キーボードの遅延：遅れはどこで生まれ、どう測るのか

キーボードの遅延とは、指がキーを押し始めた瞬間から、キーボードがその入力をパソコンに送り終えるまでの時間です。遅延は4か所で積み重なります。キーが沈むまでの移動、キーボードによるキーのスキャン、デバウンス、そしてUSBのポーリングです。ブラウザが入力を知るのはキーボードが送ったあとなので、この遅延を測れるWebサイトはありません。測定では、キーを押すソレノイドと、入力がキーボードから出た時点を記録するUSBアナライザーを使います。遅延を減らすには、アクチュエーションポイントを浅くし、ポーリングレートを最高にして、デバウンスはキーが二重入力にならない範囲で最も低く設定します。

キーボードテスト

遅延はどこで生まれるか

• キーストローク。キーがアクチュエーションポイントに届くまでは、何も起きません。1秒240フレームで撮影すると、ふつうのキー入力でキーが底まで沈むのに4〜8フレームかかりました。キーの移動だけで、10 msくらいは簡単に加わります。その測定で最も速かったキーボードは、キーの移動距離もほかより格段に短いものでした。
• スキャン。ほとんどのキーボードはキーを格子状に配線し、1行ずつ調べています。スキャンの遅いキーボードでは、スイッチが閉じてから数ミリ秒たって、ようやく入力に気づくことがあります。
• デバウンス。スイッチの接点は、閉じる瞬間にわずかな間だけ跳ね返ります。キーボードは、入力をすぐに送って跳ね返りを無視するか、接点が落ち着くまで待ちます。多くの自作キーボードで使われているオープンソースのファームウェアQMKでは、デバウンス時間の初期値は5 msです。
• USBポーリング。パソコンは、ポーリングレートの間隔でキーボードに新しい入力がないか問い合わせます。問い合わせの直後に押されたキーは、次の問い合わせまで待たされます。

ポーリングレートをミリ秒で見る

問い合わせの間隔は、1,000 msをポーリングレートで割った値です。入力が待たされる時間は、平均するとその半分です。

125 Hzから1,000 Hzに上げると、平均で3.5 ms短くなります。実際に測定されたキーボードどうしの差は、それよりはるかに大きいものです。2017年にDan Luuが21台のキーボードを測ったところ、結果は15〜60 msで、その中の2台のゲーミングキーボードはほかより速くありませんでした。

キーボードの遅延の測り方

• ソレノイドとUSBアナライザー。RTINGSとLTT Labsは、ソレノイドでキーを押してそれがキーに触れた瞬間を記録し、入力がキーボードから出た時点をUSBアナライザーで記録します。RTINGSは200回の押下の平均を取ります。どちらも測定の前に、デバウンスを最も低く、ポーリングレートを最も高くするなど、キーボードを最速の設定にしています。
• 接続方式ごとに測る。LTT Labsは、有線、2.4 GHzワイヤレス、Bluetoothを別々に測ります。接続方式によって遅延が大きく変わることがあるためです。
• ロジックアナライザー。Dan Luuはロジックアナライザーを使って、キーを押し始めてから、その入力によるUSBパケットが出るまでの間隔を計りました。
• 自宅ではカメラか光センサー。キーと画面を一緒にスローモーションで撮影する（1秒240フレームなら、1フレームは4.2 ms）か、オープンソースのOSLTTのような光センサーを画面に取り付けます。どちらもキーから画面までの全体を計る方法で、キーボードだけの遅延はわかりません。

Webサイトでキーボードの遅延を測れない理由

ブラウザがキー入力を知るのは、キーボードが入力を送り、パソコンがそれを受け渡したあとです。つまり、このページで説明したことはすべて、Webページが時間を計り始める前に終わっています。合図からキーを押すまでの時間を計るテストが測っているのは自分の反応で、それにはキーボードよりずっと長い時間がかかります。ブラウザで確かめられるのは、すべてのキーが反応するか、いくつのキーを同時に押せるか（キーボードテスト）と、キーが二重に入力されないか（キーボード二重入力テスト）です。

キーボードの遅延を減らす方法

• ポーリングレートを最高にする。メーカーのアプリに設定があれば、そこで変更します。
• デバウンスを下げる。アプリで変更できる場合の話ですが、キーが二重入力にならない最も低い設定で止めてください。文字が二重に出るようになったら、キーボードで文字が二重に入力される原因をご覧ください。
• アクチュエーションポイントを浅くする。磁気スイッチやアナログ入力のキーボードでは、キーがどこまで沈んだら入力とみなすかを設定できます。WootingなどのキーボードにあるRapid Triggerでは、さらに、キーを戻し始めた瞬間に入力が離され、もう一度押し込んだ瞬間に再び入力されます。
• ゲームでは最速の接続方式を使う。複数の接続方式に対応したキーボードなら、レビューで最も速いと測定された方式を使いましょう。
• そのあと、ほかの部分を見直す。ふつうはキーボードよりも、フレームレートやディスプレイのほうが大きな遅延を生みます。入力遅延を減らす方法をご覧ください。

リニア、タクタイル、クリッキーの違いと、メーカー公式のアクチュエーションポイントや作動荷重は、キーボードの軸で紹介しています。

出典：Dan Luu（英語）「キーボードの遅延」、RTINGS（英語）「キーボード遅延の測定方法」、LTT Labs（英語）「Labsのキーボードテストの方法」、QMK（英語）「デバウンスのアルゴリズム」、Wooting（英語）「Rapid Triggerの設定方法」、OSLTT（英語）「オープンソースの遅延テストツール」。