Teclados: la goma y el mecanismo

Hoy voy a escribir algo sobre un periférico muy utilizado en los ordenadores/computadores/máquinas von Neuman que la gran mayoría utilizamos. Este periférico no es otro que el teclado, principal método de entrada (salvo para los empuja ratones).
Éste es un aparato que dependiendo del país suele disponer de entre 101 y 105 teclas. 101/104 teclas para teclados ANSI (American National Standards Institute) o 102/105 para teclados ISO (International Standards Organization). Esa diferencia de tres teclas (101/104 o 102/105) son por los teclados Windows: los que llevan las dos teclas con el símbolo de dicho sistema operativo más la nunca utilizada tecla de menú contextual, función normalmente asignada también al botón derecho del ratón.



Los ISO son los utilizados en Europa y otros países, mientras que los ANSI son los teclados utilizados en EEUU y otros países. Son fáciles de reconocer por la forma de la tecla Enter/Return/Intro. Mientras que en formato ANSI el intro tiene forma de tecla de altura simple con una longitud de algo más del doble, un teclado ISO tiene una tecla intro más fácil de acertar, de doble altura y un ancho de tecla y un cuarto en la parte inferior y de tecla y media en la parte superior, algo así como una L invertida en ambos ejes. Estos tamaños evidentemente no son fijos, habiendo fabricantes que modifican ligeramente las proporciones.
Distribución española (ISO)


Distribución estadounidense internacional (ANSI)

Luego además, de cada formato de teclas, también existen diversas distribuciones de teclado. Cada idioma o país asigna los símbolos que considere convenientes a cada tecla. Sólo se conservan fijas las numéricas, las teclas de función y las modificadoras (intro, mayúsculas, bloqueo de mayúsculas, tabulador, control, alt, suprimir, ...). Incluso hay variaciones en el posicionamiento de las teclas latinas, a saber: QWERTY, QWERTZ, AZERTY, Dvorak ... todos estos nombres, exceptuando Dvorak, vienen dados por las letras de la primera fila de teclas alfabéticas empezando por la esquina superior izquierda.
AZERTY francés (ISO)

QWERTZ suizo, alemán, francés y otros (ISO)
Es decir, que es una auténtica jaqueca sobre todo por los símbolos relacionados con la tecla Alt Gr donde casi con el 100% de seguridad no se parecerán en nada o muy poco dos distribuciones elegidas al azar. Políglotas hasta con el teclado. No deja de ser una forma de expresar el lenguaje y como tal cada país ha elegido utilizado lo que ha creído conveniente y necesario.

Eso es todo en cuanto a la distribución y forma de las teclas. Sin embargo los teclados no constan únicamente de plástico y letras o símbolos escritos en el.

Para transmitir las señales al ordenador deben haber interruptores o algo equivalente que indique al controlador del teclado qué tecla de la matriz de teclas que forma el teclado ha sido pulsada y así enviar la correspondiente señal con el código de tecla al ordenador que éste posteriormente interpretará de una forma u otra según cómo esté configurado: tu puedes tener un teclado francés pero luego el sistema operativo de tu ordenador tenerlo configurado de tal forma que asigne una distribución QWERTY en vez de AZERTY a los códigos recibidos. Por algo son códigos, codifican la tecla pulsada pero el significado de ese código se lo da el sistema operativo, no el teclado. Claro que esto tiene ciertas limitaciones evidentes. Un teclado ANSI tiene una tecla menos por lo que habrá un código que no podrá enviar y por tanto carácteres que no se podrán enviar si se le asigna una interpretación ISO, por ejemplo Español Internacional/estándar. Lo importante es la cantidad de códigos que tenga el teclado, porque luego también hay algunos teclados que colocan las teclas en una posición rara y en vez de enviar el código con el pulsador en una determinada posición se envía desde otra posición, como por ejemplo ocurre con los Thermaltake Meka:
Se puede observar que la tecla de borrar (backspace) es más pequeña de lo habitual y el intro más grande (personalmente eso para mí es una mierda), resituando ciertas teclas y por tanto los códigos correspondientes, afectando a cualquier distribución de símbolos que elijas en tu sistema operativo (por si no tenías suficiente con la recolocación de las teclas).

Como iba diciendo, un teclado requiere de interruptores o algo equivalente. Pues igual que ocurre  con las distintas distribuciones de teclado, también hay diversos mecanismos para activar las señales correspondientes.

Distinguiremos dos grupos principales: teclados mecánicos y teclados de membrana.

Los teclados de membrana (goma) son algo muy simple y sencillo. Son baratos de fabricar y vienen en infinidad de formas debido a su amplio uso y popularización. Estos llegaron junto con el crecimiento del mercado de ordenadores. En el principio de los tiempos se utilizaban teclados de muelles (buckling spring) en los IBM PC, aunque en sucedáneos y microordenadores como los Spectrum la goma era la norma.

Pues bien, el mecanismo de activación de los teclados de goma se basa en la tecla suspendida sobre la goma. Cuando se pulsa la tecla, ésta hace fuerza sobre la goma y desciende hasta que la goma hace contacto contra la matriz de conexiones del teclado. La goma lleva un disco conductor que al hacer contacto con la matriz deja circular corriente por ese punto y entonces el teclado detecta qué tecla ha sido pulsada.
Este es mi teclado actual, Logitech MX3200. Es un teclado inalámbrico y como todo lo que hace Logitech, de membrana/goma. Como se puede observar las teclas van directamente sobre la goma y ésta presiona directamente sobre una lámina de plástico que hace contacto con la lámina que lleva el circuito impreso. Abajo a la izquierda llegan todas las pistas de la matriz directas al microcontrolador que continuamente está a la espera de que lleguen activaciones de tecla. En este caso la goma no tiene el contacto y hace de simple fuerza contraria al pulsado de teclas. Por cierto, no recomiendo este modelo de teclado, es una castaña de teclas lubricadas que en cuanto se seca impide un tecleado rápido y preciso teniendo que hacer una fuerza innecesaria para teclear, a menudo por tanto saltando pulsaciones. Este es el segundo teclado después de haber sido sustituido el anterior gratuitamente por uno nuevo. Ambos han presentado el mismo problema de secado de lubricante y por tanto de alta fricción entre el plástico de la tecla y el plástico de la carcasa sobre el que la tecla se desliza. Está previsto ser nuevamente sutituido por un Vortex KBT Race 75%, mecánico con interruptores Cherry MX Brown.

Por norma general los teclados de membrana son todos iguales. Puede haber mejores o peores gomas, pero la respuesta táctil sigue siendo la misma. Sólo cambia la fatiga que pueden aguantar. Son baratísimos de fabricar y cualquier teclado que supere los 50 euros es realmente un timo. Para dar más valor se suelen añadir otras cosas como pantallas LCD en color, múltiples teclas adicionales que pueden ejecutar combinaciones de teclas con una única pulsación con el tiempo de respuesta y repetición que quieras, retroiluminación LED multicolor, etc. Sin embargo lo que viene a ser la escritura y para lo que sirve un teclado, siguen siendo exactamente lo mismo. Además, para todas esas funciones adicionales el sistema operativo que utilices debe soportarlas. Rara vez es así ya que los códigos de tecla adicionales suelen implementarse a nivel de driver del fabricante y sin él no suelen ser reconocidos por el sistema operativo, teniendo que hacer ingeniería inversa para otros sistemas operativos. En el caso de Apple se añade un diseño bonito y un sistema de membrana como el de los ordenadores portátiles. Horroroso para un uso continuado.

Los teclados mecánicos son harina de otro costal. Cada tecla es un interruptor independiente. No hay una matriz común compartida con todas las teclas. Esto permite tener lo que comúnmente se llama NKRO (N-Key Roll Over, o Pulsación Simultánea de N Teclas, -PSNT, siglas que por el momento veréis únicamente en este blog-). Por limitaciones del protocolo USB, los teclados conectados por USB y no por PS/2 tendrán 6KRO (6-Key Roll Over, Pulsación Simultánea de 6 Teclas -PS6T-).

Hay dos tipos de interruptor: basados en muelles y los basados en condensadores (capacitivos). De los basados en muelles tenemos los buckling spring que IBM fabricó hace bastante tiempo y que a día de hoy se siguen fabricando bajo la firma Unicomp tras haber pasado la licencia de fabricación también por Lexmark. Otros interruptores basados en muelles son los fabricados por la alemana Cherry, cuyos interruptores se llaman Cherry MX. Estos interruptores a su vez tienen distintos tipos (nombrados según su color: MX Blue, MX Brown, MX Black, MX Red, MX Clear) según la fuerza necesaria para activarlos y si son lineales o no. Si no son lineales tienen una pequeña respuesta táctil en el momento de activación, a medio camino del recorrido total de la tecla, a diferencia de los teclados de membrana. Si son lineales, el interruptor se sigue activando a medio camino pero no da ninguna respuesta táctil (vibración, resistencia adicional) y/o sonora (clic). Si buscáis por Internet encontraréis las curvas de fuerza de todos. La wiki de Deskthority y sus foros también son un buen lugar para encontrar información a porrillo. GeekHack también es otro buen sitio en el que encontrar mucha información, aunque ahora está caído debido a unos turkish lamers que se hacen llamar R00TW0RM y que han aprovechado una vulnerabilidad del vBulletin que GeekHack utilizaba. Es por ello que no enlazo el sitio, no es seguro, su página principal aún sigue defaced.
De forma rápida y sencilla os puedo comentar que los Cherry MX Blue suelen ser empleados mejor para escribir (aunque Razer con su teclado BlackWidow Ultimate supuestamente dedicado a los juegos emplea MX Blue). Los MX Brown ofrecen algo menos de resistencia que los Blue y no hacen clic aunque mantienen la respuesta táctil. Debido a su ligereza y mayor silencio que los Blue suelen considerarse como un paso intermedio entre interruptor para escribir y para jugar. También tenemos los MX Black que son totalmente lineales con una fuerza necesaria algo superior a la de los MX Blue, lo cual permite descansar los dedos sobre las teclas sin que éstas se activen accidentalmente. Los MX Red también son totalmente lineales, pero con una fuerza menor que los Black. Por último tenemos los MX Clear que son básicamente un MX Brown con las características de muelle de un MX Black. En Tom's Hardware también se hizo una pequeña recolección de las características de cada uno de los tipos de interruptores Cherry. Los Black y Red son los que habitualmente se utilizan para videojuegos y marcas como Corsair es lo que más montan. Además, para quién le pueda interesar, algunos de los teclados de estas marcas también incorporan teclas macro, aunque no tantas como muchos de los basados en membrana.

Otros interruptores de muelle son los Alps, aunque estos son menos empleados que los Cherry y si queréis más información sobre ellos podéis remitiros a la wiki de Deskthority.

Esto sería lo básico de los interruptores basados en muelle.

Los interruptores basados en condensadores se reducen básicamente al fabricante Topre y se montan principalmente en los teclados Realforce. Son japoneses y se cuentan entre los más exclusivos, que tampoco significa que sean los más codiciados aunque si los más costosos.
La tecla descansa sobre una goma que a su vez descansa sobre un muelle cónico que a su vez descansa sobre la placa base, cuando el muelle se comprime la capacitancia varía. El microcontrolador detecta estas variaciones y en cuanto algún interruptor alcanza la mitad de su recorrido éste es activado. También permiten NKRO. Más detalles en Deskthority.
Enlaces interesantes:
La marca que dicen ofrece mejor calidad con Cherry es Filco. También existen teclados retroiluminados de manos de Ducky, Vortex y marcas más conocidas como Corsair o Razer.

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