Beam spring switch đang mở ra một cánh cửa mới cho bàn phím cơ?

Nằm trong một trong số các ứng viên sáng giá được xem là sẽ mở cánh cửa Doraemon thần kỳ mới cho thế hệ bàn phím cơ tương lai, nhưng thật sự Beam spring switch là gì và có những khác biệt, ưu điểm nào so với dòng switch cơ học truyền thống hiện tại. Chúng ta cùng xem trong bài này nhé. Keystone Beam Spring Analog Switches — Kono Store Đầu tiên, quan trọng nhất, phải nói rõ là: các switch beam spring không tương thích với PCB đang dùng switch Cherry MX. Nghĩa là: nếu đam mê beam spring đủ lớn, yêu cảm giác gõ của em nó đủ thì sẽ đánh đổi với việc mua một chiếc bàn phím cơ mới về xài hoặc tự ráp một bàn phím hoàn toàn mới.

Beam spring switch là gì?

Beam spring switch là kiểu lò xo có nguồn gốc từ các bàn phím cơ nguyên mẫu của IBM (từ những năm 1970). Switch dạng này có cấu tạo đặc biệt hơn switch cơ hoc truyền thống ở chỗ: lò xo nằm phía trong switch có chùm (beam) hoặc phẳng (flat). Khi có tác động lực, lò xo này cong lên ở đầu còn lại và bật ngược lên để nhấn vào một đầu kia của lò xo. Sự đảo ngược của lò xo tạo ra cảm giác bấm, âm thanh đặc trưng và kích hoạt cơ chế chuyển đổi điện dung giúp máy nhận được tín hiệu bấm phím. Plate spring Animation

Nhà sản xuất

IBM

Phát minh bởi

John Robert Wolfram và Richard Hunter Harris

Loại switch

Clicky

Dùng công nghệ

Điện dung

Tuổi thọ

> 100M

Lực truyền động tối đa

55 cN

Số hiệu bằng sáng chế

GB1363777 (ca. 1972) US4274752 (1979)

Chi tiết thiết kế bên trong và cơ chế vận hành của beam spring switch cổ điển từ IBM

Switch beam spring IBM dùng cơ chế tiếp xúc điện dung. Trong đó PCB hai lớp (được gọi là pad card) sẽ được phủ một lớp cách điện. Lớp dưới của pad card có một tiếp điểm tương ứng với mỗi phím trên bàn phím, tất cả tiếp điểm này được nối với một bộ tạo dao động (oscillator). Lớp trên của pad card có hai điểm tiếp xúc cho mỗi phím. Tiếp điểm #1 nằm trên tiếp điểm của lớp dưới, tiếp điểm #2 nằm bên cạnh được gắn với cảm biến. Ở dưới cùng của beam spring switch là một fly plate, miếng nhựa dẫn điện nằm trên đỉnh của pad card và nằm trên cả hai tiếp điểm của lớp trên. Bộ tạo dao động (oscillator) sẽ truyền tín hiệu về cho toàn bộ cấu trúc các lớp và các tiếp điểm. Lúc này sẽ có 3 tụ điện được hình thành: một là ở giữa các tiếp điểm ở mặt sau của pad card, hai là ở ngay sau tụ điện số một, ba là ngay phía trên tụ điện một. Trong đó mức điện dung giữa tiếp điểm trên và ngay dưới nó là một hằng số, được dùng làm baseline cho cảm biến.
Mặt trước của pad card gắn vào back plate
Mặt sau của pad card

Hai đầu của fly plate là hai thanh kim loại. Mỗi thanh có một khe ở đầu. Khi kim loại được kéo căng sẽ tạo thành dạng một cánh tay như hình cánh quạt với điểm tụ ở giữa nên được gọi là beam spring.
Điểm giữa này được gắn vào một pittong. Khi ta nhấm phím, sẽ tạo áp lực lên điểm giữa của lò xo, đẩy căng các thanh kim loại. Và lò xo đang ở hình chùm sẽ trở thành dạng hình chữ U, và tạo lực kéo fly plate lên. Hai chiếc đinh bên trong housing của switch sẽ tạo thành hai điểm giới hạn cho quãng đường truyền động của switch.
Pittong cũng có một vòng đệm cao su xung quanh để hấp thụ lực nhấn và giảm tiếng ồn cho switch khi keycap chạm đáy.

Key module và fly plate
Mặt trên của key module nhìn vào sẽ thấy rõ hình dạng của fly plate. Khi khoảng cách giữa fly plate và các tiếp điểm bên trên thay đổi, mức điện dung sẽ thay đổi theo. Cơ chế cảm biến dựa trên thay đổi của mức điện dung để phát hiện các chuyển động của fly plate và máy nhận tín hiệu. Cùng xem lại ngắn gọn cơ chế vận hành của beam spring switch do IBM làm ra https://youtu.be/gFYoh5VcZvg Khi thiết kế độc đáo hiệu quả này của IBM ra đời, chiếc bàn phím đầu tiên ứng dụng thành công vào công nghiệp và tác nghiệp hàng ngày của cá nhân là bàn phím Selectrics.
IBM Mag Card II Tuy còn rất nhiều hạn chế như kích cỡ cồng kềnh, một khi dùng thì phải kéo theo nguyên cả hệ máy đánh chữ đi cùng, sử dụng phức tạp… nhưng các bàn phím cơ thế hệ này đã làm ra nền tảng cho thế hệ beam spring switch hiện đại sau này.

Vì sao bàn phím cơ dùng Beam spring switch luôn được chú ý mãi tới bây giờ?

Những bàn phím cơ dùng beam spring swtich như này vừa đắt, vừa hiếm lại vừa được quý như vàng.

Cảm giác clicky rất đặc biệt của dòng switch này không ai có thể chối từ và hoặc thay thế được.
Bàn phím dùng beam spring switch luôn được thiết kế với kiểu dáng retro mang tính thẩm mỹ cao, được trau chuốt tỉ mỉ từ cái khuôn bên ngoài tới từng keycap dày cui chất lượng bên trên.
Chất lượng built siêu tốt dẫn đến giá thành lên đến khi một hay vài nghìn đô một em. Nên có được một chiếc bàn phím cơ beam spring switch luôn là niềm ao ước và tự hào của dân chơi bàn phím cơ thứ thiệt.
Độ hiếm của nó. Chưa nói tới phần công nghệ của switch liệu có mở đường cho tương lai hay không, nhưng với kiểu dáng, cơ cấu vận hành này thì số lượng switch beam spring hiện đang khá hiếm và kéo theo bàn phím cơ dùng switch dạng này cũng rất hiếm.

Nhưng vì sao Beam spring switch lại tuyệt vời và được “ngưỡng mộ” tới vậy?

Ở đây mình sẽ tua tới thời hiện đại, nói nhiều hơn về các dòng beam spring switch đang có trên thị trường. Cũng dựa trên nền tảng công nghệ cảm biến điện dung của IBM hồi đó, nhưng về chất liệu, công nghệ và hình dáng đã có nhiều cải tiến đáng kể. Trước hết hãy xem qua đồ thị Force Curve của một dòng beam spring switch nổi tiếng nhất hiện nay: Input Club Silo Beam spring switch để xem cách nó vận hành và các thông số đặc tính thế nào nhé: Input Club SILO Beam PROTOTYPE

Kiểu switch clicky beam spring
Hoạt động dựa trên hiệu ứng cảm biến điện dung HAll effect (Có tuổi thọ hơn 100 triệu lần bấm)
Dùng mount Stem Cherry MX
Plate — 14mm x 14mm hình vuông cut-out
SMD LED (hỗ trợ luôn cả Dual LED)
Phần housing chống bụi
PCB Mounting không tiếp xúc

Silo Beam Spring Labeled Graph Quay trở lại nhìn vào sơ đồ, mình sẽ thấy có hai đoạn đường đi quan trọng nhất với một beam spring switch: Đường đi 1/ Lực tăng lên nhưng tăng theo tốc độ đường cong parabol. Đường đi 2/ Một khi lực không còn tăng nữa (là lúc điện trở của chùm tia đạt cực đại) thì đường đi của lực sẽ bị đảo ngược đi kèm là một lượng năng lượng dự trữ được giải phóng ra (dưới dạng âm thanh). Chính sự quay đầu đột ngột này sẽ mang đến độ xúc giác sắc nét, rõ ràng và rất đặc trưng của loại switch này. Nói qua một tí về các switch cơ truyền thống khác và beam spring switch để hiểu rõ hơn về cảm giác gõ.

Ở linear switch truyền thống: loại nào cần lực bấm nhiều hơn thì tương ứng có nhiều chuyển động hơn và không gây ra bất kỳ xúc giác nào kể cả khi phím chạm đáy.
Ở tacticle switch xúc giác sẽ rất rõ ràng, nhưng lực bấm phân phối ở các điểm cũng không đều nhau. Và cùng lúc với cảm giác “tăng” khi xúc giác xuất hiện cũng là khi đầu ngón tay bạn sẽ nhận được một phản lực tương đương. Lực này cộng với ma sát trên suốt đoạn đường của stem trong switch sẽ gây ra một thứ cảm giác na ná như cảm giác bị khựng lại một chút khi bấm phím.

Nhưng với beam spring switch thì cảm giác bấm phím sẽ nhẹ, mượt và tinh tế hơn rất nhiều. Nguyên nhân chính là vì nó dùng kiểu tacticle force dropoff. Nghĩa là khi tới điểm tạo xúc giác, thay vì lực tiếp tục đi lên như ở switch cơ học, ở beam spring lực sẽ đi xuống hẳn, vừa tạo cảm giác dễ bấm phím hơn, không có phản lực trên đầu ngón tay và cũng không có ma sát dọc đường đi nữa. Cảm giác êm mượt là super. Một điểm cộng khác nữa của beam spring switch là hiệu ứng âm thanh do giải phóng năng lượng dự trữ suốt hành trình của lò xo (gọi là kiểu clicky). Âm thanh vừa phải, dễ nghe, rất đặc biệt và không quá đanh lại như kiểu clicky truyền thống. Anh em nên coi đoạn clip này, so sánh tiếng phát ra khi bấm phím dùng switch Silo Beam vs Kailh BOX White, Kailh Blue và Kailh BOX Navy. https://youtu.be/8ZM—XYPrRg

Về Silo beam spring switch, đỉnh cao của công nghệ

Silo beam spring switch khi vừa ra mắt đã gây xôn xao giới công nghệ. Không chỉ vì lịch sử ra đời hơi bị phức tạp mà còn vì những mới lạ mà nó mang lại cho bàn phím cơ. Silo switch là thành quả tổng hợp từ hai dự án nghiên cứu lớn của Input Club:

Dự án #1: thiết kế Analog input Hall effect switch
Dự án #2: hiện đại hóa beam spring switch từ IBM và làm nó tương thích với kích thước của Cherry MX switch

Trong đó dự án #1 đã làm ra các switch đầu tiên dùng HAll effect để thiết kế Analog input cho tốc độ nhập liệu nhanh bằng với tốc độ xử lý của máy tính hiện đại. Nhưng còn dự án #2 con đường chinh phục kết quả gặp nhiều khó khăn. Khó khăn đầu tiên là ở kích cỡ. Switch Beam spring đầu tiên của IBM nguyên bản có kích cỡ rất lớn so với switch cơ hiện tại. IBM đã phải thiết kế switch với chiều cao ngất ngưỡng để chứa được hai lò xo khác nhau (một coil spring và một beam spring). Giải pháp Input Club đưa ra là: click sẽ tách biệt hoàn toàn với kỹ thuật cảm biến. Nhưng khác với các switch cơ thông thường, switch Silo sẽ điều chỉnh được các điểm kích hoạt khác nhau và hủy kích hoạt qua trường cảm biến Hall. Ví dụ: nếu kích hoạt ở điểm 2,2mm và hủy kích hoạt ở 0.8mm thì ta sẽ phải bấm 1,4mm x 2 = 2,8mm để double tap. Chính kiểu hoạt động này đã mang đến ưu thế lớn cho Silo switch, đặc biệt khi dùng để chơi game tốc độ nhanh hay gõ máy tốc ký. Model of Beam Spring Khó khăn tiếp theo chính là về sự tương thích với keycap. Keycap hiện nay hầu như không có kích thước chuẩn, nhưng đa phần đều được thiết kế để dùng với switch Cherry MX, loại switch phổ biến bậc nhất hiện giờ. Cải tiến beam spring switch cũng phải đi kèm với yêu cầu tương thích với các keycap đang có trên thị trường. Thử thách cuối cùng chính là tương thích với đèn LED. Vì nhiều tình huống khác nhau mà người dùng buộc phải cần tới hệ đèn LED cho bàn phím cơ của mình. Silo đã thành công trong việc cải tiến để có thể vừa dùng switch beam spring vừa có thể dùng chung với LED. Kết quả cuối cùng là Silo beam spring switch đã cải tiến rõ rệt gọn nhẹ, nhỏ nhắn và hoạt động trơn tru hơn nhiều so với phiên bản gốc của IBM. Nhưng còn một dấu chấm hỏi vẫn còn để đó về sự tương thích với bảng mạch dùng Cherry switch. Nên cho đến hôm nay, một khi đã dùng Silo switch nghĩa là bạn phải dùng một bàn phím cơ hoàn toàn khác cái đang có ở nhà.

Nhưng đổi lại bạn sẽ có được những tố chất ưu việt từ beam spring switch

Chính vì chế độ clicky và xúc giác hoàn toàn tách biệt với điểm truyền động nên kiểu switch này cho phép người dùng có thể tùy chỉnh điểm truyền động phù hợp với mình.
Cơ chế linear hoạt động cực kỳ hiệu quả, không có bất cứ sự va chạm vật lý nào phía trong beam spring switch nên cảm giác gõ là siêu mềm nhẹ
Không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như độ ẩm, nhiệt độ, bụi bẩn, nước… vì vậy mà tuổi thọ của beam spring switch lên tới 100 triệu lần bấm, vượt xa các switch cơ học bình thường.
Với beam spring switch việc swap switch sẽ vô cùng đơn giản và dễ dàng. Còn nhớ với switch cơ học thì dù phải hàn hay không hàn thì việc đổi switch khá vất vả, bạn sẽ phải gắn từng switch vào bảng mạch đúng, chỉ cần chọn bảng mạch sai thì mọi thứ đi toong. Nhưng với beam spring thì không, đã là mold dùng switch kiểu này thì hiệu nào cũng có thể gắn vô nhẹ nhàng.

Nếu suy đi nghĩ lại xong và cuối cùng, những ưu điểm trên vượt mặt khuyết điểm lớn nhất duy nhất của dòng switch beam spring (là không tương thích với bàn phím cơ Cherry MX switch) thì còn chờ gì mà không chuẩn bị tiền để mua một em về. Trải nghiệm mới đầy hay ho đang đợi anh em đó!