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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)閯討B(tài)，整體風格更靠近QQ表情。同時新增三個視覺化全屏表情：“炸彈”、“慶?！焙汀盁熁ā?，在發(fā)送的時候手機也會配合表情發(fā)出大小不同的振動，其實這就是搭載不同振動馬達手機在使用時所發(fā)出的觸覺反饋。
事實上基于對用戶體驗細節(jié)的重視，蘋果公司在觸覺反饋領域一直處于全球領先的地位，自2015年就率先推出了Taptic Engine振動模塊，Taptic Engine采用控制振幅以及頻率的方式讓LRA線性馬達在短時間內(nèi)達到振動的最佳狀態(tài)。相比于目前主流的傳統(tǒng)轉子馬達，線性馬達優(yōu)勢更加明顯，觸感體驗更加細膩真實。
值得一提的是，經(jīng)過多年的自主研發(fā)，由艾為芯驅(qū)動的線性馬達作為新一代手機用馬達技術逐漸被各大品牌手機廠商所認可，“機械鍵盤”和“4D游戲振感體驗”也逐步進入大眾的視野，這種真實的觸覺反饋，引領智能手機走向線性馬達時代。據(jù)估算，全球如今有超過一億臺手機是通過awinic Haptic進行振動的。挑選智能手機第一步，一定要試一下振動感夠不夠強烈！
-01?|?iPhone Taptic Engine演進?（轉子馬達走向線性馬達時代）
觸覺反饋是智能終端全新的升級，也是未來智能終端升級的重要方向，這個升級也是人體感官的延伸，在觸覺反饋方面，蘋果公司一直引領行業(yè)發(fā)展，隨著線性馬達技術的成熟，在2015年iPhone 6s和iPhone 6s Plus手機中用線性馬達替代傳統(tǒng)的轉子馬達，從而提供更加出色的觸覺反饋效果，同時隨著iOS系統(tǒng)應用升級和線性馬達性能的不斷提升，Taptic Engine技術在每一代產(chǎn)品硬件選型上都在趨于更大尺寸，更高性能的線性馬達方向發(fā)展，著力于為消費者帶來了前所未有的先進觸覺體驗。下圖為iPhone 過去10年Taptic Engine演進的路標。
▼Figure-1 Taptic Engine 演進▼
-02|?振動器拓撲結構分類??
在觸覺反饋這個市場領域擁有多種拓撲結構構成的觸覺傳感技術，例如：轉子馬達、線性馬達、壓電陶瓷振動器與超聲觸覺技術等等。前兩者本質(zhì)上都是基于馬達的。后兩者都是基于力場和聲障技術模擬各種紋理的先進觸覺技術，每種拓撲結構都有其自己的優(yōu)缺點和獨特的功能。下面我們針對每種拓撲進行分析。
轉子馬達(ERM)
轉子馬達是市場上時間最久也最成熟的觸覺反饋技術。利用電磁感應原理，通過電磁力去驅(qū)動馬達軸心轉動帶動偏心鐵轉動，從而產(chǎn)生離心力使得馬達快速旋轉振動，轉子馬達旋轉是一個全方向的振動，缺乏指向性，無法完成復雜的振動效果，另外由于ERM的結構和自身的局限性，導致轉子馬達的啟停時間較長，需要100到200ms左右，因此無法實現(xiàn)多個振動之間的層次感。隨著手機應用升級，觸覺反饋與交互式游戲體驗的需求不斷提高，ERM已無法滿足用戶需求，另外由于ERM結構內(nèi)部需要電刷換向，壽命和可靠性也相對較低。
線性馬達(LRA) ?
線性馬達是市場上新一代觸覺反饋技術，它已在許多新型手持設備廠商中得到廣泛應用。線性馬達實際上是一個連接彈簧的磁鐵，被線圈環(huán)繞，放置在一個盒形殼體內(nèi)做線性形式運動，它能夠?qū)㈦娔苤苯愚D換成機械能，是一款不需通過任何轉換裝置的新型馬達。如圖 3 所示，磁鐵受到控制，以線性方式移動，最終達到共振頻率。
這種以共振頻率工作的方式，可獲得最大振動量和更低的系統(tǒng)功耗，啟停時間相比ERM提升50%左右，平均功耗比ERM低 30%左右；由于線性馬達彈簧常數(shù)會因損耗、溫度波動或者其他環(huán)境因素變化而改變，LRA 驅(qū)動頻率移至該共振頻帶（±10Hz）以外時， 振動量和效率也會急劇下降，但是仍然可以通過對輸入信號的振幅和頻率進行調(diào)整，增加額外的自由度和獨特的波形驅(qū)動從而達到一定的振動效果，而這些是使用ERM無法比擬的。
壓電陶瓷振動器（Piezo）
壓電陶瓷振動器是市場上新興觸覺反饋技術，受到廣泛關注，壓電陶瓷振動器并非為馬達型，它擁有極短的啟停響應時間和更高的效率，體積比ERM和LRA更小。另外它還能帶來更為復雜、精細的觸覺反饋體驗，壓電陶瓷執(zhí)行器由一個軟片（振動-電壓轉換器）組成。最早此技術被用于許多能量采集和微型揚聲器中，使用一個很薄的長條或者一個圓盤，在兩端施加電壓讓它們彎曲然后再反彈形成振動（圖 5）。
由于獨特的結構和安裝方式，可以實現(xiàn)“局部觸覺”和“全局振觸覺”振動，壓電陶瓷振動器作為新興技術，但是多數(shù)系統(tǒng)方案要求100-200 Vpp驅(qū)動電壓才能實現(xiàn)振動，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，這對于電子消費產(chǎn)品而言依然存在難度，因此需要壓電技術再進一步發(fā)展以實現(xiàn)大規(guī)模應用。
超聲觸覺技術（Ultra Haptic）
超聲觸覺技術是通過陣列揚聲器，可以創(chuàng)建出一個力場，讓空氣形成一個氣流屏障，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，應用上還需要未來進一步發(fā)展。
綜上所述，隨著手機應用、觸覺反饋、游戲體驗和手機輕薄化等需求不斷提高，ERM轉子馬達已經(jīng)無法滿足用戶的最新需求，新型的LRA線性馬達在響應速度、功耗、振動模式等方面優(yōu)勢非常顯著，這已代表了手機用馬達的發(fā)展趨勢。雖然壓電馬達和超聲觸感在技術方面更為先進，但是由于成本及產(chǎn)品設計等因素面臨較大的難題，因此，我們認為未來智能終端觸覺反饋的核心依然是LRA線性馬達。
-03?|?關鍵指標??
1：啟停時間
起振時間（Riseup Time）：在額定電壓諧振頻率驅(qū)動下，振動量從0%Gmax到90%Gmax 所需要的振動時間稱為馬達的起振時間。
停振時間（Bringdown Time）：在穩(wěn)態(tài)振動過程中去除額定電壓時，振動量從100%Gmax到10%Gmax 所需要的振動時間，稱為馬達的停振時間。
▼啟停時間對比?▼
2：頻率響應
針對線性馬達特點，LRA擁有固有驅(qū)動頻率和共振頻帶，不同的頻帶都會產(chǎn)生不同的觸感，按照馬達振動方向可以分為橫向線性馬達，和縱向線性馬達，如果按照振動頻帶可以分為窄頻LRA ，雙頻LRA和寬頻LRA等， Z軸LRA常用型號有：0412、0825、0832和1040等。X軸LRA常用型號有：1010、0619、0815與2711等。
▼各規(guī)格線性馬達的頻率響應對比▼
通過各規(guī)格線性馬達的頻率響應曲線來看，
1：窄頻LRA F0諧振點唯一且頻帶相對較窄，驅(qū)動信號與諧振頻率偏差10% 振動量可能會損失30%左右。
2：雙頻LRA擁有兩個諧振點，可獲得觸感的頻率范圍廣振動自由度高，對復雜波形也可展現(xiàn)真實的觸感。
3：寬頻LRA同樣擁有頻率范圍更大的振動區(qū)間，振動自由度高，振動頻寬大震感豐富。
3：功耗對比
觸覺反饋技術的功耗對于消費電子產(chǎn)品，尤其是穿戴類設備和智能終端設備來說尤其重要，下面也針對目前市面上常用的ERM和LRA及Piezo 在常用的UI 交互Short Vibration和Long Vibration場景下進行功耗分析。
▼?三種振動傳動器功耗對比 ▼
通過對以上三種振動傳動器的功耗數(shù)據(jù)圖表分析，可以得出如下結論：
1：Piezo由于響應速度快，對于振動時間較短的應用場景，觸覺振動效果的消耗功率最小；
2：LRA線性馬達相對于ERM轉子馬達在相同振動效果下，可以節(jié)省50%~60%的系統(tǒng)功耗；
3：長振場景下，振動時間比較長的觸覺振動效果，LRA線性馬達的功耗優(yōu)勢會更加明顯，Piezo和ERM 功耗差別不大；
-04?|?對比總匯??
▼?不同分類馬達對比 ▼
-05?| 總結??
根據(jù)對多種觸覺反饋技術傳動拓撲結構的應用和分析，新型的LRA線性馬達在響應速度、功耗、振動模式等各個方面優(yōu)勢非常明顯，已經(jīng)代表著智能終端設備用觸覺反饋的發(fā)展趨勢。隨著終端設備人機交互體驗的應用需求不斷增加，真實觸感和4D游戲振感也逐步成為消費者的強需求，這種更細膩的物理反饋，“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)展的大勢所趨。
