手柄漂移背后的科学原理

如果你曾经因为手柄的摇杆自己乱动而导致操作失误、错过某个关键的判定、或是跌入无底的深渊，那么你可能就是手柄摇杆漂移的受害者。这是一个异常烦人、难以修复并且似乎范围还在不断扩大的毛病。如果你想知道手柄漂移的原因（以及如何修复它？），我们就要先从手柄背后运作的科学原理开始了解。

本文编译自 IGN US 相关内容，原作者 Aaron White。

基本上来说，让所有电子元件运作起来的东西已经写在名字里了，那就是电子。运动的电子产生电流，而电流则为我们的各种设备提供能源。

你的手柄如何运作

在各种设备塑料或是金属的外壳下，就是各种设备的电子骨架：印刷电路板。无论你的手机、电脑还是手柄，电子元件最重要的东西都在电路板上。电路板设计上是要将电流送到不同的地方来实现不同的功能。例如在按下按键时发出信号，或是电源指示灯、亦或是感测摇杆的方位，利用的都是这个原理。这些电路板都经过精心设计，确保电流只经过特定的导电材料（通常是铜），不会到处乱流。

这些电流必须精确控制，如果电流乱动的话，它们就会导致电源快速损耗并且产生大量热能，从而让你的内部元件损坏，设备本身就会坏掉。为了限制电流的流向，我们会在电路板上放置一些电阻元件，或是留出空隙。电路板上留出的空间必须要一定的输入才能让电流完成回路。而电阻元件仍能让电流通过，只是这条电路上的流速更慢，整体电流也会更小。因此，我们能够根据需求，将不同大小的能量送到电路板上的不同区域。基本上来说，电路中的电阻元件越多，电流就会越小。

举例来说：如果你按下一个按键，那么一个导电元件就会与电路板接触。这个动作填充了电路板上的空隙，让电流得以通过，产生一个该按键被按下的信号。这类特定的输出只有开与关两种，代表它的信号则是 0 或 1，这就是我们所说的电信号。

手柄的漂移现象

对摇杆来说，我们要知道的不止是它是否被按下，而是它朝向哪边，有多少力度。我们需要一个信号来记录这些输入，这也就是「模拟摇杆」这个概念的由来。

我们通过在电子元件中改变电流大小来代表不同的摇杆输入。当你使用摇杆时，实际上是在转动下方电子元件上的两个小轮子，它们叫做电位器。这两个轮子会与不同的电阻材料接触，原理与按键其实无异，这里的不同就在于信号不仅是有或无那么简单。

电流需要途径的电阻材料由轮子的旋转弧度决定，同时还会有一小片金属一起运动，决定电流通过的地方。记住，电路中的电阻材料越多，电流就越小。如果你把摇杆使劲推向一边，下方的轮子就会转到最远，所以电流就必须流经全部电阻材料。如果你轻微推动摇杆，那么只会有一小部分电阻接入电路。因此，你的每个不同操作都会带来不同的电流，产生不同的信号。

手柄会识别两个轮子上不同的电流信号，反馈成为摇杆 X 轴与 Y 轴的位置。之后，手柄将这个信息转交给游戏主机，反馈成为你的移动或是视角的变动，以及游戏设计师为其赋予的其他功能。

一切运转正常时，电流会以 1:1 的信号指示出摇杆的位置。而摇杆的漂移现象，则是因为有东西在我们没有使用摇杆时，影响了这个电流。

造成这个现象的原因可能有很多：可能是灰尘或者皮屑阻碍了电阻的感应，进而导致电流大小变动。感应装置附近的导电材料也有可能因为使用而磨损消耗，导致特定部位的电阻变化，产生错误的信号。也有可能是手柄在生产过程中的问题导致出厂就有漂移的毛病。在不拆开外壳仔细检查的情况下，几乎不可能说清楚到底是什么原因造成的。

不过随着越来越多漂移现象的出现，这背后一定是有什么系统性的问题。

任天堂的 Joy-Con 手柄数年来广为玩家所诟病，去年微软也因 Xbox 手柄遭到诉讼，PS5 DualSense 手柄发售后几个月出现同样的毛病，导致索尼也面临着法律问题。深挖这件事，你会发现 V 社的 Steam 手柄也有着同样的漂移问题。似乎是大家都避免不了的通病。

我个人的体验来看，已经有 3 个 PS4 手柄开始漂移，我的左右两只 Joy-Con 也没有幸免。不过奇怪的是，我有很多快 20 年历史的 GameCube 手柄却没有任何类似的问题，我还时不时用来玩《任天堂全明星大乱斗》。我认为任天堂应该不会忘记该怎么做好手柄，感觉更像是新硬件的问题。

为什么新的手柄会漂移？

无论你打开 DualShock、Xbox 还是 Switch Pro 手柄，你都会发现同样的基础电位器设计。知名硬件维修公司 iFixit 做了一些研究工作，追查到了 PS5 手柄中电位器的生产与型号，发现其使用寿命在 10 万至 200 万「Cycles」之间，具体取决于不同型号。「Cycles」的概念比较模糊，似乎意味着沿着某个轴进行一次完整的运动。而 iFixit 的计算显示出在数百小时的使用后，电位器就会开始磨损，你很可能就会体验到手柄漂移。

他们的分析非常到位，涵盖到了手柄漂移问题的大部分原因。现代手柄的设计从根本上来说使用寿命有限，而厂商们在宣传时并没有明确这一点。

对我来说，这不仅是做工问题，也是一个沟通问题。在工程圈子里有一个常识：好的设计需要质量好、价格便宜、性能可靠，但你只能三选二。手柄制造商们似乎只注重了前两点，而掘弃了第三点。

我们都希望现代手柄精度高。我们都希望在潜行时能够进行一些细微的移动，想要奔跑时又能摇杆推到底，游戏必须准确识别出摇杆的一举一动。精准的反馈需要较高的灵敏度，因此手柄对上文提到的各种问题就更加脆弱。同时，手柄的成本也必须控制在玩家可接受的范围，你可能会发现在网上寻找替换的电位器价格相当低廉。很可能有质量更好、更耐用的电位器，但手柄的整体价格就会更高。现在的手柄价格已经 300+ 起步了，再贵点消费者也许就不能接受。

所以我们现在就处于这样一个中间地带，手柄有着高灵敏度和「相对」较低的成本，但你的手柄总有可能会毫无预警地坏掉。如果我们与硬件生产商有足够的交流沟通，告诉他们希望手柄的使用寿命有多长，那么我们还是能避免目前这种程度的不满。不知道厂商们是真的希望手柄使用几百小时就会出问题，还只是单纯不想公之于众呢？许多手柄都标配有一年质保，但取决于你的游玩习惯，一年中能有多少游戏时间还是非常不同的。

我认为 Joy-Con 手柄的漂移问题是最为严重的。它们的电位器设计稍有不同，但设计原理也是通过不同的电阻和电流来反映出摇杆的位置。最大的不同在于 Joy-Con 的电阻放在摇杆的正下方，而其他手柄都采用了竖立放置。因此，Joy-Con 更容易受到灰尘的影响而出问题。在数个世代「任天堂合金」打造的质量优良的任天堂主机与手柄后，现在 Joy-Con 出现毛病尤为让人失落。有人认为只要精心护理手柄，就不会出现任何问题。显然这项技术背后的原理让这个观点不攻自破。

尽管有各种各样的问题，显然手柄生产商们需要做些什么来改善这个情况。从我的角度来看，他们可以采取以下几个不同的办法，但都不是什么很好的解决方案：

生产商们（可能会）如何修复漂移问题

他们可以重新设计追踪模拟摇杆的方法，着重于使用高质量、耐磨损的电位器，然后试着采用一个相对隔绝灰尘等污染物的设计。这样一定会减少漂移的现象，但或许不能完全解决这个问题。除了电位器之外，也能采用其他技术来实现遥感追踪。例如霍尔效应，利用电磁感应，无需物理接触便能追踪摇杆的位置，这样就能完全避免使用磨损和灰尘等问题。当然，现在的手柄似乎还是沿用了 20 年前的基本设计，想要大幅改进的话需要大量的工程设计，很有可能最后的价格也会更加昂贵。

还有一个方案是让手柄更加模块化，方便玩家自行更换出了问题的电位器。通常来说，厂家不希望玩家自行拆开手柄，这样可能会损坏其中的内电子元件。任天堂采用了不常见的螺丝钉、就是为了防止玩家自行拆机。想象一下手柄也推出类似以前 N64 强化包的套件，能够方便玩家在不拆开外壳的情况下更换一些内部元件。

最后一个方案，我觉得肯定也是最不可能实现的，那就是厂商对玩家公开手柄的使用寿命。如果我们知道手柄在设计上能够使用多长时间，那么我们就能提前规划好购买计划，而不是像在赌博一样，每天提心吊胆不知道什么时候会出现问题。公开使用寿命也更方便追究责任，如果硬件过早出现问题，那么我们就更应该讨论手柄的定价问题了。这个解决方案显然对生产商没有什么好处，但至少也能对他们目前面临的法律问题有一点帮助。

如何解决手柄漂移问题，目前仍然没有一个明确的答案。但是随着更多消费者奋起反抗，厂商也会更早停下踢皮球的行为，去找到一个更加务实的解决方案。