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Dec 01. 2024
키보드 스위치의 포스 커브를 읽는 방법
기계식 스위치의 그래프 파악하기(Force graph)
기계식 키보드의 스위치 사양을 파악하는 방법으로 스위치 그래프(Force graph)가 언급되곤 합니다.
본문은 해당 그래프에서 알 수 있는 포스 커브에 대한 내용으로, 원작자의 동의를 얻어서 번역하였습니다.
일본어를 기계 번역하고 표현이 어색한 부분은 직접 의역했지만 오역이 많습니다.
수정이 필요한 부분은 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다.
- 원문: https://kgnwsknt-chef.hatenablog.com/entry/2023/07/06/223801
https://x.com/kgnwsknt_chef/status/1862427801389047984기계식 키보드의 스위치는 정말 많은 종류가 있습니다. 그 스위치의 느낌을 시각화한 것이 포스 커브입니다.
여기에서는 기본적인 포스 커브를 읽는 방법과, 다양한 스위치의 포스 커브 측정으로부터 얻은 의견을 더해서 글로 정리해 봤습니다.
포스 커브의 기본
포스 커브는 다음과 같은 그래프이며 스위치의 특징을 나타내는 것입니다.
기본적인 파라미터로서 아래와 같은 항목이 있습니다.
Total travel (바닥 치기까지의 누름 길이)
Pre-travel / Actuation point (입력점까지의 누름 길이)
Bottom out force / Actuation force (바닥 타격시 하중, 입력점에서의 하중)
택타일 곡선의 형태 (스위치의 구분감)
부르는 방법은 여러 가지 있습니다만, 위의 것을 알고 있으면 다른 말이 사용되고 있어도 대체로 알 수 있다고 생각합니다. point/force 등은 수치만으로 표시할 수 있으며 스위치 판매 페이지에 기재되어 있습니다. Travel을 하중은 0부터 하고 있습니다만, 최초의 거의 90도에서 일어나고 있는 부분은 포함할지 어떨지, 그 근처의 제대로 된 정의가 없습니다.
pre-travel이 짧은 것은 스피드 스위치입니다. 스피드 스위치에 대해서는 살리실산씨(サリチル酸さん)가 최근에 알기 쉬운 비교를 올렸습니다.
: https://salicylic-acid3.hatenablog.com/entry/switches-review-3
포스 커브는 택타일 스위치의 특징을 나타내는데 유용합니다.
위의 기본 파라미터 중 스위치의 클릭감은 문자나 수치로 설명하기가 어렵기 때문입니다.
아래는 예로 Cherry MX Brown과 Duroc Koala의 힘 곡선을 보여줍니다. Cherry MX Brown은 상대적으로 구분감이 약한 스위치입니다. 그에 대해 구분감이 강한 Duroc Koala에서는, 포스 곡선의 택타일의 산의 크기에 그것이 나타나고 있습니다.
만지지 않은 스위치라도 포스 커브를 통해서 실물의 감촉에서 어느 정도 상상할 수 있습니다.
※ 다만 클릭 스위치를 측정한 자료가 없습니다.
위 내용과 아래를 알면 더 포스 커브를 깊이 읽을 수 있다고 생각합니다.
스위치에는 개체 차이가 있습니다.
스위치는 비록 같은 종류라도 실은 개체 차이가 다소 있습니다. 확실히 알 수는 없지만, 개체마다 차이가 있다는 것은 기억해야 합니다. Aqua king 스위치는, 출시한 무렵에는 개체 차이가 많은 스위치였습니다. (최근에는 어떨지는 모릅니다). 그 개체 차이를 조사한 내용은 아래의 그래프입니다.
Everglide Aqua King Switch (55g)리니어 스위치지만, 개체에 따라서는 택타일처럼 산이 있는 포스 커브도 존재합니다.
이 스위치는 특히 개체 차이가 크지만 포스 커브 측정을 할 때, 개체 차이를 고려하여 여러 개체를 조사하면 보다 신뢰성이 높은 데이터가 됩니다. 다만, 확실한 데이터로서 나타낸 자료는 본 적이 없고, 제가 스스로 포스 커브를 측정할 때는 언제나 게을러집니다. 궁극의 타건감을 목표로 한다면, 포스 커브 측정으로 개체 차이를 확인하고 스위치의 선정을 하면 좋을지도 모릅니다.
리니어(선형) 스위치의 매끄러움 (*부드러움)
리니어 스위치의 포스 커브는 거의 모두 같은 형태이므로, 측정해도 그다지 재미가 없다고 생각하고 있습니다. 그러나 잘 생각해 보면 포스 커브에서 부드러움을 읽을 수 있습니다.
마찰이 전혀 없는 궁극적으로 매끄러운 스위치가 있는 경우, 포스 커브는 아래 그림과 같이 되어야 합니다.
<마찰이 없는 경우의 리니어 스위치의 포스 커브>파란색은 스위치를 누르는 상황, 빨간색은 복귀하는 경우를 나타냅니다.
포스 커브의 하중의 측정은 정적으로 행해졌을 경우에 힘을 맞추는 것으로 생각합니다. 어느 거리 X만 스템을 아래로 내리는데 필요한 힘 F는 "훅의 법칙(F=-kx)"에 따라 스프링이 자연 길이에서 줄어든 길이 x에 비례합니다. 그 때문에, 바닥 치는 위치까지는 직선적으로 하중이 커집니다. 이것이 리니어(선형) 스위치라고 불리는 이유라고 생각합니다. (*훅의 법칙에 대해서는 위키백과의 내용을 첨부합니다.)
: https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%9B%85%EC%9D%98_%EB%B2%95%EC%B9%99
마찰이 전혀 없는 경우, 힘의 맞물림을 취하기 위해 스템을 아래로 누르는 힘은 스프링의 수축량, 즉 스템의 위치만으로 정해져야 합니다. 그래서 스템이 아래로 내릴 때(파랑)와 위로 올라갈 때(빨강)는 그림과 같이 포스 커브의 그래프상에서 같은 경로를 따라갑니다.
한층 더 세세하게 관찰해 봅시다.
스프링은 스위치 안에서 조금 줄어든 상태로 장착되어 있습니다.
직선 부분의 기울기 k는 스프링의 경도에 의해 결정됩니다.
하지만, 실제로 리니어 스위치의 포스 커브를 측정해 보면 위의 그래프와 달리 아래 그림과 같이 됩니다.
누르는 길이가 짧은 곳에서 스템를 내릴 때(청색)와 위로 돌아갈 때(적색)로 선이 일치하지 않습니다.
이건 왜 이럴까요? 사실, 스템과 판스프링 부분과 하우징 사이에 마찰이 있습니다.
아래 그림은 스위치의 스템를 밀어 내릴 때(누를 때)와 위로 돌아갈 때(복귀)의 힘의 모습을 보여줍니다.
* (왼쪽) 스템를 누를 때 <-> (오른쪽) 스템이 복귀할 때스위치를 누르면 아래에서 스프링이 스템(슬라이더)을 누르는 힘 이외에 마찰력이 위쪽으로 작동합니다.
반면 스템이 위로 돌아갈 때 마찰력은 역방향입니다.
이 때문에 실제의 포스 커브에서는 스템의 위치가 같아도 누르기와 복귀의 하중이 다릅니다. 마찰이 클수록 이 갭이 커집니다. 반대로 말하면, 누르기와 복귀의 차이가 적을수록 마찰이 없는 매끄러운 스위치라고 할 수 있습니다. 실제로 이것을 확인한 것이 아래 그림에서 스위치 한 개체를 크라이톡스로 윤활하기 전후로 측정한 포스 커브의 비교입니다. (Krytox GPL205g0)
누르기(파란색)와 복귀(적색) 선 사이의 간격은 윤활이 되면 격차가 좁아집니다.
윤활하면 스위치가 매끄럽게 되는 것은 체감으로 알 수 있지만, 이것은 포스 곡선 전반부에서의 누르기(파랑)와 복귀(빨강)의 선의 간격이 좁아져 있는 것으로 표현되고 있습니다.
더 관찰하면, 포스 커브는 전반과 후반에서 변화하고 있음을 알 수 있습니다.
포스 커브의 후반 부분에서는 전반과 달리 누르기가 복귀가 일치합니다. 이것은 마찰이 거의 없다는 것을 나타냅니다. 그렇다면 왜 전반과 후반에 차이가 있을까요?
스위치를 분해하여 잘 관찰해 보면 다음을 알 수 있습니다.
스위치의 전극(접점부)은 리프 스프링 구조(판스프링)를 가진 전극과 그것과 접촉하는 또 다른 전극이 있습니다. 스템을 제거해 보면, 리프 스프링 전극은 수축된 상태로 하우징에 가라앉아 있어서, 열리는 방향으로 힘이 가해져 있고, 또 하나의 전극과 접촉한 상태가 됩니다.
(줄기는 스템을, 리프 스프링은 판스프링을 의미합니다.)스위치를 조립하고 스템이 위쪽에 있는 상태에서는 스템의 팔이 판스프링 전극을 수평 방향으로 누른 상태가 되어, 이것에 의해 2개의 전극의 접점이 떨어진 상태가 되어 있습니다. 스템을 아래로 누르면 수평으로 누르는 힘이 줄어들고, 판스프링 전극이 열리고 궁극적으로 다른 전극과 접촉합니다. 또한 스템을 아래로 누르면 (아마도) 판스프링과 스템의 팔이 떨어져서 접촉하지 않습니다
(아래 링크의 그림 2는 매우 이해하기 쉽습니다)영문에 익숙하시다면, 아래의 글을 추천하고 싶습니다.
: https://www.theremingoat.com/blog/beginners-guide
