手柄漂移背後的科學原理

如果你曾經因為手柄的搖桿自己亂動而導致操作失誤、錯過某個關鍵的判定、或是跌入無底的深淵，那麼你可能就是手柄搖桿漂移的受害者。這是一個異常煩人、難以修復並且似乎範圍還在不斷擴大的毛病。如果你想知道手柄漂移的原因（以及如何修復它？），我們就要先從手柄背後運作的科學原理開始瞭解。

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基本上來說，讓所有電子元件運作起來的東西已經寫在名字裡了，那就是電子。運動的電子產生電流，而電流則為我們的各種裝置提供能源。

你的手柄如何運作

在各種裝置塑料或是金屬的外殼下，就是各種裝置的電子骨架：印刷電路板。無論你的手機、電腦還是手柄，電子元件最重要的東西都在電路板上。電路板設計上是要將電流送到不同的地方來實現不同的功能。例如在按下按鍵時發出訊號，或是電源指示燈、亦或是感測搖桿的方位，利用的都是這個原理。這些電路板都經過精心設計，確保電流只經過特定的導電材料（通常是銅），不會到處亂流。

這些電流必須精確控制，如果電流亂動的話，它們就會導致電源快速損耗並且產生大量熱能，從而讓你的內部元件損壞，裝置本身就會壞掉。為了限制電流的流向，我們會在電路板上放置一些電阻元件，或是留出空隙。電路板上留出的空間必須要一定的輸入才能讓電流完成迴路。而電阻元件仍能讓電流通過，只是這條電路上的流速更慢，整體電流也會更小。因此，我們能夠根據需求，將不同大小的能量送到電路板上的不同區域。基本上來說，電路中的電阻元件越多，電流就會越小。

舉例來說：如果你按下一個按鍵，那麼一個導電元件就會與電路板接觸。這個動作填充了電路板上的空隙，讓電流得以通過，產生一個該按鍵被按下的訊號。這類特定的輸出只有開與關兩種，代表它的訊號則是 0 或 1，這就是我們所說的電訊號。

手柄的漂移現象

對搖桿來說，我們要知道的不止是它是否被按下，而是它朝向哪邊，有多少力度。我們需要一個訊號來記錄這些輸入，這也就是「模擬搖桿」這個概念的由來。

我們通過在電子元件中改變電流大小來代表不同的搖桿輸入。當你使用搖桿時，實際上是在轉動下方電子元件上的兩個小輪子，它們叫做電位器。這兩個輪子會與不同的電阻材料接觸，原理與按鍵其實無異，這裡的不同就在於訊號不僅是有或無那麼簡單。

電流需要途徑的電阻材料由輪子的旋轉弧度決定，同時還會有一小片金屬一起運動，決定電流通過的地方。記住，電路中的電阻材料越多，電流就越小。如果你把搖桿使勁推向一邊，下方的輪子就會轉到最遠，所以電流就必須流經全部電阻材料。如果你輕微推動搖桿，那麼只會有一小部分電阻接入電路。因此，你的每個不同操作都會帶來不同的電流，產生不同的訊號。

手柄會識別兩個輪子上不同的電流訊號，反饋成為搖桿 X 軸與 Y 軸的位置。之後，手柄將這個資訊轉交給遊戲主機，反饋成為你的移動或是視角的變動，以及遊戲設計師為其賦予的其他功能。

一切運轉正常時，電流會以 1:1 的訊號指示出搖桿的位置。而搖桿的漂移現象，則是因為有東西在我們沒有使用搖桿時，影響了這個電流。


造成這個現象的原因可能有很多：可能是灰塵或者皮屑阻礙了電阻的感應，進而導致電流大小變動。感應裝置附近的導電材料也有可能因為使用而磨損消耗，導致特定部位的電阻變化，產生錯誤的訊號。也有可能是手柄在生產過程中的問題導致出廠就有漂移的毛病。在不拆開外殼仔細檢查的情況下，幾乎不可能說清楚到底是什麼原因造成的。

不過隨著越來越多漂移現象的出現，這背後一定是有什麼系統性的問題。

任天堂的 Joy-Con 手柄數年來廣為玩家所詬病，去年微軟也因 Xbox 手柄遭到訴訟，PS5 DualSense 手柄發售後幾個月出現同樣的毛病，導致索尼也面臨著法律問題。深挖這件事，你會發現 V 社的 Steam 手柄也有著同樣的漂移問題。似乎是大家都避免不了的通病。

我個人的體驗來看，已經有 3 個 PS4 手柄開始漂移，我的左右兩隻 Joy-Con 也沒有幸免。不過奇怪的是，我有很多快 20 年曆史的 GameCube 手柄卻沒有任何類似的問題，我還時不時用來玩《任天堂全明星大亂鬥》。我認為任天堂應該不會忘記該怎麼做好手柄，感覺更像是新硬體的問題。

為什麼新的手柄會漂移？

無論你開啟 DualShock、Xbox 還是 Switch Pro 手柄，你都會發現同樣的基礎電位器設計。知名硬體維修公司 iFixit 做了一些研究工作，追查到了 PS5 手柄中電位器的生產與型號，發現其使用壽命在 10 萬至 200 萬「Cycles」之間，具體取決於不同型號。「Cycles」的概念比較模糊，似乎意味著沿著某個軸進行一次完整的運動。而 iFixit 的計算顯示出在數百小時的使用後，電位器就會開始磨損，你很可能就會體驗到手柄漂移。

他們的分析非常到位，涵蓋到了手柄漂移問題的大部分原因。現代手柄的設計從根本上來說使用壽命有限，而廠商們在宣傳時並沒有明確這一點。

對我來說，這不僅是做工問題，也是一個溝通問題。在工程圈子裡有一個常識：好的設計需要質量好、價格便宜、效能可靠，但你只能三選二。手柄製造商們似乎只注重了前兩點，而掘棄了第三點。

我們都希望現代手柄精度高。我們都希望在潛行時能夠進行一些細微的移動，想要奔跑時又能搖桿推到底，遊戲必須準確識別出搖桿的一舉一動。精準的反饋需要較高的靈敏度，因此手柄對上文提到的各種問題就更加脆弱。同時，手柄的成本也必須控制在玩家可接受的範圍，你可能會發現在網上尋找替換的電位器價格相當低廉。很可能有質量更好、更耐用的電位器，但手柄的整體價格就會更高。現在的手柄價格已經 300+ 起步了，再貴點消費者也許就不能接受。


所以我們現在就處於這樣一箇中間地帶，手柄有著高靈敏度和「相對」較低的成本，但你的手柄總有可能會毫無預警地壞掉。如果我們與硬體生產商有足夠的交流溝通，告訴他們希望手柄的使用壽命有多長，那麼我們還是能避免目前這種程度的不滿。不知道廠商們是真的希望手柄使用幾百小時就會出問題，還只是單純不想公之於眾呢？許多手柄都標配有一年質保，但取決於你的遊玩習慣，一年中能有多少遊戲時間還是非常不同的。

我認為 Joy-Con 手柄的漂移問題是最為嚴重的。它們的電位器設計稍有不同，但設計原理也是通過不同的電阻和電流來反映出搖桿的位置。最大的不同在於 Joy-Con 的電阻放在搖桿的正下方，而其他手柄都採用了豎立放置。因此，Joy-Con 更容易受到灰塵的影響而出問題。在數個世代「任天堂合金」打造的質量優良的任天堂主機與手柄後，現在 Joy-Con 出現毛病尤為讓人失落。有人認為只要精心護理手柄，就不會出現任何問題。顯然這項技術背後的原理讓這個觀點不攻自破。

儘管有各種各樣的問題，顯然手柄生產商們需要做些什麼來改善這個情況。從我的角度來看，他們可以採取以下幾個不同的辦法，但都不是什麼很好的解決方案：


生產商們（可能會）如何修復漂移問題

他們可以重新設計追蹤模擬搖桿的方法，著重於使用高質量、耐磨損的電位器，然後試著採用一個相對隔絕灰塵等汙染物的設計。這樣一定會減少漂移的現象，但或許不能完全解決這個問題。除了電位器之外，也能採用其他技術來實現遙感追蹤。例如霍爾效應，利用電磁感應，無需物理接觸便能追蹤搖桿的位置，這樣就能完全避免使用磨損和灰塵等問題。當然，現在的手柄似乎還是沿用了 20 年前的基本設計，想要大幅改進的話需要大量的工程設計，很有可能最後的價格也會更加昂貴。

還有一個方案是讓手柄更加模組化，方便玩家自行更換出了問題的電位器。通常來說，廠家不希望玩家自行拆開手柄，這樣可能會損壞其中的內電子元件。任天堂採用了不常見的螺絲釘、就是為了防止玩家自行拆機。想象一下手柄也推出類似以前 N64 強化包的套件，能夠方便玩家在不拆開外殼的情況下更換一些內部元件。


最後一個方案，我覺得肯定也是最不可能實現的，那就是廠商對玩家公開手柄的使用壽命。如果我們知道手柄在設計上能夠使用多長時間，那麼我們就能提前規劃好購買計劃，而不是像在賭博一樣，每天提心吊膽不知道什麼時候會出現問題。公開使用壽命也更方便追究責任，如果硬體過早出現問題，那麼我們就更應該討論手柄的定價問題了。這個解決方案顯然對生產商沒有什麼好處，但至少也能對他們目前面臨的法律問題有一點幫助。

如何解決手柄漂移問題，目前仍然沒有一個明確的答案。但是隨著更多消費者奮起反抗，廠商也會更早停下踢皮球的行為，去找到一個更加務實的解決方案。

作者：原作者 Aaron White。
來源：IGN中國
地址：https://www.ign.com.cn/playstation-5/32225/opinion/