计算器上用的是什么字体?

知乎日报
10月05 00:00
oooooohmygosh,平面设计爱好者。

这种字叫做 Segment display font

毕竟是小众领域,没有被大部分人所熟知的中文翻译。这种字由不同数量的笔段组成,比如在下图中,由 7 个笔段组成的就叫「7 段码」。同理,由 12 个线段组成的就叫 12 段码。它们通常都是在「段码显示屏」上显示的,所以我们也可以顺势称呼它为「段码显示屏字体」,或者简称为「段码字」。

接下来带来一些关于段码字的知识内容,本文由微梨(刘育黎、Willie Liu)在 2019 年写的文章《一起来玩段码字》[1]升级而来,一些文字段落从该文章拷贝过来,微梨也参与了本文的修改和校对。

由 7 个笔段组成的「7 段码」

在同一位置显示不同数字

说段码字之前,我先给大家展示一下我的收藏,一台上世纪 60 年代的佳能计算器[2]。这台计算器是十六位的旗舰款,用辉光管技术来显示数字。我这台机器成色好到什么程度呢……就是除了外壳有点黄以外,和新的看起来没什么区别。

不过,它显示的并不是段码字。

Canon Canola L163 Calculator

和其他计算器一样,我们敲打这台机器上的按钮,就可以看到数字逐个显示出来。是不是感觉理所当然?但是,我们也可以换一种方式来思考。在屏幕中同一个位置上的数字,实际上是在不断发生变化的。

辉光管同一位置的数字变化

看到辉光管的内部结构会更加容易理解,所以我搞到了一个已经破损的苏联辉光管,可以看到里面叠放着数字 0 到 9。但这个叠放顺序也是有讲究的,比如我手里这个苏联管从前到后的排列顺序是 3894057261。但其实其他产地更常见的顺序是 6758439201,这些排列规则可以使前面的阴极尽可能少地遮挡亮起的阴极,让亮起的数字更加容易辨识。[3]因为有了深度,所以当一个位置显示不同数字的时候,数字和人眼的距离还有透视关系都会不一样,这让数字有了一种非常明显的层次感。

一个苏联辉光管的内部结构
从侧看观察辉光管数字的前后层级

更有意思的是,我把这些数字拆取出来扫描进行复原,发现 2 和 5 其实是完全相同的部件,只不过在组装时旋转了 180 度而已。有些人说这是为了节约模具成本,这是很直觉的判断,但并不能肯定。仅就我个人经验而言,我更愿意相信这只是在优化生产线流程而已,所谓的节约成本也只是顺势带来的结果。当然,并不是所有厂商的辉光管都会这样处理 2 和 5。

从这个苏联辉光管中拆取出的数字,2 和 5 完全相同

所以……为什么要说辉光管呢?

它和段码字又有什么关系?

它们其实都在解决同一个问题:让同一位置能够显示不同的数字


最常见的「7 段码」

说到让一个位置显示不同的数字,辉光管确实是最直觉的解决方案,也就是把所有数字叠在一起,然后该亮起哪个就亮起哪个。

而「段码字」,是另一种更巧妙的解决方案。

最常见的段码字是 7 段码,也就是用 7 个笔段,构成一汉字「日」的造型。通过不同的笔段组合,可以很清晰地展示出数字 0 到 9。

Panac Model JE-802 平面辉光管的段码字

7 段码的具体出现时间和发明人已无从可考,但可以肯定的是,它至少能够追溯到二十世纪初。我们可以在一些专利文件中看到类似的数字显示设计,但值得注意的是,下面这个专利文件展示的是一个 8 段码设计,而非 7 段码,所以我们不能说这就是 7 段码的起源。我认为,在这个时间之前,与段码字类似的设计就已经存在了,但它们或许以其他的技术形式被使用在了某个领域。

1910 年的一份专利,通过点亮某些线段来显示数字,patents.google.com

后来常用的 7 段码通常会采用倾斜的造型,让显示数字的美观性得以提高。为了能够显示小数,很多 7 段码的显示单元中还会包含一个小数点

7 段码数字与小数点

用 7 段码的数字来「指代字母」

只能展示数字当然不够了,即便是在只能显示数字的段码显示屏设备上,人们也希望能把字母表达出来。如下图,我们将 07734 旋转 180 度,就会看到「hELLO」。当然也可以不那么友好,输入 7734206,翻转过来就是「gO 2 hELL」。

旋转 180 度的字谜游戏

不仅能旋转 180 度,也有旋转 90 度的玩法。在名侦探柯南 TV123[4]中就出现过类似的桥段,把传呼机上的数字 2003 旋转 90 度,就可以视作英文单词 MOON。

《名探侦コナン》TV123《お天気お姉さん诱拐事件》

这种将计算器或传输机等设备上的段码字进行旋转,当作字母来表达信息的文字游戏,有专属的名字叫做「BEGHILOSZ」[5]

为什么叫这个名字呢?因为把 7 段码样式的数字 0-9 翻转过来当成字母来读的话,只有这几个字母,能够准确辨读并且不会产生歧义

250714938 BEGHILOSZ

旋转确实是一种有趣的玩法,但人们不会总是倒立或者歪着脑袋看东西。

在那个还不能用手机自由收发文字短信的时代,人们也会用数字来直接代替表达一些造型相近的字母,于是一种独特的密码系统被创造了出来。人们仅通过传呼机上的数字,并用星号 *、井号 # 作为空格,就能传递一些信息。这就是所谓的「传呼机语」(pager-speak)[6]

比如用 6000843 来表示 GOOD BYE。或者将一些数字拼在一起来代替字母,比如用 177 可以表示大写的 M,于是就有了 I MISS YOU 这样的暗语等等。

I MISS YOU(左)和 GOODBYE(右)

用 7 段码显示「非数字内容」

BEGHILOSZ 是在只能显示数字的设备上诞生的字谜游戏,而且 7 段码能够准确表达的拉丁字母实在有限,所以基于此的 BEGHILOSZ 也仅停留在了文字游戏的程度,完全无法应用于实际。在以像素为基础的显示屏还没有出现的年代,人们渴望着一种可以随意变换文字的显示方式,在某些场合提供必要的信息。

实际上,程序可以让设备随意显示数字以外的东西,比如 AbCdEF。常见的情况是,b 和 d 会用小写,因为大写 B 或 D 就会与 8 和 0 混淆,即便这在一定程度上放弃了美观和易读性。别看只是有了这么几个字母,但这却让早期的科学计算器能够进行十六进制运算了。

7 段码显示的 AbCdEF

但就算是能用 7 段码表现出来的字母,也并不完美。它们总是会导致视觉上的问题。比如下图的 Light,L 和 i 中间的空隙很大,这是不可避免的。而且西文的小写字母是有上升部和下降部的,比如这里面的 g 和 h 在 7 段码里面就只能顶格放置,看起来会非常不协调。

字偶间距问题(左)和上升下降部问题(右)

当然也有表现非常出色的单词,比如 Error。首字母大写,字偶间距均匀,小写没有上升下降部的问题,十分完美,是我最喜欢的一个例子。

但有些字母是无论如何也没办法用 7 段码精准显示出来的,比如字母 W、M、T 等等。

7 段码难以显示的某些字母

所以人们为这些字母设计了专门的样式(下图内容为 W、M、T),不过这种样式只能在特定范围内得到普及,而且需要人们专门学习和记忆。如果是给初次阅读的人观看,恐怕很难做到准确的信息传达。

常见 7 段码表达 W、M、T 的方式

更多可能性的「9 段码」

既然 7 段码无法展示出 W、M、T 等字母,那么该如何解决呢?

其实 7 段码最大的局限就是纵向只有两列。所以只要在 7 段码的中间再增加一列,也就是加两条竖线,不就行了吗?

这就形成了一个9 段码,下图就是 9 段码展示这些字母的样式,看起来还是很不错的。

9 段码显示 WMT

但是在中间增加竖线也并非万能的,比如下图中的例子,下半部分用直线显示就很勉强,不是所有人都能联想到这是一个字母 R。

所以我们也会看到一些针对性的设计,比如下图是 Seiko 一款桌面时钟的段码字设计。可以看到所有星期都由两个字母的英文简写组成。其中左半部分段码字,在 7 段码之上增加了两条竖线(在这个例子中,设计师为了艺术效果将中间的横线设计成了 2 块,实际上形成了一个 10 段码)。但第二位却只在下半部分增加了一条斜线。这条斜线非常巧妙,让字母 R 能够更好地显示出来(见第二排第二个例子的字母 R)。而且这个对角线不会影响到其他星期英文缩写第二位字母的表现,是一个非常经典的定制设计。

Seiko QHL062Y 时钟的星期表现

更有意义的是,在 7 段码里面只能用相同样式来显示的数字和字母,原本非常容易混淆。它们都可以在增加笔段来进行区分。比如可以在 0 的内部增加斜线,与 O 进行区分。再或者是 5 和 S,2 和 Z,1 和 L 等等。


趋于终极的方案「16 段码」

9 段码已经很好用了,但如果想要在一个位置上显示出更多不同的字母,就要用到更多的笔段。这是一套米字 16 段码的字母表,可以说足以满足大小写拉丁字母的显示了。

米字 16 段码字母表

米字格形态的 16 段码还具备更加广阔的可能性,比如在这份 2012 年的论文中,作者就为印度诸文中的数字设计了 16 段码显示方案。

印度各种数字的 16(17)段码显示方案(部分,图示阿萨姆和孟加拉文、多格拉文、古吉拉特文数字),semanticscholar.org

微梨在之前的文章《一起来玩段码字》里面就尝试过用米字 16 段码来显示汉字。像是甲乙丙丁,这种有限范围内的汉字计序。我觉得这非常有趣,所以用电梯显示屏把它实际制作了出来。

微梨其实还做了更多汉字显示的例子,感兴趣的话可以从参考链接入口前往原文进行观看。

米字 16 段码显示甲乙丙丁

虽然米字码看起来好像是日字 7 段码的升级版,但千万不要这样草率地向别人诉说。因为这样的设计方案同样可以追溯到二十世纪初,和 7 段码的年代差不多,甚至下图这个专利文件(同为米字结构,但并非 16 段码),比前文的那个看起来更简约的 8 段码专利的时间还要早一些。

一份 1903 年的专利,包含了接近今天十四段码的显示方案,patents.google.com

有上升下降部的「22 段码」

我在刚才的米字 16 段码字母表里面,圈出了一些上升下降部有问题的小写字母,说起来你可能不信,还真就有人创造出一款 22 段码显示屏解决了这个问题。

米字 16 段码无法表现小写字母的上升下降部
一款 22 段码显示设备,archive.org

创造者通过下面伸出的三段笔画解决了下降部的问题,内部添加两个点来实现小写字母 i、j,以及标点符号;甚至还在左侧添加了一个反向的短斜线,用来构成小写的 s、x 等。其实,段码字复杂到这种程度,意义已经不是很大了。不过这个显示设备在电商网站上还是能买到的,喜欢的朋友可以买来尽情把玩一下,搞点小发明什么的。

22 段码的上升下降部效果

段码字的艺术设计

开头我们说过,常见的 7 段码会有倾斜的样式,这让它看起来拥有了一种不同的气质。但人们对于段码字的艺术追求怎可能止步于简单的倾斜呢?

比如我这台 1969 年的夏普 QT-8D[7]计算器,为了显示出手写体风格的段码数字,进行了非常有创意的造型和排布设计,是我最喜欢的一款段码字。

Sharp QT-8D Calculator
QT-8D 的手写体风格段码字

值得一提的是,在这种手写风格段码字里面,数字 0 是半高的,这甚至影响到了后来一段时期的荧光管计算器。比如我这台 1973 年的卡西欧计算器,即便 7 段码能显示全高的 0,它仍然选择只显示半高,这种半高的 0 成为了那个时期的复古特征。

Casio MODEL 191-E Calculator

段码字在手表这种具有时尚、装饰属性的设备上,可以找到更多的艺术设计作品,我正好有一些相关收集,展示给大家看。

在这几十年间,你可以看到各种造型别致的段码字设计,它们透露着视觉设计师的丰富想象力。物理结构给了设计师一个命题,而设计师们努力地打破同质化,寻求突破,从未停止。