嗡嗡嗡對噠噠噠

①

手機(jī)是如何振動的

在過去的很長一段時間，振動是手機(jī)身上最不起眼的一項(xiàng)功能，它的主要作用就是在喧鬧環(huán)境或手機(jī)處于靜音時給你提個醒——咦？來電/信息了，沒聽到，幸虧設(shè)置振動了！此外，在智能手機(jī)剛剛崛起的時代，很多用戶對虛擬鍵盤深感不適，需要在點(diǎn)擊屏幕內(nèi)鍵盤圖標(biāo)的同時來下振動反饋的補(bǔ)償，才能給人一種按準(zhǔn)了的踏實(shí)感。

②

那么，手機(jī)是如何產(chǎn)生振動的呢？

答案就在一顆小小的馬達(dá)身上。早期的功能機(jī)/智能手機(jī)都采用了一種名為“轉(zhuǎn)子馬達(dá)”的元器件，它的造型好似四驅(qū)車上傳統(tǒng)馬達(dá)的“迷你版”，利用電磁感應(yīng)，用電流導(dǎo)致的磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生振動（圖2）。

隨后，在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子馬達(dá)的基礎(chǔ)上還衍生出了圓形（又稱幣型或扁平式）轉(zhuǎn)子馬達(dá)，它的樣式和小號紐扣電池相似（圖3），更加適合追求纖薄化設(shè)計(jì)的智能手機(jī)，而且振動時的噪音更低。

可惜，無論是標(biāo)準(zhǔn)的還是圓形的，轉(zhuǎn)子馬達(dá)的運(yùn)行機(jī)都制決定它們不會帶來太過友好的體驗(yàn)——這類馬達(dá)依靠質(zhì)量不均勻的配重來實(shí)現(xiàn)震動，存在啟動慢、剎車慢（觸發(fā)振動反饋時有明顯的滯后感）、振感松散不集中且缺乏方向感等缺陷，讓手機(jī)在振動時的感覺總是“拖泥帶水”，并發(fā)出“嗡嗡嗡”的聲響。

2020年2月，隨著小米10系列手機(jī)的發(fā)布，小米集團(tuán)副總裁、紅米Redmi品牌總經(jīng)理盧偉冰又在微博上掀起了有關(guān)手機(jī)馬達(dá)的討論，用“你要噠噠噠，我偏嗡嗡嗡”來調(diào)侃竟品所裝配的扁平式馬達(dá)。

于是，一種比轉(zhuǎn)子馬達(dá)更先進(jìn)的“線性馬達(dá)”重新取得了更廣泛普通用戶的關(guān)注。

圓形/幣型/扁平式轉(zhuǎn)子馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖

線性馬達(dá)橫空出世

線性馬達(dá)在振動起來會發(fā)出“嘚嘚嘚”或“噠噠噠”的更清脆響聲，這是它與轉(zhuǎn)子馬達(dá)在聲音上的不同。而兩類馬達(dá)最大的差異，其實(shí)還是表現(xiàn)在振動的體驗(yàn)上。

類似打樁機(jī)的原理

線性馬達(dá)的運(yùn)行原理和打樁機(jī)相似，它內(nèi)部由定子和動子構(gòu)成。其中，定子包含線圈和FPC，動子則由質(zhì)量塊和磁鐵構(gòu)成（圖4）。通電的線圈在磁場中受到洛倫茲力的作用，帶著動子沿固定方向往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生振感，是一種能將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能而無需通過中間任何轉(zhuǎn)換裝置的新型馬達(dá)。

和轉(zhuǎn)子馬達(dá)相比，線性馬達(dá)最大的特性就是振動擁有方向感，而且其控制芯片可以輸出高達(dá)10V的峰值電壓，在高壓的驅(qū)動下可進(jìn)一步縮短啟停時間、提高振動強(qiáng)度。線性馬達(dá)的控制芯片通常內(nèi)置多種振動波形，還能搭配音頻解碼器，實(shí)現(xiàn)音頻隨振。此外，線性馬達(dá)的振動頻率和波形均可編程，開發(fā)人員能根據(jù)使用場景，讓馬達(dá)做出不同方向、時間和強(qiáng)度的振動反饋（圖5）。

線性馬達(dá)的分類

和轉(zhuǎn)子馬達(dá)一樣，線性馬達(dá)也衍生出了多種形態(tài)，而在智能手機(jī)領(lǐng)域最常見的就是“Z軸線性馬達(dá)”（又稱圓形或縱向線性馬達(dá)）和“X軸線性馬達(dá)”（又稱方形或橫向線性馬達(dá)），兩類線性馬達(dá)的差別主要在于振動的幅度和方向感（圖6）。

其中，“Z軸線性馬達(dá)”的模樣和圓形轉(zhuǎn)子馬達(dá)差不多（圖7），但它充分利用了手機(jī)的厚度空間，也就是更“厚實(shí)”，內(nèi)部的動子可以在垂直的Z軸方向運(yùn)動，也就是能帶來上下方向的振動感（圖8），并發(fā)出“嘚嘚嘚”的聲音。

Z軸/圓形/縱向線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖

可惜，智能手機(jī)的厚度普遍不足9mm，如果再算上屏幕面板和保護(hù)玻璃，留給Z軸線性馬達(dá)的高度空間其實(shí)也非常有限。雖然它的振動幅度和方向感遠(yuǎn)超轉(zhuǎn)子馬達(dá)，但距離完美還有一步之遙。

“X軸線性馬達(dá)”的造型呈長條或方塊形，內(nèi)部的動子可以在上下左右四個方向運(yùn)動，可以做到更長的行程，加速時間更長且能被控制（圖9）。沒錯，2020年上市的旗艦手機(jī)幾乎都會主打這種類型的馬達(dá)，并以發(fā)出“噠噠噠”的聲響為榮（表1）。

表1：三種馬達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)對比

線性馬達(dá)強(qiáng)弱對比

當(dāng)新品都用上X軸線性馬達(dá)之后，大家的振動體驗(yàn)難道就都一樣了？在手機(jī)攝像頭領(lǐng)域有一句至理名言，說“底大一級壓死人”。在線性馬達(dá)領(lǐng)域，同樣可以根據(jù)身板大小論英雄。X軸線性馬達(dá)之所以更好，除了它們的運(yùn)行機(jī)理有別以外，前者還沾了體型更大的光（圖10）。同理，X軸線性馬達(dá)也存在大小之別，OEM廠商需要根據(jù)手機(jī)的內(nèi)部空間大小、成本和需求定制不同規(guī)格和大小的X軸線性馬達(dá)，最大的與最小的體積之間可能相差一倍（圖11）！

此外，啟停時間和振動強(qiáng)度也是衡量馬達(dá)性能的重要指標(biāo)。小米科技創(chuàng)始人雷軍曾在微博上發(fā)文對比了小米10和其他手機(jī)馬達(dá)之間的參數(shù)差異，前者的啟/停時間均為4ms，峰值振動量高達(dá)3.1Gpp（表2），基于此才能實(shí)現(xiàn)清脆的、類似機(jī)械鍵盤的回饋感，短促而有力。

表2：三種馬達(dá)的性能指標(biāo)對比

線性馬達(dá)真的是必需嗎

在X軸線性馬達(dá)的應(yīng)用上，蘋果無疑最有發(fā)言權(quán)，早在iPhone 6時代就引入了名為“Taptic Engine”的橫向線性馬達(dá)，而馬達(dá)的尺寸也在iPhone 7時代實(shí)現(xiàn)了飛躍。在Android手機(jī)中，魅族應(yīng)該是最早跟進(jìn)該技術(shù)的品牌，2018年上市的魅族15就主打名為mEngine的橫向線性馬達(dá)（圖12），2019年上市的魅族16s Pro更是升級到了第三代mEngine 3.0觸感引擎，雖然馬達(dá)尺寸不如同期的iPhone，但卻代表了Android領(lǐng)域的最優(yōu)振感。

隨后，更多的Android手機(jī)開始引入線性馬達(dá)，只是絕大多數(shù)產(chǎn)品出于成本的顧慮都是Z軸線性馬達(dá)，代表產(chǎn)品有小米9、華為P30、三星Galaxy S10等。而真正武裝X軸線性馬達(dá)的機(jī)器，則以Galaxy S20、小米9 Pro、小米10系列、vivo NEX 3、iQOO 3、OPPO Find X2、realme X50 Pro、華為Mate 30 Pro等極少數(shù)的新老旗艦為主。

那么，為啥被蘋果iPhone用爛的技術(shù)至今仍是Android手機(jī)中的“少數(shù)派”？作為普通消費(fèi)者，我們真的需要這種更大尺寸的馬達(dá)嗎？

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首先，我們還是先來看看X軸線性馬達(dá)具備哪些“殺手級”的賣點(diǎn)。

模擬物理按鍵手感

我們現(xiàn)在都知道，蘋果自iPhone 7開始就取消了實(shí)體按鍵設(shè)計(jì)，只在屏幕下方保留了Home鍵的樣式。但是，由于Taptic Engine可以完美模擬出下壓Home鍵時方向朝下的“咯噔”兩段式力反饋（圖13），很多iPhone7用戶在長時間的使用手機(jī)過程中，竟然都沒有發(fā)現(xiàn)這個“秘密”。

vivo NEX3為了實(shí)現(xiàn)“瀑布屏”設(shè)計(jì)而取消了實(shí)體電源和音量鍵，在機(jī)身右側(cè)添加了3個隱藏壓感鍵。但是，得益于機(jī)身內(nèi)部七個傳感器組成的壓力傳感器陣列配合X軸線性馬達(dá)（圖14），當(dāng)你用手指按下壓感鍵時，可以感到一種“真的按下去了”的振動反饋?？梢阅M出實(shí)體按鍵的按下和彈起瞬間的真實(shí)觸感，算是X軸線性馬達(dá)的殺手锏功能之一。

提升人機(jī)交互體驗(yàn)

剛剛上市的iQOO 3利用X軸線性馬達(dá)帶來了機(jī)械鍵盤模式，輸入法敲字時可以模擬類茶軸、類青軸、類紅軸的聽感與觸覺。小米10系列還將X軸線性馬達(dá)與人機(jī)交互深度結(jié)合，比如在鬧鐘設(shè)定時可以模擬出齒輪轉(zhuǎn)動的觸感，來電時的振動也能根據(jù)鈴聲節(jié)奏加以變化，在錄音按鈕、通知欄開關(guān)、相機(jī)拍照鍵等功能操作按鍵下則提供更適中的兩下振動反饋。這種更細(xì)膩的物理反饋，可以給人一種“用了就回不去”的感覺。

實(shí)現(xiàn)更真實(shí)游戲振感

通過對游戲中各種槍聲、車輛聲等各種游戲音效的識別，X軸線性馬達(dá)還能根據(jù)不同的場景（如開門、跳躍、碰撞）、不同的武器、駕駛的不同車輛給予不同的振動效果反饋，也就是我們常聽到的“游戲4D震感”（圖15），通過給手指足夠直接的物理反饋，能讓用戶在玩游戲時體會到拳拳到肉的真實(shí)感。

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尚處優(yōu)化進(jìn)行時

和蘋果相比，Android生態(tài)碎片化現(xiàn)象嚴(yán)重，配備線性馬達(dá)的手機(jī)很少，用上X軸線性馬達(dá)的機(jī)器更少，而且這些手機(jī)用的馬達(dá)型號還不一樣。這意味著，Android系統(tǒng)本身難以對這種高端馬達(dá)進(jìn)行足夠的優(yōu)化，它能在系統(tǒng)交互中反饋出怎樣的效果，完全取決于手機(jī)廠商自身的研發(fā)實(shí)力，以及對振動的理解。同理，所謂的4D振感，也僅限指定的少數(shù)指定游戲，并不具備通用性。如果你本身對于觸感交互就不敏感，或習(xí)慣出于省電的目的而直接關(guān)閉振動功能，馬達(dá)到底是轉(zhuǎn)子還是線性也毫無意義可言。

此外，與真實(shí)的觸感相比，在相同價位的智能手機(jī)之間，更多的消費(fèi)者還是更加看重性能、拍照和續(xù)航等更加直觀的特色，短時間內(nèi)X軸線性馬達(dá)還不足以成為影響勝局的關(guān)鍵。現(xiàn)在只能說，隨著全面屏方案越加激進(jìn)（如瀑布屏），取消物理按鍵、通過屏幕進(jìn)行交互有望成為主流。在這種大環(huán)境下，更真實(shí)的振動反饋無疑可以加分不少，在同等級產(chǎn)品中拔得頭籌。