【硬核科普】一個視頻瞭解磁軸，靜電容，機械軸，光軸鍵盤的原理

按下按鍵,角色移動,這是遊戲中最基礎的操作 無論是簡單的移動,還是精湛細膩的微操,都離不開趁手的鍵盤 但打開電商網站以後 紅軸,青軸,靜電容軸,光軸,磁軸,各類軸體琳琅滿目 這些軸體之間究竟有什麼區別 你可能還聽說過磁軸在FPS裏有很大的優勢,堪稱物理外掛 磁軸真的有傳言的那麼厲害嗎? 這期節目我就從底層原理帶你詳細瞭解鍵盤不同軸體之間的區別與優劣 這是一把隨處可見的薄膜鍵盤,鍵帽下方是三層塑料薄膜 在上下兩層薄膜上各自印着橫縱排布的導電線路 中間的隔膜在每個按鍵對應的位置上做了開孔 當鍵帽被按下時,上層的薄膜受壓向下移動 和下層的薄膜上的電路接觸導通電路 鍵盤的控制芯片會將導通的位置傳遞給主機 這樣就完成了一次按鍵觸發 薄膜鍵盤的手感由鍵帽下方的膠紋決定 但膠紋會隨着時間逐漸降低彈性造成手感劣化 負責觸發按鍵的薄膜觸點也會隨着時間氧化 出現接觸不良導致按鍵失靈 由於無法滿足遊戲玩家對壽命和手感穩定的需求 機械鍵盤慢慢在遊戲玩家中流行了起來 機械鍵盤輸入所依賴的核心是機械軸體 按下鍵帽時軸心向下運動 兩個金屬彈片接觸電路導通按鍵就被觸發了 機械鍵盤的手感主要由彈簧和軸心決定 彈簧的硬度和長度影響按壓力度和回彈速度 改變軸心的形狀和觸發結構 則可以實現多種不同的敲擊手感 不同軸體的外殼材質還會影響敲擊的聲音 總體上機械軸在手感上可大致分爲線性軸和段落軸兩個大類 線性軸指的是在按壓時 壓力是一條平滑的直線直上直下沒有段落 純粹的按彈簧的手感 比較具有代表性的軸體就是紅軸 段落軸指的是在按壓時壓力存在一個明顯的拐點 出現像按圓珠筆頭咔嚓一下的感覺 比較具有代表性的軸體就是青軸和茶軸 市面上的青茶紅黑銀 還有阿尼亞冰淇淋冰爆灰等不同類型的機械軸 本質上就是將不同的彈簧軸心和外殼組合起來 結合不同的設計帶來千變萬化的輸入手感 除了各種軸體 現在的機械鍵盤廠商還會在鍵盤中加入多層填充棉 來改變鍵盤敲擊時的聲音 不同材質的填充棉對手感和聲音也有不同的影響 由於機械鍵盤觸發依賴金屬彈片的接觸 而金屬彈片在長期使用以後會出現表面磨損 在接觸時就會發生抖動導致鍵盤雙擊 爲了避免這一問題 廠商會爲機械鍵盤設置一個去抖時間 具體的內容可以參考我們的往期節目 爲了消除去抖時間 縮減延遲並延長使用壽命 一些廠商設計出了不需要金屬彈片的光軸鍵盤 和機械軸不同 光軸的觸發機構都在PCB上 是一對紅外光發射器和接收器 當軸體被按下時 PCB上原本導通的紅外光被軸心阻斷 接收端識別到信號就完成了軸體的觸發 由於內部沒有金屬彈片 光軸理論上不再需要去抖時間 另外機械軸體在軸心回彈時 會被彈片所幹擾 在紅軸的壓力曲線中可以看到這個拐點 雖然這點壓力突變產生不了段落感 但會導致手感不夠絲滑 而光軸沒有金屬彈片 則具有絕對一致且線性的手感 至此一把鍵盤的壽命 手感以及延遲等問題都已被悉數解決 但上面說到的這幾種鍵盤 它們判定按鍵按下的觸發點位置是固定的 薄膜鍵盤要按到兩片薄膜電路接觸 機械軸需要按到金屬彈片接觸 光軸則是要按到光線被阻斷 從開始按壓到觸發的這段距離 就是軸體的觸發行程 觸發行程越短 按鍵的響應速度自然就會更快 以紅軸爲例 總行程4毫米 觸發行程爲2毫米 而這是以快速響應著稱的銀軸 它的總行程縮短至3.4毫米 觸發的行程只有1.2毫米 同時按下這兩顆軸體 銀軸比紅軸少運動了0.8毫米的距離 所以它的觸發就要更快 較短的行程也會讓銀軸在使用時更容易誤觸 但有些反常識的是 在《無畏契約》這款遊戲中 強調觸發速度的銀軸在遊戲中反而會讓你更慢 這是因爲在遊戲中只有當角色靜止時 玩家的彈道纔會集中在準心附近 如果角色正在移動 想要精準射擊敵人 就是要快速抬起按鍵讓角色停止 從抬手到鍵盤判定按鍵抬起的距離 就是抬起行程 抬起行程越短 遊戲中的角色停的自然就越快 雖然銀軸的觸發行程變短了 但當你從按鍵觸底抬手時 紅軸只需要向上移動2毫米就算抬起 而銀軸則需要移動2.2毫米 那這時候強調觸發速度的銀軸反而不如紅軸 在軸體行程固定 並且觸發點和抬起點是同一個位置時 縮短觸發行程就一定會導致抬起行程的加長 那這樣看 觸發行程和抬起行程 似乎是一個不可調和的矛盾 如何突破物理結構的限制 讓軸體行程變得可以自定義 成爲了軸體工程師們下一個想要解決的問題 最早對行程下功夫的是靜電容軸體 靜電容軸體通過PCB中的脊板 錐簧以及膠碗中的空氣 三者一同組成了一個電容器 當按鍵被按下時 兩個脊板靠近 就會改變兩個脊板中間的電容量 只需要設定觸發時的電容數值 就可以自由定義觸發行程 像是需要快速響應的按鍵 可以將觸發行程設置的稍短一些來提高速度 而對於那些不想誤觸的按鍵 也可以設置較長的行程避免誤觸 但彼時的廠商並未開放 觸發點和抬起點分離的功能 如果觸發點設置的過短 按到底後抬起的距離一樣很長 但好在你可以根據應用 靈活設置不同按鍵的觸發行程了 部分靜電容廠商通過附贈墊片的方式 物理上限制總鍵程 從而縮短抬起距離 比如說總鍵程4毫米 墊一個2毫米的墊片 然後設置觸發點在1毫米 這樣不管是觸發還是抬起 都只有1毫米的鍵程 但總鍵程的縮短也會導致手感的降低 靜電容雖然沒能完美解決 抬起鍵程過長的問題 但依靠傳感器對鍵程的監測 給了工程師一個非常好的思路 基於傳感器檢測的磁軸就此誕生 這是一塊導體 給它通上電流 正電荷會源源不斷移動 這時候把一塊磁鐵放在上面 在磁場的作用下 部分正電荷會向右偏移 積累在導體的右側 左側會因缺少正電荷顯負電 這時候導體的左右兩側 就會產生一個非常微弱的電壓差 使用電壓表就能測量出來 導體受到的磁力越大 左右兩側的電壓差就越大 通過測量電壓的數值 就能計算出磁力的大小 這邊是霍爾效應 基於這一原理 我們在軸心底部安裝一塊磁鐵 在鍵盤的PCB上安裝霍爾傳感器 監測電壓的變化 就能計算出軸心磁鐵下沉的精確距離 這就是磁軸 磁軸和靜電容一樣 都能檢測鍵程的變化 所以同樣可以自定義出發點 部分廠商還在驅動中 開放了出發點和抬起點分離的功能 能有效縮短抬起距離 由於精度非常高 磁軸還能模擬手柄上的線性扳機 在賽車遊戲中實現線性油門的效果 避免只要按下W 就是全油門的尷尬場景 但因鍵程太短 實際體驗肯定不如手柄上的線性扳機 更實用的功能是將一段鍵程 綁定多個區間 再按到不同的區間內 實現不同的觸發 例如輕按W是走路 重按綁定上Shift加上W 實現跑步的效果 但磁軸真正的大殺器 主要來自Rapid Trigger 簡稱RT 假設沒有死區的情況下 如果RT的觸發行程設置在0.4毫米 抬起行程設置在0.2毫米 開始按壓軸體 到0.4毫米的位置上 就會判定按鍵按下 假設最終我停在了A點 此時只需要往上抬起超過0.2毫米 不管最終我停在哪裏 都算按鍵抬起 這時候如果我想再次觸發按鍵 只需要再往下按超過0.4毫米的距離即可 同理在觸發後 不管我當時停在什麼位置 只需要再往上移動0.2毫米 就會判定按鍵抬起 試想一下 沒有RT需要抬2毫米才能停止 有了以後 只需要0.2毫米就能停止 這直接就差了10倍的距離 這也是衆多職業選手紛紛換上 帶RT功能的鍵盤最大的原因 在追求極致的職業賽場上 任何一點細微的優勢 都可能影響勝負的關鍵 不過辭軸判定按鍵觸發和抬起 靠的是霍爾傳感器提供的電壓模擬信號 轉成數字信號時會有個輕微的延遲 但仍比大部分機械軸體的驅動時間短 在可自定義鍵程和RT功能面前 就顯得微不足道了 聽上去可以精確判斷 但有時候太精確其實並不是什麼好事 辭軸的觸發主要依靠軸心在軸體內部的運動 但因爲製造工藝和裝配精度 無法做到絕對精確 在按壓時軸心會產生輕微的晃動 這樣的晃動也會被霍爾傳感器檢測到 按鍵就會被誤判抬起 遊戲裏的角色走着走着就停了 這就是令人惱火的斷觸 爲了解決斷觸同時防止誤觸 辭軸場上的解決辦法 是在辭軸的開始和末端設置死區 只在中間的區域檢測RT 但死區設置的過長 也會導致RT功能更不容易被觸發 霍爾傳感器監測到的電壓 也不是一個線性值 當軸心磁鐵距離較遠時 監測到的電壓變動幅度 要比磁鐵離得近時小得多 因此辭軸的精度會隨着鍵程而變動 按壓深度越淺 精度就越差 甚至鍵盤RGB燈光的發熱 都會降低鍵程檢測的精度 那有什麼辦法解決辭軸的這些問題嗎 當然有 還記得我們之前提到的光軸嗎 光的強度變化 同樣可以用傳感器檢測 基於這個原理 就有廠商開發出了模擬光軸 它的軸心是一個上寬下窄的楔形槽 當按鍵按下時 光線在楔形槽內的面積不斷增加 再由另一側的傳感器 對接收到的光線強度進行測量 從而實現精準的鍵程判斷 由於模擬光軸的觸發端和接收端 全部都在鍵盤的PCB上 軸體上只有一個 改變光通量的物理楔形結構 相比辭軸要更穩定 幾乎不會出現斷觸的情況 同時在全鍵程內的亮度變化 都非常的線性 精度可以控制的非常優秀 但由於結構差異和其他軸體過大 模擬光軸無法像其他軸體一樣 可以自行拆開軸體 更換彈簧或者改變軸心結構 來改變手感 犧牲了一些自定義和可玩性 講到這裏 各種主流軸體的原理優劣 我們就算全部介紹完畢了 節目的最後來做個總結 不管是傳統的機械軸 還是光軸 靜電容軸 磁軸 每種軸體都有其獨特之處 在不同場景下 也會帶來不同的使用體驗 沒有絕對的好與壞 薄膜鍵盤雖然手感差 壽命短 但勝在價格便宜 廣泛出現在各種預算不高 並且輸入要求也不高的場景中 機械軸是現在較爲平衡的軸體 參與研發和生產的廠家非常的多 使得軸體的品質 壽命 手感 都有了很大的提升 價格也卷的非常的低 一些大廠也能把抖動和延遲 控制在一個比較優秀的水平 在滿足壽命和手感的需求同時 可以選擇的類型是目前最多的 你總能在機械軸裏 找到一款適合自己的軸體 光軸移除了機械軸上的金屬彈片 不需要去抖時間 延遲表現會比普通的機械軸更好 如果你競技遊戲玩的多 並且追求低延遲 那就可以考慮光軸 在沒有彈片的同時 還額外提供了鍵程監測和RT的功能 不僅能自定義鍵程 還可以讓你在遊戲中比別人更快一步 但相對來講價格也要更高 當然無論選擇哪一種軸體 最重要的是親自上手試用 這樣才能找到最適合自己的手感 和需求的產品 發揮出它最大的價值 那最後祝所有的玩家 都能找到適合自己的鍵盤 玩的開心纔是最重要的 感謝各位的耐心觀看與支持 我們將持續輸出 乾貨滿滿的軟硬件知識 這裏是硬件茶談 我是輔良麥茶人 我們下期節目再見