QWERTY 與DVORAK 鍵盤之輸入績效比較研究

亞 東 學 報 第 2 6 期 2006 年 5 月 頁 9 9 ~ 1 0 6 亞 東 技 術 學 院

QWERTY 與 DVORAK 鍵盤之輸入績效比較研究

李德松 葉雲嬰

工業管理系

摘要

人因工程原則是影響鍵盤輸入績效的重要因 素。本研究的目的在以人因工程原則比較QWERTY 與DVORAK 鍵 盤 之 輸 入 績 效 。 研 究 結 果 顯 示 QWERTY 鍵 盤 中 右 手 與 左 手 的 相 對 輸 入 率 (%) 為 52.4：47.6，表示手間不平衡，而DVORAK鍵盤中右 手與左手的相對輸入率為45.9：54.1，比較符合手間 平衡。QWERTY鍵盤較DVORAK鍵盤快了2.9 %，與 以往的研究結果相反。由逐步迴歸分析中可以得知， 當顯著水準為α=0.05時，在本研究中的人因工程原則 之“雙手交替使用次數極大化”與“性別”將是影響輸 入率的最主要因素。 關鍵詞：二合字母、人因工程原則、輸入率

壹、緒論

隨著電腦資訊產業的蓬勃發展，人類與電腦系統 可 以 經 由 視 覺 顯 示 端 終 機(visual display terminal, VDT)與輸入裝置來溝通。雖然輸入裝置的種類有鍵 盤、滑鼠、語音辨識、手寫輸入、光學字元辨識技術 等輸入裝置，但是仍以電腦鍵盤為最直接的訊息傳輸 工具，依字鍵開關可分為機械式、電容式、導電橡皮 式與薄膜式四種，它是人機界面中重要的因素之一， 字鍵的安排與配置設計是否妥當，將影響輸入績效 (input performance)。 已有許多研究學者[7,9,11,12,15,17,18,19,24]指出 不良的鍵盤設計，會導致不舒服的視覺傳達與回饋， 不僅容易造成使用者身體及心理的疲勞，更容易造成 使用上的錯誤與降低人機系統的效率[5]。標準英文鍵 盤(圖一)是由 Sholes 兄弟於 1873 年所設計發明的， 此鍵盤的上列是以英文字母由左而右，依序為 QWERTY 順序排列的，又稱為 "QWERTY" 鍵盤 [20]。當時因為打字機字鍵的機械結構性能，只要打 字速度一快，字桿便會卡住，因此為了降低機械字桿 卡住的次數，而將出現頻率較高的英文字母(如 A、 S、O…等)或最常出現之聯結英文字母，分置於較不 靈活的小指或無名指[20,22]。 圖一 QWERTY 鍵盤 近年來有許多研究報告評估此鍵盤，發現此鍵盤 的配置並不符合人因工程原則，於是引起許多學者加 以研究，相繼有 Dvorak，Klockenberg，Alphabetic 等鍵盤之提出。 1943 年 Dvorak 依據手指移動的速度與效率，降 低鍵入錯誤率與減輕手部和手指疲勞等人因工程原 則的考慮，發展出所謂的 DVORAK 鍵盤(圖二)，又 稱為 Simplified 鍵盤[13]。此鍵盤基本上將母音字

亞東學報 第 26 期 母 A、E、I、O、U 配置於左手主列上，使主列之鍵 入頻率佔70%以上，而最常用之子音字母 D、H、N、 S、T，則置於右手主列上，因子音與母音經常交互出 現，如此安排打字時，可充分有效地交互使用左右 手，以增進打字速度與降低錯誤率，可以使手及手指 之移動極小化[21]。同時右手手指之敲擊次數稍高於 左手，各指 (左小指、左無名指、左中指、左食指／ 右食指、右中指、右無名指、右小指) 之每秒敲擊次 數為 3.2 ，3.8 ，4.2 ，4.4 ／ 4.7 ，4.6 ， 4.1， 3.7[3,16]。 Griffith 與 Alden 等學者與其他研究報告[7,8]顯 示DVORAK 鍵盤較 QWERTY 鍵盤具有下列幾點符 合人的操作特性原則：1.增加雙手交替使用次數，2. 70% 以上的敲擊動作集中於主列，3.減少主列上移一 至二列的敲擊動作，4.增加右手的操作負荷量，左右 手負荷比接近理想值88.87/100 [23]，5.各手指負荷平 均，6.較易學習，不易疲勞。 圖二 DVORAK 改善式鍵盤 雖然有許多研究顯示，DVORAK 鍵盤優於標準 鍵盤，但由於 QWERTY 鍵盤已被廣泛使用，而 DVORAK 鍵盤所增加的效益不足以彌補修改鍵盤所 增 加 的 人 員 訓 練 費 用 及 購 買 設 備 費 用 ， 所 以 QWERTY 鍵 盤 一 直 延 用 至 今 ， 已 成 為 標 準 鍵 盤 [10,20]，因此有些學者建議只將鍵盤的設計視其效益 與費用的比率，作局部的配置安排，以較低的代價而 能提高打字效率或減少錯誤率。 根據 Underwood 及 Schulz [10] 英文字母聯結 頻 率 計 算 打 字 速 率 ， 發 現 DVORAK 鍵 盤 較 QWERTY 鍵盤快 2.6 %。 由於要比較QWERTY 與 DVORAK 這兩種鍵盤 的鍵入績效，因為學習效果與比較基準不同，很難給 定基準。因此本研究只用一個標準鍵盤來模擬鍵入二 合字母(digraph)英文字串，希望能不受文稿字母出現 頻率與聯結程度的影響，主要目的在於應用簡單的人 因工程三個原則評估QWERTY 鍵盤和 DVORAK 鍵 盤的鍵入績效，蒐集單位時間內敲擊每一組二合字母 英文字串的字數，將人因工程的原則對鍵入績效作 Duncan 多重檢定(MRT)，進行分析，並期望能找出最 佳 的 迴 歸 預 測 模 式 ， 以 得 知 人 因 工 程 原 則 對 QWERTY 鍵盤和 DVORAK 鍵盤的鍵入績效影響程 度。

貳、方法

2.1 實驗設計 本研究以人因工程三個原則為三個自變數，而以 輸入績效為因變項。自變數分別為：1.主列出現頻率 極大化。2.雙手交替使用次數極大化。3.上下移動超 過兩列之百分比極小化。本研究之因變項為輸入績效 或輸入率(字母/秒)。 2.2 受試者 本實驗共有受試者 12 名，男性 6 位，女性 6 位， 年齡在23~42 之間(平均 29.5；標準差 6.59)，皆不熟 悉英文標準打字指法。 2.3 實驗器材

本實驗之 CRT 螢幕為 PHILIPS 17 吋彩色螢 幕。所使用的鍵盤為 101 標準鍵盤。實驗分為兩組 工作站，每一工作站各隨機抽取六位受試者，每一工 作站實驗程式各隨機呈現28 組二合字母英文字串， 如表一。 表一 實驗材料──二合字母英文字串組合

QWERTY (次數) DVORAK (次數) QWERTY (次數) DVORAK (次數) Er (12560) Do (899) Od (1320) Sh (1981) An (10737) Al (5432) Jd (0) Ch (3445) Th (20662) Jk (0) Gl (307) Up (829) Ed (7348) Dh (18) Ja (49) Ca (2923) Nd (7276) Lh (10) Nb (302) On (10063) At (8789) Ak (581) Cb (0) Ln (13731) En (8682) Dl (224) Ru (647) Of (6977) Nt (5514) Lk (75) Da (728) Ha (6432) Ti (7836) Kg (9) Kr (12) Vo (903) Ou (4498) Sf (112) Nc (2353) Li (3432) Le (5128) Pd (2) Lg (39) Pu (674) Io (4739) Gs (202) Rp (223) Or (7593) Ar (6384) Ao (40) Yr (50) To (6080) Rt (1817) Ok (336) Cy (218) It (6272) VDT工作站 1 VDT工作站 2

QWERTY 與 DVORAK 鍵盤之輸入績效比較研究 2.4VDT 工作站 實驗所設計的VDT 工作站是模擬一般的電腦工 作環境，工作站的安排如圖三，螢幕置於高度為69 cm 的桌面上，螢幕中心至桌面高23 cm，螢幕中心至桌 子邊緣為40 cm，螢幕仰角(screen inclination)105 度。 以上這些尺寸為固定不變。 實驗室環境類似一般VDT 作業環境。工作站以 日光燈為光源，環境照度約為 420 lux，受試者的視 距為60 cm，螢幕上沒有眩光。 圖三 實驗之 VDT 工作站的安排 2.5 實驗程序 測驗開始螢幕會出現二合字母英文字串，當以英 文標準打字指法練習5 秒後即進入測驗畫面；測驗時 間為16 秒，受測者需要在正確的情況下，盡量快速 地鍵入字母。資料的收集，則去除前面4 秒與後面 2 秒，收集中間10 秒的正確字母數，作為鍵入績效或 輸入率。 依照上述方式反覆進行28 次即完成實驗，如圖 四所示。每一個二合字母英文字串組合實驗記錄 10 秒,共有 28 組且隨機但不重複呈現。 圖四 實驗程序流程 2.5 結果分析 表二資料顯示，在QWERTY 鍵盤中可以看出右 手的小指與中指相對輸入率在所有手指是最高的，而 左手的小指相對輸入率在所有手指是最低的。在 DVORAK 鍵盤中可以看出左手的中指相對輸入率在 所有手指是最高的，而右手的小指相對輸入率在所有 手指是最低的。 表二 QWERTY 與 DVORAK 鍵盤之各手指 的輸入率 (單位：字母/秒) 鍵盤 手別 指 別 輸入率 相對輸入率 小指 6.6 11.3 無名指 7.1 12.1 中指 7.2 12.3 食指 7.0 11.9 食指 7.5 12.8 中指 8.0 13.7 無名指 7.2 12.3 小指 8.0 13.7 小指 7.4 13.3 無名指 7.5 13.5 中指 7.8 14.1 食指 7.3 13.2 食指 7.0 12.6 中指 6.9 12.4 無名指 6.5 11.7 小指 5.1 9.2 Q W E R T Y D V O R A K 右 手 左 手 右 手 左 手 表三資料顯示，在QWERTY 鍵盤中右手與左手 的相對輸入率為52.4：47.6，而 DVORAK 鍵盤中右 手與左手的相對輸入率為45.9：54.1。 表三 QWERTY 與 DVORAK 鍵盤之左右手 相對輸入率 (單位：百分比) 鍵盤 手別 相對輸入率 左手 47.6 右手 52.4 左手 54.1 右手 45.9 DVORAK QWERTY 表四資料顯示，在工作站 1 之 QWERTY 與 DVORAK 鍵盤的輸入率分別為 7.3 與 7.7；而在工作 站2 之 QWERTY 與 DVORAK 鍵盤的輸入率分別為 7.1 與 6.4。

亞東學報 第 26 期 表四 兩工作站之兩種鍵盤的輸入率 (單位：字母/秒) 鍵 盤 工作站 1 輸入率 工作站 2 輸入率 QWERTY 7.3 7.1 DVORAK 7.7 6.4 表五資料顯示，在“主列出現頻率極大化”人因工 程原則下，QWERTY 鍵盤輸入率最高是在“兩個字母 不在主列”的水準為 7.3，而 DVORAK 鍵盤輸入率最 高是在“兩個字母在主列上”的水準為 7.7。在“雙手交 替使用次數極大化”人因工程原則下，QWERTY 與 DVORAK 鍵盤輸入率最高皆為“異手敲擊”，分別為 7.8 與 7.9。在“上、下移動超過兩列之百分比極小化” 人因工程原則下，QWERTY 與 DVORAK 鍵盤輸入 率最高皆為“異手與同手同列”，分別為 7.4 與 7.5。 由表六 QWERTY 鍵盤各“主列出現頻率極大化 水準”之 Duncan 多重檢定得知，各水準之間並無顯著 的差異。表7 QWERTY 鍵盤各“上、下移動超過兩列 之百分比極小化水準”之 Duncan 多重檢定得知，“異 手與同手同列”與“同手差距一列”間的差異顯著。 由表八 DVORAK 鍵盤各“主列出現頻率極大化 水準”之 Duncan 多重檢定得知，“一個字母不在主列” 與“ 兩 個 字 母 不 在 主 列 ” 的 差 異 不 顯 著 。 表 九 DVORAK 鍵盤各“上、下移動超過兩列之百分比極小 化水準”之 Duncan 多重檢定得知，“異手與同手同列” 與“同手差距一列”間的差異顯著。 由表十的皮爾生相關係數看來，在QWERTY 與 DVORAK 鍵盤各對應手指中，以左手的無名指與食 指，以及右手除了中指之外，其關連性顯著。 由表十一輸入率與聯結次數之皮爾生相關係數 看來，QWERTY 鍵盤的輸入率與聯結次數之皮爾生 相關係數雖然只有0.154，但已達統計顯著 p < 0.05， QWERTY 鍵盤的輸入率似乎隨著聯結次數的增加而 增加。反觀DVORAK 鍵盤的輸入率與聯結次數之皮 爾生相關係數雖然有負相關-0.085，但並未達統計顯 著。 表十二 輸入率之變異數分析表中，得知性別對 輸入率之影響差異顯著(F(1,332) = 36.88，p<0.01)， 男性平均輸入率為7.8，女性平均輸入率為 6.5。兩種 鍵盤對輸入率之影響差異不顯著，DVORAK 鍵盤平 均輸入率為7.1，而 QWERTY 鍵盤平均輸入率為 7.2。 表五 QWERTY 與 DVORAK 鍵盤之各自變數的 輸入率 (單位：字母/秒) 鍵盤 人因工程原則 水 準 輸入率 兩個字母 在主列上 7.2 一個字母 不在主列 7.2 兩個字母 不在主列 7.3 同手敲擊 6.1 異手敲擊 7.8 異手與同手同列 7.4 同手差距一列 5.8 同手差距兩列 7.2 兩個字母 在主列上 7.7 一個字母 不在主列 6.6 兩個字母 不在主列 6.6 同手敲擊 6.0 異手敲擊 7.9 異手與同手同列 7.5 同手差距一列 5.1 同手差距兩列 6.1 D V O R A K 主列出現 頻率 極大化 雙手交替 使用次數 極大化 上、下移動 超過兩列之 百分比 極小化 主列出現 頻率 極大化 雙手交替 使用次數 極大化 上、下移動 超過兩列之 百分比 極小化 Q W E R T Y 表六 QWERTY 鍵盤各主列出現頻率極大化水準之 Duncan 多重檢定 主列出現頻率 極大化水準 兩個字母 不在主列 一個字母 不在主列 兩個字母 在主列上 輸入率 7.3 7.2 7.2 Duncan Grouping

QWERTY 與 DVORAK 鍵盤之輸入績效比較研究 表七 QWERTY 鍵盤各上、下移動超過兩列之百分比 極小化水準之Duncan 多重檢定 上、下移動超過 兩列之百分比 極小化水準 異手與同 手同列 同手差距 兩列 同手差距 一列 輸入率 7.5 6.1 5.1 Duncan Grouping 表八 DVORAK 鍵盤各主列出現頻率極大化水準之 Duncan 多重檢定 主列出現頻率 極大化水準 兩個字母 在主列上 一個字母 不在主列 兩個字母 不在主列 輸入率 7.7 6.6 6.6 Duncan Grouping 表九 DVORAK 鍵盤各上、下移動超過兩列之百分比 極小化水準之Duncan 多重檢定 上、下移動超過 兩列之百分比 極小化水準 異手與同 手同列 同手差距 兩列 同手差距 一列 輸入率 7.5 6.1 5.1 Duncan Grouping 表十 QWERTY 與 DVORAK 鍵盤各對應手指之皮爾 生相關係數 小 指 無 名 指 中 指 食 指 食 指 中 指 無 名 指 小 指 小 指 0.13 無 名 指 0.96* * 中 指 -0.07 食 指 0.31* * 食 指 0.44* * 中 指 0.44 無 名 指 0.34* * 小 指 0.78* * 左 手 右 手 DVORA K 項 目 Q W E R T Y 左 手 右 手 **α < 0.01 表十一輸入率與聯結次數之皮爾生相關係數 鍵 盤 變 數 聯 結 次數 QWERTY 0.154* DVORAK 輸入率 -0.085 *α < 0.05 表十二 輸入率之變異數分析表 變異來源 自由度 平方和 均方 F值 Pr > F 性別 1 144.97 144.97 36.88 0.0001** 鍵盤 1 1.85 1.85 0.47 0.4937 性別*鍵盤 1 7.12 7.12 1.81 0.1794 誤差 332 1305.16 3.93 總和 335 1459.08 **α < 0.01 利用迴歸分析建立人因工程三個原則、性別與鍵 盤型式對輸入率的方程式，所得結果如下： 輸入率 = 5.48 – 0.11P1 + 1.86P2 – 0.07P3 + 1.39S – 0.07K 公式中， P1：主列出現頻率極大化。 P2：雙手交替使用次數極大化。 P3：上下移動超過兩列之百分比極小化。 S ：性別。 K ：鍵盤型式。 輸入率迴歸方程式的決定係數 R2 為 0.302。如果 利用逐步迴歸分析建立人因工程三個原則、性別與鍵 盤型式對輸入率的方程式，所得結果如下(方程式中 的係數之顯著水準為α=0.05)： 輸入率 = 5.27 + 1.91 P2 + 1.40 S 其輸入率迴歸方程式的決定係數 R2 為 0.3。

肆、討論與結論

本 研 究 的 主 要 目 的 在 探 討 QWERTY 與 DVORAK 鍵盤以人因工程原則之鍵入績效比較，蒐 集單位時間內輸入率，將人因工程的原則對輸入率作 Duncan 多重檢定(MRT)，進行分析，並以所得資料求 取預測輸入率的最佳迴歸方程式。 綜合研究結果顯示，在QWERTY 鍵盤中右手與 左手的相對輸入率為52.4：47.6，與 DVORAK(1936) 的研究結果幾乎一致(右手與左手的相對輸入率為 52.5：47.5)[14]，表示左右手的擊鍵負荷量沒有與左 右手的機動能力配合(簡稱手間不平衡)，因為實際的 負荷比數為41：59，如表十三所示[4]。而 DVORAK 鍵盤中右手與左手的相對輸入率為45.9：54.1，比較 符合手間平衡。

亞東學報 第 26 期 表十三每一手指在15 秒鐘的輸入率與實際的負 荷量 手 別 指 別 4 3 2 1 4 3 2 1 輸 入 率 48 57 63 66 70 69 62 56 相 對 輸 入 率 10 11.5 13 13.5 14 14 13 11 相對按鍵負荷量 8 9 20 22 19 8 12 2 右 手 左 手 資料來源：[4][14] 根據 Underwood 及 Schulz [10] 英文字母聯結 頻 率 計 算 打 字 速 率 ， 發 現 DVORAK 鍵 盤 較 QWERTY 鍵盤快 2.6 %。本研究每一手指的平均輸入 率，QWERTY 鍵盤為 7.2，較 DVORAK 鍵盤的 7.0， 快了2.9 %，與以往的研究結果相反。 在工作站1 之 DVORAK 鍵盤較 QWERTY 鍵盤 的輸入率快5.5%，而在工作站 2 之 QWERTY 鍵盤較 DVORAK 鍵盤的輸入率快了 10.9 %。由此可以發現 當二合字母聯結頻率低時，反而可增加輸入率。 綜合表五至表九的結果可知人因工程原則對於 輸入率確實影響頗大，其中只有少許水準的結果並不 甚符合人因工程原則的預期。在本研究中性別對輸入 率之影響差異顯著，可能是因為男女在肌肉骨骼生理 結構的差異所造成。QWERTY 鍵盤與 DVORAK 鍵 盤型式的影響並無顯著的差異，因此對於不熟悉英文 標準打字指法的人，對輸入率而言，要採用那一鍵盤 可能是沒有關係的。 由逐步迴歸分析中可以得知，當顯著水準為 α=0.05 時，在本研究中的人因工程原則之“雙手交替 使用次數極大化”與“性別”將是影響輸入率的最主要 因素。

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亞東學報 第 26 期

A Comparative Study of QWERTY and DVORAK Keyboards on Input

Performance

D. S. Lee and Y. Y. Yeh

Department of Industrial Management

Abstract

Ergonomic principles are an important factor that influenced the keyboards on input performance. The purposes of this study were to compare QWERTY and DVORAK keyboards for ergonomic principles on input performance. The results showed that the relative input rate of the right hand and left hand in QWERTY keyboard (%) was 52.4:47.6, QWERTY keyboard showed that unbalanced with hands. That of in DVORAK keyboard was 45.9:54.1. DVORAK keyboard showed that balanced to relatively accord with hands. QWERTY was relatively faster than DVORAK with 2.9%, contrary to past results of study.