какое напряжение на вибромоторчике телефона
Как работает вибромотор? Или почему все смартфоны вибрируют по-разному
До недавнего времени, если кого-то и интересовала вибрация на смартфоне, то только в плане силы ее работы, чтобы не пропустить звонок в шумном месте. Признаюсь, мне вообще было безразлично, какой вибромотор будет установлен в моем очередном телефоне. Это совершенно никак не влияло на выбор аппарата.
Но все изменилось с выходом iPhone 7, в котором Apple впервые представила свой Taptic Engine. Вот тогда я узнал (и почувствовал), что вибромотор в смартфоне может создавать новые впечатления и эмоции от работы с устройством, а не служить лишь источником неприятных вибраций.
К примеру, прокручивая пальцем на экране современного iPhone колесико с выбором даты, ощущаешь физические щелчки, будто вращается реальный механический барабан внутри смартфона. Или же, набирая текст на экранной клавиатуре дорогого Android-смартфона, ощущаешь толчки под экраном и печатать с такой тактильной отдачей становится гораздо приятнее.
Конечно же, все эти вибро-эффекты есть на любом смартфоне, но на одних просто ощущаются вибрации всего корпуса, а на других появляется тот новый приятный и необычный пользовательский опыт.
После первого iPhone с Taptic Engine я долго искал Android-смартфон с аналогичной технологией, так как возвращаться к старому-недоброму вибромотору совершенно не хотелось. Искал, но не находил. Однако спустя какое-то время Android-производители стали подтягиваться и предлагать похожие решения. И сегодня что-то отдаленно напоминающее Taptic Engine от Apple можно встретить даже в среднем сегменте (Redmi Note 9 Pro — неплохой тому пример).
Отчего же зависит эта вибрация и как она работает? Какие смартфоны, в конце-концов, могут предложить те новые ощущения, о которых я чуть выше говорил? Обо всем этом и поговорим дальше.
Два основных вида вибромоторов, используемых на смартфонах
На сегодняшний день во всех телефонах используется лишь два вида вибромоторов:
Вибромотор с эксцентриком (ERM) — это самый древний, дешевый и неинтересный моторчик. Суть его работы заключается во вращении эксцентрика со смещенной массой, прикрепленного к валу. Такой дисбаланс создает вибрации, моторчик буквально бросает в стороны, но так как он жестко прикреплен к корпусу смартфона, эти вибрации передаются на корпус:
Такие моторчики использовались еще на кнопочных телефонах и если вы думаете, что сегодня они практически не встречаются, то вы очень ошибаетесь. К примеру, во всех смартфонах от Apple, вплоть до iPhone 6 (за исключением единственной модели iPhone 4s), устанавливались именно такие вибромоторы. Вот наглядный пример:
На многих современных бюджетных и средне-бюджетных аппаратах установлены ровно такие же моторчики. Взять, к примеру, популярный Redmi Note 8 Pro. Если его разобрать мы увидим тот же моторчик с эксцентриком:
Естественно, перечислять все аппараты с таким типом вибрации я не буду, так как их слишком много. Но что с ними не так?
У таких моторчиков есть несколько преимуществ, как для производителя, так и для пользователя. Они очень дешевые и управлять ими очень легко. Кроме того, для их работы нужен постоянный ток — тот, что идет от аккумулятора смартфона. Получается нам не нужно преобразовывать его в переменный ток, что еще сильнее удешевляет весь процесс.
Для пользователей преимущество заключается в силе вибрации. Когда эксцентрик раскручивается, он создает движение вверх-вниз и влево-вправо, то есть, вибраций получается очень много:
Но отсюда выплывают и недостатки, главный из которых — неприятное бесконтрольное дребезжание смартфона. То есть, добиться каких-то интересных ощущений от вибрации просто невозможно. Вы набираете текст на экранной клавиатуре и весь корпус вибрирует.
А реализовать вау-эффекты, вроде имитации прокручивания механического барабана, о чем я говорил во вступлении или нежное постукивание по запястью (как на Apple Watch) — вообще нереальная задача.
Все дело в том, что для ощутимой вибрации такому моторчику нужно набрать определенную скорость, из чего следует два серьезных недостатка:
В общем, единственный плюс этого моторчика — в его мощном (хотя и не совсем приятном) жужжании, когда речь заходит о будильнике или входящем звонке.
Но так как он занимает слишком много места внутри смартфона, производители изменили конструкцию моторчика, оставив тот же принцип работы. Теперь эксцентрик со смещенной массой вращается по кругу внутри плоского круглого корпуса, напоминающего таблетку:
Такие моторчики и установлены сегодня в подавляющем большинстве смартфонов, включая Samsung Galaxy A51, Xiaomi Mi Note 10, Honor 20 и множество других. Вот как он выглядит схематически:
Этому вибромотору присущи все недостатки предыдущего. К тому же, сила вибрации такого моторчика может быть заметно ниже классического из-за маленького корпуса и вращающегося диска.
С этим моторчиком также ничего интересного сделать невозможно и такая вибрация не принесет никакого нового пользовательского опыта. В общем, все скучно.
Линейные вибромоторы на смартфонах: X-axis, Z-axis, Taptic Engine и DVS
И вот теперь начинается самое интересное! Принцип работы линейных моторчиков совершенно отличается от рассмотренных выше и именно такая вибрация сегодня устанавливается на многих флагманах.
Более того, как я уже упоминал вначале статьи, с легкой руки Xiaomi такие моторчики начинают перебираться и в средний бюджет.
Принцип работы LRA-вибромоторов следующий: внутри корпуса движется какая-то масса (скажем, тяжелая пластинка или цилиндр) только в одной плоскости, например, влево-вправо или вверх-вниз. Вот наглядная анимация линейного вибромоторчика от часов Apple Watch:
На анимации выше виден разобранный корпус и металлическая масса, движущаяся влево-вправо. Причем, с каждой стороны есть пружинки, а само движение вызывается катушкой (множество витков тонкого провода) по центру. То есть, когда ток подается на катушку, она превращается в магнит и отталкивает движущуюся часть. Если поменять направление тока (плюс и минус), изменится и полярность нашего магнита (катушки), соответственно, движущаяся часть оттолкнется в другую сторону. А пружинки смягчат удары с каждой стороны.
Форма корпуса такого вибромотора зависит от плоскости, в которой движется пластина. Если масса движется вдоль толщины корпуса, то есть, по направлению к экрану, а затем в обратную сторону, такая вибрация называется Z-axis (иногда Y-axis). Выглядит она так:
К сожалению, внешне очень тяжело отличить линейный Z-axis вибромотор от плохого ERM-вибромоторчика с эксцентриком в виде таблетки. Оба они выглядят идентично. Забавно, но из-за этого многие люди, занимающиеся разборкой смартфонов на YouTube, увидев «таблетку», подумали, что в Redmi Note 9 Pro используется обыкновенный ERM-моторчик и Xiaomi всех обманула.
Итак, все линейные вибромоторы лишены недостатков моторов с эксцентриком, а значит, имеют следующие преимущества:
Однако у Z-axis моторчиков есть два недостатка. Во-первых, из-за толщины корпуса внутри нет много места для движения пластинки, т.е. сделать очень мощную вибрацию, особенно, если речь идет о разовых сильных толчках, нереально. Да, можно изменять размеры и массу движущейся пластины, но все равно упремся в толщину корпуса.
Вторая проблема — вибрация может ощущаться по-разному в зависимости от того, в какой руке вы держите смартфон, так как сам вибромотор, зачастую, устанавливается не по центру.
Все эти проблемы решает технология X-axis, которая и используется в знаменитом Taptic Engine от iPhone. В этом случае, сам вибромотор гораздо крупнее и расположен он вдоль ширины корпуса. Соответственно, масса передвигается не в сторону экрана, а влево-вправо по корпусу (как на анимации с Apple Watch).
Такие вибромоторы используются во флагманах от Sony, начиная с Xperia XZ2 (эта технология у них называется Dynamic Vibration System или DVS):
Похожие X-axis вибромоторы также устанавливаются на смартфонах Google Pixel 3/4, OnePlus 7/8 Pro и ряде других. Но что интересно, на Samsung Galaxy S20 используется вибрация Z-axis (в виде таблетки), а уже на старшей модели — X-axis (хотя и в очень маленьком квадратном корпусе). Естественно, об этом сама компания нигде не упоминает и вряд ли кто-то вообще догадывается о том, что в линейке S20 используются разные вибромоторы. Но факт остается фактом. Подобное практикуют и другие компании, например, Google со своими Pixel 3 (X-axis) и Pixel 3a (Z-axis).
Казалось бы, теперь все понятно и нужно просто купить смартфон с X-axis вибромотором, чтобы получить те самые невероятные ощущения. Но в реальности дела обстоят гораздо сложнее. Все вибромоторы работают по-разному, даже если речь идет об одном и том же типе вибрации, например, линейной X-axis.
Качество вибрации очень сильно зависит от:
Именно поэтому один и тот же тип вибрации может ощущаться совершенно по-разному на двух флагманах. И тем не менее, лучше всегда предпочитать вибрацию в следующем порядке: X-axis, Z-axis (Y-axis), ERM (моторчики с вращающимся эксцентриком).
Как узнать, какой вибромотор установлен в конкретном смартфоне?
Самый простой способ узнать, какой вибромотор используется на интересующем вас смартфоне — это просто посмотреть на него. Для этого достаточно поискать в интернете разборку аппарата (все популярные смартфоны разбирают буквально в первый же день). По форме вибромотора можно сразу понять, с чем мы имеем дело.
Если вы увидели круглую «таблетку», скорее всего это либо линейный Z-axis мотор, либо старый жужжащий моторчик с эксцентриком, спрятанный в круглый корпус. К сожалению, отличить одно от другого внешне очень тяжело (если вообще возможно).
Если же вы видите длинную прямоугольную коробочку — это лучший вибромотор на сегодняшний день (X-axis). Но как он будет работать — зависит от конкретной модели. В любом случае, интереснее, чем «таблетка».
Вместо заключения
Надеюсь, вы узнали что-то новое для себя и уже собрались проверять, какой вибромотор используется в вашем аппарате.
Как бы там ни было, я еще раз хочу подчеркнуть важность вибрации на смартфоне. Хороший вибромотор может заметно улучшить пользовательский опыт и подарить вам новые эмоции от общения со своим смартфоном!
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!
Как бы вы оценили эту статью?
Нажмите на звездочку для оценки
Внизу страницы есть комментарии.
Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!
Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?
Типы вибрации в современных гаджетах
Содержание
Содержание
Представить мобильный девайс без вибрации сложно. И хоть теперь некоторые вообще не пользуются звуковыми оповещениями, она не всегда была обязательной функцией гаджетов. Кто первый и почему стал использовать вибрацию, каких она бывает типов и в чем их отличие — в нашем материале.
Как все начиналось
Изначально вибрация была функционалом электрических зубных щеток Broxodent, которые представили на суд общественности в 1954 году в Швейцарии. А вот первым гаджетом
с вибрацией был пейджер Motorola 1956 года. Дело в том, что пейджеры активно использовали сотрудники полиции, скорой помощи, спасательных служб для быстрого получения вызовов, а также жители отдаленных регионов, чтобы вовремя узнавать о надвигающихся бурях. Вибрацию использовали потому, что благодаря ей можно было почувствовать сигнал даже в шумных местах, а ночью вибровызов не будил мирных жителей.
А вот первые мобильные телефоны были довольно крупными и громоздкими аппаратами
и не нуждались в дополнительных системах оповещения о входящем звонке. Они и так всегда были на виду, а динамики были большими и очень громкими. В дальнейшем, когда сотовые стали уменьшаться, звук вызова также стал тише. Теперь мобильник легко помещался в карман или сумочку, но из-за этого в городской шумихе люди постоянно пропускали звонки и сообщения. Так и возник запрос потребителей на дополнительный вариант оповещения. Вибровызов перекочевал из пейджеров в мобильные телефоны и постепенно стал стандартом комплектации. Повсеместное внедрение вибровызова в сотовые произошло в конце 90-х — начале 2000 годов.
Вибромоторы с эксцентриком
Первые системы вибровызова в мобильных телефонах были построены на обычном электродвигателе постоянного тока. На валу двигателя был закреплен несбалансированный груз в виде эксцентрика. Такая система вибрации называется ERM (Eccentric Rotating Mass — вращающаяся эксцентриковая масса).
Имеющийся в системе дисбаланс при раскручивании якоря электрического моторчика создает вибрацию. Поскольку электродвигатель жестко прикреплен к корпусу телефона, то вибрации передаются и ему, а пользователь ощущает их. Интенсивность вибровызова регулируется путем изменения величины питающего напряжения. Частота вращения вала двигателя находится в прямой зависимости от величины питающего напряжения.
Сила вибрации зависит от частоты вращения вала двигателя, массы груза и расстояния от центра вала до самой дальней точки грузика.
Сегодня система с открытым грузиком уже устарела. Всему виной большие габариты конструкции, которые сложно «вписать» в компактный корпус смартфона. Тем не менее технология еще довольно активно используется производителями, поэтому ERM-моторы претерпели значительные косметические изменения.
Принцип действия остался неизменным, а вот форм-фактор изменился кардинально. Современный ERM-мотор выполнен в форме небольшой таблетки, внутри которой располагается эксцентриковый груз.
К достоинствам вибровызова с помощью ERM-моторов относят:
Поэтому ERM-мотор использует большинство производителей во многих мобильных устройствах бюджетного и среднего ценовых сегментов.
Система универсальна, так что используется не только в смартфонах. Ее включают
в конструкцию газоанализаторов, раций, геймпадов игровых консолей, фитнес-браслетов
и смарт-часов.
При всех положительных сторонах данного типа вибрации существуют и недостатки. Основная претензия — абсолютно невнятные тактильные ощущения. Мощная вибрация гаджета присутствует, но нет вменяемой обратной связи при использовании устройства.
Основная причина кроется в большой инертности системы, ведь чтобы получить виброотклик, моторчик должен раскрутиться. А для этого нужно время. Как правило, выход ERM-мотора
в рабочий режим составляет порядка 200 мс, что довольно много, поэтому ожидать чего-либо кроме обычного «жужжания» от такой системы не стоит.
Линейные вибромоторы
Эра линейных электродвигателей в системах вибровызова смартфонов началась с подачи корпорации Apple осенью 2015 года. Именно тогда компания представила серийную технологию, заставившую многих пользователей пересмотреть отношение к виброзвонку в своем мобильном гаджете. Первый смартфон, в который внедрили совершенно иную систему вибрации — iPhone 6S с его инновационным мотором Taptic Engine.
Принцип действия такого мотора, как все гениальное, достаточно прост. В прямоугольном корпусе заключен подвижный ротор, состоящий из сборки мощных магнитов. Ротор продольно перемещается внутри корпуса под действием сил, возникающих от взаимодействия постоянного и переменного магнитных полей ротора и обмотки статора.
Ротор линейного мотора с обеих сторон сжат демпфирующими пружинами, предназначенными для мгновенного гашения колебаний. Такая реализация позволяет получить точно заданный вибрационный эффект, лишенный излишней инерционности. К слову сказать, быстродействие линейных моторов в среднем в четыре раза выше, чем у их эксцентриковых собратьев, что сокращает время отклика до 50 мс.
Частота и амплитуда колебаний напрямую зависит от частоты и силы тока, протекающего по обмоткам. Благодаря этому можно реализовать самые разные сценарии вибрации и создать тактильную обратную связь.
Если вектор перемещения ротора находится в одной плоскости с экраном смартфона, то такой модуль называют вибромотором типа X-axis. Его отличительная черта — прямоугольный или квадратный корпус. Линейные моторы X-axis с горизонтальным перемещением ротора, именуемые Apple как Taptic Engine, устанавливаются практически во все устройства, производимые корпорацией. Начиная MacBook Air и заканчивая смарт-часами.
У других производителей подобные конструкции имеют свои торговые названия. К примеру, у Sony это Dynamic Vibration System (DVS), а у Meizu — mEngine. В любом случае, если видим прямоугольный или квадратный корпус — однозначно понимаем, что имеем дело с линейным мотором X-axis.
Более упрошенная вариация линейного вибромотора имеет всего одну демпферную пружину и ротор, перемещающийся не в горизонтальном, а в вертикальном направлении.
Принцип действия остается тем же. Магнитные поля взаимодействуют, пружина оказывает сопротивление перемещению, груз под действием прилагаемых к нему сил вибрирует, т. е. происходят те же процессы, что и в классическом линейном моторе. В таком исполнении работа вибромотора больше схожа с работой обычного акустического динамика.
Из-за того, что вектор направления вибрации находится в перпендикулярной экрану плоскости, такие вибромоторы получили название Z-axis (иногда их называют Y-axis).
Линейные электродвигатели Z-аxis-типа выполнены в форме таблетки. Они внешне неотличимы от ERM-вибромоторов. Чтобы разобраться, электродвигатель какого типа установлен в конкретной модели смартфона, нужно обращаться к спецификациям производителя.
Область их применения настолько обширна и многогранна, что даже не стоит начинать перечислять производителей, использующих такие моторы в своих устройствах. Правильней будет сказать, что их используют все.
Модельный ряд гаджетов, в которых установлена вибрация типа Z-axis, тоже достаточно велик. От среднячков до флагманских решений. Пожалуй, единственный недостаток «круглого» линейного вибромотора — довольно посредственная вибрация. Все дело в малой массе грузика и довольно скромных размерах.
Модернизация вибровызова в телефонах Siemens S/C/M35
Вместо предисловия
Не для кого не секрет, что в телефонах Siemens 35-й серии виброзвонок оставляет желать лучшего. Недостаток, несомненно, небольшой, но досадный. К счастью, дефект этот легко устраним. Михаил Зайцев в своей статье «Доработка вибровызова у телефонов SIEMENS 35» подробно описал один из способов усиления силы вибровызова, но, как показала практика, этого часто недостаточно.
Я испробовал метод, описанный в этой статье на телефонах Siemens C35 и S35. Действительно наблюдалось усиление вибровызова, но эффективность его оставалась под вопросом. Я решил самостоятельно попробовать сделать вибровызов ещё сильнее.
Теория и практика
Разобрав телефон, первым делом я решил измерить напряжение, поступающее на вибромоторчик с платы телефона. Оно оказалось удивительно маленьким — ок. 1,2в., чего явно недостаточно. Потребляемый ток — 50-60 мА. Подал на моторчик полное напряжение с аккумулятора — порядка 4в и только тогда сила вибрации показалась мне достаточной и вполне сравнимой с телефонами Nokia. Напряжения с платы вполне хватило бы на управление простейшим ключиком на маломощном транзисторе. Я собрал этот ключик по схеме, приведённой ниже. Транзистор я использовал самый распространённый — КТ315Б. 
При таком сопротивлении резистора напряжение на вибромоторчик было порядка 3,3в. — достаточно для нормальной раскрутки моторчика и одновременно ток, потребляемый от аккумулятора остался в пределах допустимого — 110 мА. Мною были опробованы резисторы с сопротивлением от 100 Ом и до 1 кОм. Результаты в таблице.
Сопротивление
Так же были испробованы транзисторы КТ3102 и КТ503. Оба работали нормально, но для каждого их них пришлось заново подбирать резисторы.
Хочу отметить, что все опыты проводились на полностью заряженном аккумуляторе (напряжение ок. 4,1 в.) Значения сопротивлений скорее всего придется заново подбирать в каждом частном случае. Я переделывал два телефона подобным образом, мне подбирать ничего не пришлось, но люди, повторявшие это усовершенствование, говорили о том, что указанные сдесь сопротивления резистора подходили не всегда.
Конструкция
Конструкция предельно проста. Сначала у вибромоторчика аккуратно отламываются пружинки-контакты, а на тыльную его часть на залуженные контакты припаивается по гибкому тонкому проводу. Площадка под контакт вибромоторчика на плате аккуратно зауживается, на неё так же припаивается тонкий и гибкий провод. Транзистор крепится к контактной группе, соединяющей аккумуляторы с платой телефона так, как показано на римсунке при помощи капли суперклея. Резистор крепится на транзистор. 
Проводники разводятся согласно принципиальной схеме. Как показала практика, в телефонах S35 места вполне достаточно для размещения такой конструкции, однако в телефонах C/M35 могут быть проблемы со свободным местом. В этом случае я предлагаю использовать малогабаритные элементы для поверхностного монтажа. Подойдёт любой транзистор обратной проводимости и достаточной мощности. Элементы монтируются на простейшую печатную платку, вроде показанной на рисунке. Изготавливать её при помощи травления смысла не имеет, проще всего пропилить медь надфилем. 
Плата закрепляется так же, как и транзистор — каплей суперклея на соединителе.
При распайке помните, что «-» аккумулятора — дальний от вибромоторчика вывод соединительных контактов, а «+» — ближний. Провода следует припаивать к позолочённым контактам соединителя.
Эпилог
Вот в принципе и вся конструкция. Как видите, всё не так уж и сложно и вполне подсилу любому, кто хоть раз держал паяльник в руках и знаком с основами радиоэлектроники.
К сожалению, сейчас я не распологаю ни временем, ни возможностью опубликовать фотографии моих лороботок, по этому пока приходится довольствоваться простенькими рисунками.
Гарантии и ответственности
Гарантий никаких 🙂 У меня 2 раза получалось сделать такое усовершенствование, получалось без проблем, уже двое моих знакомых повторили все, что здесь написано, так что вы делаете всё на свой страх и риск! Ни автор, ни сайт iXBT.com не несут ответственности за причинённый вам ущерб. Главное — аккуратность, без неё никуда!
Со всеми вопросами смело обращайтесь к автору. Отвечу обязательно всем!