作者kevingamer (WannabeKai)
看板Key_Mou_Pad
标题Re: [闲聊] 影响键盘声音的主因?
时间Fri Jan 13 00:40:47 2023
感谢kai950415分享的Keybored YT影片,因为自己看这种影片时会习惯作下笔记,所以整理完就顺便丢上来了。
影片中纯粹叙述各种常见材质、设计与改造等对敲击键盘时声音的影响,每个人对於键盘声音的喜好也有所不同,没有任何对每个人都完美的键盘声音。
以下只是我一个非理科出身的人对这部影片的理解,若有翻译或学术用语不精确的问题,请见谅。
统整自:
https://youtu.be/G8DRJc7Q0BY
---------------随便的分隔线---------------
●首先,先来了解所谓Clack与Thock的声音震波为何。
https://imgur.com/DhpuTvE
高频率震波(Clack)传播速度快、波长短、穿透力低;
低频率震波(Thock)传播速度慢、波长长、穿透力高。
一般人类的耳朵对1000~4000Hz的声音最敏感。
补充:传播速度这边有点争议,不同环境、情况下频率是能影响到波速的,详情看推文区,但老实说传播速度在这里根本不重要...
●以介质来分键盘声音的种类:
1. Air-borne 空气传播的震动
https://imgur.com/zokUZX7
理论上会比Structure-borne sound「先听到」的声音,直接透过空气传播。
.轴体音:按下键轴引发触动时,轴体本身的轴柱与轴壳撞击产生的震动,当然也有弹簧本身的摩擦声。这是最主要的空气传播震动来源。
.空腔音:轴体的震动透过固体传到键盘内没有塞满的空间内来回震荡後传出来的震动声。
2. Structure-borne 固体结构传播的震动
https://imgur.com/o1Od71w
每个震动会传播到的固体介质,只要传播过去的能量足够引起该介质震动,就会使该介质以自己的「自然频率/特徵频率」震动,之後再透过空气传播至人耳。(严格说来,轴体自己撞击的声音也应该算是固体音吧?)
力量从轴体按下,经过定位板、PCB、外壳引起各介质震动,因此震动周遭空气,再传播至人耳。
●外壳、定位板与PCB的材料:
这里影响最大的,是各个材质的两大特徵:质量与刚度。
.质量:
F=MA,因此在打字力道(F)不变的情况下,固体介质的质量(M)愈大、加速度(A)愈小。这就是为何许多好的客制化键盘外壳重量都不轻的原因,质量大就代表引起的震动小,产生的声音自然小。
https://imgur.com/9gQ0KSa
当然,这里实际上传播到外壳的力道也与设计结构(Mounting Style)有关,等下会在结构设计中提到。
.刚度:
P=kδ,P是力,k是刚度,δ是形变量。
A×Y=kL,A是截面积,Y是杨式模量(形变难易度),L是该元素的长度。
这道理和吉他一样,愈粗的弦由於质量高、自然频率愈低,但弦调得愈紧、刚度愈高,产生的声音频率也愈高。
一般来说,PCB的材质要更改较困难,因此这里我们会把重点放在定位板上。
https://imgur.com/YHbO6GF
常见的定位板材质中,从形变最难到最容易为:
钢 > 碳纤维 > 铜 > 铝 > FR4玻璃纤维 > POM塑钢 > PC,
愈难形变产生的声音频率愈高。当然这是在「质量相同」的情况下,因此接下来在固定体积的情况下,将透过各材质密度换算出质量、再与刚度一起综合比较。
https://imgur.com/gK9TKCm
你看,这边结果就和上面单纯只看形变容易度完全不同了,在同样的体积下,定位板的比刚度(Specific Stiffness)排序为:
碳纤维 > 钢 > 铝 > 铜 > FR4玻璃纤维 > POM塑钢 > PC。
排序变动如此之大的主要原因是材质重量,同体积下碳纤维太轻、铜太重是主要原因。
注意这些因素尚需与其他要素综合考量,不是碳纤维板就一定高频音、PC板就一定是闷闷的低音。
●结构设计:
.PCB与外壳的独立性:
使用Gasket或影片中提到的"妖怪猫Gummy O-Ring Mount”结构的键盘,会有更多「轴体、定位板、PCB」的声音,传到外壳的力道减少,声音会更乾净、更clacky。此时外壳重量的重要性就相对低,大多与外壳相关的声音会转为直接透过空气传播的空腔音。
https://imgur.com/cG6rW6e
.开放式/封闭式外壳:
封闭式(没开洞)的键盘,就像鼓一样会把声音集中困在键盘内部,以音响来说就是bass音较重,会强调中、低音;开放式(有开洞)的键盘,比较没有闷声但还是会有比较小的bass音,能清楚听到键盘内部的声音,通常低频音较不明显。
.有无开槽的PCB:
有些PCB有开槽(也许是为了Q弹手感?),这会使透过空气传播的声音(Air-borne sound)增加,产生的声波会更高频、清脆。
.稀疏波(Air compression and rarefaction on opposite side):
以音响为例,若是拿掉音箱、只剩下将电流转换为震动的扬声器,产生的声音会变得非常小,因为当扬声器压缩其正前方的空气产生声波时,也造成其後方空气的密度变低、产生吸力,两方抵销後声音自然变小。这也是为何音响总是得接着一个封闭箱子、使其中一边空气的收缩受限才能大声的原因。
现在把PCB想像成扬声器,若PCB两面都接触空气,就能透过稀疏波原理让震动时两面的声波相互抵销。透过这个方式抵销的声波多是低频音。
●Modding:
以上部分为键盘套键本身常见的声音影响因素,接下来讨论常见的「键盘改造 Mod」。
.PE塑胶泡棉:
根据菲律宾San Carlos大学研究团队,PE泡棉会反射400~1000Hz与1600~2000Hz的震波,吸收1000~1600Hz的震波。
https://imgur.com/PcJw734
https://imgur.com/KVJLg14
https://imgur.com/33GEFDN
总的来说,PE泡棉会吸收人耳所听到的「中阶音(500~2000Hz)」中部分震波,更强调键盘震动中的低音。
.消音棉(Wedge Foam):
https://imgur.com/91ba5kI
这边的消音棉指的是「低密度、中间有空洞的软材料」,有空洞的材料容易让声音穿透,主要是针对透过空气传播的震动(Air-borne sound)。期间透过摩擦将部分震波转换成热能,愈厚、密度愈高的泡棉能滤除愈低的声音频率。
https://imgur.com/S9ti9Lh
图表中能看到,1000Hz以上的声波,基本上用上2英寸的消音棉就很够了,而频率低的音波由於穿透力强,需要更多消音棉才能吸收。
.实心填料:
这边指的是「高密度、中间没有空洞的软材料」,例如矽胶、软垫、丁基橡胶(Butyl Rubber,好像是绝缘橡胶?),这样的材料能让震动不容易穿透,可以直接吸收震波、让外壳等材料较不容易以自然频率震动。主要是针对透过固体介质传播的震动(Structure-borne sound)。
因此,若是你的键盘敲起来很空洞、像在打低沉的鼓,就用低密度的消音棉;若是敲起来很清脆、像在打铁,就用高密度的实心填料。没有任何一个材料能适用所有状况,因此应该先听现有的声音、决定想要减少的声音频率再作应变。
如果不知道哪种材料是低密度、哪种是高密度,对着材料吹气,若能感觉到吹出的气被挡回来,那就是高密度材料。
---------------分隔线---------------
这里补充几个我自己有看到的mod,aka DIY调教方式,可以用於调整声量、频率用。
●轴底钻洞mod (有把轴弄坏的风险)
https://youtu.be/ahShvBMoMWk?t=213
简单说就是把个别轴体由「封闭式」转为「开放式」,影片中听起来声音频率、声压级(分贝)皆有所降低。
但老实说,最好还是不要自己钻...谁知道会钻坏或钻裂什麽。
●O-Ring mod (阉割版Gasket)
https://youtu.be/BAih24YcsIY?t=540
把O-Ring套在键盘套件的各个支撑点上,如PCB与外壳之间、PCB与定位板之间等,直接减少力道的传导,触感应该也能更Q弹。
注意别弄太厚或栓太紧,否则键盘可能叠不回去或挤爆O-Ring。
●各种胶带mod
一般来说都是贴在PCB板的後方,用意是反弹、吸收PCB的震动,减少空腔音与外壳震动。
个人觉得基本上就是矽胶垫的简易版本,能使用「正规材质」当然最好,不过考虑到价格、运费、取得容易性、兼容性等,tape mod有时有不小的优势。
这边要特别注意的是,胶带本身「绝对要绝缘」,短路了就好玩了,光是要检查哪些线该换就是大工程。
.纸胶带 (就是铅笔写得上去的那种)
https://imgur.com/N1U33sn
很受欢迎的mod方式,加上相对於其他胶带黏性较低,维修时移除方便;个人认为算是中、低密度材料,也就是滤除尖锐高频音的部分。国外很多人形容这个方式会使声音变poppy。老实说imo听起来差异没那麽大,也许是贴不够多层?
有不少人用过密度更低的胶带—如医疗用的透气绷带—做实验,但同样厚度下效果都没有纸胶带好。
.双面泡棉胶带
https://imgur.com/sBoSyyC
中、低密度材料,有点厚,基本上可以当作nerf版的消音棉,能滤除尖锐高频音与减少空腔音。注意价格有点贵…贴完一个键盘,大概会花掉整捆。
.含有聚乙烯的胶带,如:
Scotch胶带 (书店常见的那个有点贵的胶带):
https://imgur.com/N9n81Ik
最大好处和纸胶带一样,因为有做过特殊处理(详细的不清楚,但Scotch tape由4层物质组成,其中一层是release agent,让胶带撕下後不会留下残胶),维修时移除方便;高密度材料,能吸收与反射震波、让其他材料不容易以自然频率震动,能更乾净、更纯粹的听到轴体、定位板(如果有)、PCB的声音。
包装用胶带 (透明的那种,没颜色的):
https://imgur.com/fbraaVv
因为黏性较高,之後移除会比较不方便,但因为厚度较薄,有时比较方便调整厚度。基本上和Scotch tape差不多,高密度材料、能吸收震波,声音更乾净。
防水布胶带 (Duct Tape):
https://imgur.com/10A9wez
相对於上面的几种聚乙烯胶带,Duct Tape会更直接的把震波反射回来,吸收的震波较少,声音乾净的同时,有时反而会让整把键盘听起来更吵,就像是在PCB下面多加了一层塑胶壳一样。
声音比较:
https://youtu.be/uClHfz3FaP8?t=1198
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总之,如果要把键盘当乐器的话,先想想自己喜欢高频还是低频音,挑选相对应的材质、设计,真的拿到手了敲下去还是不爽,再来想想能够怎麽改,才能滤掉自己不喜欢的声音频率。
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老实说我是直接翻,我觉得这边可能有点误解(不是指翻译上的)
https://imgur.com/VUCjtvP
V=λf,频率f愈高、波长λ愈低,同一个介质中,声波的波速V应该是一样的,
但若以介质中个别粒子震荡时的移动速度来看,的确是频率愈高、一定时间内移动距离愈大、震荡速度愈快;
或是影片中是指声波在不同介质间转换的波速?这方面我就不太懂了,我只是个对理科比较有兴趣的文组...
补充:
https://youtu.be/pir_muTzYM8?t=224
原来同个介质中频率还真的可以影响波速,也许应该要看假设与因素?这边只要波浪的wave base(波浪最高与最低点的差距)小於水的深度,频率愈低的波浪反而传播得愈快
Keybored的影片这里讲得含含糊糊的,假设也不清楚,到底是流体还是固体中的传播速度?我自己猜是空气流体啦...但老实说传播速度在这根本没那麽重要,把键盘当乐器的都只在意声音大小、高低音而已
※ 编辑: kevingamer (36.228.229.52 台湾), 01/16/2023 10:18:05
※ 编辑: kevingamer (36.228.229.52 台湾), 01/16/2023 10:23:05
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※ 编辑: kevingamer (36.228.205.70 台湾), 01/20/2023 20:17:53
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