苹果/三星/小米/一加手机对比拆解,从马达技术看触觉反馈的差距

39度创意研究所 2018-01-26 14:15 次阅读

在苹果手机的带动之下,线性马达作为新一代手机用马达技术逐渐被手机厂商所认可,小米6、一加5等手机在2017年先后搭载线性马达。相比于目前主流的传统转子马达,线性马达优势明显,在触觉反馈方面带来的体验大幅提升。

出于对用户体验的重视,苹果在触觉反馈方面一直处于全球领先的地位,从Macbook的Multi‑Touch,到Applewatch的Force Touch,再到iPhone 6s/6s Plus的3D Touch,直到2016年iPhone 7/7 Plus的压感式Home键。越来越真实的触觉体验与Taptic Engine密不可分,苹果的Taptic Engine在振动马达方面锐意创新,从转子马达到定制化高端线性马达,为苹果系列产品真实的触觉体验提供了物理基础。

在苹果手机的带动之下,线性马达作为新一代手机用马达技术逐渐被手机厂商所认可,小米6、一加5等手机在2017年先后搭载线性马达。相比于目前主流的传统转子马达,线性马达优势明显,在触觉反馈方面带来的体验大幅提升。

苹果力推真实触觉反馈,引领智能手机走向线性马达时代

1、苹果力推3D Touch,凭Taptic Engine提供真实触觉反馈

出于对用户体验的重视,苹果在触觉反馈方面一直处于全球领先的地位,早在2014年以前,苹果Macbook便成功采用了Multi‑Touch多指触控技术,可以实现轻点、轻扫、双指开合等触控功能。2014年苹果将Multi‑Touch升级为Force Touch,并应用于新款Macbook、Applewatch等产品上。

Force Touch与传统的Multi‑Touch长按/短按通过时间区分出不同的操作指令不同,Force Touch技术基本原理是通过压电薄膜或压力传感器捕捉压力大小,提取电路的波峰波谷值来进行编码。可以实现没有方向指向的压力信息回馈,从而在功能上可以实现“用力长按”、“加速控制”、“压力感应绘图”等丰富的操作内容。

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2015年的iPhone 6s/6s Plus手机中,苹果进一步将Force Touch升级为3D Touch,除了能够感应到轻击和按压不同的两层压力,还能感应到第三层压力——“重压”,按压深度的不同,最终系统判断执行的操作也不尽相同,正是因为这三层压力,苹果才将其称之为“3D”。

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但是,仅仅只有指令和屏幕功能变化的触觉技术(Force/3D Touch)远远不能满足手机使用者对物理回馈的需求。如果说Force/3D Touch技术改变了设备的输入体验,那么Taptic Engine改变的则是输出反馈体验,Force/3D Touch与Taptic Engine是相辅相成的协作关系。

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Taptic Engine是苹果产品的振动模块,采用LRA线性马达电机,能在短时间内达到振动的最佳状态,还能控制振幅以及频率,这是普通ERM转子马达所做不到的。

Taptic Engine元件最早出现在2015年初发布的New Macbook笔记本电脑上,触摸板应用了Force Touch以检测触摸板受力状况,在此基础上集成了Taptic Engine进行触觉反馈。采用Taptic Engine的苹果版“touch cover”带来的键盘敲击振动反馈比微软 touch cover的零反馈体验要强的多。

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随后,在2015年的Apple Watch智能手表中也开始采用Taptic Engine技术。在Apple Watch中,Taptic Engine是设备通知系统的中继,强化声音提醒,给用户带来一个丰富的感官体验。采用线性马达的Taptic Engine不仅可以产生振动,还能控制振幅以及频率,从而产生强弱分明且十分安静的振动,甚至可以模拟出心跳那种频率忽高忽低的振动效果。

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在苹果2015年款iPhone 6s和iPhone 6s Plus手机中,同样内置了Taptic Engine,设计上有所升级,能够准确再现点击、触碰以及其他触觉效果,有效地创建了一种引人关注的用户体验。

根据IT之家的拆解,iPhone 6s采用的是直线长条形Taptic Engine,iPhone 6s Plus采用的是方形Taptic Engine,二者的区别在于长条形Taptic Engine体积较大,导致电池体积受到压缩,缩水95mAh,而方形Taptic Engine体积较小,可以尽量少影响电池体积和容量,由于设计难度大一些,成本比长条形Taptic Engine要高。

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正是由于iPhone 6s/6s Plus在Taptic Engine方面的升级,使得iPhone 6s/6s Plus的引入了3D Touch功能,能够在原有Force Touch轻按、轻点的基础上,新增了重按这一维度的功能,比Apple Watch上的压力触摸屏技术更加敏感。

2、苹果手机振动马达演变史,从转子马达走向线性马达

事实上,基于对产品用户体验细节的重视,在触觉反馈方面,苹果公司一向引领行业发展趋势。

从iFixit针对iPhone的历代拆解来看,在iPhone 6s/6s Plus之前的iPhone主要采用ERM偏心转子电机的振动马达。iPhone 4 GSM版采用转子振动马达,都有一个偏离中心的转子,在它转动起来以后,就能产生全方位的极致震颤体验。施加正电压电机旋转,施加负电压电机制动。这种执行器的特色在于成本低,而且技术成熟。

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实际在iPhone 4s(以及iPhone 4的CDMA版)身上,苹果尝试过LRA线性谐振马达,但由于当时线性马达技术水平的限制,采用的是Z向圆形线性马达,器件的体积较大,基于空间利用率的考量,在iPhone 5、5c、5s、6身上再度回到ERM转子马达。

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随着XY向长条形和方形线性马达技术的成熟,在苹果2015年款iPhone 6s和iPhone 6s Plus手机中,重新尝试使用LRA线性马达。

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2017年苹果更进一步,在全新一代的iPhone 7和iPhone 7 Plus手机,抛弃了传统的物理按压式Home键,取而代之的是一枚带有压力传感功能的新型Home键。不同于以往的单击、双击、长按三种基本操作,这颗按钮将通过振动触觉反馈为用户提供触感操作。之前的机械式Home键在使用过程中饱受诟病,成为售后返修的重灾区。而压感技术的使用彻底解决这一痛点。

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尽管不能物理式按下,但通过细腻的Taptic Engine振动模拟,可以保证模拟的点击手感,获得实时触摸反馈。这要得益于Taptic Engine线性马达技术提供的先进触觉反馈。

配合iOS 10,用户使用旧设备(iPhone 6S/6S Plus)上的线性振动马达和新设备(iPhone 7/7Plus)上的Taptic Engine都可以产生一种新的振动感觉,但是运行同一个振动时,iPhone 7/7Plus明显会振得更“干脆”,也更强劲。能配合相关的动作提供更精确、更好的反馈,最好的例子就是系统设置中调整日期和时间滚轮的振动效果。这与苹果不断升级线性马达技术密不可分。

3、线性马达已经打开市场,被多款创新型手机所采用

手机用传统ERM转子马达技术成熟,成本较低,目前单颗成本在1美元左右,而新型的LRA线性马达加工难度大,成本远高于传统转子马达。根据ZOL和手机报等的分析,目前苹果iPhone 7/7 Plus采用的高端XY向线性马达单颗成本为8-10美元。高昂的价格是阻碍线性马达大规模应用的重要因素,但是正如我们前文的分析,线性马达在振动模式、触觉反馈效果等方面巨大的优势,使得除了苹果之外的其他手机厂也开始尝试使用中低端线性马达产品。

2017年4月,小米发布全新旗舰手机小米6,在微型马达方面开始使用线性马达,尽管出于成本方面的考虑,小米6的线性马达与苹果相比在器件性能方面有较大的差距,iPhone可以通过多级振动+软件算法来实现3D Touch以及模拟Home键的触感,而小米6则在震感以及功能上都有所欠缺,整体触觉反馈效果仍有距离,但是相比于传统的转子马达仍是不小的进步。

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2017年6月,一加5发布,采用类似于苹果iPhone 4s所采用的圆形线性马达,与目前苹果线姓马达采用XY轴向振动模式不同,一加5的线性马达属于Z轴向振动模式,在振动细腻度和体验方面不及苹果手机,但是与同档次采用转子马达的手机相比,震感紧凑,即停即止的特点带来优秀的振动反馈,可调节轻度、中等、强烈三挡。

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尽管出于成本方面的考虑,目前安卓系智能手机并未大规模使用先进的线性马达,但是以小米6、一加5为代表的新手机已经开始尝试使用线性马达,未来随着线性马达技术的进步,规模效应将得以体现,相应产品的成本价格将逐渐被手机厂所接受,线性马达有望得到大规模应用。

全面屏时代已经到来,线性马达应用空间被打开

1、手机进入全面屏时代,取消Home键大势所趋,线性马达迎来新机遇

自2016年底开始,手机显示屏的竞争在三星、小米、LG等厂商的推动之下,已经向18:9甚至18.5:9、19:9、20:9的长宽比挺近,高屏占比全面屏成为大趋势。

2016年10月小米MIX概念手机的问世彻底激活高屏占比消费者市场。小米MIX采用6.4英寸夏普屏幕,屏占比高达91.3%,是首部屏占比超过90%的商业化智能手机,出色的外观惊艳全球。由于在加工技术难度、良率与成本方面的较大压力,小米MIX并未大规模销售,但是小米MIX成功吸引了全球消费者的眼球,高屏占比开始成为消费者选择手机的重要因素。

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2017年3月,三星推出其最新的旗舰型机种Galaxy S8和S8+,标志着“高屏占比”的全面屏已经成为顶级厂商的选择。

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作为全球智能手机的领头羊,苹果公司自然不甘人后,最新款iPhone大概率配备高屏占比显示屏。2016年底根据台湾Digitimes的报道,苹果计划在2017年第3季推出的首款AMOLED手机iPhone8,将采用5.8寸18.5:9的长宽比例亮相,面板由三星供应,为全屏幕手机再添风采。

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随着智能手机进入全面屏时代,标志性的Home键将被取消。但是机械式Home按键带来的触觉反馈对于手机而言是至关重要的,尤其对于在用户体验方面精益求精的巨头,如苹果、三星等。因此,虚拟按键将与振动马达配合,从而提供媲美甚至超越机械式按键的触觉反馈体验,成为极有吸引力的方案。所以说,全面屏背景下,取消Home键将为振动马达带来新机遇。

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2、人机交互体验需要真实触觉反馈的存在,线性马达大有作为

触觉反馈是智能终端全新的升级,是未来智能终端升级的重要方向,这个升级也是人体感官的延伸。PC时代,键盘和鼠标这两大交互设备的出现,极大地推动了计算机在普通消费市场的应用。2007年苹果手机横空出世,配有的大尺寸触控显示屏幕,为消费者带来了前所未有的用户体验,引领越来越多消费者选择智能手机。基于当下展望未来,语音、触觉、体感交互已经成为未来发展的重要方向,语音可以解放双手,体感可以丰富肢体体验,触觉可以进一步增强触摸体验。

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