机械键盘现在已经不总是那么"机械"了。
过去六年间，配备光学、霍尔效应及其他"非接触式"开关的键盘变得越来越普遍，其售价往往高于传统机械键盘——而传统机械键盘本身的价格就已高于基础薄膜键盘。作为回报，这些新型开关承诺带来一些理论上的优势，尤其是对游戏玩家而言。但在日常使用中，这些差异其实相当细微。
那么，你究竟在为什么付费？本文将深入解析最新开关的工作原理，探讨非接触式设计为何日益流行，以及它们的优势与劣势真正体现在何处。
传统机械开关的工作原理
首先，让我们回顾一下传统机械开关内部按键按下时发生的过程。
如下方Cherry MX Brown开关示意图所示，标准机械开关内部有两片形状不同的金属簇叶——即"十字接点"，较大簇叶的顶部向远离较小簇叶的方向弯曲。
当按下一个机械开关时，其塑料轴柱会向键盘PCB方向移动，缠绕在轴柱上的弹簧随之压缩。松开按键时，弹簧舒展，将轴柱推回原位。
开关处于静止状态时，塑料轴柱上突出的部分会阻止两片簇叶接触。轴柱下移时，该突出部分随之移动，使簇叶能够接触并闭合键盘PCB上的电路，从而向键盘微控制器发送信号，告知计算机进行了哪种输入。
但由于机械开关依赖内部组件的物理接触来工作，随着时间推移，它们可能会发生性能退化。
为何需要新型开关？
本文介绍的开关与传统机械开关的区别在于，它们不通过两片金属簇叶的接触来记录输入——因此被称为"非接触式"。制造商常声称非接触式开关比常规开关寿命更长，且不易受氧化或腐蚀影响，而机械开关长期使用后可能会受到这些问题困扰。
但要延长键盘寿命，还有其他因素需要考量。非接触式开关需要特定的PCB，这类PCB比标准机械开关所用的PCB更为少见。虽然热插拔功能可以通过方便更换损坏按键或切换开关来延长键盘使用寿命，但支持非接触式开关的热插拔PCB，以及同时支持非接触式开关和热插拔功能的预装键盘，都更难找到。
一些新款标准机械开关，包括部分额定寿命达1亿次按键的Cherry MX2A系列开关，其使用寿命可与非接触式开关相当。如果耐用性是你的首要考量，非接触式开关仍值得考虑，但务必将其额定参数与标准开关进行比较。
一些用户和公司声称，由于没有金属簇叶接触，非接触式开关按压和回弹时手感更顺滑。但开关的其他部件，如弹簧和轴柱，也可能产生摩擦。我曾偶尔注意到某些非接触式开关手感更顺滑（后文会详述），但一些高端标准开关，尤其是经过适当润滑处理的，手感也可以极为顺滑。
如果你想要手感最佳的开关，不要仅仅着眼于其是机械式还是通过光束或磁场工作。开关的规格参数、力曲线和材质等因素，对手感的影响可能更大。
可自定义触发点
许多非接触式开关具有可自定义触发点的功能，这是传统机械开关无法实现的。如果你希望某些按键手感更硬或更轻（例如我更喜欢空格键手感更硬一些），或希望按键响应更灵活，又或是需要模拟输入，这一功能会很有用。
但软件可能无法准确反映开关的实际触发点。评测网站RTINGs测试了11个品牌的14款支持可调触发点的键盘，发现每款键盘的按键实际触发距离都与应用程序中设置的数值不同。虽然这种差异仅为毫米级的零头，但如果你考虑购买非接触式开关以实现可自定义触发点，这一点值得留意。
一些配备非接触式开关的键盘走得更远，允许用户将一次按键设置为对应两次输入。例如，你可以设置按下0.5毫米时输入"A"，再按下0.5毫米时输入"B"。
一些配备非接触式开关的键盘还支持模拟输入，让键盘能够检测开关被按下的具体深度并相应调整输入内容，为玩家提供类似摇杆的操作体验。传统机械键盘不支持模拟输入。
游戏方面的优势
非接触式开关变得日益普遍，很大程度上源于其对游戏玩家的潜在吸引力。厂商常声称配备非接触式开关的键盘比传统机械键盘输入响应更快，主要原因是这类开关不需要防抖处理。
防抖延迟是指机械键盘上按键被按下到键盘将该按键识别为有效输入之间的时间差。标准开关需要这个延迟，因为其金属簇叶在按键接触瞬间可能会快速反复弹跳。防抖处理确保键盘微控制器不会将这些弹跳误判为额外输入（否则按一次"a"键可能会输出类似"aaaa"的结果）。键盘固件通常负责处理防抖，但FPGA等硬件也可以完成这项工作。
大多数人从未注意到防抖延迟的存在，制造商也很少公开键盘的防抖延迟时长，不过键盘爱好者常提到常见数值在5毫秒到20毫秒之间。Cherry表示其部分MX2A系列开关的防抖处理耗时"不足1毫秒"。此外，键盘制造商有时会设置超出必要时长的防抖时间，以补偿开关随时间推移产生的性能退化。
但键盘延迟，即从你开始按下按键到屏幕上显示该按键输入之间的时间，取决于不止传感技术这一个因素。其他因素还包括按键的行程时间、触发时间以及键盘的轮询率。举例来说，一款配备全高光学开关、无线轮询率为133Hz的蓝牙键盘，其延迟仍会高于一款配备低矮开关、通过有线连接、轮询率达8000Hz的传统机械键盘。
再次强调，对许多人来说，上述这些差异都无关紧要。主要是职业游戏选手才需要超低延迟的键盘，而且前提是他们已经在GPU、CPU和显示器等更关键的环节上降低了延迟。
此外，由于非接触式开关主打游戏玩家市场，其线性开关的选择远比段落感或段落声开关更为丰富。
光学开关
光学开关依靠红外（IR）光束来触发，于2016年首次出现在消费级键盘上。
不同制造商的光学开关工作方式有所差异，但总体而言，每个开关内部都有一束光，按下开关时光束方向会发生改变。这会导致光束照射到或停止照射到专用的光电传感器上，从而记录输入。开关因弹簧复位时，光束会回到原来的位置。
大多数光学开关依靠集成在键盘PCB上的红外光源和传感器。
雷蛇（Razer）发言人告诉我："在雷蛇光学开关和模拟光学开关中，红外发射器和传感器均安装在键盘PCB上，开关轴柱则充当光路的'快门'。这种基于PCB的设计在各代产品中保持一致。真正演变的是精确的定位、组件和固件处理方式——这些进步使我们的模拟开关能够实现可调触发点、快速触发（Rapid Trigger）以及全行程距离追踪等功能，而不仅仅是简单的开/关检测。"
光学开关比传统机械开关更快吗？
销售光学开关的公司常声称其比传统开关更快。由于光学开关不需要防抖处理，从技术角度而言这一说法确实成立。而PC游戏外设公司常将光学开关与高轮询率搭配，进一步宣称实现超低延迟。
但普通人在用光学键盘打字写邮件时，真的能察觉到输入速度的提升吗？几乎不可能。
可获得性
支持热插拔的预装光学键盘非常少见。而且你无法将光学开关安装到为传统机械开关设计的热插拔键盘中。
我向雷蛇发言人询问，光学开关的设计是否使雷蛇的光学键盘无法实现热插拔。该发言人辩称，由于光学开关不像传统机械开关那样容易发生性能退化，用户随着时间推移并不需要更换它们。但这个论点谈的是耐用性，而非可定制性。
雷蛇代表告诉我："虽然开关本身并非焊接固定，但键盘被设计为固定组装结构，以保持实现一致、精准性能所需的精确对位。"
电容式静电开关
电容式静电（EC）机械键盘与传统机械键盘有所不同，但它们与该技术的起源依然紧密相连。
IBM的Model F键盘——最早且最具影响力的机械键盘之一——采用电容式PCB，搭配其著名的弯簧（buckling spring）开关。弯簧开关被按下时，连接在弹簧底部的电容触片会被向前推动。这改变了其下方两个电容片之间的电容值，从而记录输入。
在如今的EC键盘中，每个开关都有一个导电元件。开关被按下时，导电元件随之靠近PCB上的电容传感片，两者之间的电容值会随距离缩短而增大。
如今的EC键盘，包括新款非IBM的"Model F"键盘和Topre键盘，均采用电容感应式PCB，但开关设计各有不同。
Topre开关
Topre开关是最知名、也最昂贵的EC开关之一。Topre键盘因其"厚实"（thocky）音效而受到好评：声音干净、柔和、沉闷且清晰独特，不会出现杂音或清脆的敲击声（前提是搭配无异响的高品质稳定器）。
我使用过的Type-S Topre静音静电电容开关，在按压和回弹的整个行程中都异常顺滑，让每一次按键的每个环节都给人以可预期、有把控的感觉。
Topre键盘在所谓的"机械键盘"中颇为独特，因其工作原理与橡胶圆顶薄膜键盘相似。本文提到的其他开关，其按压时的阻力均来自开关的弹簧；而Topre开关的阻力则来自橡胶圆顶。
关于Topre开关工作原理的更多细节，可见于Topre公司1986年的专利文件（PDF）：
该键盘开关配备绝缘基板、铺设于绝缘基板上的第一电极、由锥形螺旋弹簧构成且与第一电极相对的第二电极、设置在第一电极上的介电材料、位于第二电极顶部的按键，以及设置在按键与第二电极之间的橡胶帽——该橡胶帽的作用是在按键被按下且开关电容超过给定值时，为操作者提供"咔哒"手感。电容值随相对面积的变化而变化，该面积变化幅度与按键按下的深度基本呈正比。该开关通过电容耦合实现切换操作，当电容超过给定值时，操作者会获得"咔哒"手感。
EC开关外观并不总是与常规机械开关有明显差异。例如Varmilo和NiZ的EC开关，其轴柱均为Cherry MX风格的十字形，塑料外壳也类似。NiZ的EC开关采用锥形弹簧和橡胶圆顶，并未采用金属簇叶，这与Topre开关相同。但Varmilo的EC开关外观与标准机械开关相似，甚至也有金属簇叶（这些簇叶从不接触彼此；它们的作用是产生可变电容，电容值随两者间距变化而改变）。
霍尔效应开关
霍尔效应开关基于美国物理学家埃德温·霍尔于1879年提出的霍尔效应原理。简而言之，如果将磁铁靠近导体中流动的电流，电流中的电子会被推向导体的一侧。这会在导体两端产生一个与电流方向垂直的微小电压。
1968年，霍尼韦尔（Honeywell）制造出首款配备霍尔效应传感器的键盘。当然，由于其他类型键盘的生产成本更低，霍尔效应键盘在之后数十年间一直处于边缘位置。霍尔效应传感器在90年代开始复兴——世嘉（Sega）在其土星（Saturn）和梦幻机（Dreamcast）游戏主机手柄中采用了该传感器，使其获得了耐用性强、抗摇杆漂移的良好声誉，这也是Switch 2用户希望任天堂能够效仿的特点。
凭借这一声誉，霍尔效应传感器在2010年代逐渐在键盘DIY爱好者中流行起来，并于2021年首次出现在预装游戏键盘中，起始产品为Wooting的Two HE。
每个霍尔效应开关的轴柱内部都装有一块磁铁。按下开关会使磁铁靠近键盘的PCB，而PCB上为每个按键都配备了一个霍尔效应传感器。每个传感器内含一个导电的半导体元件。随着开关的磁铁靠近其专属传感器，变化的磁场会改变传感器半导体元件两端产生的电压。当键盘的微控制器检测到某个传感器的电压发生变化时，便会记录输入。
霍尔效应键盘的组装
与组装标准开关或其他类型非接触式开关的键盘相比，组装霍尔效应开关键盘涉及一些更复杂的细微差别。
你甚至可能发现，某款支持热插拔的霍尔效应键盘、键盘套件或键盘PCB，与你手中的霍尔效应开关并不兼容。霍尔效应开关有3针和5针两种规格，而且开关磁铁的极性必须与PCB传感器相匹配，否则按下开关可能无法触发其下方的传感器。
此外，霍尔效应开关有不同的磁通量范围（通常以高斯为单位），用于标示该开关所支持的最小和最大磁场强度。这一点对部分用户而言十分重要，尤其是那些希望键盘能检测极轻按压的用户。磁通量范围越宽的开关，能支持的模拟输入范围也越大。
因此，一家公司生产的霍尔效应键盘可能采用N极朝向的磁铁，磁通量范围为120到750高斯；而另一家公司的产品则可能采用S极朝向的磁铁，磁通量范围为102到905高斯。互换这两款键盘的开关可能会导致兼容性问题，因为一款键盘的传感器或固件可能不支持新开关的磁通量范围。
磁通量和极性参数很难找到，因为目前尚无统一的磁通量测量标准，而且许多用户并不寻求或需要这类信息。Monsgeek是少数提供开关磁通量参数的公司之一，该公司告诉我："大多数普通用户不需要关心磁通量数值，但对于喜欢精细调整触发距离、快速触发或整体开关手感的爱好者来说，这些参数会很有帮助，能让键盘更易于定制。"
Keychron则不为其磁性开关提供磁通量参数，该公司首席运营官Paul Tan告诉我，这是因为磁通量"属于磁性开关的内部工程参数，并非面向用户的性能指标"。
Tan表示，Keychron的键盘固件和配套启动程序会针对每个开关校准磁传感器，因此"无论磁场强度存在微小差异，用户体验到的性能都是一致的"。
TMR开关
TMR键盘于2024年开始面市，其宣传卖点是采用比机械、光学和霍尔效应键盘更先进的感应技术。与霍尔效应开关类似，隧道磁阻（TMR）开关也使用磁铁，但TMR键盘的PCB采用了不同类型的传感器。
TMR传感器具有两层由薄膜磁性材料制成的铁磁层。其中一层的磁化方向是固定的，而另一层的磁化方向在磁铁靠近时会发生变化。两层之间由一层更薄的绝缘层隔开。
按下TMR开关时，其轴柱内的磁铁会移向PCB上专属的TMR传感器。这会改变两个铁磁层的磁化排列方向，进而改变电子穿过绝缘层的难易程度（这是一种被称为隧道磁阻的量子现象），并改变传感器的电阻值。当这种电阻变化发生时，传感器会产生电信号，键盘的微控制器会将其记录为一次输入。
霍尔效应键盘与TMR键盘的对比
总体而言，TMR传感器比霍尔效应传感器功耗更低。这可能使得同等规格下，TMR键盘的续航时间比霍尔效应键盘更长。但电池容量、灯光效果等其他因素，同样会影响无线键盘在需要充电前能使用的时长。
峰值灵敏度越高，意味着键盘传感器对开关磁铁位置变化所引起的磁场变化产生的电信号响应越大。TMR键盘的峰值灵敏度可以高于霍尔效应键盘，因为TMR传感器在响应按键引起的磁场变化时能产生更大的电信号。
更高的峰值灵敏度让传感器能够检测到微小的移动变化，例如可以让你以0.01毫米的增量来设置开关的触发点，而不是更常见的0.1毫米增量。这种精细定制水平在TMR键盘中更为常见，但在优质霍尔效应键盘中也能实现。不过需要注意的是，根据RTINGs的测试，软件通常无法准确显示键盘的实际触发点，尽管差异幅度很小，难以察觉。
事实上，一些霍尔效应键盘的峰值灵敏度比某些TMR键盘更高。传感器本身及其布局位置、键盘的轮询率和固件等其他因素，都会影响键盘的峰值灵敏度。在极少数情况下，电磁噪声或外部磁场可能导致磁性开关键盘在其他电子设备附近出现异常表现，如下方视频所示。
霍尔效应传感器的信噪比通常低于TMR传感器，因此前者常需依赖信号放大处理。由于TMR传感器能提供更强的信号和更好的信噪比，其受电磁噪声干扰的程度往往低于霍尔效应键盘。
价格与可获得性
TMR键盘问世时间较短，且晶圆和封装成本通常更高，因此与同等规格的霍尔效应键盘相比，TMR键盘价格往往更贵，而且产品种类也较少。此外，TMR开关、PCB和裸装套件较难找到，这使得组装TMR键盘比组装霍尔效应、EC或光学键盘更为棘手。
目前存在既能用于TMR键盘、也能用于霍尔效应键盘的磁性开关，也有同时支持TMR和霍尔效应开关的键盘。此外还有少量热插拔键盘，既支持磁性开关，也支持传统机械开关，后者在TMR键盘中比在霍尔效应键盘中更为常见。
Monsgeek的代表解释道：
由于霍尔效应和TMR开关的工作原理所限，霍尔传感器必须与开关内部的磁铁直接对齐，才能确保性能正常。这要求传感器必须固定在PCB上的某个位置，这使得在不产生干扰的情况下实现机械热插拔插座变得十分困难。
一些公司曾将TMR键盘宣传为霍尔效应键盘。考虑到TMR相对于霍尔效应能提供的优势，这种做法似乎有些违反直觉。在9月份发布的一篇博客文章中，Keychron表示其之所以在TMR键盘名称中加入"HE"标签，是因为"早期TMR技术并不广为人知。使用键盘行业中更广为人知的'HE'磁性标签，有助于市场更快理解我们采用磁性开关的键盘——尽管我们的核心技术一直都是Keychron自主研发的。"
电感式开关
首批电感式开关消费级键盘于去年发布。Ducky和Epomaker分别推出了相关键盘产品，主打卖点是面向追求模拟输入、且希望功耗低于霍尔效应键盘的游戏玩家。电感式键盘可能比霍尔效应键盘和TMR键盘功耗更低，因为它们不需要为每个按键配备专属传感器，不过其他因素同样会影响续航表现。此外，由于电感式开关本身不含磁铁，它们通常也更不容易受到其他设备磁场的干扰。
每个电感式开关都配备一个导电金属致动器，通常呈锥形，按下开关时会向键盘PCB方向下降。随着锥形部件靠近PCB，它最终会进入并扰动PCB上线圈产生的电磁场。这会产生涡流，根据楞次定律，涡流会增大线圈的有效电感值。PCB上的传感器会检测到线圈电感值的变化，从而使键盘记录下一次输入。
一些制造商，如Cherry，还声称电感式开关键盘能提供更高的精度，包括在模拟输入方面的精度。但由于电感式开关键盘问世时间较短，这一说法目前仍难以验证。例如，在测试One X键盘后，RTINGs报告称："其精度表现令人印象深刻，但并未超越目前某些性能最顶尖的霍尔效应键盘。"
可获得性
目前似乎只有Cherry、凯华（Kailh）和Unionwell在生产电感式开关。Aesco也表示其通过与Unionwell和凯华的合作生产电感式开关。目前似乎只有凯华单独销售开关产品，这意味着大多数电感式开关只能通过预装键盘获得。
目前，包括Ducky、Aesco、Aula、Epomaker、黑鲨（Black Shark）、DAREU和血手幽灵（Redragon）等少数公司在销售电感式键盘。DIY选项则更为罕见。
Q&A
Q1：霍尔效应开关和TMR开关有什么区别？
A：两者都使用磁铁来检测按键位置，但传感器原理不同。TMR传感器通常功耗更低、峰值灵敏度更高、信噪比更好，抗电磁干扰能力更强；而霍尔效应传感器信噪比较低，常需依赖信号放大，TMR键盘价格通常也更高。
Q2：非接触式开关键盘真的比传统机械键盘输入更快吗？
A：从技术角度看，非接触式开关因不需要防抖处理，理论上响应更快，但这种差异通常只有专业电竞选手才能察觉。日常打字或办公使用中，普通人几乎无法感知这种速度差异。
Q3：购买支持热插拔的非接触式开关键盘需要注意什么？
A：需要注意开关的针数（3针或5针）、磁铁极性以及磁通量范围是否与PCB传感器兼容，否则可能导致按键无法正常触发。此外，支持热插拔的非接触式开关键盘本身也相对少见。
