무선 키보드는 정말 느릴까 — 유선, 2.4GHz 수신기, 블루투스는 무엇이 다른가

무선 키보드가 느린지는 연결 방식에 따라 답이 갈린다. 2.4GHz 전용 수신기(동글)를 쓰는 제품 가운데에는 유선과 같은 1,000Hz, 곧 1ms 간격으로 입력을 보내는 것이 있고, 이런 제품은 보고 간격에서 유선과 차이가 없다. 블루투스는 그보다 느리다. 키크론(Keychron) K3 맥스(K3 Max)의 공식 사양을 예로 들면 유선과 2.4GHz에서는 1,000Hz, 블루투스에서는 90Hz다. 90Hz는 약 11ms 간격인데, 분당 650타로 치는 사람도 키와 키 사이가 약 92ms이므로 글을 치는 데에는 문제가 되지 않는다. 차이가 의미를 갖는 곳은 반응 속도를 다투는 게임이다. 타자를 치는 사람에게 블루투스의 불편은 지연이 아니라 다른 두 가지로 나타난다. 절전에서 깨어날 때 첫 입력이 빠지는 일과 부팅 화면에서 키보드가 잡히지 않는 일이다.

표의 보고 간격은 한 제품의 사양이다. 수신기 방식이라고 모두 1,000Hz는 아니므로, 사려는 모델의 사양표에서 연결 방식마다 폴링 레이트가 어떻게 적혀 있는지 따로 확인한다.

지연은 보고 간격에서 시작된다

키보드는 눌린 키를 일정한 간격으로 컴퓨터에 보고한다. 1초에 몇 번 보고하는지를 폴링 레이트(polling rate)라고 하고 Hz로 적는다. 1,000Hz면 1ms마다, 125Hz면 8ms마다 한 번이다. 키가 눌린 순간이 그 간격의 어디에 걸릴지는 알 수 없으므로, 보고를 기다리는 시간은 평균적으로 간격의 절반이다. 키보드 지연을 직접 측정해 공개한 개발자 댄 루(Dan Luu)는 8ms 간격이면 평균 4ms, 1ms 간격이면 평균 0.5ms가 더해져 둘의 차이가 3.5ms라고 계산한다. 그는 유선 키보드도 둘로 나눈다. 대부분의 키보드가 쓰는 저속 USB 방식과, 1,000Hz까지 지원해 고급 키보드가 흔히 내세우는 풀 스피드 USB 방식이다. 유선이라고 모두 1ms 간격으로 보고하는 것은 아니다.

풀 스피드 USB와 게이밍용 2.4GHz 수신기는 이 간격을 1ms까지 줄인다. 로지텍(Logitech)은 G915 TKL에 들어간 라이트스피드(LIGHTSPEED) 무선을 1ms 성능이라고 소개하고, 키크론은 K3 맥스의 2.4GHz 연결을 1,000Hz 폴링 레이트로 표기한다. 수신기 방식 가운데에는 블루투스 규격이 아니라 제조사가 정한 자체 통신 방식으로 키보드와 신호를 주고받는 것이 있다.

블루투스는 구조가 다르다. 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy)로 연결된 키보드는 입력을 아무 때나 보내지 못하고, 연결 이벤트라고 부르는 정해진 시점에만 보낸다. 연결 이벤트 사이의 시간이 연결 간격이다. 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)의 기술 문서는 입력이 연결 이벤트에서만 전송되며, 자사 키보드 예제에서는 7.5ms 간격이 가장 빠른 응답을 낸다고 설명한다. 블루투스 표준을 관리하는 블루투스 SIG도 연결 간격의 최솟값이 오랫동안 7.5ms였고, 연결 간격은 지연과 전송량과 전력 소모 사이의 균형을 맞추려고 조절하는 값이라고 밝힌다. 간격을 길게 잡을수록 배터리가 오래가고 반응은 늦어진다.

실제 간격은 키보드 혼자 정하지 못한다. 블루투스의 키보드용 규격(HID over GATT 프로파일)은 연결 직후의 설정을 빨리 끝내도록 컴퓨터 쪽에 7.5ms에서 50ms 사이의 간격을 권장할 뿐이다. 키보드는 컴퓨터가 정한 간격을 받아들인 뒤에 용도에 맞는 값을 요청하도록 되어 있다. 애플(Apple)은 2017년에 낸 개발자 문서에서 자사 기기가 일반 액세서리에는 15ms 이상의 간격을 요구하고, 키보드 같은 저전력 블루투스 HID 기기에는 11.25ms까지 받아들일 수 있다고 안내한다.

그래서 블루투스의 수치는 자료마다 조금씩 다르다. 표준의 하한인 7.5ms는 약 133Hz, 애플이 말하는 11.25ms는 약 89Hz에 해당한다. 제품 표기로는 키크론 K3 맥스가 90Hz이고, 제품 평가 사이트 알팅스(RTINGS)는 예전 시험 설명서에서 블루투스 연결이 대개 125Hz까지만 지원한다고 적었다. 어느 값으로 보아도 1,000Hz의 1ms보다 7배 넘게 긴 간격이다.

블루투스 코어 6.2 규격에는 연결 간격의 최솟값을 375µs까지 줄이는 기능(Shorter Connection Intervals)이 추가되었다. 다만 블루투스 SIG의 설명대로 키보드와 컴퓨터가 모두 이 기능을 지원해야 하고, 한쪽이라도 지원하지 않으면 기존 간격으로 연결된다.

유선끼리도 지연은 15ms에서 55ms까지 벌어진다

보고 간격은 전체 지연의 일부일 뿐이다. 댄 루는 키가 움직이기 시작한 순간부터 USB 신호가 나갈 때까지를 키보드 21종으로 측정했다. 유선 19종만 보아도 15ms에서 55ms까지 퍼져 있었고 30ms가 7종으로 가장 많았다. 무선 2종은 40ms와 60ms로 느린 쪽이었지만, 표본이 둘뿐이어서 무선 전체의 값으로 볼 수는 없다. 수치는 5ms 단위로 반올림된 값이다. 이 측정에는 키가 눌려 내려가는 시간이 포함되어 있고, 댄 루는 이 시간만으로도 10ms가 쉽게 더해진다고 적는다. 8ms 간격과 1ms 간격의 평균 차이가 3.5ms인 데 비해 유선 제품끼리의 차이는 40ms에 이른다. 보고 간격 못지않게 키보드 자체의 구조와 내부 처리가 지연을 좌우한다.

알팅스는 솔레노이드로 키를 누르고 USB 분석기로 키보드가 보낸 신호를 읽어 내는 방식으로, 표본을 200개씩 모아 지연을 측정한다. 고속 카메라로 재던 예전 방식(테스트 벤치 1.2 이하)의 시험 설명서는 수신기로 연결한 무선의 지연이 대개 유선만큼 작고, 세 방식 가운데 블루투스가 대개 가장 크다고 정리했다. 당시 좋은 값의 기준도 유선과 수신기는 10ms 미만, 블루투스는 20ms 미만으로 따로 잡혀 있었다.

수신기 방식이 모두 빠른 것은 아니다. 로지텍의 업무용 수신기 로지 볼트(Logi Bolt)는 저전력 블루투스 기술에 로지텍의 보안 기능을 더한 방식이다. 알팅스는 로지 볼트와 블루투스로만 연결되는 MX 키즈 S(MX Keys S)에 대해, 타자 품질은 훌륭하고 가벼운 게임에는 무난하지만 빠르거나 경쟁적인 게임을 하기에는 지연이 크다고 평가한다. 수신기가 들어 있다는 사실보다 사양표에 적힌 2.4GHz 폴링 레이트가 판단 기준이 된다.

타자에서는 차이가 드러나지 않는다

키와 키 사이의 평균 간격은 60,000ms를 분당 타수로 나누면 나온다. 타닥은 한글 타수를 자모 단위로 세므로(타수 계산 방식) 타/분 값이 1분 동안 누른 글쇠 수에 가깝다. 타닥 급수표의 기준 속도로 계산하면 다음과 같다.

블루투스 90Hz의 보고 간격 약 11ms는 가장 빠른 타신 기준 간격의 8분의 1 수준이다. 게다가 지연이 일정하면 모든 타가 똑같이 늦어질 뿐이어서 60초 동안 센 타수는 달라지지 않는다. 알팅스의 예전 설명서도 타자를 치거나 일반 작업을 할 때는 키보드의 지연을 알아채기 어렵다고 적는다. 연결 방식을 유선으로 바꾸는 것만으로 타자 속도가 오를 이유는 없다.

게임은 사정이 다르다. 60Hz 모니터의 한 장면은 약 16.7ms다. 90Hz 보고 간격에서는 입력이 평균 약 5.6ms, 길게는 약 11ms 늦게 전달되므로, 한 장면의 3분의 1에서 3분의 2에 해당하는 시간이 연결 방식에서만 더해진다. 1,000Hz에서는 이 값이 평균 0.5ms다. 알팅스의 같은 설명서는 게임에서는 지연이 매우 중요하다고 보고, 블루투스가 게이밍 키보드보다 휴대용과 사무용 키보드에 흔한 이유를 세 방식 가운데 지연이 가장 크다는 점에서 찾는다. 반응 속도를 다투는 게임을 한다면 유선이나 1,000Hz 수신기로 연결하는 편이 맞다.

블루투스의 불편 두 가지: 절전 복귀와 부팅 화면

절전에서 깨어날 때 첫 입력이 빠진다

무선 키보드는 배터리를 아끼려고 한동안 입력이 없으면 절전 상태로 들어간다. 로지텍은 지원 문서에서 키보드가 다시 켜지고 블루투스 연결을 되살리는 동안 처음 몇 번의 키 입력이 들어가지 않을 수 있으며, 이는 블루투스 무선 키보드라면 어느 제품에서나 생기는 정상 동작이라고 안내한다. 고장이 아니므로 자리에 돌아오면 Shift 같은 키를 한 번 눌러 깨운 뒤에 치기 시작하면 된다.

자동 절전을 끌 수 있는 제품도 있다. 키크론의 고객 지원 문서는 키보드가 배터리를 아끼려고 10분 동안 입력이 없으면 자동 절전에 들어가고, 단축키로 이 기능을 끌 수 있다고 안내한다. 문서가 드는 예는 fn, S, O를 3초 동안 함께 누르는 것인데, 적용 모델이 적혀 있지 않은 문서이므로 자기 제품의 설명서에서 단축키를 확인한다.

부팅 화면에서 잡히지 않는다

키보드 제조사 아지오(Azio)의 지원 문서는 대부분의 메인보드에 블루투스 드라이버가 들어 있지 않아서 윈도우가 드라이버를 불러오기 전까지 블루투스 키보드가 동작하지 않는다고 설명하고, 바이오스(BIOS)에 들어갈 수 있는 무선 키보드는 수신기를 쓰는 RF 방식이라고 덧붙인다. 키크론도 지원 문서에서 블루투스 동글을 따로 달아도 바이오스 메뉴에서는 동작하지 않을 수 있다며, 바이오스에 들어갈 때는 키보드를 유선 모드로 바꾸라고 권한다. 이 제약은 무선 전체가 아니라 블루투스에만 해당한다.

바이오스 설정이나 운영체제 설치를 할 일이 있다면 수신기가 있거나 유선으로도 입력되는 제품이 필요하다. 충전 단자가 있다고 해서 유선 입력이 되는 것은 아니다. MX 키즈 S는 블루투스와 로지 볼트 수신기로만 연결되고, 알팅스의 측정표에도 유선 지연 항목이 해당 없음으로 적혀 있다.

2.4GHz 대역을 쓰는 무선은 간섭을 받는다

2.4GHz 대역은 여러 기기가 함께 쓴다. 영어 위키백과에 따르면 와이파이(802.11b, g, n, ax), 블루투스, 무선 전화기, 전자레인지, 자체 규약을 쓰는 무선 키보드와 마우스가 모두 이 대역에서 동작한다. 블루투스는 79개 채널(저전력 블루투스는 40개)을 옮겨 다니며 혼잡한 주파수를 피하는 방식으로 이 문제에 대응한다.

잘 알려진 간섭원은 USB 3.0이다. 인텔(Intel)이 2012년 4월에 낸 백서는 USB 3.0 신호가 2.4GHz 대역까지 걸치는 넓은 잡음을 내며, USB 3.0 외장 하드를 연결하자 이 대역의 잡음 수준이 20dB 가까이 올라갔다고 보고한다. 같은 실험에서 USB 3.0 단자 바로 옆에 무선 마우스 수신기를 꽂았더니 노트북에서 3피트(약 0.9m) 이상 떨어진 거리에서 마우스 반응이 눈에 띄게 늦어졌고, 외장 하드에 데이터를 쓰고 있지 않아도 연결만으로 같은 일이 생겼다. 백서는 결과를 싣지는 않았지만 블루투스에서도 비슷한 영향이 보였다고 적는다. 로지텍 지원 문서는 이 간섭의 증상으로 입력 지연, 글자 누락, 사용 거리 감소를 들고 세 가지 조치를 권한다.

1. USB 3.0 기기와 수신기를 가능한 한 멀리 떨어진 단자에 꽂는다. 본체 반대쪽 단자가 있으면 그쪽을 쓴다.
2. 수신기를 키보드에 최대한 가깝게 둔다.
3. USB 연장 케이블로 수신기를 USB 3.0 단자에서 최대한 멀리 떨어뜨린다.

USB 3.0 단자는 안쪽 플라스틱이 파란색인 경우가 많다. 수신기를 본체 뒷면의 파란 단자 옆에 꽂아 두고 입력이 끊기거나 글자가 빠진다면 키보드보다 수신기 위치부터 의심한다.

수신기 방식은 암호화 여부를 확인한다

보안 업체 바스티유(Bastille)는 2016년에 키스니퍼(KeySniffer)라는 취약점을 공개했다. 여덟 개 회사의 블루투스가 아닌 저가 무선 키보드가 키 입력을 암호화하지 않은 채 수신기로 보내고 있어서, 수백 피트 떨어진 곳에서도 입력 내용을 엿볼 수 있다는 내용이다. 바스티유는 고급 키보드는 입력을 암호화한다고 적고, 해당 제품 사용자에게는 블루투스나 유선 키보드로 바꾸라고 권했다. 수신기 방식 가운데 로지 볼트는 저전력 블루투스의 보안 모드 1, 보안 레벨 4를 쓴다고 로지텍이 밝힌다. 비밀번호를 자주 입력하는 컴퓨터에 수신기 방식 키보드를 쓴다면 제조사가 암호화를 명시하는지 확인한다.

배터리 시간은 조명에 따라 크게 달라진다

제조사 사양을 보면 조명을 켰을 때와 껐을 때의 차이가 크다.

두 제품은 측정 조건이 달라서 서로 비교할 수 없고, 같은 제품 안에서 조명에 따른 차이만 읽어야 한다. 키크론은 자사 수치가 실험실 결과이며 실제 사용에서는 달라질 수 있다고 적는다. 로지텍의 242시간(약 10일)은 100럭스보다 어두운 방에서 조명이 2단계로 켜질 때의 값이고, 더 밝은 방에서 4단계로 켜지면 146시간(약 6일)으로 줄어든다. 두 값에는 배터리가 10% 남은 뒤 조명 없이 더 쓸 수 있는 364시간이 들어 있지 않으며, 로지텍은 이 시간을 따로 덧붙여 적는다. 조명을 끄면 사용 시간이 늘어난다는 점은 두 사양이 같고, K3 맥스는 최저 밝기의 약 42시간이 약 73시간으로 늘어난다.

용도에 따른 선택 기준

• 글쓰기와 사무가 중심이다: 어느 방식이든 지연은 문제가 되지 않는다. 책상 구성과 쓰는 기기 수로 고른다.
• 노트북, 태블릿, 휴대전화를 오가며 쓴다: 블루투스가 맞다. K3 맥스는 블루투스로 3대까지 등록해 두고 전환한다.
• 반응 속도를 다투는 게임을 한다: 유선이나 2.4GHz 수신기를 쓰고, 사양표에 2.4GHz 폴링 레이트가 1,000Hz로 적혀 있는지 확인한다.
• 바이오스 설정이나 운영체제 설치를 한다: 블루투스 전용 제품은 피한다. 수신기가 있거나 유선 입력이 되는 제품을 고른다.
• 본체가 책상 아래에 있다: 수신기 방식이라면 연장 케이블로 수신기를 키보드 가까이에 둘 수 있는지 본다.
• 어느 쪽인지 정하지 못했다: K3 맥스처럼 2.4GHz, 블루투스, 유선을 모두 지원하는 제품을 고르면 상황에 따라 바꿔 쓸 수 있다. 크기와 스위치를 정하는 순서는 첫 기계식 키보드 고르는 법에 있다.

내 환경에서 직접 확인하는 방법

지금 쓰는 무선 연결이 타자에 영향을 주는지는 같은 조건으로 속도와 정확도를 재 보면 알 수 있다. 타닥의 급수 검정은 60초 동안 친 결과를 타/분과 정확도로 보여 주고, 정확도가 95% 이상이어야 합격이다.

1. 키보드를 유선으로 연결하고 미니게임의 급수 검정을 세 번 치러 타/분과 정확도를 적는다. 유선 입력이 안 되는 제품이라면 수신기를 키보드 바로 앞에 둔 상태를 기준으로 삼는다.
2. 평소 쓰는 무선 연결로 바꿔 같은 검정을 세 번 치른다. 검정은 첫 글자를 입력하는 순간 60초가 시작되므로, 시작하기 전에 Shift 같은 키를 눌러 키보드를 깨워 둔다.
3. 타/분이 비슷한데 정확도만 무선 쪽에서 계속 낮게 나온다면 글자 누락일 가능성을 살펴본다. 수신기 방식이면 앞에서 본 세 가지 조치로 수신기 위치를 바꾼 뒤 다시 잰다. USB 3.0의 잡음은 블루투스에도 영향을 줄 수 있으므로, 블루투스라면 컴퓨터에 꽂힌 USB 3.0 저장 장치를 잠시 빼고 다시 잰다.
4. 두 연결의 결과가 비슷하다면 연결 방식은 원인이 아니다. 속도를 올리는 연습 방법은 타자 속도 올리는 법에 정리되어 있다.

60초 기록은 문장과 컨디션에 따라 달라진다. 연결 방식마다 세 번씩 재서 비교하고, 한 번 나온 차이로 판단하지 않는다.

참고한 자료

• Keychron K3 Max 제품 페이지 — 연결 방식별 폴링 레이트(1,000Hz와 90Hz), 배터리 용량과 사용 시간, 블루투스 3대 등록
• Keyboard latency (Dan Luu) — 폴링 간격과 평균 대기 시간 계산, 키보드 21종의 지연 측정값(유선 15ms에서 55ms, 무선 40ms와 60ms)
• RTINGS Keyboard Latency 시험 설명서(테스트 벤치 1.2 이하, 보관본) — 유선, 수신기, 블루투스 지연의 일반적인 순서와 당시 좋은 값의 기준, 블루투스의 125Hz, 타자와 게임에서의 체감
• HID over GATT Profile 1.0 규격(Bluetooth SIG, 2011) — 7.5ms에서 50ms가 연결 직후 호스트에 권장되는 값이라는 점과, 이후 간격은 기기가 요청하도록 한 규정
• Bluetooth Core 6.2 feature overview — 연결 간격 최솟값이 7.5ms였다는 점과 375µs로 줄이는 새 기능, 양쪽 기기 지원 조건
• USB 3.0 Radio Frequency Interference Impact on 2.4 GHz Wireless Devices (Intel, 2012) — USB 3.0이 2.4GHz 대역에 내는 잡음, 무선 마우스 실험 결과, 블루투스에서도 비슷한 영향이 보였다는 언급
• Logitech 지원: USB 3.0 기기와 함께 쓸 때 무선 제품이 제대로 동작하지 않는 경우 — 간섭 증상 세 가지와 수신기 위치 조치
• Logitech 지원: MX Keys S 사양 — 배터리 용량, 조명 단계별 사용 시간, 연결 방식