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遊戲搖桿漂移不定背後的科學原理

作者:壹零社愛科學

玩家朋友們,你遇到過這樣的情況嗎,明明都沒有進行操作,人物卻自己在跑,視角也在自動旋轉,如果有遇到,那麼恭喜你,你的搖桿搖杆漂移了。任天堂Switch在釋出之初就因大面積的搖杆漂移問題遭到訴訟,後續不得不提供免費的維修和退款服務,可見搖桿漂移對于玩家體驗的影響是有多麼惡劣。那麼搖桿為什麼會漂移,有沒有辦法徹底解決這個問題呢?

遊戲搖桿漂移不定背後的科學原理

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進灰,碳膜搖杆漂移的“元兇”

搖桿的所有功能,包括按鍵和搖杆,都是通過電流信号來判斷開關的,按鍵好了解,按下某個按鍵,電流通過,生成信号,遊戲機接收信号,響應對應的指令,簡單來說就是一個0和1之間做選擇的二極管。

搖杆則不同,它需要判斷方向,而且現代搖桿是類比搖杆,是以還需要擷取推動的幅度資訊,以确定角色是步行還是在奔跑,方向盤轉動的幅度等等。而當我們使用搖杆時,實際上是在轉動兩個分别代表前後/左右方向的小輪子,這兩個小輪子會與電阻材料接觸,搖杆轉動的幅度越大,電流就需要通過越多的電阻材料,電流值就會發生變化,通過識别這兩個小輪子的電流值,系統就會獲知搖杆轉動的方向和強度,再在遊戲裡展現為人物的移動或視角的轉換。

遊戲搖桿漂移不定背後的科學原理

拆解開的碳膜搖杆,可以看到一圈碳膜電阻

這兩個小輪子的正式名稱是電位器,顯然,電位器的信号是否受影響,就是搖杆是否漂移的根本原因,因為電位器需要配合電阻材料來判斷電流,而當有灰塵進入搖杆内部且恰好附着在電子材料上,就會導緻電流大小産生波動,進而輸出不正常的信号值,形成漂移現象。

那麼灰塵是哪裡來的呢?有可能是外部吸入的,但更有可能是搖杆結構導緻的,我們之前描述的這種搖杆被稱為碳膜搖杆,電位器在移動時需要與碳膜電阻材料接觸,這就意味着會産生摩擦,進而讓碳膜上的碳層磨損脫落,進而造成漂移問題,從我們的經驗來看,這個問題幾乎無解,時間用久了碳膜搖杆漂移的幾率非常高。

遊戲搖桿漂移不定背後的科學原理

當碳膜搖桿出現問題時,我們也可以嘗試維修,因為原因非常簡單就是進灰,是以要做的事情無非就是清灰而已。考慮到目前禦三家:微軟、索尼和任天堂第一方搖桿都是碳膜搖杆,索尼甚至連精英搖桿都是碳膜搖杆(難怪支援可拆卸更換),是以大多數玩家可能都需要自己動手維護,可以通過拆解搖桿,使用WD-40清潔劑或灌裝壓縮空氣噴射的方式來清灰。但考慮到碳膜搖杆漂移的原理,清灰操作往往是治标不治本,故障複發的幾率較高。

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從根源解決問題的非接觸式霍爾搖杆

既然接觸摩擦是碳膜搖杆漂移的主要原因,那有沒有不需要接觸摩擦的搖杆方案呢,當然有,就是最近這一兩年非常熱門的霍爾搖杆,它通過霍爾效應來判斷搖杆方向和強度,當搖杆移動時就會産生磁場,下方的霍爾元件會檢測到這個磁場就會生成一個電信号,整個過程都不需要接觸,自然就不存在漂移的問題,綜合使用壽命更長,而且磁場感應的精度比碳膜電阻要高很多,而且不像碳膜電阻那樣對溫度十分敏感。

遊戲搖桿漂移不定背後的科學原理

自行更換霍爾搖杆可以大幅延長搖桿的使用壽命

霍爾搖杆的起步較晚,但發展速度很快,在一年多以前還主要是高端遊戲搖桿采用,而現在的百元級搖桿也開始普及全霍爾方案,成本已經下探到了主流水準。而且霍爾傳感器不僅用于搖杆,同樣也用于扳機鍵。

傳統的線性扳機需要連杆來推動電位器産生電信号,而霍爾扳機和霍爾搖杆一樣,是通過非接觸的霍爾效應來轉換信号,是以精度更高的同時,手感還更加順滑,更适用于需要使用扳機鍵精準操控油門刹車的賽車遊戲。

對于搖桿故障的玩家,如果搖桿已經過保,對自己的動手能力有信心的話,與其清灰維護,還不如自己更換霍爾搖杆元件,禦三家的搖桿都有第三方霍爾搖杆可以買到,筆者近期更換了兩隻PS5搖桿的四個搖杆,總計花費也不過52元,可以說是一勞永逸的解決方案了。

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