De switch naar nieuwe switches: Nieuwe mechanische schakelaars, anders tikken

20 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. Mechanical X-Point
  3. 3. Nadenken over nieuwe oplossingen
  4. 4. Schakelen met infraroodlicht
  5. 5. Magnetische aantrekkingskracht
  6. 6. Capacitief alternatief
  7. 7. Conclusie
  8. 8. Reacties

Inleiding

Mechanische toetsenborden werden jarenlang vooral geleverd met Cherry MX-schakelaars of klonen daarvan. Hoewel die de markt nog altijd domineren, zien we steeds meer alternatieve switches opduiken. Dat begon met (veelal Chinese) fabrikanten die zich toelegden op het klonen van het Duitse origineel van Cherry, waardoor mechanische toetsenborden bereikbaar zijn geworden voor een groter publiek.

Voor fans van mechanische toetsenborden is het leuke, dat er de afgelopen jaren ook nieuwe switches zijn geïntroduceerd die zich qua techniek echt onderscheiden van de Cherry-schakelaars die zo gebruikelijk zijn geworden. Toetsenbordfabrikanten kunnen zich zo niet alleen onderscheiden middels de constructie van het toetsenbord, de aanwezigheid van extra features als verlichting of een opvallend design. Ook voor de techniek zelf, de mechanische schakelaars die de aanslag van het toetsenbord bepalen, is de markt druk in beweging. Fabrikanten, startups en groepen van enthousiastelingen trachten schakelaars te ontwikkelen met een ander ontwerp en werkingsprincipe. Waar ‘traditionele’ mechanische toetsenborden werken met een fysiek contactmechanisme, moeten nu of in de nabij toekomst schakelaars verschijnen die gebruikmaken van gereflecteerd infraroodlicht of elektromagnetische effecten om toetsaanslagen te registreren.

In dit artikel geven we een overzicht van de nieuwe schakelaars die je nu of binnenkort kunt verwachten, wanneer je een mechanisch toetsenbord gaat kopen. We gaan daarbij in op de techniek achter de bestaande en de nieuwe schakelaars, de aanslag van de switches, en de speciale eigenschappen en features die de nieuwe ontwerpen mogelijk maken.

Een eerdere versie van dit artikel verscheen in Hardware.Info Magazine #4/2019. Neem een abonnement op Hardware.Info Magazine om als eerste onze beste, uitgebreidste artikelen te lezen en de gratis publicaties op deze site te steunen.

Mechanical X-Point

Heb je nu een mechanisch toetsenbord, dan is de kans zeer groot dat er Cherry MX-schakelaars onder de toetsen zitten. Het ontwerp van de Duitse schakelaarmaker groeide in het afgelopen decennium uit tot dé standaard voor mechanische toetsenborden. In het eerste decennium van de 21ste eeuw werkten fabrikanten als Ducky al met schakelaars van het merk, die daardoor onder liefhebbers al bekend waren. Toen grote fabrikant Corsair in 2011 besloot mechanische toetsenborden te gaan maken en koos voor Cherry als hofleverancier, gaf dat de bekendheid en populariteit van de schakelaars een enorme impuls.


Een opengewerkte MX Red-schakelaar, één van de bekendste switches van Cherry.

Iedere MX-schakelaar heeft een plastic behuizing met daarin een eveneens plastic steel of stem, die op en neer kan bewegen. Een veer levert de nodige weerstand. De bovenkant van de steel heeft een kruisvormige mount met een vaste maat, zodat je toetsen makkelijk kunt verwijderen en verwisselen, ook tussen verschillende toetsenborden. Het onderste gedeelte van de steel die zich in de plastic behuizing bevindt bevat enkele uitsteeksels. Die komen bij het indrukken van de toets tegen een metalen plaatje, dat mee omlaag beweegt en contact maakt met een vast gemonteerd stukje metaal. Zodoende wordt een elektrisch contact gelegd en kan het toetsenbord een actuatie herkennen. Aan het kruisvormige contact tussen beide vergulde onderdelen ontleent de MX-switch zijn naam: voluit staat MX voor “Mechanical X-Point”. MX-schakelaars zijn verkrijgbaar in diverse varianten met een verschillende aanslag, waarbij de kleur van de steel aangeeft welk soort schakelaars je in huis hebt. Rode schakelaars bieden bijvoorbeeld een lichte en lineaire aanslag. Bruine varianten hebben rondom de actuatie een kleine verhoging in de weerstand, net als ‘blauwe’ schakelaars, die bovendien een klikje produceren.

De eerste varianten van de MX-schakelaars worden al sinds de jaren ’80 toegepast. Het in 1984 verleende patent op het ontwerp verliep in 2014, juist op het moment dat mechanische toetsenborden écht populair werden in de consumentenmarkt. Chinese fabrikanten waren al langer bezig met het kopiëren van de switches; met het verlopen van het patent en de toenemende vraag kregen zij een nieuwe impuls. De meeste goedkopere mechanische toetsenborden die je hier kunt kopen, zijn nu voorzien van ‘Cherry-klonen’ van fabrikanten als Kailh, Gateron en Outemu. Ontwerp en werkingsprincipe zijn zo goed als identiek aan de schakelaars van Cherry. Ook de mount is dezelfde, zodat je toetsen voor de Cherry-schakelaars ook op dit soort toetsenborden kunt gebruiken. Alleen de eigenschappen van de aanslag verschillen soms wat, al zijn de kwaliteitsverschillen de afgelopen jaren fors afgenomen. Cherry zelf is in respons op het verlopen van zijn patent nieuwe varianten gaan ontwikkelen, die oosterse concurrenten niet zomaar mogen kopiëren. Zo kwam het merk bijvoorbeeld met MX Silent-schakelaars, die door een geïntegreerd stukje synthetisch rubber in de steel stiller zijn.

Nadenken over nieuwe oplossingen

Het Cherry MX-ontwerp mag dan een prima oplossing zijn, die voor de meeste gebruikers voldoet, toch zijn fabrikanten de laatste jaren gaan nadenken over alternatieven. MX-schakelaars hebben, zoals alle switches met fysieke contacten, als nadeel dat deze contacten na verloop van tijd kunnen verslijten. Dat gebeurt volgens de specificaties pas na miljoenen aanslagen, maar toch zijn nog duurzamere oplossingen denkbaar. Tevens zijn de switches door de metalen onderdelen niet bestand tegen water. Corsair heeft daar in zijn K68-toetsenbord bijvoorbeeld omheen proberen te werken door een laagje rubber rondom de toetsen te plaatsen, maar dat is op zijn best een imperfecte oplossing. Daarnaast kun je schakelaars bij veel toetsenborden met MX-switches niet eenvoudig verwisselen, mocht er eens eentje stukgaan, omdat ze over het algemeen zijn gesoldeerd. Hoewel Logitech en een aantal andere fabrikanten toetsenborden met MX-achtige schakelaars hebben uitgebracht met verwisselbare switches, wordt het eenvoudiger om zo'n soort toetsenbord te maken met switches zonder elektrische contacten.


De Corsair K68 kan door een laagje rubber rondom de switches een glas water weerstaan, maar echt waterdicht is het toetsenbord niet, terwijl het rubber ook invloed heeft op de aanslag.

Naast duurzaamheid hebben Cherry-schakelaars ook beperkingen voor wat betreft de snelheid van actuatie. Specifiek hebben de schakelaars, net als alle ontwerpen met fysieke elektrische contacten, last van bouncing. Tijdens het indrukken komen de metalen onderdelen niet in één keer op elkaar, maar stuiteren een klein beetje op en neer, wat een fluctuerend signaal oplevert. Zouden makers van mechanische toetsenborden daar niks aan doen, dan treedt chatter op: meerdere toetsaanslagen worden geregistreerd voor één enkele toetsindruk. Makers van mechanische toetsenborden lossen dat op middels debouncing in hardware of software. Het toetsenbord negeert korte fluctuaties in het signaal door de toets meerdere keren te meten. Daardoor duurt het een paar milliseconden voor een aanslag daadwerkelijk wordt geregistreerd. Dat is geen vertraging waar de meeste mensen iets van zullen merken. Tegelijk willen professionele gamers iedere vorm van vertraging zoveel mogelijk uitsluiten – en in een tijd waarin gaming monitoren responstijden van 1 ms beloven en meer dan 200 beelden per seconde vertonen, moet dan ook het toetsenbord de laagst mogelijke vertraging bieden.

Betere RGB

Voor het plaatsen van rgb-verlichting – iets wat de markt toch graag ziet – hebben MX-switches het nadeel dat de verlichting door de centrale plaatsing van de steel niet helemaal gelijkmatig door de toets kan schijnen, maar vooral de bovenkant goed verlicht. Fabrikanten lossen dat vaak op door de opschriften naar de bovenkant van de toets te verplaatsen – daarom zitten de cijfers bij een mechanisch toetsenbord vaak boven de ‘@’, het uitroepteken en de haakjes, in plaats van aan de onderkant zoals gebruikelijk – maar het blijft behelpen.

Logitech G413 Carbon
Logitech Romer-G schakelaars hebben het ledje in het midden, wat de gelijkmatigheid van de verlichting verbetert, maar ertoe leidt dat je geen keycaps voor een MX-mount kunt plaatsen.

De vele nieuwe schakelaars die we zo direct aan bod laten komen gaan daar niks aan doen, en wel om een simpele reden: als schakelaarmakers de steel zouden veranderen, passen bestaande toetsensets niet meer. Logitech is sinds jaar en dag een van de weinige fabrikanten die zich daar niks van aantrekt, en een eigen schakelaar heeft ontworpen waarbij juist het ledje in het midden zit, met de aangepaste stem eromheen. Behalve op de eigen toetsenborden zijn de Romer G-schakelaars echter niet zo populair geworden dat anderen massaal toetsensets zijn gaan ontwikkelen voor deze schakelaar. Een toenemend aantal Logitech-toetsenborden heeft zodoende schakelaars aan boord met een standaard Cherry MX-mount.

Plattere toetsenborden

Sommigen zien niet zozeer het liefst nieuwe eigenschappen of een ander gevoel van aanslag als een must voor hun nieuwe mechanische toetsenbord. Een typisch nadeel van dit type invoerapparaten is dat ze relatief hoog zijn in vergelijking met traditionele rubber-dome exemplaren. Het mechanische schakelmechanisme neemt relatief veel ruimte in en dan is de behuizing vaak ook nog eens vrij dik.

Cooler Master SK621
Voor een mechanisch toetsenbord is de Cooler Master SK621 erg plat, maar een rubberdome-exemplaar is nog beduidend vlakker.

De laatste jaren zien we nieuwe ‘Low Profile’ mechanische schakelaars, waardoor je een mechanisch toetsenbord kunt maken dat toch dunner is. Zo heeft Cherry MX Low Profile-switches in het assortiment opgenomen, evenals Kaihua (voor de liefhebbers, de PG1350-serie). Die worden inmiddels gebruikt in toetsenborden als de Logitech G915, Sharkoon PureWriter en Cooler Master SK621. Ook de dunste toetsenborden op basis van die switches zijn nog een stukje dikker dan non-mechanische toetsenborden: zo is de Cooler Master SK621 bijvoorbeeld nog 2,8 cm hoog.

Op de Computex toonde Cooler Master echter een vervolg op dat toetsenbord dat wel nog een stuk dunner is, maar toch mechanisch. Daarvoor worden nieuwe low-profile schakelaars van Omron ingezet. Deze ‘B3KL’-switches zijn slechts 7,4 mm hoog, ten opzichte van 18 mm bij de MX Low Profile-switches in het SK621-toetsenbord. Wanneer het nieuwe toetsenbord met B3KL-switches op de markt komt, is echter nog niet duidelijk.

Schakelen met infraroodlicht

De laatste tijd zien we steeds meer toetsenborden op de markt met optische schakelaars. Een aanslag wordt hierbij geregistreerd met behulp van infraroodlicht. Daardoor hebben de switches geen last van bouncing en kunnen fabrikanten razendsnelle reactietijden beloven van 1 ms. Of dat in de praktijk ook gehaald wordt, hangt af van de rest van de hardware in het toetsenbord. Tevens beloven fabrikanten van optische switches een langere levensduur vanwege het gebrek aan metalen contactpunten. Door die eigenschap is het bovendien makkelijker om waterdichte toetsenborden te maken.


De Razer Huntsman Elite en de recent verschenen Huntsman TE maken beide gebruik van infraroodlicht voor het registreren van toetsaanslagen.

Optische schakelaars komen tot dusver vooral van twee fabrikanten: Adomax en A4Tech. Op de Computex zagen we voor het eerst switchfabrikant Gateron met een eigen stand, waar men ook nieuwe eigen optische schakelaars liet zien. Die lijken qua werkingspricipe nog het meest op de schakelaars van A4Tech. Bij de A4Tech ‘Light Strike’ (LK)-schakelaars zitten sensor en IR-diode geïntegreerd in de switch. Is de toets niet ingedrukt, dan wordt de horizontale lichtstraal geblokkeerd door een plastic uitsteeksel in de steel. Druk je de toets in, dan kan de lichtstraal doorschijnen richting de overkant van de switch, waar de sensor is gemonteerd. Tot nu toe zitten de schakelaars in toetsenborden van Asus en A4Tech’s eigen submerk Bloody. Ook Razer, één van ’s werelds bekendste gamingmerken, zet in op optisch: recent kwam het merk nog met een lineaire versie van zijn ‘Opto-Mechanical’-switches, bedoeld voor Razer’s topmodel tkl-toetsenbord, de Huntsman TE. De Razer-switches lijken qua werkingsprincipe sterk op de LK-schakelaars, al zegt de fabrikant niet precies wie de schakelaars produceert. De constructie is iets anders: de fabrikant heeft een extra metalen stabilisatiemechanisme toegevoegd rondom iedere switch.

Analoge invoer

De ‘Flaretech Prism’-schakelaars van Adomax werken duidelijk anders. Bij deze schakelaars zijn zowel infraroodsensor als diode geïntegreerd op het pcb. De lichtstraal schijnt niet zijwaarts, maar omhoog richting de keycap. Via een systeem van lenzen en een prisma (waar de switches hun naam aan ontlenen) wordt het licht weer terug naar de sensor geleid. De prisma is gemonteerd aan de steel en kan zo meebewegen met de keycap. In de opstaande positie bereikt het licht de sensor zodoende niet, terwijl er naarmate je de keycap omlaag drukt, meer en meer infraroodlicht op de sensor valt. Dat heeft het voordeel dat je de switches kunt verwisselen, omdat er geen actieve componenten inzitten. De Nederlandse startup Wooting bedacht vervolgens dat je met Flaretech-switches een analoog toetsenbord zou kunnen maken – een toetsenbord dat niet alleen registreert óf, maar ook hoever een toets is ingedrukt. Inmiddels zijn er twee Wooting-toetsenborden op basis van Flaretech-switches op de markt waarvan alle toetsen analoog kunnen werken. Voor de toekomst kijkt Wooting echter naar een andere techniek: magnetische switches (zie verderop). Dat betekent overigens niet dat de huidige modellen met Flaretech-schakelaars meteen verdwijnen. We komen de schakelaars van Adomax verder tegen in toetsenborden van Gigabyte en BenQ Zowie, al hebben die geen analoge functionaliteit geïmplementeerd.


Toetsenborden met Adomax Flaretech Prism-schakelaars (zoals deze Gigabyte Aorus K9) hebben een infraroodled en –sensor op het pcb. Door het gebrek aan elektrische contacten kun je naast de toets ook eenvoudig de switch verwijderen.

De heren achter Wooting waren lang niet de eersten die op het idee voor een analoog toetsenbord kwamen. Al langer was de Amerikaan Lance Madsen bezig met het ontwikkelen van een dergelijk invoerapparaat met zijn bedrijfje Aimpad. Madsen koos daarbij een andere benadering dan Wooting: in plaats van nieuwe schakelaars voorziet hij toetsenborden met ‘normale’ Cherry MX-schakelaars van extra IR-diodes en –sensors op het pcb, om analoge functionaliteit mogelijk te maken. Na jaren zelfstandig te hebben ontwikkeld is Aimpad een exclusieve samenwerking aangegaan met Cooler Master. De begin dit jaar uitgebrachte MK850 was daarvan het eerste resultaat. Cooler Master’s topmodel toetsenbord biedt analoge invoer op acht toetsen.


Cooler Master’s ControlPad is voorzien van Aimpad-technologie voor analoge invoer, en naar keuze Gateron of Cherry MX-switches.

Het via Kickstarter gefinancierde ControlPad gaat een stapje verder: dat is een soort minitoetsenbordje waarvan alle 24 toetsen voorzien zijn van Aimpad-technologie. Cooler Master stelt het product beschikbaar met Cherry MX- of goedkopere Gateron-schakelaars. Later deze maand wordt het product voor het eerst verzonden aan backers. Nadeel van de benadering van Aimpad blijft dat de analoge functionaliteit extra moet worden toegevoegd en dus tot meerkosten leidt. Tot dusver is er nog geen Aimpad-toetsenbord waarvan álle toetsen analoog werken.

Magnetische aantrekkingskracht

Toetsenborden met ‘Hall-effect’-schakelaars gelden onder kenners al jaren als een belofte. De schakelaars hebben net als optische switches geen last van bouncing en kunnen zeer snel worden uitgelezen, waarmee het mogelijk is om een toetsenbord te maken met uiterst lage reactietijd. Zeer robuuste schakelaars maken kan ook: het sensorgedeelte gaat in principe miljarden keren mee. Tevens zijn de switches (net als optische exemplaren) waterbestendig te maken, eenvoudig vervangbaar door het gebrek aan elektrische contactpunten in de switch en kan de aanslag vloeiender verlopen door de kleinere hoeveelheid onderdelen in de schakelaar die tijdens het indrukken over elkaar heen kunnen schrapen. Dat alles klinkt voortreffelijk, maar van breed verkrijgbare eindproducten kwam het lange tijd maar niet. Sinds enkele maanden lijkt er eindelijk schot in de zaak te komen. Niet minder dan vier afzonderlijke partijen hebben elk een Hall-effect schakelaar ontwikkeld en willen die in het komend jaar daadwerkelijk ook gaan leveren in een toetsenbord.


De Wooting Two Lekker Edition biedt analoge invoer over nagenoeg het volledige bereik van de toetsaanslag, door nieuwe Hall-effect schakelaars.

Het werkingsprincipe van Hall-effect switches berust op, de naam zegt het al, het Hall-effect. Deze natuurkundige eigenschap kan worden gebruikt voor het meten van de sterkte van een magneetveld. Daartoe zet je een stukje metaal loodrecht op een magneetveld en laat je er een elektrische stroom doorheen vloeien. Het magneetveld trekt aan de elektronen die door het metaal bewegen, waardoor één kant van het metaal negatiever geladen wordt dan de andere kant. Dit spanningsverschil kun je vervolgens weer meten en is evenredig met de sterkte van het magneetveld. Dat is het principe achter de Hall-sensor. Door een mechanisch toetsenbord uit te rusten met een magneetje in het plastic gedeelte onder de steel, die op en neer beweegt tijdens het indrukken van de toets, en daaronder een Hall-sensor te monteren, kun je bepalen hoever de toets is ingedrukt aan de hand van de nabijheid van het magneetje. Zodoende is het ook mogelijk een toetsenbord met analoge invoer te maken met Hall-effect schakelaars: de informatie van een Hall-sensor kan je immers vertellen hoever de toets is ingedrukt.

Terug van weggeweest

Hall-sensoren worden veel gebruikt in industriële toepassingen. In de jaren zestig waren er al toetsenborden met Hall-schakelaars, maar al snel kwamen er goedkopere technieken om mechanische toetsenborden te maken, waarmee Hall-effect toetsenborden naar de marge verdwenen. Pogingen van enthousiastelingen om Hall-effect schakelaars weer terug te brengen voor een breder publiek, waren er het afgelopen decennium al wel. Zo bouwde modder Benjamin Heckendorn (bekend van het ombouwen van consoles en controllers) in 2012 een analoog toetsenbord met Hall-effect-sensors voor zijn internetprogramma. Het bleef voor hem bij dat prototype, maar in de jaren daarna ontwikkelde het Chinese bedrijf Ace Pad Technology een eigen Hall-effect switch, waarna het in 2017 samen met ontwerper XMIT een Hall-effect-toetsenbord uitbracht via Massdrop en later ook in andere winkels. Breed verkrijgbaar is dat invoerapparaat echter niet.

Wooting is één van de partijen die binnenkort met een Hall-effect schakelaar gaat komen. De naam heeft die in ieder geval mee: Wooting noemt zijn creatie de ‘Lekker’-switch. De schakelaar wordt geproduceerd door Huano, terwijl de Hall-sensor op het pcb afkomstig is van fabrikant Major Power. Net als bij de eerdere Wooting-toetsenborden focust Wooting zich weer op analoge invoer; switches verwisselen kan ook weer, maar waterbestendigheid is niet gegarandeerd en de beloofde levensduur bedraagt 100 miljoen indrukken, dezelfde als voorheen. Het grote voordeel ten opzichte van de eerdere optische schakelaars is het stabielere signaal van de Hall-effect sensor, waardoor de analoge invoer met Lekker-schakelaars over vrijwel het volledige bereik van het indrukken kan worden gebruikt. De bestaande toetsenborden met optische switches hebben noodgedwongen nog een deadzone van 1,5 mm voordat de registratie begint. De Wooting Two Lekker Edition, het eerste toetsenbord voorzien van Lekker-switches, moet in 2020 verschijnen in gelimiteerde oplage van 1000 stuks. Op termijn wil Wooting andere toetsenbordenmakers interesseren voor zijn schakelaars.


Net als andere Hall-effect schakelaars hebben de exemplaren van Steelseries aan de onderkant van de steel een klein magneetje dat op en neer beweegt.

Steelseries, dat na enkele jaren van stilte terug is met de nieuwe Apex-lineup, ziet in magnetische switches andere voordelen: een kortere reactietijd en de mogelijkheid om het actuatiepunt variabel te maken. Om die reden heeft de fabrikant bij zijn Apex Pro-toetsenborden een iets andere aanpak gekozen en ontbreekt analoge invoer. De eigen OmniPoint-switches, voorzien van een magneetje in de steel en een Hall-sensor op het pcb, zijn opgebouwd volgens het Cherry-ontwerp en gemaakt door Gateron. Ze voelen zodoende ook hetzelfde aan, waardoor Steelseries zijn nieuwe toetsenborden kan uitrusten met een mix van OmniPoint-schakelaars voor het alfanumerieke gedeelte, en ‘normale’ Gaterons voor de rest, waarbij het actuatiepunt niet kan worden aangepast. Interessant is dat het actuatiepunt van de Apex Pro-modellen bij het alfanumerieke gedeelte ook per toets kan worden gekozen.

Inspiratie uit het verleden

De enthousiastelingen van Input Club waren niet met een stand aanwezig op Computex, maar kondigden hun nieuwste project genaamd Keystone al eerder aan. Het collectief was eerder verantwoordelijk voor toetsenborden als de Infinity ErgoDox, een tweedelig ergonomisch mechanisch toetsenbord met een beeldschermpje dat werd verkocht via Massdrop. Het via Kickstarter gefinancierde Keystone-toetsenbord zal worden uitgerust met Hall-effect switches ontwikkeld in samenwerking met Kailh-schakelaarmaker Kaihua. Net als bij Wooting moet het toetsenbord geschikt zijn voor analoge invoer, terwijl je net als bij Steelseries het actuatiepunt per toets moet kunnen instellen. Bovendien ontwikkelt Input Club een speciale ‘Beam Spring’ variant van de Silo met een feedback die moet herinneren aan klassieke toetsenborden uit de jaren ’70. Aan ambitie kortom geen gebrek, maar het zal nog zeker tot volgend jaar duren voordat de eerste gebruikers hun toetsenborden ontvangen, waarbij de ‘Beam Spring’-schakelaar nog langer op zich laat wachten.


Input Club, een collectief van enthousiastelingen, komt met een toetsenbord met Hall-effect switches met Beam Spring-ontwerp.

Tot slot verdient de Taiwanese toetsenbordenmaker I-Rocks nog een vermelding. Waar de meeste toetsenbordfabrikanten elders schakelaars inkopen, ontwikkelt I-Rocks de switches voor in zijn toetsenborden zelf. Deze Computex toonde de fabrikant ook een zelfontwikkelde Hall-effect switch. Daarbij ligt het accent vooral op het zo betaalbaar mogelijk maken van toetsenborden met de (voor zover wij weten nog naamloze) nieuwe schakelaar, die tevens stofproof en extra duurzaam moet zijn. Om die reden voorziet I-rocks niet in de mogelijkheid voor analoge invoer of een variabel actuatiepunt. Volgend jaar moeten de eerste Hall-effect toetsenborden van I-Rocks in de winkels komen te liggen. Hoewel de fabrikant desgevraagd meldde wel interesse te hebben zijn producten ook in Nederland te gaan verkopen, moet je ze vooralsnog elders in Europa bestellen.


De Taiwanese toetsenbordmaker I-Rocks introduceert betaalbare Hall-effect switches voor in zijn eigen toetsenborden.

Capacitief alternatief

I-rocks heeft meer dan eigen Hall-effect switches, zo bleek bij een rondgang over de stand, een beetje weggestopt in een van de rustiger hallen op Computex. Naast klonen van Alps-switches (in de jaren ’90 een bekend alternatief voor Cherry MX, dat echter een beetje in de vergetelheid is geraakt) ontwikkelde de  fabrikant eerder een eigen capacitieve switch. Dat is eveneens een techniek die we niet vaak tegenkomen.


Topre-schakelaars (hier de niet langer verkrijgbare Cooler Master Novatouch TKL) vinden we maar op enkele toetsenborden terug – momenteel zul je ze zelfs in het buitenland moeten bestellen, als je een Topre-toetsenbord wil.

Capacitieve schakelaars maken gebruik van hetzelfde effect dat bijvoorbeeld het aanraakscherm in je telefoon laat reageren op inputs: een verandering in elektrische geleiding. In mechanische toetsenborden heeft die te maken met de nabijheid van een stukje metaal in de schakelaar ten opzichte van een tweede metalen plaatje op het pcb, waardoor de elektrische capaciteit in condensatoren op het pcb verandert. Naar mate de metalen plaatjes zich dichterbij elkaar bevinden is er minder spanning nodig om daarin dezelfde lading op te slaan, en die verandering wordt gemeten om te bepalen wanneer een toets is ingedrukt.

Unieke feedback voor de liefhebber

Topre-switches zijn ongetwijfeld de bekendste capacitieve schakelaars die nu verkrijgbaar zijn. De Japanse fabrikant is überhaupt één van de weinige die een dergelijke schakelaar produceert. De Topre-switch maakt gebruik van een ander voordeel van de capacitieve techniek: de twee metalen gedeeltes mogen gescheiden zijn door een ander materiaal. Topre-switches hebben zodoende een unieke constructie bestaande uit een rubberen bol met daarbovenop een metalen veer, die echter geen feedback levert zoals bij een regulier mechanisch toetsenbord, maar alleen bedoeld is voor het registreren van de input. Wanneer de bol wordt ingedrukt, wordt ook het metaal ingedrukt richting het pcb. Hoewel de Topre-schakelaar met zijn unieke feedback een schare fans heeft, zijn sommigen er juist helemaal niet van gecharmeerd. Ontegenzeggelijk nadeel is dat de schakelaars erg duur zijn en slechts in weinig toetsenborden worden geleverd.


Leopold’s PT-schakelaars vormen een nieuw alternatief voor Topre.

Deze Computex presenteerde het Koreaanse Leopold zijn eigen capacitieve switches, die in tegenstelling tot de switches van I-Rocks een ander ontwerp hebben dan het voorbeeld van Topre. Al langer was Leopold overigens een van de weinige fabrikanten die Topre-toetsenborden produceerde. De ‘Positive Tactile’-switches moeten een alternatief vormen voor wie een ander gevoel van aanslag prefereert. Het ‘Foam and foil’-ontwerp heeft in tegenstelling tot de Topre-schakelaars een vlak metalen plaatje in het plastic gedeelte onder de steel, met daaronder een gedeelte zacht foam. Bij het indrukken van de switch wordt de aanslag geregistreerd op het moment dat het foam tegen het pcb aankomt. Over de rest van de travel tot en met de bottom-out is de weerstand vervolgens een stuk hoger. Tot en met de actuatie wordt de feedback net als bij veel andere switches geleverd door een veer, die zich echter extern van de behuizing bevindt. Daardoor kun je hem makkelijk vervangen als je een andere aanslag prefereert.


De Nederlandse student Kayle Knops ontwikkelde een manier om Cherry MX-schakelaars te voorzien van analoge functionaliteit.

Het zal je ondertussen duidelijk zijn dat makers van capacitieve switches zich nu en in de nabije toekomst vooral richten op de niche van liefhebbers en typisten, die heel erg zijn gesteld op een bepaald gevoel van aanslag. Functionaliteit voor gaming, zoals het erg snel reageren op aanslagen of het analoog registreren van de aanslag van de toets, kom je praktijk nog niet tegen op een capacitief toetsenbord, ook al is de techniek daar in principe wel voor geschikt. De heren van Wooting bleken op Computex echter niet de enige Nederlanders die een toetsenbordrevolutie willen ontketenen. De startup was zo aardig ook de vinding van de Eindhovense student Kayle Knops onder de aandacht te brengen: een mogelijkheid om ‘klassieke’ Cherry MX-switches te voorzien van analoge functionaliteit, door te meten hoever de veer in de schakelaar is ingedrukt. Dat vertoont raakvlakken met de manier waarop een Topre-toetsenbord werkt, al meet Knops de verandering in inductie, niet die in de elektrische capaciteit. Verder verloopt de registratie standaard nog middels klassieke metalen contacten, zoals bij een Aimpad-toetsenbord. Met zijn prototype, een testbordje met acht toetsen, won Knops begin dit jaar een innovatieprijs van ASML, al zal het nog wel even duren voordat de techniek daadwerkelijk in een toetsenbord wordt geïmplementeerd.

Conclusie

Cherry MX groeide de afgelopen twee decennia uit tot dé switch voor mechanische toetsenborden. Zelfs nadat het patent in 2014 verliep, bleef de techniek achter de meeste mechanische toetsenborden gebaseerd op het ontwerp uit midden jaren ’80 – alleen dan nagemaakt door Chinese fabrikanten als Kailh, Gateron en Outemu.

Diverse fabrikanten, liefhebbers en uitvinders zijn echter druk bezig om switches te introduceren op basis van andere werkingsprincipes. Volledig nieuw zijn die strikt genomen niet. Natuurkundige eigenschappen als het Hall-effect of elektrische capaciteit zijn lang en breed bekend en ook de toepassing om die te gebruiken om een knopdruk te registreren, zien we veel vaker. In het verleden verschenen zelfs al de nodige toetsenborden op basis van die technieken. De komst van het goedkoper te produceren Cherry MX-ontwerp, dat voor de meeste doeleinden nog altijd prima voldoet en voldoende betrouwbaar werkt, betekende destijds echter dat deze duurdere alternatieven naar de marge werden verdreven – net als mechanische toetsenborden op basis van MX-schakelaars op hun beurt ooit werden verdrongen door veel goedkoper te produceren toetsenborden met rubberen dome-schakelaars of scissor switches.

Inmiddels is het mechanische toetsenbord weer helemaal terug op de consumentenmarkt, nu gepositioneerd als een luxer en hoogwaardiger alternatief voor een rubber dome-toetsenbord. De prijs van MX-gebaseerde toetsenborden is afgenomen, waardoor er ruimte is gekomen voor een iets duurder alternatief, zodat het prijsargument nu minder in het nadeel werkt van andersoortige mechanische switches. Ondertussen is elektronica de afgelopen twintig jaar kleiner en veel goedkoper geworden, waardoor manieren om aanslagen te registreren die eens te duur of onpraktisch waren, veel goedkoper kunnen worden geïmplementeerd. Daarbij is er een schare van enthousiastelingen en knutselaars rondom het fenomeen ‘mechanisch toetsenbord’ ontstaan, die de weg naar Chinese fabrieken en toeleveranciers vindt om het bedachte te produceren – en de weg naar sites als Kickstarter om het aan de man te brengen. Ook meer gevestigde makers van mechanische toetsenborden hebben er in het drukke speelveld van tegenwoordig belang bij om een voordeel te veroveren op hun concurrent. Unieke switches die anders werken dan de gevestigde kunnen die meerwaarde leveren – of ze ook in de praktijk een verbetering zijn, dat zoeken wij uiteraard uit wanneer de daadwerkelijke producten ons testlab bereiken.

0
*