我们的手机为什么有的“嗡嗡嗡”有的“哒哒哒“?

2020年05月30日 11:44 次阅读 稿源:Expreview超能网 条评论

“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。今天,我们就好好理一理这个不起眼的小玩意儿,也讲讲为什么手机里面这个不起眼的小元器件,能够引起这么大范围的讨论。

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手机振动马达的前世今生

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(bai)证(du),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iPhone4上。


图片来源:iFixit

随着iPhone5&5s再次回到柱状转子马达后,便是我们都很熟悉的Taptic Engine了,虽然它并不是第一个X轴线性马达,但由于它确实是大众认知的标杆,我们便以它为准。至于剩下的扁平转子马达,我暂未找到第一个使用它的机型,不过倒是发现了一篇2010年的拆解帖,由此可知扁平转子马达的技术也是相当久远了。

手机振动马达的分类以及原理

前面我们只是简单提到了转子马达以及线性马达,它们的全称实际为偏心旋转质量传动器(ERM)和线性谐振执行器(LRA),将它们通俗易懂地分类就是如下表格:

手机振动马达分类

类型

种类

偏心旋转质量传动器(EMR)

条形转子马达/扁平转子马达

线性谐振执行器(LRA)

X轴线性马达/Z轴线性马达

超 能 网 制 作

在LRA的分类中,X轴和Z轴指的是配重块的运动方向,我们可以通过这张模拟运动图简单了解一下。

接下来我们说说原理部分,这也是直接导致两种马达手感差异巨大的原因。

偏心旋转质量传动器(以下简称转子马达)是通过电机驱动偏心块,偏心块高速转动产生的惯性力得到激振力。再通过手机的中框框架传递到整个手机产生振动。为什么我直接说“转子马达”?因为我们所能看到的“普通转子马达”和“扁平转子马达”原理实际上就是一样,只不过是把偏心块去掉,再通过去掉一组转子上的线圈,或者加上一组配重块,让转子本身成为一个“偏心块”旋转产生振动。


币状转子马达结构图 图源:PrecisionMicrodrives

而线性谐振执行器(以下简称线性马达)则是通过线圈通电产生磁场,驱动马达中心的永磁配重块,在轨道中进行上下或者左右的快速滑动,从而产生振动。当然,还有一种,为iPhone6s上采用的穿轴式线性马达,配重块在中心固定的轴心上进行运动,不过由于长时间使用下的轴心磨损,导致振感异常,此设计后来被取消。


图源:iFixit

这样直接的滑动势必会产生摩擦,所以从拆解也可以看出,线性马达的轨道中都会注入黑色的液体。根据我所了解到的信息,那个液体并不是简单的润滑油,而是液磁,主要为内部散热。

而Z轴线性马达的原理也是一样,只不过将配重块左右方向的运动改成了上下方向既Z轴方向运动,所以马达的厚度对于其振感是个较大的影响因素,也因此Z轴线性马达的振动是天生不如X轴线性马达的 。市面上也有各种大小的Z轴线性马达,这里我们就使用小米8以及三星S10的作一下对比:


左为三星S10,右为小米8

那为什么转子马达并不能做到线性马达那样的“哒哒哒”呢?转子马达的启动和停止,都存在一个准备时间,马达带着偏心块从静止到圈速运转的过程中带来的振动频率是不断加大的,在到达最大之后保持固定频率的振动。这段提速时间虽然很短,但确是实实在在存在的。同样,从最大转速到断电停止的过程中,马达又受到惯性的影响逐渐降低转速直到停止,频率也是逐渐降低。因此,才会出现那种略微的拖沓感。而线性马达除了拥有极大地加速度能够减小加速时间,在马达内部还设置有限位结构防止“余振”。

当然,除了这个原因以外,由于转子马达产生的“离心力”是时刻变化的,就产生了不同方向的作用力,在方向变化速度达到一定的大小,便会转化为“振动”。如同振动频率的转变,即使很小,但存在即可感知。而线性马达在单一坐标轴上的运动使得感知更清晰、准确。


图源网络

厂商如何选择振动马达价格因素

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iPhone7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iPhone5s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。

结构考量

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。


图源:XYZONE

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。

功能需求

依旧以iPhone为例,苹果为了实现配合ios特效的反馈,例如时间设置中的滚轮咔哒感,从而使用了X轴线性马达。而从iPhone7开始,为了模拟出已经取消的实体home键,苹果换用了更大的TapticEngine,通过上文所说的技术达到以假乱真的效果。而回到安卓这边,作为代表的魅族在去年一月份的Flyme发布会上就通过其mEngine实现了模拟实体键的虚拟游戏肩键。

我们怎么选择振动马达

既然现在的手机厂商越来越“不实诚”,并且随着厂商互相之间的价格战,产品难免会有所“缩水”,马达这种“感知不强”的零件也算是重灾区。作为消费者的我们,如何选到一个好的振动马达?

首先可以明确的是,由于马达本身的运行原理带来的特性,当前市面上任何的线性马达都是属于转子马达的。在没有产品的确切消息来源的情况下,通过声音通常可以非常直观的判断,转子马达的拖沓感是很明显的,即产生“嗡嗡嗡”的声音。在能够观察到马达本体的情况下,虽然扁平转子马达与Z轴线性马达都为圆形,但扁平转子马达不需要纵向活动空间,所以在厚度方面要薄不少。

同样都是线性马达,我们应该怎么进行区分?

将手机的一角自然接触硬质桌面,开启振动,由于X轴线性马达的运动在手机上体现为左右振动,所以会产生很明显的敲击感,而Z轴则不会有强烈感觉。同样,用四角分别接触桌面也很容易判断马达在机身中的位置,也就不会出现去年很多数码博主错将三星Note 10的Z轴线性马达判断为X轴线性马达的“事故”了。

而在同样都是Z轴线性马达的情况下,马达本体的厚度更加决定了其振感。所以如果你钟爱的机型并没有配备X轴线性马达,那选择一个比较厚的Z轴线性马达也能带来不错的体验。

当然,Taptic Engine依旧独孤求败。

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