Keycap Kevin: niet alle kunststoffen zijn gelijk - en hetzelfde geldt voor schakelaarbehuizingen

De schakelaar is wat een mechanisch toetsenbord mechanisch maakt. Zoals de naam al zegt, gaat het om bewegende onderdelen en verschillende op elkaar inwerkende krachten. In het volgende artikel heb ik al uitgesplitst welke onderdelen belangrijk zijn.

In dit stuk ga ik echter in op de meest voorkomende materialen voor de behuizing - polycarbonaat, POM, nylon en UHMWPE - en de invloed die ze hebben op hoe typen aanvoelt en klinkt. Althans, ik zal het proberen. Niet alle kunststoffen zijn immers gelijk.

Niet alle kunststoffen zijn gelijk

Toen ik aan mijn onderzoek begon, dacht ik dat het allemaal eenvoudig uit te leggen zou zijn. Wat ik echter kan zeggen na een diepe duik in de eigenschappen van de materialen, is dat het niet zo eenvoudig is. Het bereik van de specificaties varieert sterk, afhankelijk van de gegevens die je invoert, wat te maken heeft met het feit dat de meeste kunststoffen gemengd zijn en niet puur. Met dit in gedachten moet de informatie die ik geef over elk materiaal met een korreltje zout worden genomen. Het zijn globale cijfers, geen harde feiten. Ik heb alle materiaalinformatie van MatWeb en Omnexus.

De belangrijkste eigenschappen van behuizingsmaterialen zijn hardheid, elasticiteitsmodulus, specifieke stijfheid en wrijvingscoëfficiënt.

De hardheid van Shore D geeft aan hoe diep een testpen in een materiaal kan doordringen. Hoe hoger het getal, hoe harder het materiaal. De elastische modulus beschrijft de relatie tussen de spanning die op een materiaal wordt uitgeoefend en de vervorming die daaruit voortvloeit. Het wordt gemeten in Gigapascal (GPa). Als je darmen van dezelfde grootte vergelijkt, zijn die met een hogere elasticiteitsmodulus stijver dan die met een lagere elasticiteitsmodulus. Naast de elasticiteitsmodulus houdt de specifieke stijfheid ook rekening met de dichtheid van het materiaal. Die wordt berekend door de elasticiteitsmodulus te delen door de dichtheid. De dichtheid wordt uitgedrukt in gram per kubieke centimeter (g/cm3). De glijwrijvingscoëfficiënt heeft geen meeteenheid en beschrijft hoe glad een materiaal is in vergelijking met een standaard. Het wordt gegeven op een schaal van 0 tot 1, waarbij 0 staat voor een "wrijvingsloos" materiaal.

Al deze eigenschappen beïnvloeden de manier waarop de schakelaar klinkt. Hoe zachter en hoger de elasticiteitsmodulus van een materiaal, hoe stiller het klinkt. Niet alleen dat, maar hoe hoger de elasticiteitsmodulus, hoe lager de frequentie van het geluid.

Aan de andere kant heeft materiaaldichtheid ook een effect op geluid: een hoge materiaaldichtheid produceert een lager geluid. Dichtheid en elasticiteitsmodulus zijn echter vaak tegenstrijdig. Specifieke stijfheid bestaat om dit mogelijk te maken. Een lage specifieke stijfheid betekent een dieper geluid.

De wrijvingscoëfficiënt en de hardheid hebben ook invloed op hoe het voelt om op de schakelaar te typen. Wrijving produceert een krassend geluid dat vervelend kan zijn. Hoe lager de wrijving, hoe soepeler en prettiger het typen aanvoelt. De hardheid heeft een secundaire invloed op het gevoel om de schakelaar helemaal in te drukken. Zacht materiaal voelt niet zo hard aan als de steel de basis van de schakelaar raakt.

Polycarbonaat

Hardheid: Shore D93
Elastische modulus: 2,35 GPa
Specifieke stijfheid: 1,96
Glijwrijvingscoëfficiënt: 0,31

Polycarbonaat is waarschijnlijk de crème de la crème onder de materialen voor schakelkasten. De thermoplast vormt de basis van de meeste transparante behuizingen en van talloze toetsenbordbehuizingen. En met een goede reden - de kunststof is relatief eenvoudig te verwerken.

POM

Hardheid: Shore D88
Elastische modulus: 2,5 GPa
Specifieke stijfheid: 1,77
Glijwrijvingscoëfficiënt: 0,25

Polyoxymethyleen (POM) is ook een van de meest gebruikte schakelmaterialen. Dat gezegd hebbende, wordt het meestal gebruikt voor stelen, niet voor behuizingen. De laatste jaren komen er echter steeds meer schakeltoetsen met POM-behuizingen op de markt. POM is een technische thermoplast.

Nylon

Hardheid: Shore D70
Elastische modulus: 2,3 GPa
Specifieke stijfheid: 2
Glijwrijvingscoëfficiënt: 0,28

Nylon (in feite een polyamide) wordt, net als polycarbonaat, vaak gebruikt voor schakelaarbehuizingen. Dat komt omdat het gemakkelijk te verwerken is. De meeste behuizingen voor Cherry MX schakelaars bestaan deels uit deze kunststof, die overigens uit aardolie komt.

UHMWPE

Hardheid: Shore D65
Elastische modulus: 5,3 GPa
Specifieke stijfheid: 5,6
Glijwrijvingscoëfficiënt: 0,14

Ultra High Molecular Weight Polyethyleen (UHMWPE) wordt nog niet zo lang gebruikt als schakelmateriaal. Dit ondanks het feit dat de semikristallijne, apolaire thermoplast eigenlijk de meest gebruikte kunststof is. Van alle materialen in deze lijst heeft het de laagste glijwrijvingscoëfficiënt en de hoogste elasticiteitsmodulus.

Wat betekent het allemaal?

Ik was eigenlijk van plan om te schrijven over hoe verschillende behuizingsmaterialen het geluid en gevoel van een schakelaar beïnvloeden. Het zit zo, de materiaaleigenschappen maken me onzeker of dat helemaal waar is. Zoals ik al zei, variëren de eigenschappen enorm. Noch polycarbonaat noch nylons zijn allemaal hetzelfde gemaakt - en dat geldt ook voor andere materialen.

Volgens de gegevens produceert POM het laagste geluid en UHMWPE het hoogste. Dit laatste materiaal klinkt echter het minst krassend en is erg stil. De andere materialen liggen tussen deze twee uitersten in.

In de volgende video heb ik wat voorbeelden voor je gedemonstreerd met MM Switches die ik van Wuque Studios heb gekregen. Ze zijn gemaakt door JWK. MM staat voor mix en match; ik mag de afzonderlijke onderdelen van de schakelaar zelf samenstellen. UHMWPE, gemodificeerd nylon en gemodificeerd POM zijn beschikbaar voor de bovenste en onderste behuizing. Voor de stuurpen ga ik voor POM. Omdat Wuque Studios geen behuizingen van polycarbonaat aanbiedt, kies ik voor de V3 van Auqa King van Everglide, die volledig van polycarbonaat zijn gemaakt. De stuurpen vervang ik door een POM exemplaar van Wuque Studios.

Ik gebruikte dezelfde microfoon voor elke opname en plaatste hem elke keer op dezelfde afstand en in dezelfde hoek van het toetsenbord. Naar mijn mening lijkt polycarbonaat het laagst klinkende materiaal te zijn, gevolgd door POM (hoewel de laatste verondersteld wordt lager te klinken). In mijn oren klinkt UHMWPE ook lager dan nylon, wat niet de bedoeling is. Met uitzondering van UHMWPE komt de volgorde van de specificaties in ieder geval overeen met mijn perceptie van volume en krassendheid.

Natuurlijk zijn er naast de schakelaar nog andere factoren die het geluid beïnvloeden. Het toetsenbord, de bureaumat en de akoestiek in de kamer kunnen er ook invloed op hebben. Dat ik moeite heb om het verschil tussen de materialen te horen, kan ook komen doordat die verschillen relatief klein zijn. Uiteindelijk zijn het allemaal nog steeds kunststoffen, met vrij kleine verschillen als het gaat om specifieke stijfheid. Op de plaat waar de schakelaars zijn gemonteerd varieert de specifieke stijfheid bijvoorbeeld van ongeveer 2 voor kunststof tot 96 voor carbon. Dit zou wel eens een veel grotere invloed op het geluid kunnen hebben dan de behuizing. Last but not least moeten geluidsopnamen altijd met een korreltje zout worden genomen. Bovendien is ieders gehoor anders. Jij kunt iets anders waarnemen dan ik.

Ik sluit af met te zeggen dat ik na al mijn onderzoek niets wijzer ben geworden. Hoewel ik wel een globaal idee heb, kan ik niet definitief zeggen hoe een schakelaar zal klinken op basis van het materiaal van de behuizing.