芯耀
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最近微信更新到了8.0版本，其中微信聊天系統(tǒng)自帶表情發(fā)生大變樣，所有表情由靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)，整體風(fēng)格更靠近QQ表情。同時(shí)新增三個(gè)視覺化全屏表情：“炸彈”、“慶祝”和“煙花”，在發(fā)送的時(shí)候手機(jī)也會(huì)配合表情發(fā)出大小不同的振動(dòng)，其實(shí)這就是搭載不同振動(dòng)馬達(dá)手機(jī)在使用時(shí)所發(fā)出的觸覺反饋。
事實(shí)上基于對(duì)用戶體驗(yàn)細(xì)節(jié)的重視，蘋果公司在觸覺反饋領(lǐng)域一直處于全球領(lǐng)先的地位，自2015年就率先推出了Taptic Engine振動(dòng)模塊，Taptic Engine采用控制振幅以及頻率的方式讓LRA線性馬達(dá)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到振動(dòng)的最佳狀態(tài)。相比于目前主流的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子馬達(dá)，線性馬達(dá)優(yōu)勢(shì)更加明顯，觸感體驗(yàn)更加細(xì)膩真實(shí)。
值得一提的是，經(jīng)過多年的自主研發(fā)，由艾為芯驅(qū)動(dòng)的線性馬達(dá)作為新一代手機(jī)用馬達(dá)技術(shù)逐漸被各大品牌手機(jī)廠商所認(rèn)可，“機(jī)械鍵盤”和“4D游戲振感體驗(yàn)”也逐步進(jìn)入大眾的視野，這種真實(shí)的觸覺反饋，引領(lǐng)智能手機(jī)走向線性馬達(dá)時(shí)代。據(jù)估算，全球如今有超過一億臺(tái)手機(jī)是通過awinic Haptic進(jìn)行振動(dòng)的。挑選智能手機(jī)第一步，一定要試一下振動(dòng)感夠不夠強(qiáng)烈！
-01?|?iPhone Taptic Engine演進(jìn)?（轉(zhuǎn)子馬達(dá)走向線性馬達(dá)時(shí)代）
觸覺反饋是智能終端全新的升級(jí)，也是未來智能終端升級(jí)的重要方向，這個(gè)升級(jí)也是人體感官的延伸，在觸覺反饋方面，蘋果公司一直引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，隨著線性馬達(dá)技術(shù)的成熟，在2015年iPhone 6s和iPhone 6s Plus手機(jī)中用線性馬達(dá)替代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子馬達(dá)，從而提供更加出色的觸覺反饋效果，同時(shí)隨著iOS系統(tǒng)應(yīng)用升級(jí)和線性馬達(dá)性能的不斷提升，Taptic Engine技術(shù)在每一代產(chǎn)品硬件選型上都在趨于更大尺寸，更高性能的線性馬達(dá)方向發(fā)展，著力于為消費(fèi)者帶來了前所未有的先進(jìn)觸覺體驗(yàn)。下圖為iPhone 過去10年Taptic Engine演進(jìn)的路標(biāo)。
▼Figure-1 Taptic Engine 演進(jìn)▼
-02|?振動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類??
在觸覺反饋這個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域擁有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成的觸覺傳感技術(shù)，例如：轉(zhuǎn)子馬達(dá)、線性馬達(dá)、壓電陶瓷振動(dòng)器與超聲觸覺技術(shù)等等。前兩者本質(zhì)上都是基于馬達(dá)的。后兩者都是基于力場(chǎng)和聲障技術(shù)模擬各種紋理的先進(jìn)觸覺技術(shù)，每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有其自己的優(yōu)缺點(diǎn)和獨(dú)特的功能。下面我們針對(duì)每種拓?fù)溥M(jìn)行分析。
轉(zhuǎn)子馬達(dá)(ERM)
轉(zhuǎn)子馬達(dá)是市場(chǎng)上時(shí)間最久也最成熟的觸覺反饋技術(shù)。利用電磁感應(yīng)原理，通過電磁力去驅(qū)動(dòng)馬達(dá)軸心轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)偏心鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生離心力使得馬達(dá)快速旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，轉(zhuǎn)子馬達(dá)旋轉(zhuǎn)是一個(gè)全方向的振動(dòng)，缺乏指向性，無法完成復(fù)雜的振動(dòng)效果，另外由于ERM的結(jié)構(gòu)和自身的局限性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子馬達(dá)的啟停時(shí)間較長，需要100到200ms左右，因此無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)振動(dòng)之間的層次感。隨著手機(jī)應(yīng)用升級(jí)，觸覺反饋與交互式游戲體驗(yàn)的需求不斷提高，ERM已無法滿足用戶需求，另外由于ERM結(jié)構(gòu)內(nèi)部需要電刷換向，壽命和可靠性也相對(duì)較低。
線性馬達(dá)(LRA) ?
線性馬達(dá)是市場(chǎng)上新一代觸覺反饋技術(shù)，它已在許多新型手持設(shè)備廠商中得到廣泛應(yīng)用。線性馬達(dá)實(shí)際上是一個(gè)連接彈簧的磁鐵，被線圈環(huán)繞，放置在一個(gè)盒形殼體內(nèi)做線性形式運(yùn)動(dòng)，它能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換成機(jī)械能，是一款不需通過任何轉(zhuǎn)換裝置的新型馬達(dá)。如圖 3 所示，磁鐵受到控制，以線性方式移動(dòng)，最終達(dá)到共振頻率。
這種以共振頻率工作的方式，可獲得最大振動(dòng)量和更低的系統(tǒng)功耗，啟停時(shí)間相比ERM提升50%左右，平均功耗比ERM低 30%左右；由于線性馬達(dá)彈簧常數(shù)會(huì)因損耗、溫度波動(dòng)或者其他環(huán)境因素變化而改變，LRA 驅(qū)動(dòng)頻率移至該共振頻帶（±10Hz）以外時(shí)， 振動(dòng)量和效率也會(huì)急劇下降，但是仍然可以通過對(duì)輸入信號(hào)的振幅和頻率進(jìn)行調(diào)整，增加額外的自由度和獨(dú)特的波形驅(qū)動(dòng)從而達(dá)到一定的振動(dòng)效果，而這些是使用ERM無法比擬的。
壓電陶瓷振動(dòng)器（Piezo）
壓電陶瓷振動(dòng)器是市場(chǎng)上新興觸覺反饋技術(shù)，受到廣泛關(guān)注，壓電陶瓷振動(dòng)器并非為馬達(dá)型，它擁有極短的啟停響應(yīng)時(shí)間和更高的效率，體積比ERM和LRA更小。另外它還能帶來更為復(fù)雜、精細(xì)的觸覺反饋體驗(yàn)，壓電陶瓷執(zhí)行器由一個(gè)軟片（振動(dòng)-電壓轉(zhuǎn)換器）組成。最早此技術(shù)被用于許多能量采集和微型揚(yáng)聲器中，使用一個(gè)很薄的長條或者一個(gè)圓盤，在兩端施加電壓讓它們彎曲然后再反彈形成振動(dòng)（圖 5）。
由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和安裝方式，可以實(shí)現(xiàn)“局部觸覺”和“全局振觸覺”振動(dòng)，壓電陶瓷振動(dòng)器作為新興技術(shù)，但是多數(shù)系統(tǒng)方案要求100-200 Vpp驅(qū)動(dòng)電壓才能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，即使隨著疊層工藝的發(fā)展，多層壓電執(zhí)行器電壓降至50 Vpp, 但由于系統(tǒng)方案成本較高，這對(duì)于電子消費(fèi)產(chǎn)品而言依然存在難度，因此需要壓電技術(shù)再進(jìn)一步發(fā)展以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
超聲觸覺技術(shù)（Ultra Haptic）
超聲觸覺技術(shù)是通過陣列揚(yáng)聲器，可以創(chuàng)建出一個(gè)力場(chǎng)，讓空氣形成一個(gè)氣流屏障，聲波提供足夠大的力量讓皮膚產(chǎn)生觸覺，以不同的頻率氣流與皮膚接觸，創(chuàng)造出不同的觸感，另外也可以通過改變超聲波頻率和強(qiáng)度，創(chuàng)建各種紋理， 由于超聲觸覺需要足夠大的氣流力，覆蓋的范圍也僅僅約為1米的范圍，應(yīng)用上還需要未來進(jìn)一步發(fā)展。
綜上所述，隨著手機(jī)應(yīng)用、觸覺反饋、游戲體驗(yàn)和手機(jī)輕薄化等需求不斷提高，ERM轉(zhuǎn)子馬達(dá)已經(jīng)無法滿足用戶的最新需求，新型的LRA線性馬達(dá)在響應(yīng)速度、功耗、振動(dòng)模式等方面優(yōu)勢(shì)非常顯著，這已代表了手機(jī)用馬達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)。雖然壓電馬達(dá)和超聲觸感在技術(shù)方面更為先進(jìn)，但是由于成本及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等因素面臨較大的難題，因此，我們認(rèn)為未來智能終端觸覺反饋的核心依然是LRA線性馬達(dá)。
-03?|?關(guān)鍵指標(biāo)??
1：?jiǎn)⑼r(shí)間
起振時(shí)間（Riseup Time）：在額定電壓諧振頻率驅(qū)動(dòng)下，振動(dòng)量從0%Gmax到90%Gmax 所需要的振動(dòng)時(shí)間稱為馬達(dá)的起振時(shí)間。
停振時(shí)間（Bringdown Time）：在穩(wěn)態(tài)振動(dòng)過程中去除額定電壓時(shí)，振動(dòng)量從100%Gmax到10%Gmax 所需要的振動(dòng)時(shí)間，稱為馬達(dá)的停振時(shí)間。
▼啟停時(shí)間對(duì)比?▼
針對(duì)線性馬達(dá)特點(diǎn)，LRA擁有固有驅(qū)動(dòng)頻率和共振頻帶，不同的頻帶都會(huì)產(chǎn)生不同的觸感，按照馬達(dá)振動(dòng)方向可以分為橫向線性馬達(dá)，和縱向線性馬達(dá)，如果按照振動(dòng)頻帶可以分為窄頻LRA ，雙頻LRA和寬頻LRA等， Z軸LRA常用型號(hào)有：0412、0825、0832和1040等。X軸LRA常用型號(hào)有：1010、0619、0815與2711等。
▼各規(guī)格線性馬達(dá)的頻率響應(yīng)對(duì)比▼
通過各規(guī)格線性馬達(dá)的頻率響應(yīng)曲線來看，
1：窄頻LRA F0諧振點(diǎn)唯一且頻帶相對(duì)較窄，驅(qū)動(dòng)信號(hào)與諧振頻率偏差10% 振動(dòng)量可能會(huì)損失30%左右。
2：雙頻LRA擁有兩個(gè)諧振點(diǎn)，可獲得觸感的頻率范圍廣振動(dòng)自由度高，對(duì)復(fù)雜波形也可展現(xiàn)真實(shí)的觸感。
3：寬頻LRA同樣擁有頻率范圍更大的振動(dòng)區(qū)間，振動(dòng)自由度高，振動(dòng)頻寬大震感豐富。
3：功耗對(duì)比
觸覺反饋技術(shù)的功耗對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品，尤其是穿戴類設(shè)備和智能終端設(shè)備來說尤其重要，下面也針對(duì)目前市面上常用的ERM和LRA及Piezo 在常用的UI 交互Short Vibration和Long Vibration場(chǎng)景下進(jìn)行功耗分析。
▼?三種振動(dòng)傳動(dòng)器功耗對(duì)比 ▼
通過對(duì)以上三種振動(dòng)傳動(dòng)器的功耗數(shù)據(jù)圖表分析，可以得出如下結(jié)論：
1：Piezo由于響應(yīng)速度快，對(duì)于振動(dòng)時(shí)間較短的應(yīng)用場(chǎng)景，觸覺振動(dòng)效果的消耗功率最??；
2：LRA線性馬達(dá)相對(duì)于ERM轉(zhuǎn)子馬達(dá)在相同振動(dòng)效果下，可以節(jié)省50%~60%的系統(tǒng)功耗；
3：長振場(chǎng)景下，振動(dòng)時(shí)間比較長的觸覺振動(dòng)效果，LRA線性馬達(dá)的功耗優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯，Piezo和ERM 功耗差別不大；
-04?|?對(duì)比總匯??
▼?不同分類馬達(dá)對(duì)比 ▼
-05?| 總結(jié)??
根據(jù)對(duì)多種觸覺反饋技術(shù)傳動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用和分析，新型的LRA線性馬達(dá)在響應(yīng)速度、功耗、振動(dòng)模式等各個(gè)方面優(yōu)勢(shì)非常明顯，已經(jīng)代表著智能終端設(shè)備用觸覺反饋的發(fā)展趨勢(shì)。隨著終端設(shè)備人機(jī)交互體驗(yàn)的應(yīng)用需求不斷增加，真實(shí)觸感和4D游戲振感也逐步成為消費(fèi)者的強(qiáng)需求，這種更細(xì)膩的物理反饋，“用了就回不去”的感覺，也已經(jīng)成為現(xiàn)代科技創(chuàng)新發(fā)展的大勢(shì)所趨。
