Типи клавіатур: мембранні, ножичні, механічні.

Мембранна клавіатура (Dome Membrane Keyboard) – клавіатура з мембранними ковпачками перемикачів

Більшість комп'ютерних клавіатур, доступних сьогодні на ринку, оснащені мембранними перемикачами клавіш з гумовими або силіконовими прокладками, які за формою своєю нагадують куполоподібні ковпачки, перекинуті «вгору гальмами» (англійською такий ковпачок називається 'dome').

Конструкція клавіші є кришкою, яка кріпиться на вертикальний пластиковий стрижень з ковпачком внизу, розташований прямо над тришаровою мембраною. Коли користувач натискає клавішу до упору, стрижень спочатку опускається до верхнього шару мембрани, торкаючись його ковпачком-прокладкою, а потім проштовхує цей шар крізь отвір у середньому шарі до нижнього. Це замикає ланцюг контактів, у результаті спрацьовує клавіша – і відповідний сигнал передається комп'ютеру. Середній шар мембрани необхідний для того, щоб запобігати подібним замиканням контактів між верхнім і нижнім шарами, якщо ви зачепите клавішу випадково: так вона спрацьовує тільки при повному натисканні:

Особливості ходу, рівень опору та тактильний зворотний зв'язок від роботи з такими клавішами залежать від форми та товщини використаної прокладки-ковпачка. Найважливіша особливість полягає в тому, що клавіша спрацьовує тільки при натисканні до упору (англійською 'bottoming out').

Особливості мембранних клавіатур із прокладками-ковпачками:

• Довжина ходуклавіші.
  Для мембранних перемикачів характерний "повний хід", тобто клавіша продавлюється вниз на 3,5-4,0 мм, перш ніж зупинитись - а еластичний мембранний шар потім повертає її на вихідну позицію. В окремих випадках довжина ходу клавіші може становити лише 2,5 мм.
  
• Звук.
  Мембранні перемикачі – найтихіші з доступних на ринку, тому що в їх конструкції відсутні будь-які жорсткі елементи, які могли б зачіпати один одного та видавати стукіт; гумові та силіконові прокладки приховують звуки роботи клавіш.
  
• Строк служби.
  Термін експлуатації більшості стандартних перемикачів із прокладкою-ковпачком становить 1 млн. натискань, однак, використання надякісних матеріалів дозволяє деяким виробникам доводити цей показник до 10 млн. натискань. Незалежно від своїх вихідних показників деякі ковпачки згодом втрачають еластичність, тоді як інші, навпаки, стають занадто чутливими до натискань: це може бути пов'язане із забрудненням клавіатури, надмірним навантаженням на гумові/силіконові прокладки, недосконалістю виконання та навіть ультрафіолетами. його гума «вулканізується»).
  
  В результаті під час друку на одній і тій же клавіатурі доводиться натискати на різні клавіші з різною силою; і навіть якщо на ній вказано робочий цикл у «10 млн натискань», вже в перший рік використання може утворитися помітна різниця у спрацьовуванні окремих клавіш.
  
• Сила спрацьовування .
  Заводський діапазон сили спрацьовування досить широкий - від 25 грамів (або "грам-сил", як іноді кажуть) до 150. Більшість мембранних перемикачів потрапляє до діапазону 60-80 грамів.
  
• Тактильність (відчуття від дотику): Здебільшого мембранні перемикачі з ковпачками не є тактильними за архітектурою, і при використанні передають користувачеві досить «м'який» зворотний зв'язок – адже вся суть їхньої конструкції в амортизації. За бажання їх можна «довести» до певного рівня тактильності – але зрівнятися з дзвінким та яскраво вираженим стукотом ножичних чи механічних клавіш вони ніколи не зможуть.

ЗВЕРНІТЬ УВАГУ: важливо відрізняти куполоподібні ('dome') мембранні перемикачі від плоскопанельних ('flat-panel') - у останніх немає ніякого округлого ковпачка-прокладки (такі клавіші часто зустрічаються, наприклад, на панелях управління мікрохвильових печей), а їх хід зведений до мінімуму . Щоправда, перемикачі з плоскопанельною конструкцією іноді трапляються на спеціалізованих комп'ютерних клавіатурах – портативних моделях для подорожей – або, скажімо, у промислових версіях.

Як працюють клавіатури з електропровідною гумою (Conductive Rubber Keyboard)?

Це окремий невеликий клас мембранних клавіатур із гумовими ковпачками перемикачів. З механічної точки зору конструкція перемикача може повністю повторювати традиційну мембранну (куполоподібну або ножичну), тільки електроніка в даному випадку складається лише з одного шару. "Верхівка" ковпачка виготовляється з особливої ​​гуми, що проводить електричний струм: при натисканні клавіші до упору такий перемикач відразу замикає ланцюг контактів - і клавіша спрацьовує. Такі клавіатури зустрічаються відносно рідко, не в останню чергу тому, що їхня собівартість відчутно вища за собівартість традиційних мембранних клавіатур.

При цьому одна з основних переваг моделей з електропровідною гумою полягає в тому, що їх досить легко лагодити: достатньо почистити або замінити гумову прокладку та шар, що проводить. Для порівняння, звичайна мембранна клавіатура вимагає виготовлення та збирання в максимально чистих умовах, і розбирати та лагодити (або чистити) таку клавіатуру в цілому не дуже гарна ідея – і не завжди результативно.

Ножична мембранна клавіатура (Scissor-Switch Membrane Keyboard)

Це ще один невеликий клас у сімействі мембранних клавіатур: він був виділений на підставі того, що такі клавіатури широко використовуються для ноутбуків та інших портативних клавіатур. У будові перемикача є гумові куполоподібні прокладки, але для того, щоб з'єднати кришку клавіші зі стрижнем, використовується особливий «ножицький» механізм із пластику: це дозволяє суттєво зменшити необхідну для спрацьовування довжину її ходу в порівнянні з класичною мембранною клавіатурою.

Як правило, за електроніку клавіатури з ножичними перемикачами відповідає стандартна тришарова мембрана. Укорочений хід клавіші та менше зусилля, необхідне її активації, робить таке рішення популярним у сфері ноутбуків і автономних портативних клавіатур.

Особливості ножничної мембранної клавіатури

• Довжина ходу клавіші.
  Ножичні мембранні перемикачі не є «повнохідними»; типова їм довжина ходу – 1,0–2,5 мм на відміну 2,5–4,0 мм класичних мембранних клавіатур. Під час роботи з такою клавіатурою не вичавлювати її клавіші до упору з кожним натисканням практично неможливо.
• Звук.
  Безумовно, ножичні мембранні перемикачі стукають помітніше, ніж класичні - фізичні характеристики їх перемикачів мають на увазі меншу кількість гуми або силікону, через що зменшується ступінь амортизації. Крім іншого, ножичний механізм допомагає оптимізувати еластичність гуми, що призводить до характерного тихого клацання при поверненні клавіші у свою вихідну позицію. У класичних мембранних клавіатур нічого подібного ви не почуєте.
  
• Строк служби.
  Більшість стандартних ножичних клавіатур вказують на характеристики 5 млн натискань, хоча використання надякісних матеріалів дозволяє деяким виробникам гарантувати до 10 млн натискань клавіш. Їх важче чистити, ніж класичні мембранні клавіатури (оскільки самі клавіші набагато менш рухливі), зате і пилу в них набивається набагато менше - за рахунок щільнішого розташування кришок клавіш одна до одної. У цій конфігурації клавішам потрібно менше простору у тому, щоб здійснювати хід – на відміну звичайних мембранних клавіатур.
  
• Сила спрацьовування.
  Заводський діапазон сили спрацьовування досить широкий - починається з 65 грамів (грам-сил) і сягає 100. Більшість ножичних мембранних перемикачів потрапляє в діапазон 65-85 грамів.
  
• Тактильність (відчуття дотику).
  У більшості випадків відчуття від роботи з ножичними клавіатурами більш дзвінкі та чіткі, ніж від роботи з класичними мембранними моделями. Вони також здаються більш цільними на дотик, тому що ножичні перемикачі стабілізують клавіші, зменшуючи їх поперечний люфт під час ходу.

Механічна клавіатура (Mechanical Keyboard)

Механічні перемикачі клавіш відрізняються більш складним та якісним пристроєм порівняно з усіма іншими. Кожна клавіша оснащена власним перемикаючим механізмом, який спрацьовує в момент достатнього натискання на її кришку (вона кришка механічного перемикача, клавіша, keycap), розміщену над опускним стрижневим механізмом. У більшості випадків клавіша спрацьовує (тобто сигнал від неї приймається архітектурою клавіатури і передається в комп'ютер) приблизно на середині довжини свого ходу.

Наприклад, якщо довжина її ходу вказана як 4 мм до повного натискання, спрацьовуватиме така клавіша при «вдавлюванні» в клавіатуру десь на 2 мм. Це означає, що під час друку немає необхідності вичавлювати кожну клавішу. Тим, хто друкує наосліп, це дозволяє знизити загальне – і нерідко зайве – навантаження на пальці.

Для більшості механічних перемикачів нелінійного ходу характерне зростання опору натискання – воно починає збільшуватися після спрацьовування клавіші: це нагадує користувачеві, що ця клавіша вже виконала дію і можна переходити до наступної. Ще не можна не відзначити такий нюанс: клавіші повертаються у вихідну позицію швидше, ніж на клавіатурах іншого типу – це дозволяє друкувати з більшою швидкістю.

У сукупності ці особливості дозволяють реалізувати численні варіанти взаємодії з клавіатурою. Як правило, такі клавіатури відрізняються і чітко помітними клацаннями («кліками»), і підвищеним опором натискання після спрацьовування кнопки.І якщо подібне поєднання властивостей однозначно піде на користь досвідченому наборщику тексту, то навіть той, хто ще тільки вчиться друкувати наосліп, відразу оцінить поліпшення швидкості та точності набору тексту.

Єдина категорія користувачів, яка, мабуть, не виграє від використання механічної клавіатури – це фанати набору тексту двома пальцями, які люблять зависати за кілька сантиметрів від клавіш, довго роздумуючи, яку б натиснути.

ВАЖЛИВО: Оскільки більшість із нас, як правило, добре знайома з принципом роботи класичних мембранних клавіатур, ми нерідко натискаємо на клавіші занадто сильно, пересідаючи за механічну клавіатуру. Це призводить до вичавлювання всіх її перемикачів до упору - а значить, і до гучного стуку при роботі з ними (це на додаток до ледь помітного кліку самого перемикача, який чути в момент подолання середини довжини клавіші). Але, варто приборкати себе і звикнути вичавлювати кнопки не до кінця, загальний рівень шуму від друку на механічній клавіатурі значно знижується.

Які типи механічних перемикачів слід розрізняти?

Лінійні / Linear: такі механічні перемикачі ніяк не сигналізують про те, що клавіша тільки-но спрацювала, і момент її активації проходить непомітно для користувача. Лінійний опір натискання означає, що воно не змінюється протягом усього ходу кнопки. Класичний приклад такого перемикача – модель Cherry MX Red.

З низьким тактильним зворотним зв'язком / Light Tactile : ці механічні перемикачі відрізняються невеликою клік-віддачею - вони спрацьовують трохи чутно і після цього демонструють підвищений опір.Їхня тактильність нерідко настільки слабко виражена, що за відчуттями від роботи з клавіатурою на таких перемикачах можна прийняти їх за лінійні. Багато хто вважає їх більш ергономічним, оскільки вони забезпечують тактильний зворотний зв'язок, не створюючи при цьому відчуття, що крізь хід клавіші потрібно «продертися», натискаючи її. Чудовий приклад таких перемикачів – Cherry MX Brown.

З тихим тактильним зворотним зв'язком / Quiet Tactile : дані механічні перемикачі забезпечують невелику клік-віддачу (мінімум звуку під час спрацьовування та підвищений опір після нього). Їх дизайн має на увазі інноваційну систему приглушення звуку і під час натискання, і під час повернення клавіші у вихідну позицію у поєднанні з помірним тактильним зворотним зв'язком. Такі перемикачі дуже популярні і є гарною альтернативою перемикачам з низьким тактильним зворотним зв'язком: адже зворотний зв'язок від них все ж є - як і звукова віддача, нехай і негучна. Приклад таких перемикачів – Matias Quiet Click Switch.

Гучні з високим тактильним зворотним зв'язком / High Audible Tactile: у цих механічних перемикачів клік-віддача дуже істотна - під час спрацьовування клавіші звук чути дуже виразно, а після нього опір підвищується. Цю тактильність користувач не зможе не помітити, але жодних труднощів при натисканні вона не створює; при цьому стукіт при друку створює враження, що натискати на клавіші потрібно з підвищеним зусиллям. Класичний приклад такого перемикача – Cherry MX Blue.

Гучні та тугі з тактильним зворотним зв'язком / High Force + Audible Tactile: в основному, знайти клавіатури з такими перемикачами зараз неможливо - вони використовуються вкрай рідко, хоча колись на зорі ери персональних комп'ютерів були дуже популярні. Клавіатури IBM Model 'M' та деякі з ранніх клавіатур Macintosh нерідко важили до 5 фунтів – це 2,3 кг! – та були обладнані такими перемикачами на пружинному механізмі. І якщо деякі досі тепло згадують динаміку такої клавіатури, то решта може просто насолоджуватися всіма перевагами тактильних перемикачів, переосмислених на більш сучасний лад – без зайвого навантаження на пальці та зап'ястя, проблеми з якими нерідко свого часу асоціювалися з роботою на подібних клавішах. (так, за відчуттями вони чимось схожі на стареньку друкарську машинку IBM Selectric).

Особливості механічного перемикача.

• Довжина ходу клавіші.
  Більшість механічних перемикачів є «повнохідними» і довжина їх ходу зазвичай становить 3–4 мм. За такої довжини ходу і за наявності вираженого зворотного зв'язку від спрацьовування перемикача (звуковий, тактильний або і той, і інший) майже завжди вдається запобігти вичавленню клавіш до упору.

Що таке тактильність?

Говорячи про клавіатури, під тактильністю ми маємо на увазі той зворотний зв'язок - віддачу, - яку користувач отримує під час натискання клавіш; основний показник тактильності – коли та як спрацьовує клавіша у межах максимальної довжини свого ходу. Такий зворотний зв'язок може бути звуковим (видавати «клік»), тактильним (створювати підвищений опір натисканню в міру ходу) та візуальним (коли ви бачите, як пальці йдуть вниз разом із клавішею і потім «відскакують» назад з її кришкою).

Що означає "м'яка" клавіатура або "легка" клавіатура (з низьким зворотним зв'язком)?

"М'якість" або "легкість" нерідко приваблюють як користувачів, так і фахівців у галузі ергономіки. Проте для різних людей ці концепції можуть означати трохи різні речі.

Одні мають на увазі під "м'якою клавіатурою" таку модель, для роботи з якою потрібно прикладати мінімальне загальне зусилля (правильний термін - "спільна робота", де робота = сила х довжину ходу до спрацьовування ) при такому розкладі більш висока сила спрацьовування при невеликому ході клавіші відчувається «легко» для таких механізмів, як, скажімо, ножичний.

Інші описують за допомогою «м'якості» чи «легкості» безпосередньо саму силу спрацьовування: з такого ракурсу найлегший варіант – це сенсорні тач-інтерфейси, натискати на які практично не потрібно – досить торкнутися їх. Так чи інакше, дослідження підтверджують, що тактильність – найважливіший одиничний чинник у створенні відчуття легкості чи м'якості, оскільки вона безпосередньо впливає ту силу, яку потрібно докласти, щоб перемикач спрацював.

При цьому власне показник сили спрацьовування клавіші не є єдиним фактором, що обумовлює фактичну силу, що використовується користувачем клавіатури. .

У багатьох мембранних клавіатур тактильність зведена до мінімуму або зовсім відсутня, тому що клавішу дійсно потрібно натиснути фактично до упору, щоб замкнути контактний ланцюг і передати сигнал в комп'ютер.У разі ножичним мембранними клавіатурами, максимальна довжина ходу клавіш у яких нижче, визначити точку спрацьовування (її, до речі, також називають «точкою тактильності») ще важче; при цьому відчутно менша довжина ходу створює видимість того, що для спрацьовування до клавіші потрібно докласти менше зусилля.

Всі механічні перемикачі, за винятком лінійних, пропонують користувачеві тактильний зворотний зв'язок: ви відчуваєте той момент, коли клавіша «вистрілює» – після нього вона потроху зупиняється, а потім повертається у вихідне положення. Це дозволяє знизити навантаження на пальці, яке неминуче під час роботи з клавіатурою в стилі «натиснути всі кнопки до упору! і сильніше! стукаємо голосніше!»

Основна відмінність в динаміці спрацьовування мембранних і механічних перемикачів полягає в тому, що останні пропонують більш оптимальний розподіл опору, який демонструє клавіша при натисканні. Через те, що тактильного зворотного зв'язку на мембранних клавіатурах майже немає (загалом і в цілому), користувачеві може знадобитися деякий час для того, щоб звикнути до відчуттів та адаптувати силу натискання на клавіші таким чином, щоб не натискати їх вхолосту – але й не вичавлювати до упору. У випадку з механічними клавіатурами процес освоєння відбувається набагато швидше, тому що зворотний зв'язок від їх кнопок більш ясна. При роботі з клавіатурою на ножичних перемикачах користувач відчуває різке збільшення в опорі перемикача відразу після його спрацьовування, через що майже неможливо натискати їх до упору.

Згідно з дослідженнями, у той час як нижча сила спрацьовування означає зниження загального зусилля, витраченого на роботу з клавіатурою, збільшення довжини ходу клавіші за фактом значно знижує ту силу, з якою користувач стукає по клавішах.

Мембранна клавіатура – ​​що це таке та її особливості

Привіт, друзі! Сьогодні ми з вами розберемо, що таке мембранна клавіатура, її принцип роботи, особливості, недоліки та переваги. Також вам буде корисно ознайомитися з публікаціями про плунжерні та острівні клавіатури.

Конструкційні особливості

До такого типу клавіатур належать більшість пристроїв, представлених сьогодні на ринку периферичних пристроїв. Така популярність обумовлена ​​доступною ціною внаслідок простоти конструкції.

Іноді такі клавіатури називають ще плівковими. Якийсь механізм у клавіш відсутній – складно назвати механізмом, наприклад, спеціальну напрямну скобу, яку деякі виробники поміщають під кнопкою Ентер або пробілом.

Основний компонент, що відповідає за роботу матриці клавіш у такого девайса - тришарова мембрана, на крайні шари якої нанесені струмопровідні доріжки. Середній шар має вирізи в місцях розташування кнопок і є ізолятором.

При натисканні на кнопку її шток зсуває верхній шар, він розсуває середній і замикає контакти на нижньому. Контролер визначає символ, який набрав користувач, та відправляє відповідну команду до центрального процесора.

Купальні клавіатури

У чистому вигляді вищезгаданий тип «keyboard»-ів зустрічається рідко і більше майже не застосовується. На зміну таким модифікаціям прийшли купольні мембранні клавіатури.

Від попереднього варіанта вони відрізняються тим, що під кожною кнопкою міститься напівсферичний ковпачок з еластичного матеріалу, на дні якого прикріплений один із контактів.

Принцип дії той самий: при натисканні на кнопку ковпачком розсувається ізолюючий шар, контакт замикається та фіксується набір певного символу. Купольними клавіатурами користуватися зручніше, ніж плоскими: клавіша повертається у вихідне положення після натискання, завдяки еластичності матеріалу мембрани.

Купол з електропровідною гумою

У деяких модифікацій конструктори пішли ще далі, оснастивши такі клавіатури банями з струмопровідного матеріалу. З механічної точки зору вони повторюють звичайні купольні, але мембранний перемикач не потребує монтажу контактів, оскільки сам здатний проводити слабкий електричний струм.

Спрощення конструкції підвищує її надійність та знижує вартість, оскільки виробничий процес стає менш складним.

Переваги та недоліки мембранних

Довжина ходу клавіш такого типу пристроїв введення зазвичай 3-4 мм. Слід враховувати, що кнопка спрацьовує тільки після повного натискання.

Через малий опір мембрани, натискання для набору тексту немає необхідності докладати значного зусилля: друкувати на такій клавіатурі значно простіше, ніж на друкарській машинці, навіть електричній. Як правило, більшість мембранних перемикачів спрацьовує за зусилля від 50 до 80 грам. На жаль, налаштувати цей параметр неможливо – використовується як є. Через те, що кнопці потрібен певний час для повернення у вихідне положення, на мембранній складно досягти високих показників швидкості набору тексту.

Так як мембрана при деформації не видає звуку, такі пристрої введення вважаються одними з тихих. Однак це не означає, що вона не гримітиме при роботі: пластикові кнопки, які труться об напрямні, теж видають якийсь звук.

У стандартної варіації такого типу ресурс натискань кожної клавіші не більше 1 мільйона. У найкращих моделей, де використовуються найякісніші матеріали, цей показник вищий і може сягати 10 мільйонів.

Незалежно від якості матеріалу, будь-який ковпачок з часом втрачає еластичність (натискати на кнопки стає складніше) або навпаки стає більш гнучким (кнопка спрацьовує навіть при незначному зусиллі). При роботі на такій клавіатурі різні кнопки доводиться натискати з різною силою, що не завжди зручно.

Завдяки будові мембранні клавіатури майже завжди герметичні і не бояться пролитих рідин. Природно, якщо це все ж таки сталося, пристрій слід почистити, так як кнопки залипатимуть, особливо якщо ви пролили солодкий чай або каву.

Також не слід забувати періодично чистити таку клавіатуру: навіть якщо ви не маєте звички їсти перед комп'ютером, під клавіші все одно потрапляють дрібні частинки сміття, що згодом ускладнює експлуатацію пристрою.

Як дізнатися або визначити мембранну клавіатуру, нескладно: потрібно лише виколупати пару кнопок і подивитися, який тип перемикачів використовується в пристрої. Природно, в магазині комп'ютерної техніки вам навряд чи дозволять таке зробити, тому уточнюйте технічні характеристики.

А сьогодні все. Буду дуже вдячний усім, хто поділиться цією публікацією у соціальних мережах. До завтра!

З повагою, автор блогу Андрій Андрєєв