キーボード遅延:入力ラグの本当の発生源

入力パイプラインを段階別に見る

キー押下は次の段階を通過し、それぞれが遅延を追加します。アクチュエーションポイントまでの物理的なキー移動(大きく変動し、スイッチ選びが効くのはここです)、スイッチのデバウンス(ファームウェアが確実な接点を確認するため数ミリ秒待機、通常1〜10 ms)、マトリクススキャン(コントローラーがキーグリッドを走査、およそ0.1〜1 msを追加)、接続の区間(USBポーリングまたはワイヤレスリンク)、そして最後にOSとアプリケーションがイベントをキューに入れて処理し、ようやく画面に届きます。

端から端まで見ると、良質な有線ゲーミングキーボードがアクチュエーションからUSBレポートまでに費やすのは2〜15 ms程度です。比較として、60 Hzモニターはリフレッシュだけで1フレームあたり最大16.7 msを追加し、ゲームのレンダリングパイプラインは通常さらに数フレーム分を加えます。キーボードは入力ラグ全体の中では少数派であることがほとんどで、だからこそ思い込みではなく測定する価値があるのです。

ポーリングレート:1000 Hzで本当に得られるもの

USBキーボードは好きなタイミングでイベントを送信できるわけではなく、ホストが定期的にポーリング(問い合わせ)します。125 Hzではポーリング間隔が8 msなので、キー押下は次のポーリングまで最大8 ms(平均4 ms)待たされます。1000 Hzなら最悪でも1 msです。つまり125 Hzから1000 Hzへの移行で節約できるのは平均約3.5 ms。実在する差ですが、小さな差です。

最近のゲーミングキーボードは4000 Hzや8000 Hzのポーリングを謳います。1000 Hzからの追加の節約は1ミリ秒未満で、人間の知覚閾値をはるかに下回る一方、CPU負荷は測定できるレベルで増えます。サブミリ秒のポーリングはスペックシート上の競争であって、体感できる改善ではありません。1000 Hzが合理的な目標です。それ以上を求めるお金は、パイプラインの別の場所に使いましょう。

スイッチ・アクチュエーション・デバウンス

スイッチ選びが遅延に影響するのは主にアクチュエーション距離を通じてです。1.0〜1.2 mmで反応するスイッチ(スピード系スイッチ)は、2.0 mmで反応するスイッチより押下の早い段階で発火します。一般的な押下速度では、おおよそ5〜10 ms早くなります。これはキーボード内部では比較的大きなレバーですが、誤入力が増えるという代償を伴います。

アナログのホール効果(磁気)スイッチと光学スイッチはさらに一歩進んで、アクチュエーションポイントの調整とラピッドトリガー(キーが上昇し始めた瞬間に再入力可能な状態へ戻す動作)を実現し、ゲームでの連続入力を体感できるレベルで引き締めます。光学スイッチは従来型のデバウンスも省略でき、さらに数ミリ秒を節約します。一方、従来型スイッチはファームウェアのデバウンスアルゴリズムに依存し、優れた実装の約1 msから雑な実装の10 ms超まで幅があります。これは大半のスイッチ間の差より大きな開きです。

ゲームではなくタイピングが目的なら、これらはどれも知覚できません。遅延の最適化はゲーミング上の関心事です。タイピストは快適さと正確さでスイッチを選びましょう。

有線 vs ワイヤレス:正直な比較

大手ゲーミングブランドの最新2.4GHzドングルは、有線モードと統計的に区別できない遅延を達成しています。優れた製品は無線経由でも1000 Hzでポーリングします。品質の高いワイヤレスゲーミングキーボードは、もはや妥協ではありません。

Bluetoothは別の話です。接続間隔により一般に10〜20 msが追加され、電波干渉や無線の省電力動作でスパイクすることもあります。Bluetoothは日常用途には十分ですが、競技プレイには不向きです。キーボードが両モードに対応しているなら、これは測定可能な改善を確実に生む数少ない設定変更の一つです。ゲームではドングルかケーブルを使いましょう。

ワイヤレスキーボードのバッテリー節約モードにも注意してください。アイドル時に実効遅延を上げてバッテリーを延ばすものがあり、休止後の最初のキー入力が目に見えて遅くなることがあります。

実際の性能を測定する

ブラウザベースのキーボード性能テストは、ブラウザから見える範囲の間隔を測定します。連続入力がどれだけ速く認識されるか、イベントタイミングの一貫性、実効的なイベントスループットです。機械的な段階(指の接触からアクチュエーションまで)は見えません。パイプライン全体の測定にはハイスピードカメラか専用ハードウェアが必要です。しかし、ブラウザから見える部分こそ、ポーリングの問題、ワイヤレスのスパイク、OSの干渉が現れる場所なのです。

結果で注目すべきは、平均値よりも一貫性です。イベントを安定して2〜4 msで届けるキーボードは、平均3 msでも20 msのスパイクがあるキーボードより、タイミングが重要なプレイに向いています。スパイクはワイヤレス干渉、USBハブの競合、バックグラウンドソフトを示唆します。テストは実際の環境(同じポート、同じ接続モード、同じ起動アプリ)で行い、変数を1つずつ変えて再テストしてください。

入力ラグを本当に減らす方法

• 競技プレイでは有線接続か2.4GHzドングルを使い、Bluetoothは避けます。Bluetooth比で10〜20 msの節約になります。
• キーボードは電源なしハブやモニターのUSBパススルー経由ではなく、PC本体に直接接続します。
• キーボードが1000 Hzポーリングで動作しているか確認します(メーカーのソフトウェアでチェック)。1000 Hz超はプラセボです。
• 対応キーボードなら、ゲーム用にアクチュエーション距離を短くするか、ラピッドトリガーを有効にします。キーボード側の変更で体感できる数少ないものの一つです。
• キーボードの外にあるもっと大きな遅延を攻めましょう。高リフレッシュレートモニター、排他的フルスクリーン、上限を設けた安定フレームレートは、それぞれどんなキーボードのアップグレードよりも多くのミリ秒を稼ぎます。
• キーボード入力をフックするバックグラウンドソフト(一部のRGB統合ソフト、マクロツール、オーバーレイ)は測定可能な遅延を加えるため、終了させます。