盤軸體市場近 20 年,被稱為高端靜電容鍵盤的先驅。
可以說現在幾乎所有的靜電容鍵盤的軸體技術都是脫胎于 Topre 的軸體結構原理。
靜電容軸體是如何工作的?
首先我們來看最早的 IBM 扣壓式靜電容軸體和普通的 CherryMX 機械軸體的工作原理對比:
靜電容軸體的關鍵是平滑、清脆(但往往是針狀)的和可彎曲彈簧連接的點擊開關。然后就是一個非常簡單(在電容部分之外)的機制:在 PCB 上有兩個電容墊(黑色部分),擊鍵時,一個塑料 " 桶 " 內的螺旋彈簧受力下壓,直到彈簧彎曲到位,踢出一個翻板,改變這兩個墊子之間的電容,以記錄一個按鍵行為。
這使得按鍵時的觸感變得非常小。
即使是現在的基于 Topre 發明的靜電容軸體,其工作原理也是一樣的,只是結構發生了巨大的變化:
簡單來說,此時鍵盤 PCB 上只有電極板,同上方的硅膠碗內的錐簧形成第二極板、而軸體中的空氣充當電介質,它們一起組成了一個電容器。
按鍵按下時,鍵帽帶動推桿擠壓硅膠碗,硅膠碗的形狀發生改變,因此錐形彈簧也發生了形狀改變,由于極板的形態改變,這個電容器的電容大小同時發生改變。
鍵盤固件上的探測器接收變化信號,如果它超過一定數值,就形成擊鍵行為的觸發感應。因此,理論上,靜電容軸體無需和 PCB 觸點發生直接物理接觸就能完成擊鍵感應,軸體機構間的摩擦更加微乎其微。
靜電容鍵盤和薄膜鍵盤有區別嗎?
區別很大。
薄膜鍵盤技術是大多數消費者所熟悉的。其原因是,自 20 世紀 90 年代中期以來,它們已成為大多數主流消費級鍵盤使用的標準鍵盤技術。
不用說得太詳細,薄膜鍵盤的工作原理是利用帶有導電痕跡涂層觸點的薄膜層護套來檢測擊鍵。它們不是很精準,從手感到響應也不適合長時間高速打字。然而,它們對消費者和制造商來說都相對便宜,這就是為什么它們被普遍使用。
另一方面,電容式鍵盤采用了更先進的技術,能夠更準確地檢測按鍵,產生更令人滿意的手感感覺。電容式鍵盤利用具有電荷檢測技術的電容式開關來檢測每個擊鍵。
靜電容 VS 機械?
電容式鍵盤經常被誤認為是機械鍵盤,甚至玩家圈子也非常接近。
這是因為這兩種鍵盤都能提供令人滿意的打字手感,而且比薄膜鍵盤要領先很多。然而,機械式鍵盤和電容式鍵盤是不一樣的,因為它們利用的是不同的技術。
如上所述,電容式鍵盤使用的是電容式開關,當按下開關時,將改變其在電容墊上的電容。相比之下,機械鍵盤使用的是機械開關,需要兩種金屬的物理接觸。
兩者之所以被拿出來比較,是因為靜電容軸體也有很鮮明的特點:
首先與機械軸體相比,靜電容軸體由于觸發結構不需要實際物理接觸,擁有更長的使用壽命。例如使用 Topre 軸的成品大廠 Realforce 官方給出的預估壽命是五千萬次,實際使用往往達到億次級別。機械軸體常見的長期使用后的連擊、彈片老化等,在靜電容軸體上基本不會發生。
收藏家手里的 80 年代靜電容鍵盤基本上都可以正常使用,而同時代普通薄膜和機械鍵盤的完好率就沒有這么高了
其次,由于靜電容軸體靠的是兩極板距離變化(電容變化)來控制通斷,沒有嚴格的觸發行程,可以自己編程觸發數值,自行更改按鍵鍵程,使得非常極端的一鍵到底和淺嘗輒止的擊鍵行為,都可以設置在同一把鍵盤上實現。換句話說,觸發行程是完全可定制的。
第三,靜電容軸體可以用基本一樣的軸體結構,就能實現不同的手感。機械鍵盤要改變手感,必須對各連接機構做改動,改變其出力觸發的結構和力學閾值,這也是不同軸體的區別。
而靜電容軸體很多時候只需要改變一樣東西,就是硅膠碗的材質特性就可以大大改變手感。比如原廠的 Topre 軸的干脆段落手感,來自于偏硬的硅膠碗特性;而 Niz 寧芝的軸體的線性輕柔手感,來自相對較軟的硅膠碗特性。這就使得軸體的改款非常方便,有相當多的通用件,大大降低了成本。
第四,也是靜電容鍵盤被稱為 " 打字王 " 的原因:低壓力克數。
例如 Niz 軸體膠碗觸發壓力克數是 35g 到 55g,Topre 軸體是 30g 到 55g。如果你買國國行軸體,實際上最大壓力克數只有 45g。注意,這是峰值壓力。
雖然機械軸體里的打字王——茶軸,觸發壓力也是 45g,但實際上其峰值壓力(按動鍵帽下行)高達 55g。只有小眾的 TTC 等軸體,有部分產品觸發壓力接近靜電容軸體。
因此,如果使用 30g 左右觸發壓力的靜電容軸體,就意味著省力。而長時間的省力,就意味著更少疲勞。這對于長時間使用鍵盤打字的文書錄入員、程序員來說,自然就是非常大的優勢,甚至可以說是 " 勞保用品 " 了!
一把 HHKB 真能退燒機械鍵盤嗎?
現在回到開頭說的一把 HHKB 退燒機械鍵盤的笑談。
HHKB(Happy Hacking Keyboard,快樂黑客鍵盤)是日本東京大學名譽教授和田英一先生在 1995 年發明的。和田先生作為一個資深計算機科學家,需要長時間編程。由于年齡原因,輸入代碼引起的疲勞現象非常明顯,因此他結合自己的代碼編寫習慣,采用靜電容軸體,研發了 HHKB 鍵盤。
其核心思想就是,除了采用靜電容軸體降低疲勞外,通過改變鍵盤布局,實現代碼輸入時盡量少的手腕移動,進一步降低疲勞和勞損。因此鍵盤大小極致縮小(基本為 60%- 風格)。
然而這樣做就意味著使用者需要重新學習這種鍵盤布局,甚至于一些代碼編寫風格。
舉個例子,這把鍵盤沒有方向鍵。Ctrl 鍵的位置放在了一般鍵盤的 Caps 鍵位置附近 …… 很多基本的鍵盤操作也需要重新學習特定的組合鍵。
因此,對于一個追求人馬合一的黑客型程序員,HHKB 可能是退燒良藥。但對于普通玩家來說,就未必了。
總之,如果你是一個長時間輸入的鍵盤用戶,靜電容鍵盤無論在手感、響應、工業設計、人機工效、使用壽命方面,都有相對機械鍵盤的獨特優勢,值得考慮。至于具體的產品選購,我們有機會再細聊吧。