Механическая клавиатура

См. также: Технологии клавиатур

Механическая клавиатура — клавиатура с металлическими пружинами и контактами, в отличие от более простых мембранных клавиатур и её разновидностей.

Такие клавиатуры отличаются долговечностью, определёнными звуковыми и тактильными ощущениями, а также увеличенным ходом от срабатывания до отсечки. В дополнение могут даваться: улучшенный процессор с повышенной скоростью реакции, ремонтопригодность, одновременная регистрация шести и более произвольных клавиш, настраиваемая RGB-подсветка каждой клавиши по отдельности.

Особенности большинства механических систем

Мембранные (резиномембранные)	Механические (как правило)
5…50 долларов США (за исключением эргономичных и геймерских моделей)	50…300 долларов США
Монолитные — могут не выдержать полной разборки, ремонт оправдан лишь в ноутбуках, где клавиатура в сборе труднодоступна	Модульные — клавиши, выключатели и скобы-стабилизаторы снимаются и заменяются
От срабатывания до удара в дно — доля миллиметра (зависит от жёсткости «пальца» на резинке)	От срабатывания до удара в дно — миллиметр и более, что позволяет быстро печатать без усталости
Малошумные	Зачастую шумные
Тонкие (порядка 6 мм в ноутбуках, от 15 мм — традиционные)	Толстые (габарит выключателя Cherry MX от выводов до штока — 18,5 мм)
Гарантирует одновременное нажатие двух клавиш, диоды в клавишах невозможны. Часто разводят особые цепи для модификаторов и игровых клавиш, которые нажимают помногу одновременно	Возможны диоды в выключателях, и количество одновременно нажатых клавиш будет ограничиваться протоколом: PS/2 — сколько угодно; Bluetooth — шесть + любая комбинация клавиш-модификаторов; USB — шесть на виртуальное устройство (коих обычно два или три) + любая комбинация клавиш-модификаторов
Клавиатура подсвечивается большими одноцветными полями	Многие системы могут подсвечивать каждую клавишу по отдельности
В настольных клавиатурах из-за плохой ремонтопригодности и малой долговечности самое простое устройство колпачков клавиш	Возможны дорогостоящие клавиши: из прочных пластмасс, с качественными надписями

Клавиатура, имеющая 65 % клавиш

Существуют три основные разновидности механических выключателей:

• Линейные — по всему ходу сила пружины постоянна или слегка повышается. Считается, что на таких клавишах лучше всего производить повторные нажатия^[1], и такие клавиатуры адресованы киберспортсменам.
• Малошумные тактильные — в середине хода клавиша сначала сопротивляется, а потом «проваливается». Считаются универсальным видом переключателей.
• Со щелчком — к тактильному отклику прилагается отчётливый щелчок. Удобны для скоростной печати.

Из-за дороговизны и ориентации на игроков распространены клавиатуры меньшего размера. Помимо полноразмерной (104 или 105 клавиш), существуют 80%-е (без цифрового поля), 75%-, 65%- и 60%-е (также отсутствуют некоторые клавиши по типу Delete, End и другие, а также функциональный ряд), 40%-е (также отсутствуют цифры).

История

При нажатии на клавишу пишущая машинка подбрасывает рычаг, тот ударяет по чернильной ленте. Это диктует особенности печати на машинке: на неё надо нажимать с усилием до срабатывания механизма, но не до упора. В 1920-е годы появились машинки с электроусилителем: даже лёгкое нажатие на клавишу вызывает срабатывание^[2].

В те же 1920-е годы распространился телетайп, разновидность электрического телеграфа, печатавшая то, что набирал оператор на другом конце. Технологии телетайпных клавиш были разные, в послевоенные годы остановились на герконах. В 1962 году в попытках уменьшить шум от машинки предложили оптомеханическую клавиатуру. В любом случае разработчики первых электрических клавиатур подстраивались под нужды машинисток.

С популяризацией компьютеров появилось поколение людей, не бравших в руки машинку, и для них стали делать другие технологии — более дешёвые, но и не требующие большого хода клавиш. Компания Cherry, созданная в 1953 году Уолтером Черри, занялась разработкой микропереключателей и достигла в этом немалых успехов — её продукция стояла в игровых автоматах и автомобилях^[3]. Знаменитый её патент на клавиатурный выключатель^[4] был подан в 1984 году. В 1978 году компания Key Tronic предложила ёмкостную клавиатуру — по цене она была как с металлическими контактами, а по надёжности — как магнитная. «Возвратной пружиной» был блок губчатой резины^[5], с обеих его сторон располагались части ёмкостного датчика.

Помимо Cherry, в 1980-е годы были и другие механические технологии — Alps с прямоугольным штоком и IBM Model F/Model M с изгибающейся пружиной.

В разных рядах разная форма клавиш. Видны крестообразные штоки системы Cherry MX

Иногда удешевление доходило до абсурда — в компьютере БК-0010 использовалась чисто мембранная технология, и некоторые энтузиасты наклеивали на клавиши деревянные кубики. К началу 1990-х годов уже была отработана ставшая традиционной резиномембранная технология — толкатель (как у механической клавиатуры) сжимает резиновый колпачок (как у резиновой), а тот замыкает мембраны (как у мембранной). Дорогие клавиатуры Microsoft Natural, продвигавшиеся, например, Владимиром Шахиджаняном, вдохновителем и дизайнером программы «Соло на клавиатуре», тоже были резиномембранными^[6]. Механика Cherry упоминается, например, в «Записках невесты программиста»^[7] Алекса Экслера (1999), но это скорее исключение, чем правило.

Снова механику начали популяризовать в конце 2000-х фирмы, занимающиеся геймерским снаряжением. К тому же патент Cherry прошёл, и сторонние фирмы стали разрабатывать клавиатурные выключатели в её конструктиве.

В 2015 году малоизвестная фирма Adomax разработала оптомеханические выключатели стандарта Cherry MX^[8]. Но про оптомеханику стали говорить только около 2018, когда похожую технологию разработала A4Tech. Вскоре в 2018 по лицензии A4Tech вышла оптомеханическая клавиатура Razer Huntsman. Ни у тех, ни у других не было малошумных тактильных выключателей, только линейные и со щелчком.

Распространённые на 2010—2020 системы

Если противное не указано, то имеются такие недостатки:

• Клавиатура собирается на плоской панели или плате. Чтобы получить выгнутый профиль, в разных рядах используется разная форма клавиш. Для создания нестандартной раскладки вроде AZERTY нужно купить немаркированные клавиши и отнести на гравировку.
• Тактильный отклик и замыкание обеспечивают две разные системы, и потому замыкание плохо привязано к тактильному отклику — бывает как раннее, так и позднее. А при нестабильном качестве выключателей или сильно изношенной клавиатуре — и то, и другое на разных клавишах.

Cherry MX и совместимые

Система Cherry MX. Видны штоки синего цвета — выключатели со щелчком для машинисток

Разобранный Cherry MX

Самый распространённый стандарт выключателей механической клавиатуры, с крестообразным штоком. В больших количествах продаются готовые клавиатуры, выключатели россыпью, клавиши россыпью, скобы-стабилизаторы, комплекты для самостоятельной сборки. Совместимые выключатели производятся Kaihua (Kailh)^[9], Gateron^[10], Gaote (Outemu)^[11], Greetech^[12], TTC^[13], A4Tech (Bloody), Razer, Logitech (GX^[1]) и другими.

Её цветовое кодирование выключателей было принято многими участниками рынка механических клавиатур: красные и чёрные — линейные, коричневые — тактильные, синие — со щелчком.

A4Tech и Razer производят легкосменные оптомеханические переключатели (не совместимы с обычными клавиатурами, но совместимы с клавишами сторонних производителей). При этом они, наоборот, отходят от этого цветового кода, предлагая выключатели зелёного, оранжевого и фиолетового цветов.

У оригинальных Cherry MX точка срабатывания — около 2 мм при ходе 4 мм. У клонов возможны другие цифры.

Преимущества:

• Распространённость и ассортимент: найдётся много готовых клавиатур на этом конструктиве, а также деталей для ремонта и тюнинга.
• Варианты на любой кошелёк: дешёвые бренды вроде Motospeed на AliExpress (2020) стоят порядка 60 долларов.
• В конце 2010-х в этом конструктиве реализовали горячую замену^[14] — на плату припаяны не выключатели, а разъёмы горячей замены. Специальным съёмником можно снять и установить выключатель — сам потребитель, не паяя, может разобрать, почистить и смазать выключатели, или заменить плохо работающий выключатель на новый (или на менее разбитый из маловажной клавиши), или установить на тактильную клавиатуру несколько линейных геймерских кнопок.

Недостатки:

• Сильный шум и не лучшие ощущения при ударе в дно (bottoming-out) у оригинальных выключателей Cherry, кроме промаркированных как «silent»^[15]. Распространились методы обесшумливания клавиатуры: заполнить корпус автомобильной обесшумкой (а также некоторыми видами жвачки для рук, прессованной пробкой^[16]), установить стабилизаторы на лейкопластырь, откусив пластмассовый амортизатор^[17], смазать выключатель, натянуть на клавишу амортизатор — уплотнительное кольцо подходящего размера. Иногда кольца разные для алфавитно-цифровых клавиш (участвующих в быстрой печати), специальных и длинных вроде ⇧ Shift.
• Подсветку клавиш приходится ставить в стороне от штока. Отсюда много постороннего света в «скелетных» (с торчащими, неутопленными выключателями) клавиатурах и плохо подсвеченный второй язык.
• Сам факт распространения горячей замены вне игр — это признание, что выключатели не идеальны и требуют вмешательства пользователя, обычно из-за шума или ненадёжного срабатывания.

Omron B3K = Logitech Romer-G

Система Logitech Romer-G; видны гранёные кнопки старой G910. На длинной клавише — гнёзда под стабилизаторы Cherry MX

Выключатели Omron B3K перебрендировались в Logitech Romer-G, Das Keyboard Gamma-Zulu и Creative PRES. Бывают тактильные малошумные (белые) или линейные (серые), с точкой срабатывания 1,5 мм при ходе 3 мм^[1] (считается небольшим ходом, удобно в играх, но может давать промахи при печати).

Клавиатура Logitech G910 имела клавиши необычной многогранной формы, впоследствии вернулись к традиционным цилиндрическим.

Преимущества:

• Малошумность^[15][18].
• Равномерная подсветка на все языки: в штоке выключателя есть встроенный световод с рассеивателем^[19][18].
• Две независимых точки контакта в разных углах для повышения надёжности^[19].
• Основной производитель, Logitech, не стал придумывать свой стандарт скоб-стабилизаторов, а взял Cherry MX^[18].

Недостатки:

• Минимальный ассортимент и труднодоступные ремкомплекты: в розницу бывшего СССР попадал только Logitech.
• Хрупкость: клавиша встаёт на четыре выступа, которые легко ломаются^[20].
• Второе слабое место — дублированные контакты более склонны к раннему срабатыванию, обычно на клавишах наподобие ввода, по которым много бьют. Из-за среднего качества стабилизаторов поведение такой клавиши сильно зависит от того, на какой угол нажать — первым может сработать как сломанный контакт, так и целый.
• Присущая Logitech дороговизна, даже по меркам недешёвых механических клавиатур — 175…200 долларов за Logitech G910 (2020).
• И при этом не самые качественные клавиши и стабилизаторы «из коробки» — лучшие клавиатуры на Cherry MX предлагают и соответствующего качества комплектующие.

IBM Model M с изгибающейся пружиной (buckling spring)

Устройство IBM Model F

IBM Model M — клавиатура, производившаяся 1985—1999 IBM, потом Lexmark и Unicomp. Изначально шла в комплекте с компьютером IBM PC/AT, и применённая на ней раскладка клавиш в дальнейшем стала стандартом де-факто. Имеет уникальный механизм активации, достаточно шумный при срабатывании, но имеющий узнаваемый тактильный отклик. На купленном у IBM оборудовании Unicomp и поныне (2020) продолжает малыми сериями делать клавиатуры и запчасти.

Преимущества^[21]:

• Несложно найти и восстановить: клавиатура выпускалась массово, а на 2020 Unicomp продолжает техподдержку.
• Прочные клавиши из ПБТ с термосублимационными надписями. Долговечнее только двухкомпонентное литьё, которое чаще делается из затирающегося АБС.
• Момент срабатывания привязан к щелчку.
• Форма клавиш одинакова, а удобный профиль обеспечивается изогнутым корпусом, что позволяет переоборудовать QWERTY в AZERTY или Colemak.

Недостатки^[21]:

• Сильный шум.
• Немодульная конструкция: ремонт отказавшей клавиши не сводится к замене выключателя.
• Нет NKRO (регистрации нажатия многих клавиш одновременно), даже с подменным контроллером: не удаётся своими силами оснастить матрицу диодами.
• Клавиатура не подсвечивается.

Низкопрофильные системы

Недостаток выключателя Cherry MX в немалой высоте — 18,5 мм, включая выводы и шток^[22]. В 1984 году это было достижением, но на 2000-е уже не шло ни в какое сравнение с резиномембранными конструкциями (толщина ноутбучных клавиатур — порядка 6 мм^[23], а настольных — от 15^[24]).

На 2020 среди низкопрофильных клавиатур продолжается война форматов, и распространены^[25] Kailh Choc, Cherry MX Low-profile (совместимы с обычными клавишами для Cherry MX), Logitech GL^[1].

Электроёмкостные выключатели

Электроемкостные выключатели, в частности, Topre

Переключатели Niz

Гибридная резинопружинная технология. Шток традиционно цилиндрический (иногда с крестовым сердечником, чтобы можно было ставить клавиши Cherry MX^[26]). Есть два известных производителя данных выключателей: Topre и Niz.Topre производятся только в Японии, поэтому их цена такая высокая. Выключатели Topre используются, например, в Happy Hacking Keyboard или же в Topre Realforce. Выключатели Niz используются в одноименных клавиатурах.

Преимущества:

• Есть ёмкостные варианты с программным управлением точкой срабатывания^[26].

Недостатки:

• Единственный вариант — малошумный тактильный.
• Для моделирования надлежащей кривой отклика полагается на упругость пластмассы^[26].

Примечания

1. Новейшие механические переключатели для игровых клавиатур от Logitech G  (неопр.). Дата обращения: 20 марта 2020. Архивировано 9 апреля 2020 года.
2. Mercedes Elektra – Technical Museum Vienna  (неопр.). Дата обращения: 14 марта 2020. Архивировано 23 октября 2020 года.
3. Клац, клац: история компании Cherry, прославившейся переключателями для клавиатур / Хабр
4. Патент США № 4 467 160. Low profile switch. Описание патента на сайте Ведомства по патентам и товарным знакам США.
5. Keytronic Capacitive Keyboard Repair  (неопр.). Дата обращения: 14 марта 2020. Архивировано 10 августа 2020 года.
6. Microsoft Natural Keyboard Elite - Deskthority wiki  (неопр.). Дата обращения: 11 апреля 2020. Архивировано 11 апреля 2020 года.
7. https://www.exler.ru/archive/wife.htm Архивная копия от 11 апреля 2020 на Wayback Machine Известен также как «Записки жены программиста», но после профессиональной редактуры (2007) жена стала невестой.
8. Adomax Flaretech - Deskthority wiki  (неопр.). Дата обращения: 11 апреля 2020. Архивировано 11 апреля 2020 года.
9. Официальный сайт Kaihua  (неопр.). Дата обращения: 23 февраля 2021. Архивировано 24 марта 2021 года.
10. Официальный сайт Gateron  (неопр.). Дата обращения: 23 февраля 2021. Архивировано 5 марта 2021 года.
11. Официальный сайт Gaote  (неопр.). Дата обращения: 23 февраля 2021. Архивировано 22 января 2021 года.
12. Официальный сайт Greetech  (неопр.). Дата обращения: 23 февраля 2021. Архивировано 26 февраля 2021 года.
13. Официальный сайт TTC  (неопр.). Дата обращения: 23 февраля 2021. Архивировано 24 февраля 2021 года.
14. Источник  (неопр.). Дата обращения: 7 ноября 2023. Архивировано 7 ноября 2023 года.
15. Mechanical Keyboard Sound Comparison! Cherry MX, Romer G, Razer, All compared! - YouTube  (неопр.). Дата обращения: 15 марта 2020. Архивировано 9 февраля 2020 года.
16. 7 Ultra-Budget Keyboard Mods to INSTANTLY Improve your keyboard - YouTube  (неопр.). Дата обращения: 25 ноября 2023. Архивировано 25 ноября 2023 года.
17. How to Clip, Lube, and Band-aid Mod Your Stabilizers - YouTube  (неопр.). Дата обращения: 25 ноября 2023. Архивировано 25 ноября 2023 года.
18. [1]Архивная копия от 31 октября 2021 на Wayback Machine [Обзор] Logitech G810 Orion Spectrum. Чудо эргономики / Хабр
19. A technical and physical breakdown of Logitech's Romer-G mechanical keyboard switch - Neowin  (неопр.). Дата обращения: 27 марта 2020. Архивировано 27 марта 2020 года.
20. Feedback on G910 and Romer G switches : LogitechG
21. Как правильно приготовить IBM Model M / Хабр  (неопр.). Дата обращения: 14 марта 2020. Архивировано 28 мая 2019 года.
22. Developer Page - CherryMX  (неопр.). Дата обращения: 14 марта 2020. Архивировано 10 мая 2020 года.
23. По результатам измерения клавиатуры от IBM Thinkpad T40
24. Logitech DiNovo Edge - Deskthority wiki  (неопр.). Дата обращения: 14 марта 2020. Архивировано 13 апреля 2019 года.
25. Best Low Profile Mechanical Keyboard for Typing & Gaming in 2020  (неопр.). Дата обращения: 14 марта 2020. Архивировано 4 октября 2020 года.
26. Topre Realforce RGB LED Double Shot ABS Mechanical Keyboard with Topre 45g switches  (неопр.). Дата обращения: 14 марта 2020. Архивировано 27 сентября 2020 года.

Литература

• Артём Лебовски. Механическая Клава. Как, зачем и из чего собирать свою клавиатуру  (неопр.). Xaker.ru.
• Артём Лебовски. Механическая Клава. Выбираем клавиатуру, компоненты и моды  (неопр.). Xaker.ru.
• Зачем программисты делают собственные механические клавиатуры  (неопр.). Код. Яндекс.