振动也可以有“质感”!一文聊聊手机振动马达的前世今生
“嗡嗡嗡...”“咚咚咚...”“哒哒哒...”它们都是手机马达发出来的声音,至于我为什么用这些熟悉的拟声词写出来,并不是为了引战,只是加强一下各位的感知而已。
振动马达,据可考证的消息最早出现在寻呼机上,用以在某些不方便发出声音的场合通过振动提醒人们有新消息。而据考证,第一个搭载振动马达的手机则是1989年Moto出品的StarTAC,手机振动功能的出现似乎远比我们想象的要早。之后,随着技术的不断发展,又相继出现了我们熟悉的各种马达。以我们最熟悉的iPhone 为例,第一颗Z轴的线性马达就出现在CDMA版本的iPhone 4上。
手机振动马达的前世今生
1996 年,摩托罗拉推出翻盖手机Motorola StarTAC,另一个名字相信大家更熟悉“掌中宝”,而它让手机真正可以握在手心。伴随着越来越小巧的机身,功能越来越强大的手机成为了很多小伙伴的贴身伴侣。屏幕越来越大,性能越来越强,按键的消失,触控的加入,手机经历着使用理念上的变化,但有一个部件却在长久未获得厂商和消费者的重视,那就是手机的振动马达。
作为手机的基础交互功能之一,手机振动功能最初是很被动的,功能十分单一。如果有人给你打电话或者发短信,手机就会因此振动,但除此之外几乎没有其他用途,而潜移默化之后在日常使用中你几乎不会察觉到它的存在。
随着1997年诺基亚6110 这款机型的发布,《贪吃蛇》这款手机游戏受到了全世界的追捧,而手机振动也在之后迎来了一次主动出击的机会,通过对玩家玩游戏时提供的增强反馈,很多人体会到了《俄罗斯方块》、《贪吃蛇》等手机游戏配合振动带来的更好体验,厂商也不遗余力的宣传振动+游戏的结合如何有趣,让振动反馈这一原本被动的交互有了更大价值。
如果你有一点关注当今的手机圈可以发现,现在的安卓手机基本都会在配置表上加上线性马达的配置,而决定震动质感,主要是马达的种类和调教,而目前市面上最常见的震动马达分为三种:转子马达(ERM),线性马达(LRA)和压电马达(Piezo)。
早期的手机振动主要是通过手机内的转子马达实现,不知道大家小时候有没有玩过四驱车,那个马达与手机的转子振动马达十分相似,只不过手机的转子振动马达更小,且需要在外面的转轴上加上一个偏心铁,在马达高速转动时由于外面铁块重心的偏移,实现了手机的振动。虽然结构简单成本低,但转动方向并不可控,因此转子马达的振动没有方向感。而且,由于转动过程中存在惯性,连续振动时会有明显的延迟感,震感不太细腻,功耗相对也比较大。转子马达自身的体积也比较大,会挤占较多的手机内部空间,影响手机机身的大小。
线性马达让振动充满质感
那怎么让振动充满质感呢?线性马达登场了,线性马达是由弹簧、磁性质量块和线圈组成的弹簧系统,弹簧将线圈悬浮在线性马达内部,当线圈中有电流通过时,就会产生磁场。线圈和磁性质量块相连,当流过线圈的电流改变时,磁场的方向和强弱也会改变,质量块在磁场中移动,人们就能感知到震动。根据震动方向的不同,线性马达也分为横向线性马达(XY轴线性马达)和圆形线性马达(Z轴线性马达),XY轴就是指马达振动的方向。
振动质感提升了,获得更快的响应速度后,线性马达其实同样有不少缺点,首先是成本更高,而且由于横向的线性马达的外观呈扁平的长方体状,因此对于尺金寸土的手机内部空间同样是个考验,挤占手机电池的空间,这需要手机厂商在振动体验和功能方面作出取舍,而且,横向线性相应的算法支持也需要用更长的周期调教。这个时候就需要介绍一下Z轴振动马达。
Z轴线性马达看起来像一颗圆形的纽扣,因此也被称为圆形线性马达。这种线性马达的振动行程较,力量比较弱,持续时间也比较短,自然而然地,震感虽然有所提升,但也不是特别好。虽然不如横向的线性马达,但占用横向的面积较小,所以有不少厂商还是选择这种马达形式。不过比起转子马达,圆形线性马达的体验还是要好很多。
转子马达(ERM)和线性马达(LRA)在手机上最为常见,此外,另一种全新的马达——压电马达也开始受到关注。压电马达使用压电陶瓷材料制成。在压电陶瓷上施加电压,这种材料就会发生形变,通过这种形变就能产生震动。压电马达的响应速度更快,可以形成高精度的触觉震动反馈,能够在局部产生震动,震动强度比转子马达和线性马达更强,震动感觉也更真实。功耗也很低。压电陶瓷有单层和多层之分,单层压电陶瓷的形变需要高电压驱动,目前在手机上还无法实现,多层压电陶瓷只需要较小的电压即可,但是造价比较昂贵。由于一系列技术问题,目前压电马达还难以在手机上普遍使用。
厂商如何选择振动马达?
商业中,成本和利润永远都是首要考虑的,虽然同样都为振动马达,但价格却是天差地别。最明显的比较,以iPhone 为例,有媒体给出的iPhone 7电子机械部分总成本为16.7美元左右,预测Taptic Engine占7-10美元。即使在淘宝上搜索Taptic Engine与iPhone 5s采用的转子马达价格,就会发现他们差了数十倍,虽然卖家的售价并不完全代表物料成本,却是可以作为差异化参考的。
从马达本身来考虑,线性马达拥有更复杂的工艺,更高的零件精度要求。同时,为了实现对于马达振动精准的控制,线性马达需要额外规划驱动电路。相比起转子马达采用直流电,经主板一通电就可以产生振动的简单粗暴无疑要高出不少成本。
而Taptic Engine作为手机振动马达毫无悬念的领先者,除了排线上的各种芯片,还在马达内部的线圈处放置了一颗霍尔传感器,能够检测磁场的强度,使其电压能随着磁场强度变化,实现对配重块的精准控制,最后反馈出来干脆利落的振感。为了使这么大一颗马达实现更稳固的振动,苹果还额外为Taptic Engine做了固定支架,再采用螺丝固定在中框上。相比大部分型号的“双面胶工艺”,这些都是实打实的成本。
无论是X轴线性马达还是Z轴线性马达,相比于转子马达都拥有着更大的体积,在手机内部这种寸土寸金的地方,牵一发而动全身。更大的马达意味着更小的电池/更小的扬声器/耳机孔的取消(反正现在都没有)相比起为了用户单一感受而重新规划布局、不如给用户更多感知更强的配置。以红米的K20 Pro为例,为了塞下更大的扬声器而选择了体积小巧的柱状转子马达。
从历代iPhone 的拆解图也可以看出,为了在用户体验的配置上下功夫,例如加入更大的扬声器,更大的摄像头模组,更大的Taptic Engine,苹果只能不断地加强集成度,改变电池形状。而当这一切优化改进无法在技术或成本上实现时,便无法选择一颗更好的马达。对于手机来说,横向空间远比纵向空间要珍贵,这是厂家会选择Z轴线性马达而不是X轴线性马达的重要理由之一。
振动马达行业透明度在提升
对于手机厂商而言,更好的新型振动单元固然可以算作是新机 " 游戏体验好 " 的直接证明之一,但在消费者的角度去思考就不难发现,比起屏幕、芯片、散热,以及快充来说," 振感好不好 " 尽管会对游戏玩家的体验带来一些影响,却几乎很难成为消费者是否选购一款机型的决定性因素。换而言之,就算一款手机的振动单元用料不佳,只要前面说到的这四点做得非常出色,其市场表现也必然不会太差。那么,为什么厂商还是要纷纷配置新型振动单元,并将新品发布会上大书特书呢?
要理解这一点,其实只需要把视线放得更长远些,看看五年前、甚至十年前的新机发布会是什么样就行。
在多年前的手机发布会上,绝大多数品牌是不会将新品的配置讲得那么详细的。例如,诺基亚时代那些塞班、UIQ、WM 系统的新机发布会,厂商往往只会说一下屏幕尺寸变大、屏幕分辨率有所提高,处理器的主频是多少,相机的像素是几百万。就算到了 Android 时代的早期,新机发布会最多也就是加上了 " 核心数量、跑分高低 " 这些元素而已。
然而,在如今的新机发布会上,厂商们都不得不将新品的设计、用料、配置细节一五一十地讲清楚。比如讲屏幕不光要说尺寸、分辨率,还要 " 公示 " 刷新率、色域、色准、峰值亮度、平均亮度、调光级别,甚至是像素排列方式;讲性能不光要说用了什么 SoC,还要说清楚配备了怎样的散热结构,有多少层、面积多大、能降低几度,在特定的游戏里帧率稳定性如何;而讲到拍照,更是不光要说像素,还要讲清楚 CMOS 型号、尺寸、镜头用料和层数,防抖结构、算法细节等等。
为什么会这样?追溯历史就不难发现,这种越来越 " 事无巨细 " 的发布会风格,确实应该归功于部分厂商对于产品 " 性价比 " 和配置 " 透明度 " 的大力推动。在这个过程中,当部分手机厂商开始在发布会上将新品的细节配置讲得越来越详细,这不仅会让原本不太懂这些门道的消费者 " 开窍 ",同时也会让他们对于那些不敢细讲配置的品牌产生不信任感。
于是乎,目前绝大多数厂商都变得更喜欢 " 细讲 " 自家新品的配置了,生怕自己哪里不讲、消费者就会怀疑产品在这方面 " 偷工减料 "。这是不是一件好事?对于另外一部分品牌来说可能不是,但对于消费者而言,当然是多多益善。这也就意味着,这些对于新机 " 振动单元品质很好、技术进步明显 " 的宣传,不仅有面向消费者的用意,同时也相当于是对于这家上游企业的肯定。甚至我们可以进一步地说,这里面本身或许就有上游零部件供应商自我宣传的需求作为驱动。
不仅如此,在行业中进行横向比较后就会发现,那些越是积极进行自我宣传的上游零部件供应商,往往也都是在各自领域做到了技术、规模显著领先的头部品牌。换而言之,敢于积极地在新机发布会上 " 站台 " 这个现象本身,其实也能说明相关上游企业对于自身技术和行业地位的自信。而这,显然不是什么坏事。
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