嗡嗡嗡對噠噠噠

①

手機是如何振動的

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

②

那么，手機是如何產生振動的呢？

答案就在一顆小小的馬達身上。早期的功能機/智能手機都采用了一種名為“轉子馬達”的元器件，它的造型好似四驅車上傳統馬達的“迷你版”，利用電磁感應，用電流導致的磁場驅動轉子旋轉而產生振動（圖2）。

隨后，在標準轉子馬達的基礎上還衍生出了圓形（又稱幣型或扁平式）轉子馬達，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計的智能手機，而且振動時的噪音更低。

可惜，無論是標準的還是圓形的，轉子馬達的運行機都制決定它們不會帶來太過友好的體驗——這類馬達依靠質量不均勻的配重來實現震動，存在啟動慢、剎車慢（觸發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，讓手機在振動時的感覺總是“拖泥帶水”，并發出“嗡嗡嗡”的聲響。

2020年2月，隨著小米10系列手機的發布，小米集團副總裁、紅米Redmi品牌總經理盧偉冰又在微博上掀起了有關手機馬達的討論，用“你要噠噠噠，我偏嗡嗡嗡”來調侃竟品所裝配的扁平式馬達。

于是，一種比轉子馬達更先進的“線性馬達”重新取得了更廣泛普通用戶的關注。

圓形/幣型/扁平式轉子馬達結構圖

線性馬達橫空出世

線性馬達在振動起來會發出“嘚嘚嘚”或“噠噠噠”的更清脆響聲，這是它與轉子馬達在聲音上的不同。而兩類馬達最大的差異，其實還是表現在振動的體驗上。

類似打樁機的原理

線性馬達的運行原理和打樁機相似，它內部由定子和動子構成。其中，定子包含線圈和FPC，動子則由質量塊和磁鐵構成（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運動產生振感，是一種能將電能直接轉換成直線運動機械能而無需通過中間任何轉換裝置的新型馬達。

和轉子馬達相比，線性馬達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10V的峰值電壓，在高壓的驅動下可進一步縮短啟停時間、提高振動強度。線性馬達的控制芯片通常內置多種振動波形，還能搭配音頻解碼器，實現音頻隨振。此外，線性馬達的振動頻率和波形均可編程，開發人員能根據使用場景，讓馬達做出不同方向、時間和強度的振動反饋（圖5）。

線性馬達的分類

和轉子馬達一樣，線性馬達也衍生出了多種形態，而在智能手機領域最常見的就是“Z軸線性馬達”（又稱圓形或縱向線性馬達）和“X軸線性馬達”（又稱方形或橫向線性馬達），兩類線性馬達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”的模樣和圓形轉子馬達差不多（圖7），但它充分利用了手機的厚度空間，也就是更“厚實”，內部的動子可以在垂直的Z軸方向運動，也就是能帶來上下方向的振動感（圖8），并發出“嘚嘚嘚”的聲音。

Z軸/圓形/縱向線性馬達結構圖

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

“X軸線性馬達”的造型呈長條或方塊形，內部的動子可以在上下左右四個方向運動，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年上市的旗艦手機幾乎都會主打這種類型的馬達，并以發出“噠噠噠”的聲響為榮（表1）。

表1：三種馬達的優缺點對比

線性馬達強弱對比

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

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

表2：三種馬達的性能指標對比

線性馬達真的是必需嗎

在X軸線性馬達的應用上，蘋果無疑最有發言權，早在iPhone 6時代就引入了名為“Taptic Engine”的橫向線性馬達，而馬達的尺寸也在iPhone 7時代實現了飛躍。在Android手機中，魅族應該是最早跟進該技術的品牌，2018年上市的魅族15就主打名為mEngine的橫向線性馬達（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，雖然馬達尺寸不如同期的iPhone，但卻代表了Android領域的最優振感。

隨后，更多的Android手機開始引入線性馬達，只是絕大多數產品出于成本的顧慮都是Z軸線性馬達，代表產品有小米9、華為P30、三星Galaxy S10等。而真正武裝X軸線性馬達的機器，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等極少數的新老旗艦為主。

那么，為啥被蘋果iPhone用爛的技術至今仍是Android手機中的“少數派”？作為普通消費者，我們真的需要這種更大尺寸的馬達嗎？

⑿

⒀

⒁

首先，我們還是先來看看X軸線性馬達具備哪些“殺手級”的賣點。

模擬物理按鍵手感

我們現在都知道，蘋果自iPhone 7開始就取消了實體按鍵設計，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過程中，竟然都沒有發現這個“秘密”。

vivo NEX3為了實現“瀑布屏”設計而取消了實體電源和音量鍵，在機身右側添加了3個隱藏壓感鍵。但是，得益于機身內部七個傳感器組成的壓力傳感器陣列配合X軸線性馬達（圖14），當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。可以模擬出實體按鍵的按下和彈起瞬間的真實觸感，算是X軸線性馬達的殺手锏功能之一。

提升人機交互體驗

剛剛上市的iQOO 3利用X軸線性馬達帶來了機械鍵盤模式，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軸線性馬達與人機交互深度結合，比如在鬧鐘設定時可以模擬出齒輪轉動的觸感，來電時的振動也能根據鈴聲節奏加以變化，在錄音按鈕、通知欄開關、相機拍照鍵等功能操作按鍵下則提供更適中的兩下振動反饋。這種更細膩的物理反饋，可以給人一種“用了就回不去”的感覺。

實現更真實游戲振感

通過對游戲中各種槍聲、車輛聲等各種游戲音效的識別，X軸線性馬達還能根據不同的場景（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感。

⒂

尚處優化進行時

和蘋果相比，Android生態碎片化現象嚴重，配備線性馬達的手機很少，用上X軸線性馬達的機器更少，而且這些手機用的馬達型號還不一樣。這意味著，Android系統本身難以對這種高端馬達進行足夠的優化，它能在系統交互中反饋出怎樣的效果，完全取決于手機廠商自身的研發實力，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，或習慣出于省電的目的而直接關閉振動功能，馬達到底是轉子還是線性也毫無意義可言。

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