출처 :?https://raptor-hw.net/xe/?mid=computing&page=3&document_srl=35440
러버돔 멤브레인 작동방식 (작동기 - 러버돔)
아무래도 현재 가장 대중적인 키보드 작동방식을 꼽으라면 뭐니뭐니해도 러버돔 멤브레인 방식을 떠올릴 수 있을 것이다. 이른바 멤브레인 방식이라 통칭되는 이러한 키보드의 정확한 방식명은 러버돔 작동기/멤브레인 스위치 방식으로 단순히 멤브레인이라 불리는 것은 신호접점을 구성하는 얇은 필름을 의미하는 것이다. (결국 올바른 표현이 아니라는 것이다. 그 이유는 뒤에 설명하겠다.)?
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앞서 잠시 기술했지만 키보드는 키탑과 작동기, 슬라이더, 접점, 기판, 프로세서, 하우징으로 구성된다고 하였는데 사실 작동기와 슬라이더, 접점은 각 키보드마다 별도로 구분되거나 또는 세가지 요소가 하나의 키를 구성하는 경우도 있다.?
일반적으로 멤브레인 키보드라 불리는 제품들은 대부분 이 요소들이 모두 분리되어 있는 경우가 많은데 러버돔의 경우 요새는 키보드의 배열에 맞게 일체형으로 구성되는 경우도 있지만 간혹 각 키별로 러버돔이 개별적으로 존재하는 경우도 있다. 하지만 본 기사에서 사용된 러버돔 멤브레인 키보드들은 모두 일체형 러버돔 작동기를 사용하고 있으며 본 기사에 등장한 키보드들 중에서 가장 저가격대(약 4만원에서 7만원 수준)를 형성하는 제품들이다.
우선 러버돔 멤브레인 방식을 간단한 그림을 통해 알아보도록 하자.?
아래의 그림을 보면 일반적인 형태의 러버돔 멤브레인 키보드의 구조를 그려놓은 것이다. 키탑에 입력하중이 가해지면 슬라이더와 인접한 러버돔이 아래에 있는 멤브레인 시트에 위치한 두 신호접점을 접촉시켜 입력이 되었다는 것을 키보드 프로세서에 알려주게 된다.
일반적으로 러버돔 멤브레인 키보드의 경우 단순한 구조로 인해 생산원가가 적은 편이며 금속 부품이 거의 사용되지 않으므로 소음이 매우 적다는 특징을 가진다. 결국 키감을 결정하는 요소는 러버돔의 탄성과 품질, 내구성이라고 할 수 있는데 현재 대부분의 키보드들은 함성고무 재질의 러버돔을 많이 사용하는 편이다.(물론 고급 제품에는 천연고무가 사용되기도 한다.)?
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?러버돔 멤브레인 방식의 구조와 작동원리? | ? |
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기계식 작동방식 (작동기 - 개별 스프링 내장 스위치 박스)
많은 사람들이 세상에 키보드는 러버돔 멤브레인 방식과 기계식으로 구분된다고 믿고 있다. 물론 이것은 지극히 이분법적인 시각이지만 사실 그만큼 기계식 작동기를 가지는 키보드의 종류가 많다는 의미이기도 하다.
대부분의 사람들이 가지고 있는 키보드에 관련한 편견들이 '기계식은 시끄럽다' 또는 '타이핑시 소리가 나는 것은 모두 기계식이다' 라는 편견이다. 모두 소리에서 기인한 편견으로 동일한 편견으로 볼 수 있는데 결론부터 이야기 하자면 러버돔 멤브레인 방식만큼 조용한 기계식 키보드가 있는가 하면 기계식이 아니면서 기계식보다 더 시끄러운(딸깍거리는) 키보드도 존재한다.
일단 비기계식이면서 클리키한 키보드에 대한 설명은 이후에 하기로 하고 먼저 기계식 작동기의 구조와 이러한 작동기를 사용한 키보드들을 소개하도록 하겠다.
일반적으로 기계식 키보드는 러버돔 멤브레인 방식과 판이하게 다른 구조를 가지고 있다. 간단히 말하자면 각개 키 하나하나가 모두 독립적인 구조를 가지고 있는데 보통 슬라이더, 작동기, 금속제 지지판, 신호접점판이 하나의 스위치 박스의 형태로 일체화되어 PCB 기판에 위치하게 된다. 러버돔 작동기나 멤브레인 접점이 일체형으로 구성되어 모든 키를 담당하는 러버돔 멤브레인 방식과 비교하면 상당히 복잡하며 제조원가 또한 높을 수 밖에 없다.
키감 역시 작동기를 구성하는 지지판과 접점판의 형태에 따라 달라지는데 가장 많이 사용되는 체리의 작동기를 기준으로 일반적으로 딸깍하는 소리가 들리면?클릭방식(청색축), 키 누름시 걸리는 느낌은 있지만 딸깍 소리가 들리지 않으면?넌클릭방식(갈색축)이라 부른다. 이것 말고도 키 누름시 걸리는 느낌도 없고 소리도 들리지 않는(그냥 눌리기만 하는)?리니어방식(흑색축)의 작동기도 있다. 보통 구분감이 있으면서도 소음이 적은 넌클릭-갈색축 작동기 방식을 선호하는 편이며 쫀득한 키감 때문에 구분감이 없는 리니어-흑색축을 선호하는 이들도 적지 않다.
작동기는 체리 말고도 알프스, 후타바와 같은 곳에서도 만드는데 작동기의 외형적 차이가 있을뿐 전체적인 작동원리는 대부분 대동소이한 편이다.
?기계식 작동기 방식의 구조와 작동원리? | ? |
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버클링 스프링 작동방식 (작동기 - 스프링)
문방구에서 살 수 있는 모나미 볼펜을 열어보면 심지 안에 작은 용수철이 달려있는 것을 알 수 있다. 어렸을때 볼펜이 다 닳게되면 곧장 볼펜을 열어 용수철을 꺼내 그다지 재미없던 장난(?)을 쳐봤던 경험이 한두번쯤은 있을 것이다. (뭐..없으면 말고..) 다양한 경로를 통해 접했겠지만 용수철이라 함은 철사를 나선형 구조로 꼬아서 탄성을 가지게 한 물체로 볼펜 말고도 수많은 분야에 응용되곤 한다. 앞서 소개한 기계식 키보드들도 기본적으로 용수철의 특성에 의해 작동하는 특성을 가지는건 마찬가지이다.
그런데 이 용수철의 양끝에 압력을 가하다보면 수축이 진행되다가 어느 순간 옆으로 휘거나 튀는 것을 알 수 있을 것이다. 일반적으로 볼펜에 들어있는 것과 같은 종류의 용수철들은 압력을 받아 수축되었다가 용수철 자신이 가지고 있는 반발력에 의해 원상태로 돌아오는 성질을 가지고 있는데 용수철의 반발력을 넘어서는 압력이 가해질 경우 용수철이 휘게 되는 것이다. 이를 흔히 용수철의 좌굴(挫屈)현상이라 부르며 이러한 현상을 키보드의 작동기에 응용한 것이 IBM이 고안한 버클링 스프링 방식 키보드이다.
흔히들 많은 사람들이 버클링 스프링 키보드(대부분 모델 엠)를 보면 흔히들 소리만을 듣고는 이내 기계식이 아니냐는 질문을 하는데 사실 모델 엠은 기계식 키보드가 아니다. 물론 금속 스프링을 사용하고 구조적으로 기계식을 연상하는 부분으로 인해 기계식으로 봐야하는게 아니냐는 일각의 의견도 있지만 접점의 형태로 키보드를 구분하는 현재의 통념상 멤브레인 접점을 사용하는 모델 엠은 기계식이라는 기준에 함량미달이 될 수 있다. 더군다나 정전용량 스위치를 탑재했던 초창기 버클링 스프링 키보드인 모델 에프 5150이나 5170과 같은 제품의 존재를 알게되면 머릿속은 더 복잡해지게 된다.
그래서 결국 모델 엠이나 에프같은 키보드에 한해서는 접점이 아닌 작동기의 방식명을 따서 버클링 스프링 키보드라고 통칭하게 된다. 앞서도 잠깐 서술했지만 대부분의 버클링 스프링 키보드들은 체리 청색축을 능가하는 강력한(?) 클릭음(흔히 타자기에 비유하곤 한다.)을 가지는 경우가 많으며 전반적으로 키압이 높은 편(90년대 이후 렉스마크에서 생산된 모델 엠이 가장 높다.)이다.
?버클링 스프링 작동기 방식의 구조와 작동원리? | ? |
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?감압식 무접점 정전용량 스위치 작동방식 (작동기 - 러버돔)
이름도 길고 구조나 동작 형태라는 측면에서도 가장 복잡하고 또 가장 고가이며 또 가장 긴 수명을 가진 스위치 방식인데,. 무접점이라는 제목에서도 알 수 있듯 이 방식은 접점이라는 물리적인 방식이 아닌 정전용량이라는 전기적인 방식으로 입력여부를 판단하게 된다.
일반적인 키보드들은 물리적인 접점이 서로 접촉하면서 신호를 전달하는 과정을 행하는데 보통 1천만회(멤브레인 접점)에서 많게는 2천만회(금속 접점)의 작동을 보장하게 된다. 사실 이정도 수명이면 멤브레인 접점을 사용한 키보드라도 101개의 키를 모두 1천만회 타이핑 하려면 수년이 걸리게 된다. 사실 이 수년이라는 기간은 이론적인 것으로 실제 우리가 PC를 사용하는 시간이라는 기준을 잡게 되면 사실상 접점의 수명은 사용시간에 따라 수십년 단위까지도 오를 수 있다.?
하지만...키보드에 접점이 없다면??
먼저 접점이 없는데 무슨 수로 신호를 전달하는지부터 알아보자. 앞서 제목에 정전용량이라는 단어가 등장했는데 먼저 이것에 대해 알아볼 필요가 있다. 보통 전극 사이에 유전체(주로 플라스틱 필름과 같은 절연체를 많이 사용하는 편이다.)를 놓고 여기에 전기를 통하게 하면 각 전극에 전하라는 것이 축적되는데 이 전하가 축적되어 1단위 전위에 도달하는 양을 정전용량이라고 하며 보통 패럿(F)이라는 MKSA단위명으로 가늠한다. 그리고 이 전하를 축적하는 물건을 우린 캐패시터(콘덴서)라고 부르고 있다.
이 정전용량은 유전체의 유전율과 각 전극판의 면적과 간격 등의 요소에 따라 달라지게 된다. 정전용량 스위치는 전극판의 간격에 반비례 하여 늘거나(간격이 좁아질때) 줄어드는(간격이 늘어날??) 정전용량의 특성에 착안하여 만든 방식으로 고정전극이 아닌 가변전극을 통해 정전용량을 조절하고 일정 수준의 정전용량에 도달하면 이를 물리적 접점접촉과 동일하게 인식하는 것이다. 이러한 특성으로 인해 정전용량 스위치는 물리적인 접점 없이도 동일한 기능을 수행할 수 있으며 토프레의 발표에 의하면 이러한 스위치는 약 3천만회의 작동을 보증한다고 한다.?
리얼포스를 예로 들자면 키탑과 슬라이더가 위치하고 그 아래에 러버돔이 위치한다. 러버돔 안에는 원뿔 형태의 용수철이 들어가 있는데 여기서 러버돔이 작동기의 역할을 하고 용수철은 가변전극의 역할을 하게 된다. (결국 리얼포스도 일반 키보드와 같이 러버돔을 작동기로 쓰는 것이다.) 앞서 이야기 했듯 키에 타이핑 압력을 가하게 되면 용수철(가변전극)이 수축되면서 기판에 위치한 고정전극과의 간격이 줄어들게 된다. 결국 정전용량이 늘어나게 되는데 이것이 키 입력의 기준점이 되는 것이다.
현재 시장에서 구할 수 있는 정전용량 스위치 방식 키보드는 토프레에서 생산한 리얼포스 시리즈와 후지쯔(PFU)에서 토프레에서 핵심 부품을 OEM 공급 받아 생산하는 해피해킹(HHK) 키보드 시리즈 정도가 있다. IBM이 버클링 스프링 키보드의 초창기 모델(모델 에프가 이에 속한다.)에서 볼 수 있었지만 현재는 더 이상 생산되지 않고 있다.?
?정전용량 스위치 방식의 구조와 작동원리? | ? |
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펜타그래프 구조 (작동기 - 러버돔)
노트북의 특징은 무엇일까? 뭐니뭐니해도 얇다는 점과 노트북을 구성하는 부품들이 작아야 한다는 것이 특징일 것이다. 펜타그래프 구조는 이러한 노트북을 위해 태어난 구조로 앞서 소개한 키보드들에 비해 현저하게 얇아진다는 장점이 있다. 최근에는 일반 데스크탑PC에서도 사용 가능한 펜타그래프 키보드들이 다수 출시되어 있으며 얼마전 애플에서도 G5 키보드의 후속으로 이러한 형태의 슬림형 키보드를 출시하기도 하였다.?
?펜타그래프 키보드도 버클링 스프링 키보드와 유사하게 신호접점 방식이 아닌 구조명을 통해 분류된 키보드라고 할 수 있는데 전반적인 작동방식은 러버돔 멤브레인 키보드와 거의 동일하다. 단 차이점이 있다면 슬라이더라는 개념이 없고 대신 교차구조의 받침(이를 펜타그래프라고 부른다.)이 키탑을 보조하게 된다. 이것을 제외하면 러버돔 작동기를 사용한다는 점, 멤브레인 필름 상에 위치한 접점을 사용한다는 점은 완전히 동일하다.
키보드의 전체적인 높이를 줄일 수 있다는 장점은 있지만 이러한 특성으로 인해 키를 누를때 움직이는 거리(키 스트로크)가 줄어들어 타이핑감이 떨어지고 키간의 간격(키 피치)이 줄어들어 오타율이 높아진다는 단점이 생긴다. 물론 최근에는 여러가지 기술들의 등장으로 웬만한 데스크탑용 키보드 뺨치는 키감과 넓직한 키 피치를 가지는 펜타그래프 키보드가 등장하여 인기를 끌기도 하였다.?
?펜타그래프 방식의 구조와 작동원리? | ? |
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기타 구조
사실 앞서 소개한 5가지 방식 외에도 세상에는 다양한 종류의 키보드들이 존재한다. 우리가 비데나 세탁기 등에서 볼 수 있는 버튼(이것도 명칭은 멤브레인 방식이다.)이나 리모콘 등에서 볼 수 있는 버튼들도 엄밀히 따지면 키보드의 한 종류이다. 세상에 존재하는 모든 종류의 키보드를 소개하기는 불가능하므로 몇몇 알려진것에 한해 이미지를 통해 소개하도록 하겠다.?
?적외선 영상투영 방식 키보드? | ? |
?기어 방식의 슬라이더(기어 드라이브)를 가진 키보드? | ? |
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?모든 키탑에 OLED 디스플레이가 사용된 키보드? | ? |
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?용도에 따라 키셋을 교체할 수 있는 키보드? | ? |
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지금까지 키보드의 작동기와 구조 등에 따른 분류에 대해서 알아보았다. 현재 대부분의 키보드들이 러버돔 멤브레인, 펜타그래프 방식을 따르고 있는 편이며 기계식, 버클링 스프링과 정전용량 스위치 방식의 키보드들은 높은 가격과 희소성으로 인해 대중화와는 다소 거리가 먼 형태를 가지고 있는 것이 사실이다.?
하지만 최근들어 독일의 체리가 국내에 직접 진출하여 자사의 기계식 키보드들을 기존에 비해 저렴한 가격으로 유통하기 시작하였고 리얼포스와 같은 초고가형 키보드 역시 국내 정식 수입사를 통해 유통되고 있는 상황이다. 물론 현실적으로 모든 사람들이 키보드에 수만원, 수십만원씩 투자하길 바라는건 무리일 수도 있겠지만 앞으로 국내에서도 다양한 종류의 키보드들을 만날 수 있기를 고대해 본다.
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1526 | 24.07.1313:26 | 제로섬 | |
2513 | 24.07.1220:00 | 좌절금지 | |
2453 | 24.07.1021:01 | moongate | |
2562 | 24.07.0918:59 | 좌절금지 | |
2321 | 24.07.0611:51 | 좌절금지 | |
2174 | 24.07.0611:50 | 좌절금지 | |
1864 | 24.07.0419:05 | 슈퍼랩터 | |
1623 | 24.06.3019:11 | Stultus | |
5210 | 24.06.2813:29 | 좌절금지 | |
1610 | 24.06.2312:03 | jcher | |
2760 | 24.06.1916:20 | soullees | |
1375 | 24.06.1613:51 | jcher | |
1513 | 24.06.1314:19 | 잠퉁이 | |
1438 | 24.06.1105:04 | 잠퉁이 | |
1402 | 24.06.1419:11 | 오늘도부 | |
2682 | 24.06.0822:43 | 좌절금지 | |
1631 | 24.05.2716:23 | 잠퉁이 | |
2737 | 24.05.2523:00 | 모노구리 | |
1408 | 24.05.2414:53 | Bong9 | |
1361 | 24.05.2317:54 | Bong9 | |
1624 | 24.05.2019:32 | 네오꿈 | |
1371 | 24.05.1921:47 | 믜늬의릐희 | |
1497 | 24.05.1812:32 | 좌절금지 | |
1245 | 24.05.1521:40 | 잠퉁이 | |
1077 | 24.05.1719:36 | Stultus | |
1083 | 24.05.1500:39 | 잠퉁이 | |
1130 | 24.05.0815:19 | 네오꿈 | |
817 | 24.05.0722:43 | 뚜찌z | |
1830 | 24.05.0319:52 | hattog | |
1799 | 24.05.0307:44 | 대영이 | |
1439 | 24.05.0223:33 | 뚜찌z | |
1669 | 24.05.0210:26 | jcher | |
1830 | 24.05.0103:05 | 제로섬 | |
1818 | 24.04.3020:35 | 래니 | |
2916 | 24.04.2718:20 | 잠퉁이 | |
3406 | 24.04.2422:41 | 뚜찌z | |
1674 | 24.04.2213:16 | jcher | |
3793 | 24.04.2011:55 | junsun | |
4031 | 24.04.1721:09 | 뚜찌z | |
4094 | 24.04.1622:16 | 믜늬의릐희 | |
2386 | 24.04.1309:01 | nowsoftkt | |
3823 | 24.04.1103:07 | 잠퉁이 | |
3596 | 24.04.0714:59 | D다 | |
3484 | 24.04.0615:31 | 에드 | |
2646 | 24.04.0521:13 | 비트러브 | |
7918 | 24.04.0520:34 | 뚜찌z |
좋은 정보 감사합니다!! 확실히 알았네요