Phím cơ là gì?

Bàn phím cơ (Mechanical Keyboard) ngay từ cái tên gọi đã khiến chúng ta đoán được là bàn phím sử dụng các thành phần cơ học. Yếu tố cơ ám chỉ những chiếc công tắc (switch) nằm dưới mỗi phím bấm. Mỗi chiếc switch được cấu thành từ nhiều thành phần chuyển động, dùng lò xo để tạo đàn hồi và có 2 (hoặc nhiều) chân tiếp xúc bằng kim loại.

Cơ chế hoạt đông của phím cơ vẫn tương tự như những loại phím thông thường đó là khi một phím được nhấn xuống > 1 thành phần chuyển động sẽ đè lên lò xo > ép 2 chân tiếp xúc kim loại được chặp vào nhau > đóng mạch > tín hiệu được gởi đi cho biết phím đã được nhấn và khi nhả phím ra > lò xo phục hồi > phím trở lại vị trí ban đầu chuẩn bị cho lần nhấn tiếp theo. Bàn phím cơ có từ bao giờ? Có thể nói bàn phím cơ chính là hậu duệ của những chiếc máy đánh chữ. Vào những năm 1970, những chiếc bàn phím điện tử đầu tiên đã bắt đầu được phát triển, sản xuất và bán ra thị trường. Thời điểm này, bàn phím đều sử dụng công tắc đặt dưới mỗi phím bấm và mỗi công tắc nằm gọn trong một lỗ được khoét trong phần khung bằng kim loại. Những chiếc bàn phím lúc đó có giá bán từ 80 đến 120 USD và thường được dùng chủ yếu tại những trung tâm dữ liệu.

Loại công tắc phổ biến nhất được sử dụng lúc bấy giờ được gọi là công tắc lưỡi gà (reed switch) - một loại công tắc có thiết kế độc đáo với 2 miếng kim loại (lưỡi gà), dẻo đặt trong một viên nang bằng thủy tinh kín khí. Bình thường 2 miếng kim loại này sẽ nằm cách nhau 1 khoảng nhỏ nhưng khi có từ trường (từ một nam châm điện hoặc một nam châm vĩnh cửu) thì chúng sẽ chặp vào nhau, đóng kín mạch từ đó tín hiệu được gởi đi. Khi không còn tác động của từ trường, độ cứng của 2 miếng kim loại sẽ khiến chúng tách rời nhau ra, ngắt mạch điện.

Trên đây là một chiếc bàn phím có tên Бу4035000 Keyboard dùng reed switch do một công ty của Liên Xô cũ sản xuất. Bên dưới mạch phím là những chiếc switch lưỡi gà đặt dọc nhìn rất độc đáo. Vào giữa những năm 1970, những chiếc công tắc giá rẻ, tiếp xúc trực tiếp đã được giới thiệu nhưng tuổi thọ của chúng ngắn hơn (khoảng 10 triệu lần nhấn) bởi công tắc không còn nằm trong viên nang bằng thủy tinh kín khí nữa.

Đến năm 1978, Key Tronic Corp lần đầu tiên giới thiệu những chiếc bàn phím dùng công tắc điện dung gọi là foam & foil switch. Về cấu tạo, bên dưới mỗi phím bấm đơn giản là một miếng bọt xốp hình tròn với một tấm nhựa phủ Mylar dẫn điện đặt trên đầu công tắc . Bên dưới là một bảng mạch, trên bản mạch này có các mạch in hình bán nguyệt bao quanh mỗi điểm tiếp xúc tương ứng với mỗi phím. Khi phím được nhấn xuống, điện dung giữa đầu công tắc và mạch in trên bản mạch bên dưới thay đổi và thay đổi này được một mạch IC nhận biết, từ đó gởi tín hiệu đến máy tính.

Trong khi đó, IBM cũng phát triển những chiếc bàn phím dùng công tắc riêng, còn được gọi là công tắc lò xo oằn (buckling spring) và được IBM đăng ký sáng chế vào năm 1978. Đúng như tên gọi, bên trong mỗi công tắc là một chiếc lò xo và nó sẽ oằn khi phím bị nhấn xuống và kích hoạt một cái cò nhỏ nhấn vào 2 tấm nhựa hay màng có tính dẫn ép vào nhau, từ đó đóng mạch và gởi tín hiệu đi. Cơ chế hoạt động của loại công tắc này phát ra tiếng click và tạo cảm giác phản hồi vật lý khiến người gõ biết được khi nào phím được nhấn xuống.

IBM Model F là chiếc bàn phím đầu tiên dùng kiểu công tắc này được phát hành cùng với chiếc máy tính cá nhân IBM Personal Computer XT năm 1983. Đến năm 1984 thì IBM ra mắt Model M được thiết kế rất bền, nặng đến 1,8 kg, giá rẻ hơn và mỗi nắp phím (key cap) có thể tháo ra để vệ sinh được. Như vậy, có thể nói bàn phím cơ đã xuất hiện từ rất lâu trước đó. Trước khi công nghệ phím màng (membrane), phím vòm cao su (rubber dome) được phát minh vào cuối thập niên 80, đầu 90 và trở nên phổ biến cho đến tận ngày nay.

Sự tiến bộ về công nghệ, nhu cầu về độ mỏng, nhẹ tạo cơ hội cho phím membrane, rubber dome phổ biến

Nhắc đến sự khác biệt giữa phím cơ và phím màng hay vòm cao su thì 1 yêu tố chúng ta có thể nhận biết từ bên ngoài đó là kích thước và độ cao phím. Những chiếc bàn phím điện tử đầu tiên do được thiết kế mô phỏng bàn phím của máy đánh chữ nên chúng có hành trình phím (cự ly di chuyển của phím từ trạng thái ban đầu đến khi nhấn xuống hẳn) vào khoảng 4,75 mm, độ cao phím khoảng 12,7 mm và độ dày của bàn phím khoảng 5 cm. Trong khi đó, công nghệ phím rubber dome có hành trình tiêu chuẩn khoảng 3,5 - 4 mm và mỏng hơn rất nhiều

Những chiếc bàn phím cơ dùng công tắc cho mỗi phím nên có giá thành sản xuất cao và cùng với những cải tiến về công nghệ đổ khuôn, các nhà sản xuất đã có thể tạo ra những chiếc bàn phím với 1 mạch phím liền khối (monoblock) thay vì từng công tắc cho mỗi phím. Những tấm màng với mạch in rẻ tiền đã khiến hành trình phím được giảm thiểu đáng kể, từ đó khiến bàn phím trở nên mỏng hơn.

Đồng thời, công nghệ phím membrane hay rubber dome cũng sử dụng mạch điện tử để nhận biết tín hiệu phím thay vì công tắc, từ đó thiết kế bàn phím đã chuyển từ các thành phần cơ học sang màng giá rẻ và cùng với sự ra đời của kết cấu xương phím dạng cắt kéo (scissor) thì hành trình phím tiếp tục được giảm xuống còn 2 mm. Khi kết hợp giữa kết cấu cắt kéo và công nghệ phím rubber dome thì các nhà sản xuất đã tạo ra bàn phím được gọi là low-profile và được tích hợp trên laptop hoặc những chiếc bàn phím thiết kế mỏng mà chúng ta vẫn đang dùng ngày nay.

Vậy tại sao bàn phím cơ vẫn được phát triển?

Khi bàn phím membrane và rubber dome đồng loạt xuất hiện trên mọi chiếc máy tính từ laptop đến PC thì lúc này có 2 xu hướng. Trong khi nhiều người dùng đón nhận và cảm thấy hào hứng khi sử dụng những chiếc bàn phím có thiết kế nhỏ, mỏng và hành trình phím ngắn thì vẫn có nhiều người cảm thấy không thể từ bỏ tiếng click hay cảm giác tự tin khi nhấn trên những chiếc bàn phím cơ. Để đáp lại nhu cầu này, nhiều hãng như Cherry, Alps, Omron đã tiếp tục phát triển và sản xuất những chiếc bàn phím cơ dễ chế tạo hơn nhưng mang lại cảm giác gõ tương tự kiểu công tắc buckling spring trên IBM Model F, Model M.

Ban đầu những bàn phím cơ này hướng đến đối tượng là những người dùng đam mê muốn tìm lại cảm giác gõ nguyên bản, sau đó bàn phím cơ chuyển hướng đến đối tượng game thủ nhờ ưu điểm về độ chính xác với mỗi cú nhấn cũng như độ nhạy của công tắc cơ học và nhiều đối tượng khác như lập trình viên hay nhà phát triển phần mềm khi họ muốn giảm thiểu lỗi đánh máy cũng chính là giảm thiểu sai sót khi coding.

Bàn phím cơ và game lên ngôi

Cách đây khoảng 8 năm về trước, thị trường máy tính chơi game bắt đầu có sự thay đổi và nhiều công ty đã đồng loạt ra mắt những thiết bị ngoại vi dành riêng cho game, điển hình là chuột chơi game và những chiếc bàn phím rubberdome có thể lập trình được. Tuy nhiên, những chiếc bàn phím vòm cao su nhanh chóng lộ rõ những nhược điểm của nó khi chưa thể đáp ứng được nhu cầu chơi game cao cấp cũng như đối tượng người dùng game thủ chuyên nghiệp.

​

Những hãng chuyên làm phụ kiện gaming như SteelSeries, Razer, Logitech đã bước chân vào thị trường phím cơ từ rất sớm. Vào thời điểm 2004, SteelSeries đã ra mắt chiếc phím cơ chuyên dùng cho game thủ đầu tiên với tên gọi SteelKeys 6G dùng Cherry MX Black. Sau đó đến lượt Razer với dòng phím BlackWidow ra mắt vào mùa thu năm 2010 dùng Cherry MX switch và tiếp theo sau là Logitech G710+ vào năm 2012 dùng Cherry MX Brown và còn nhiều hãng khác nữa. Thị trường này cứ như thế tăng trưởng chậm nhưng ổn định và chỉ thật sự bùng nổ trong vài ba năm gần đây. Kể từ những chiếc bàn phím cơ chuyên game đầu tiên, các hãng sản xuất đã liên tục cải tiến và bổ sung những tính năng mới, chẳng hạn như việc tích hợp hệ thống đèn backlit nhằm tối ưu trải nghiệm chơi game trong đêm, hệ thống phím macro, từ LED đơn sắc sang RGB nhiều màu ...

Sự bùng nổ của phím cơ chuyên game bắt nguồn từ sự tăng trưởng mạnh mẽ của loại hình thể thao điện tử eSports. Từ chục năm trước, đã có rất nhiều người chơi điện tử chuyên nghiệp mà giờ đây chúng ta có thể gọi là game thủ. Họ thường sử dụng bán phím cơ do trải nghiệm, độ chính xác cao với từng thao tác. Họ không thể dùng những loại bàn phím màng cao su thông thường bởi chúng thường bị "gối" phím và sót phím khi bấm cùng lúc nhiều phím (combo) và thao tác nhanh. Bàn phím cơ trong khi đó có tính năng N-key Rollover (N-KRO) tức mọi phím khi bạn nhấn xuống đều được máy tính nhận diện được. Với những thế mạnh này, bàn phím cơ trở thành một thứ vũ khí của game thủ chuyên nghiệp và cùng với tầm phủ sóng và sức lan toả lớn của các giải đấu game chuyên nghiệp như Dota2, LoL, bàn phím cơ được người dùng trên thế giới biết đến nhiều hơn.

Những ưu điểm của phím cơ so với phím membrane, rubber dome:

Do sử dụng cơ chế lò xo và các thành phần được chế tạo với độ bền cao, những chiếc switch cơ học trên bàn phím cơ sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với bàn phím màng dùng cơ chế phục hồi bằng vòm cao su (rubber dome) hay xương cắt kéo (scissor).​

Tuổi thọ dài hơn: Switch cơ học trên bàn phím cơ có tuổi thọ từ 30 đến 70 triệu lần nhấn, trong khi đó con số này đối với phím màng thông thường chỉ khoảng 5 triệu lần nhấn; Lâu mòn: các thành phần cơ học trong mỗi switch được chế tạo rất bền, chân tiếp xúc, lò xo bằng kim loại nên rất khó mòn. Do đó sau nhiều năm sử dụng, trải nghiệm gõ trên bàn phím cơ gần như y hệt

Nâng cao trải nghiệm gõ, nhiều cảm giác gõ khác nhau: Với mỗi loại switch, các nhà sản xuất có những thiết kế riêng, tuỳ biến riêng để mang lại trải nghiệm gõ khác nhau, chẳng hạn như có loại mang lại cảm giác gõ mượt và nhẹ, có loại phát ra tiếng click, có loại im re, có loại mang lại phản hồi xúc giác trên đầu ngón tay, có loại không ...

Độ ổn định cao và độ bền cao: những chiếc bàn phím cơ thường năng hơn bàn phím màng thông thường, chúng có thể chịu được va đập tốt cũng như mang lại độ ổn định cao hơn khi sử dụng. Chiếc bàn phím Logitech G710+ từng được thử nghiệm nghiền nát dưới bánh xe tank nhưng vẫn sống nhăn.

Dễ vệ sinh và tuỳ biến: đây cũng là một yếu tố khiến anh em "nghiện phím cơ". Với những chiếc phím cơ dùng switch của Cherry MX hay những phiên bản clone tương tự thì chúng ta có thể dễ dàng tháo nắp phím ( keycap ) để vệ sinh cũng như thay đổi keycap theo sở thích. Đây cũng là một thú chơi rất thú vị nhưng cũng tốn kém trên những chiếc phím cơ.

Bàn phím cơ hiện nay sử dụng loại công tắc (switch) nào? Thị trường phím cơ hiện nay khá đa dạng nhưng phổ biến nhất và được ưa chuộng nhất vẫn là loại switch do Cherry sản xuất. Nói sơ về Cherry thì đây là một tập đoàn được thành lập tại Mỹ vào năm 1953 và bắt đầu sản xuất bàn phím từ năm 1967. Như vậy, Cherry là nhà sản xuất bàn phím lâu đời nhất trên thế giới vẫn còn duy trì hoạt động. Kể từ năm 1967 thì Cherry cũng chuyển trụ sở sang Đức và sau đó được ZF Friedrichshafen AG mua lại vào năm 2008. Hiện tại bàn phím cũng như công tắc cơ dùng cho bàn phím vẫn được sản xuất với thương hiệu Cherry. Dòng sản phẩm phổ biến nhất của Cherry là Cherry MX switch được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1985. Switch thường được nhận biết bởi màu sắc và mỗi màu tương ứng với các đặc tính phản hồi chẳng hạn như có phát ra tiếng click hay không, có phản hồi xúc giác hay không và lực nhấn là bao nhiêu để kích hoạt switch (được đo bằng đơn vị cN hoặc g).

​

​

Về cấu tạo, Cherry switch gồm các thành phần chính như:

Switching slide: khối trượt - một thành phần bằng nhựa được đúc CAD chính xác, có màu đặc trưng để phân loại và đóng vai trò kết nối giữa nắp phím (key cap) và switch. Thành phần này cũng tạo ra cảm nhận gõ khi tương tác giữa phần thân trên và lõi lò xo của switch.

​

Upper housing: thân trên - là một thành phần bằng nhựa được đúc CAD khác với độ sai sót chưa đến 0,01 mm, bên trong có các rãnh tạo thành bộ khung định hướng cho nắp trượt khi nhấn xuống.

​

Gold crosspoint contact: chân tiếp xúc chéo mạ vàng - đây là trái tim của mọi switch Cherry MX, về cơ bản nó là bộ phận được làm bằng kim loại hình giống như chiếc kẹp gồm 2 lưỡi và bình thường ở trạng thái nghỉ thì 2 lá (leaf) nằm tách nhau một khoảng hẹp được gọi là cổ (neck). 2 thành phần có 2 chân kết nối với bảng mạch phím bên dưới và mặt trong của mỗi lá có 2 phần tiếp xúc có thiết kế hình lăng trụ ngũ giác nằm cắt nhau theo hình chữ thập nên được gọi là Crosspoint. Khi phím được nhấn xuống, 2 phần ngũ giác này tiếp xúc với nhau ở phần đỉnh nhọn. Diện tích tiếp xúc nhỏ, bề mặt phủ vàng khiến thời gian phục hồi của 2 lá tiếp xúc rất nhanh, trở kháng tiếp xúc thấp mang lại độ chính xác cao.

Housing base: thân dưới - là thành phần bao bọc còn lại của switch, được làm bằng nhựa và được gắn kết vào mạch phím. Riêng với Cherry MX Blue thì loại switch này phát ra tiếng clicky đặc trưng nhờ thiết kế Switching slide được chia thành 2 phần gồm được gọi là Shift Carriage 1 và Shift Carriage 2. Phần Shift Carriage 1 vẫn đảm nhận chức năng gắn kết với lõi lò xo nhằm tạo ra cảm nhận gõ và phản hồi xúc giác, trong khi đó Shift Carriage 2 là một phần nhựa cứng có chức năng mở/đóng mạch trên chân tiếp xúc.

Làm sao để phân biệt giữa các phiên bản Cherry MX Switch và chúng khác nhau chỗ nào?

Tại thị trường Việt Nam, các loại switch Cherry MX phổ biến thường là Red, Brown, Blue và Black. Ngoài ra mình cũng thấy một số phiên bản như Green trên dòng phím CMStorm QuickFire XTI hay White trên Ducky One TKL.Ngoài ra thì còn nhiều phiên bản màu khác nữa như Grey, Clear, Silver, Orange, ... nhưng ít phổ biến hơn.

Các phiên bản switch Cherry MX được phân biệt bởi màu sắc của Switching slide và mỗi phiên bản có một đặc tính khác nhau, mang lại cảm giác gõ khác nhau. Với 4 phiên bản phổ biến là Red, Brown, Blue và Black thì chúng được chia thành 2 nhóm gọi là Linear (Red và Black) và Tactile (Brown và Blue) tưong ứng với trải nghiệm gõ. Riêng phiên bản Blue còn được phân vào nhóm Clicky do âm thanh phát ra khi gõ. Những từ như Linear, Tactile, Clicky thường xuất hiện trên hộp sản phẩm nên việc hiểu được ý nghĩa của các từ này ít nhiều giúp anh em xác định loại switch nhanh hơn và dễ mua hơn. Linear (tuyến tính): nếu switch Linear như Red và Black thì khi nhấn xuống, phần Switching slide sẽ chuyển động tuyến tính thẳng từ trên xuống dưới mà không gặp phải các khấc phản hồi (tactile bump), trải nghiệm gõ rất mượt mà và càng nhấn thì lực cản càng tăng do lò xo bị nén tối đa; Tactile (xúc giác): nếu switch được phân vào loại Tactile như Blue và Brown thì khi nhấn xuống, phần Switching slide sẽ đi qua một cái khấc phản hồi xúc giác tại Actuation point (điểm kích hoạt - vị trí switch sẽ ghi nhận rằng bạn đã nhấn phím xuống). Nhờ cái khấc này nên chúng ta dễ dàng cảm nhận được là phím đã nhấn (đã ăn phím) hay chưa. Clicky (tiếng click): nếu switch được gọi là Clicky thì nó sẽ phát ra tiếng click khi bạn nhấn, ngoài Blue của Cherry MX thì còn có nhiều loại switch khác tạo ra âm thanh này, chẳng hạn như Razer Green.

Cherry MX Red: là phiên bản switch phổ biến nhất trên những chiếc phím cơ dành cho game thủ bởi trải nghiệm gõ mượt mà, lò xo mềm hơn với lực gõ nhẹ với chỉ 45 g. Đây cũng là dòng switch có tuổi đời khá non trẻ khi được Cherry ra mắt năm 2008. Bạn có thể tìm thấy switch Cherry MX Red trên rất nhiều bàn phím chơi game của Corsair, Ozone Gaming, SteelSeries, Cooler Master, Leopold, Ducky, Das Keyboard ...

Cherry MX Black: là người anh em của Red, cũng thuộc dòng Linear, trải nghiệm gõ mượt mà tương tự nhưng nặng hơn do có lò xo căng hơn với lức nhấn 60 g. Lò xo căng hơn khiến switch phản hồi nhanh hơn nên trong một số trường hợp, bạn có thể nhấp đúp phím (double tap) rất nhanh trên dòng phím này. Cherry MX Black được hãng giới thiệu lần đầu vào năm 1984 và đây cũng là phiên bản lâu đời nhất của dòng Cherry MX. Tại Việt Nam thì mình chỉ mới dùng Cherry MX Black trên chiếc phím cơ ASUS Echelon.

​ Cherry MX Blue: là phiên bản switch "ồn ào nhất" bởi âm thanh clicky của nó. Cherry MX Blue vừa mang đặc điểm của dòng Tactile, vừa Clicky với lực nhấn khoảng 50 g. Blue được sử dụng khá rộng rãi trên nhiều dòng phím cơ, đặc biệt là những chiếc phím cơ dành cho dân văn phòng bởi nó mang lại cảm giác gõ gần với cảm giác gõ trên máy đánh chữ nhất. Thêm vào đó, nhiều người cho rằng tiếng Clicky phát ra giúp tăng cường độ chính xác và ... Xua tan cơn buồn ngủ

. Không rõ Cherry MX Blue được ra mắt khi nào, nó xuất hiện lầu đầu trên một chiếc phím của Filco vào năm 2007 còn bây giờ thì hầu như hãng làm bàn phím cơ nào cũng có phiên bản dùng Cherry MX Blue. Với các đặc tính như vừa ồn vừa nặng thì Cherry MX Blue không phù hợp với game lắm, nó hơi khó double tap. Nếu như bạn thường xuyên đánh máy hay đi làm mà gặp tên đồng nghiệp khó ưa thì vác phím dùng Cherry MX Blue lên, đảm bảo hắn sẽ xin đổi chỗ hoặc bạn sẽ bị cách ly

Cherry MX Brown: cũng là một phiên bản switch khá phổ biến nữa và nó được phát triển theo yêu cầu của hãng chuyên làm phụ kiện dành cho máy tính của Mỹ là Kinesis Tech. Hãng này đã yêu cầu Cherry làm một loại switch có thể mang lại cảm giác xúc giác (Tactile) tương tự như Blue nhưng không phát ra tiếng Clicky và lực nhấn phải nhẹ hơn với chỉ 45 g. Vậy là Brown ra đời vào năm 1992 và sản phẩm đầu tiên dùng switch Cherry MX Brown cũng chính là cái bàn phím thiết kế công thái học Kinesis Advantage. Tại Việt Nam thì anh em rất dễ tìm mua bàn phím cơ dùng Cherry MX Brown bởi hầu như thương hiệu nào cũng có. Cá nhân mình rất thích dùng Brown bởi nó khá toàn diện, gõ văn bản cũng tốt mà chơi game cũng tốt bởi vừa có phản hồi xúc giác, vừa có lực nhấn nhẹ.

Theo Tinh Tế