Geschichte und Typen von (Computer-) Tastaturen

Simon Lutzenberger

• 1 Einleitung
• 2 Die Geschichte der Tastatur und der Aufstieg des QWERTY-Layouts
• 3 Die verschiedenen Typen und Layouts von Tastaturen
• 3.1 Kriterien für ein optimales Tastaturlayout
• 3.2 Das Dvorak Simplified Keyboard und der Vergleich mit QWERTY
• 3.3 Das alphabetisches Tastaturlayout
• 3.4 Virtuelle Keyboards
• 4 Zusammenfassung
• Literatur

1 Einleitung

Wissenschaft und Technik haben in den letzen Jahrzehnten riesige Fortschritte gemacht. Gerade im Bereich der Computertechnologie gab es eine Revolution und Innovation nach der anderen, sowohl auf Software- als auch auf Hardwareseite. Umso erstaunlicher ist es, dass sich das wichtigste Eingabegerät für den PC seit jeher kaum verändert hat: Die Rede ist von der Tastatur.

Natürlich ist die technische Qualität der Tastaturen in den letzten Jahrzehnten gestiegen, was nicht weiter überraschend ist. Die Ergonomie beim Tippen rückt immer stärker in den Mittelpunkt, da Menschen mehr und mehr Zeit am Rechner verbringen. Außerdem wurden die herkömmlichen Tastaturen immer wieder durch zusätzliche Tasten ergänzt. Funktionstasten (F-Tasten) oder die bekannten Tasten, um auf spezielle Menüs in Betriebssystemen zuzugreifen (Windowstasten), erweiterten die Tastaturen. Auch zum schnellen Starten von Standardprogrammen wie Webbrowser oder Email-Client gibt es mittlerweile spezielle Tasten auf manchen Keyboards.

Ein ganz wesentlicher Faktor der Tastaturen blieb aber während dieser ganzen Zeit unverändert: ihr Layout, das heißt die spezielle Anordnung der Buchstaben und Ziffern. Viele Menschen nutzen täglich einen PC und damit eine Tastatur, aber die wenigsten von ihnen wissen, was die Gründe für das Layout dieses Eingabegeräts sind. Im nächsten Abschnitt werde ich einige Worte darüber verlieren, wie es dazu kommt, dass nahezu alle von uns vor eben diesem Tastaturlayout sitzen. Natürlich gibt es in verschiedenen Ländern leicht unterschiedliche Varianten, aber die grundlegende Anordnung der Tasten bleibt stets gleich.

In Abschnitt drei stelle ich die Frage, was überhaupt ein gutes Tastaturlayout ausmacht und stelle die zwei bekanntesten und wahrscheinlich verbreitetsten alternativen Tastaturlayouts vor: Das von August Dvorak entwickelte Dvorak Standard Keyboard und die alphabetischen Layouts. Ich gehe außerdem darauf ein, wie sich diese Layouts gegeneinander behaupten und welche Vor- und Nachteile sie bieten.

Der vierte Abschnitt handelt von virtuellen Keyboards, die zwangsläufig ein wenig andere Anforderungen an die Anordnung der Tasten stellen als ihre Hardware-Geschwister.

2 Die Geschichte der Tastatur und der Aufstieg des QWERTY-Layouts

Die Geschichte der Computertastatur begann bereits vor der Erfindung des ersten Computers. Ihren Urvater brauchte man zur Bedienung des Vorläufers heutiger Textverarbeitungssysteme: Der Schreibmaschine. Henry Mill meldete 1714 das erste Patent für eine Schreibmaschine an, wirklich gebaut hat er seine Erfindung aber wahrscheinlich nie. Erst 1821 erschien dann die erste Schreibmaschine mit Tastatur, die Karl Dreis für seinen erblindeten Vater konstruierte. Die US-Firma Remington war die erste, die sich an die Massenproduktion dieser Geräte wagte. 1874 kam der von Christopher Latham Sholes entwickelte Sholes & Glidden Typewriter auf den Markt. Dieser wurde noch weiter verbessert und 1878 erschien das Nachfolgemodell, die Remington 2. Mit ihm war es bereits möglich, sowohl Groß- als auch Kleinbuchstaben zu schreiben. [9]

Bei beiden Modellen fand sich das QWERTY-Layout auf der Tastatur. Was brachte Sholes dazu, die Buchstaben genau auf diese Weise anzuordnen?

Zugegeben, die Reihenfolge der Buchstaben auf einer QWERTY-Tastatur sieht praktisch zufällig gewählt aus. Das ist sie aber nicht, Sholes positionierte jeden Buchstaben wohlüberlegt. Der einfache Grund für seine Anordnung liegt in der äußerst fehleranfälligen Mechanik dieser frühen Schreibmaschinen: Beim Drücken einer Taste schnellte der zugehörige Typenhebel auf das Papier, mit dem der entsprechende Buchstabe über ein Farbband auf das Papier gedruckt wurde. Das Problem hierbei war, dass sich diese Hebel oft verhakten. Dadurch musste der Benutzer oft die Mechanik entklemmen, was nicht nur lästig war sondern natürlich auch seine Arbeitsleistung stark verringerte. Das Problem trat vor allem dann auf, wenn zwei benachbarte Typenhebel schnell hintereinander betätigt wurden. [8] Ein erfahrener Benutzer war also dazu gezwungen, langsamer schreiben, als es seine Fähigkeiten zuließen.

Sholes´ Lösung für dieses Problem war einfach und pragmatisch: Anstatt die Technik zu verbessern, analysierte er englische Texte und fand so die statistisch häufigsten Kombinationen zweier Buchstaben. Diese Buchstabenpaare versuchte er nun möglichst so auf den Tasten zu platzieren, dass ihre zugehörigen Typenhebel weit voneinander entfernt waren. Damit rückten natürlich auch die häufigsten Buchstabenpaare auf der Tastatur selbst weit auseinander. Anschließend verteilte er die übrigen Buchstaben in den Zwischenräumen. Das Ergebnis seiner Entwicklung war also eine Anordnung der Tasten, bei dem sich die Mechanik kaum noch verhakte. [1]

Remington produzierte nicht nur Sholes´ QWERTY-Schreibmaschinen, sondern bildete zur gleichen Zeit Schreibkräfte an ihnen aus. Dadurch errang Remington mit seinem Layout anfangs einen kleinen Vorteil im Kampf um die Vorherrschaft am Markt, der aber ausreichend war, um QWERTY zum absoluten Standardlayout für Tastaturen werden zu lassen. [1]

Im Laufe der Zeit haben sich natürlich viele Firmen und Personen daran versucht, andere Layouts am Markt zu etablieren. In den Jahren um 1900 fanden oftmals Wettbewerbe im Schnelltippen statt. Bei diesen Prestigeduellen wollten die Firmen zeigen, dass ihr Layout das schnellste und effizienteste ist. Hier hatte Remington meist die Nase vorn, wenn auch meist nur knapp. Wissenschaftlich aussagekräftig waren diese Wettbewerbe allerdings kaum, da sich die Fähigkeiten der Typisten und die Qualität der Mechanik in den Maschinen stark unterschieden. [2]Jedenfalls konnte sich QWERTY seinen Konkurrenten gegenüber behaupten, der Beweis liegt vor nahezu jedem Bildschirm auf diesem Planeten.

"Outcomes of this kind are not so exotic. For such things to happen seems only too possible in the presence of strong technical interrelatedness, scale economics, and irreversibilities due to learning and habituation." [1]

3 Die verschiedenen Typen und Layouts von Tastaturen

Es ist klar, dass die mechanischen Überlegungen von Sholes, die zu QWERTY führten, bei heutiger Hardware keine Rolle mehr spielen. Bei der Eingabe von Text in den PC werden keine Typenhebel bewegt und auch die (mittlerweile selten gewordenen) Schreibmaschinen kennen diese Art von mechanischen Probleme nicht mehr. QWERTY war das erste standardisierte Layout überhaupt. Es lohnt sich also, ein wenig über den Tellerrand von QWERTY zu blicken.

Die wahrscheinlich bekannsteste Alternative zum QWERTY Layout ist das 1930 von August Dvorak entworfene Dvorak Simplified Keyboard oder auch American Simplified Keyboard. Eine weitere, sehr intuitive Möglichkeit, die Buchstaben auf der Tastatur anzuordnen, ist, sie einfach in alphabetischer Reihenfolge zu sortieren. Außerdem sind immer mehr virtuelle Tastaturen, zum Beispiel auf PDAs, im Einsatz. Auch hier stellt sich die Frage, wie man die Buchstaben optimal verteilt. Auf alle diese Layouttypen werde ich im folgenden eingehen.

3.1 Kriterien für ein optimales Tastaturlayout

Theoretisch könnte man die Tasten auf der Tastatur rein zufällig anordnen. Dass unterschiedliche Layouts zu unterschiedlichen Tippgeschwindigkeiten führen können, leuchtet ein. Es stellt sich also die Frage, was genau ein gutes Tastaturlayout ausmacht. Norman und Rumelhart haben drei wichtige Faktoren, die bei einem guten Layout erfüllt sein sollten, formuliert: [2]

• Linke und rechte Hand sollten möglichst gleich häufig benutzt werden können, um eine einseitige Belastung auszuschließen.
• Die am häufigsten gebrauchten Buchstaben sollten sich auf der Grundlinie befinden, um die Finger bzw. Sehnen zu entlasten und um schnelle Ermüdung zu verhindern.
• Linke und rechte Hand sollten möglichst immer abwechselnd benutzt werden. Zudem sollten die Tasten so liegen, dass man den gleichen Finger nicht mehrmals in Folge benutzen muss.

3.2 Das Dvorak Simplified Keyboard und der Vergleich mit QWERTY

In den frühen 1930ern entwickelte August Dvorak an einem besseren Tastaturlayout, das den Marktführer QWERTY beerben sollte. Es sollte vor allem leichter erlernbar und effizienter, also schneller, sein. 1932 patentierte er sein Dvorak Simplified Keyboard (DSK). Genau wie Sholes in den 1870ern, beschränkte sich Dvorak bei seinen Analysen und Tests stets auf die englische Sprache. Die folgende Grafik zeigt die beiden Layouts im Vergleich:

Auffällig ist, dass sich die häufigsten Buchstaben auf den Tasten der Grundlinie befinden. Anders als bei QWERTY, befinden sich dort zum Beispiel die (im Englischen aber auch im Deutschen) häufig gebrauchten Buchstaben E und N, während die selten gebrauchten Buchstaben Q oder W in die untere Reihe verbannt wurden. Diese Tatsache spricht bereits sehr für die Effizienz und Ergonomie von Dvoraks Layout. Aber wie schneiden QWERTY und das DSK im direkten Duell gegeneinander ab?

Die US Navy führte im Jahr 1944 eine Studie durch, die genau diese Frage beantworten sollte. Die Navy kam zu dem Ergebnis, dass der Einsatz von DSKs Geschwindigkeitsvorteile bringt (um die 30%) und "that the increased efficiency obtained with DSK would amortize the cost of retraining a group of typists within the first ten days of their subsequent full-time employment." [1]

Das Ergebnis der Studie war also sehr deutlich. Allerdings wurde sie nie richtig anerkannt, unter anderem weil sie von Dvorak selbst durchgeführt wurde. Es gab auch weitere, Navy-interne Gründe, auf die ich hier aber nicht näher eingehen will. [2] Fest steht, dass nachfolgende Untersuchungen die Ergebnisse nicht bestätigen konnten: Es zeigte sich ein nur maginaler Anstieg der Tippgeschwindigkeiten von DSK gegenüber QWERTY (um die 4%). Auch die von Dvorak prognostizierte Entlastung der Finger fiel weniger stark aus als erhofft. ([5] und [6]) Das war so nicht zu erwarten, schließlich stand für Dvorak im Gegensatz zu Sholes allein die Ergonomie im Vordergrund. Hatte Dvorak etwas falsch gemacht?

Betrachtet man die in Abschnitt 3.1 formulierten Kriterien, stellt sich heraus, dass das DSK den ersten und vor allem den zweiten Punkt besser als das QWERTY Layout erfüllt. Allerdings schneidet letzteres beim dritten Kriterium besser ab. [2] Durch Sholes´ Vorgehen, wie schon beschrieben, in Texten häufig als Paar auftretende Buchstaben weit voneinander entfernt zu positionieren, entwickelte er dabei scheinbar eher zufällig ein schnelles Tastaturlayout.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass diese Tests durchwegs mit Maschinenschreibern durchgeführt wurden, also Personen, die mit zehn Fingern tippen.

3.3 Das alphabetisches Tastaturlayout

Beim alphabetischen Layout werden die Tasten in alphabetischer Reihenfolge auf der Tastatur angeordnet. Als Variante für die PC-Tastatur kam dieses Layout aber nie in Frage. Vor einigen Jahren sah man alphabetische Tastenanordnungen zum Beispiel auf Etikettiergeräten oder Lernspielzeugen für Kinder. Der ursprüngliche Gedanke hierbei war, ungeübten Benutzern das Tippen zu erleichtern. Mangelnde Übung an PC oder Schreibmaschine sollten bei der Benutzung kein Hindernis darstellen. [4]

Für geübte Nutzer ist diese Anordnung hingegen nicht geeignet: Es ist schneller, sich die Position der Tasten zu merken, als sich jedesmal das Alphabet vor Augen führen zu müssen. Das heißt auch, dass nach einer gewissen Eingewöhnungszeit, der Vorteil von alphabetischen Layouts verschwindet, da der Nutzer die Position der Buchstaben ohnehin verinnerlicht. [2] Von den drei Kriterien aus Abschnitt 3.1, erfüllt dieses Layout keines.

Dieses Layout findet man heute allerdings immer seltener, da die Verbreitung von PCs in den letzten 20 Jahren stark zugenommen hat. Es gibt daher auch immer weniger Menschen, die nicht mit dem QWERTY Layout vertraut sind, was alphabetische Tastenanordnungen nahezu überflüssig macht.

3.4 Virtuelle Keyboards

Als letztes will ich noch kurz auf virtuelle Tastaturen eingehen, also solche, die man zum Beispiel auf den Displays von PDAs findet. Sie setzen andere Anforderungen an das Layout. Während der Benutzer auf einer herkömmlichen Tastatur heutzutage meist beide Händen und alle zehn Finger benutzt, kehrt er bei solchen virtuellen Tastaturen zwangsläufig meist zum Ein-Finger-Suchsystem zurück. Es gibt also keine Grundposition der Finger und somit auch keine Grundlinie mehr. Die in Abschnitt 3.1 formulierten Kriterien sind daher nicht mehr sinnvoll.

Fitt´s Law gibt uns Auskunft darüber, welche Zeit ein Benutzer braucht, um zum Beispiel seinen Finger von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt zu bewegen. Diese Zeit steigt logarithmisch mit der Distanz. Demzufolge sollten sich bei einem guten virtuellen Tastaturlayout oft benutzte Buchstabenfolgen möglichst nah beieinander befinden.

Es ist klar, dass das QWERTY-Layout weit vom optimalen virtuellen Keyboard entfernt ist. Durch die große Entfernung von oft als Paar auftretenden Buchstaben, braucht der Nutzer relativ viel Zeit, um seine Hand zur nächsten Taste zu bewegen, wodurch die Tippgeschwindigkeit natürlich stark sinkt. Was beim beidhändigen Tippen noch ein großer Vorteil ist, wird beim Tippen mit einem Finger zum großen Ärgernis.

Ein optimales virtuelles Keyboard erfordert also möglichst wenig Bewegung der Hand. Buchstabenpärchen, die häufig auftreten, sollten nah beieinander liegen. Die Last gleichmäßig auf beide Hände zu verteilen, ist nicht mehr wichtig.

Barton Smith und Shumin Zhai entwickelten unter solchen Überlegungen ein optimales virtuelles Keyboard. In Tests zeigte sich bei den Versuchspersonen ein Geschwindigkeitsanstieg von bis zu 50%. [2]

4 Zusammenfassung

Das Dvorak Simplified Keyboard war natürlich nicht der einzige Versuch, QWERTY zu verbessern. Es sei noch das NEO-Tastaturlayout erwähnt, was speziell für den deutschsprachigen Raum entwickelt wurde. Auch hier wurden, wie bei Dvoraks Design, die häufigsten Buchstaben auf der Grundlinie angebracht. [7] Durchgesetzt hat sich aber auch dieses Layout nicht.

Zwar könnte man, dank moderner Betriebssysteme, am eigenen PC daheim das Layout relativ einfach wechseln. Objektiv betrachtet ist das DSK ja minimal schneller und etwas weniger ermüdend für die Hände. Durch die Tatsache aber, dass man unterwegs, bei Bekannten oder im Büro stets auf QWERTY treffen wird, scheinen nur verschwindend wenig Personen gewillt sein, sich das Tippen neu beizubringen. Der geringe Vorteil wiegt den vermeintlichen Aufwand bei weitem nicht auf.

Gewohnheit scheint auch der Grund zu sein, weshalb auf den meisten PDAs oder auch anderen Tastaturen, die nicht beidhändig bedient werden können, QWERTY zu finden ist. Der Nachteil der großen Abstände der häufigen Buchstabenpaare wiegt offensichtlich nicht schwer genug, so dass keine Nachfrage nach effizienteren Layouts besteht.

Müsste ich eine Prognose abgeben, würde ich vermuten, dass uns QWERTY noch Jahrzehnte begleiten wird. Das Layout hat gezeigt, dass es mit optimierten Konkurrenten mithalten kann. Mittel- und Langfristig gehört die Zukunft ohnehin anderen Eingabegeräten bzw. -formen, wie Spracheingabe oder verschiedenste Zeigegeräte. Alternativ könnte ich mir vorstellen, dass man in der Zukunft Tastatureingaben bevorzugt mit nur noch einer Hand tätigt. Mit der anderen Hand bedient man parallel, ähnlich wie heute auch schon, eine Maus oder ein anderes Eingabeinstrument.

Literatur

[1] Paul A. David. Clio and the economics of QWERTY. In: American Economic Review, 75:2, 1985, 332-337.
[2] Pieter Buzing. Comparing Different Keyboard Layouts: Aspects of QWERTY, DVORAK and alphabetical keyboards. Vrije Universiteit Amsterdam, 2003.
[3] Hans-Peter Messmer, Klaus Dembowski. PC-Hardwarebuch, Addison-Wesley, 7. Auflage, 2003.
[4] Ben Shneiderman. Designing the User Interface. Addison-Wesley, 3rd Edition, 1998.
[5] Leonard J. West. The standard and dvorak keyboards revisited: Direct measures of speed. Technical report, Santa Fe Institute, 1998.
[6] Wikipedia. Dvorak-Tastaturlayout. 04.02.2007. <http://de.wikipedia.org/wiki/Dvorak-Tastaturlayout>
[7] Wikipedia. NEO-Tastaturlayout. 04.02.2007. <http://de.wikipedia.org/wiki/NEO-Tastaturlayout>
[8] Wikipedia. QWERTY-Tastaturlayout. 04.02.2007. <http://de.wikipedia.org/wiki/QWERTY-Tastaturlayout>
[9] Wikipedia. Schreibmaschine. 04.02.2007. <http://de.wikipedia.org/wiki/Schreibmaschine>