3.4 人机交互末梢：触觉反馈与微型声学系统

把手机调到静音，再打开一个设置开关，或者在相机里拨动变焦刻度，你会感到指尖下传来一下短促而干脆的“咔嗒”。这块纯平的玻璃并没有真正凹下去，屏幕下也没有任何按键。再把音量调高放一段音乐，几毫米厚的机身里传出的声音，比你预想的要饱满得多。

这两种体验出自手机里最靠近人的两个末梢：负责“触”的线性马达，和负责“听”的微型扬声器。前面几节讲的处理器、镜头和射频，大多在人看不见的地方工作。这两个部件不同，它们直接把电信号变成人的身体能感觉到的机械运动。

3.4.1 从“嗡嗡乱抖”到“咔嗒一下”

早年的功能机振动时，整台手机会在桌面上“嗡嗡”地打转。那时用的是转子马达（ERM，Eccentric Rotating Mass，偏心转子马达）：电机轴上装一块偏心的小配重，转起来就会甩动机身。它的缺点很明显，启动要先加速，停下要慢慢减速，振感拖泥带水，只能用来提醒“有来电”，表达不出更细腻的信息。

现代旗舰机多改用 X 轴线性马达。“线性”是说振子沿一条直线来回平移，不再旋转。“X 轴”指平移方向与屏幕平面平行，也就是沿机身的长边或短边滑动。手指贴在屏幕上时，这种横向的位移更容易被皮肤感受成“被推了一下”，接近按下实体按键时的那种反作用力。

3.4.2 线性马达的内部结构

把线性马达拆开，主要有三样东西：

• 振子：一块微型钕铁硼磁铁（NdFeB，一种稀土永磁材料，同等体积下磁性极强），它是马达里那块会运动的质量块；
• 弹簧：磁铁悬挂在弹簧上，没有通电时，弹簧让它停在中间位置；
• 线圈：固定在外壳上，与磁铁相对。

工作原理和中学物理课里“通电导线在磁场中受力”是同一件事。驱动芯片向线圈注入交变电流，电流方向不断翻转，线圈产生的磁场也跟着翻转，于是磁铁被交替地推向一侧、拉回另一侧，在弹簧上来回平移。机身随之产生方向明确的振动。

3.4.3 关键在于“刹车”

只要能让磁铁动起来，就能产生振动，但还做不出“咔嗒”声那样的利落感。难的是让它立刻停下。

可以想象荡秋千：用力推一把，秋千还会自己晃好几下才停。挂在弹簧上的磁铁也是这样，断电后它会凭惯性继续余振。手指感觉到的就是一串发闷的“嗡——”，不像按下按键。

工程师的办法是主动电磁刹车。驱动芯片推完振子后，在几毫秒内向线圈注入一个反向脉冲，产生和振子运动方向相反的力，把它迅速“拽”回原位。这和荡秋千时有人伸手一把抓住秋千是同一个道理。启动快、停止也快，振动波形就被压成一个短而陡的脉冲，大脑会把它理解为一次结实的物理按压。

因此，在一块完全平整的玻璃上，系统可以模拟出坚实的按键触感。改变脉冲的强度、长度和间隔，还能做出“轻点”“重压”“滚轮刻度”等不同质感。这些触感有的出自硬件，更多取决于驱动芯片里预设的波形和软件调校。

3.4.4 几毫米里的扬声器难题

再看声音。扬声器发声要靠振膜推动空气，而低音浑厚与否，很大程度取决于振膜背后那团空气，也就是后音腔的容积。家里的落地音箱体积大，就是为了给振膜身后留出足够的空气。手机机身只有几毫米厚，后音腔太小时，空气就像一根压得很紧的弹簧，振膜推不动，低频自然单薄。

所谓超线性微型扬声器，就是在这个限制下想办法。思路有两条。

1. 借地盘，扩容积。 工程师在手机中框里开凿出一个密闭的后音腔，把扬声器背后原本不属于它的结构空间也利用起来。

2. 填颗粒，“骗”空气。 在音腔里填充吸音纳米颗粒。这些颗粒内部有大量微孔，振膜压缩空气时，一部分气体会被颗粒表面暂时吸附，腔内压力上升得更慢。对振膜来说，背后的空气变“软”了，相当于音腔的等效容积比实际物理容积更大。物理尺寸没有变，声学表现却接近一个更大的音箱。

3.4.5 Smart PA：给扬声器加一级电压

腔体处理好以后，还需要足够的驱动力。驱动扬声器音圈的是功率放大器，手机里常用的是 Smart PA（智能功率放大器，PA 即 Power Amplifier）。

问题出在电池电压上。手机锂电池的电压只有几伏，用来驱动音圈推动振膜往往不够。Smart PA 芯片在内部集成了 DC-DC 升压电路（把直流电压转换成另一个直流电压的电路），能在需要时把电池电压瞬间抬升到 10V 以上，再去驱动音圈和振膜。电压越高，振膜在大动态的鼓点和低音处越不容易“力不从心”。

之所以称为“智能”，是因为它不是一味地加大功率。它会监测扬声器的工作状态，在保证响度的同时防止振膜振幅过大或音圈过热，避免损坏这个精密的小部件。

3.4.6 两个末梢的对照

3.4.7 小结

线性马达和扬声器在原理上是“近亲”，都是让电流在磁场中产生力，再把力变成机械运动。它们在手机里遇到的难题也相似：空间只有几毫米，人的感官却能察觉毫秒级的拖沓和低音的单薄。电磁刹车、纳米颗粒扩容和升压驱动，都是用电路和材料去弥补体积上的不足。处理器算出的结果，最后要经过这两个末梢，才变成人能摸到、听到的反馈。下一节将把本章介绍的各个模块放在一起，做一次系统职能的全景对照。