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:

• Вращающийся с эксцентриком (ERM)
• Линейный (LRA)

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:

• Большое время задержки или размазанная реакция. Вибрация не может включаться и отключаться моментально. Для набора ощутимой силы вибрации у таких моторчиков уходит до 200 миллисекунд, да и остановиться мгновенно не получится из-за инерции.
• Сила вибрации и ее продолжительность неразрывно связаны. Из предыдущей проблемы вытекает еще одна — смартфон не может осуществить короткий и сильный толчок при помощи вибромоторчика. Ведь для ощутимой силы, моторчику нужно хорошенько раскрутить эксцентрик, а на это уйдет какое-то время. Получается, вместо короткого «толчка» мы ощутим обычную размазанную неприятную вибрацию. Если же сделать ее очень короткой, то сила вибрации будет слишком слабой.

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:

• Моментальная реакция. Чтобы ощутить заметную вибрацию от такого моторчика, достаточно нескольких миллисекунд, а максимальная мощь достигается менее, чем за 50 миллисекунд (напоминаю, в ERM-моторах — в 4 раза дольше). Конечно, с торможением не все так гладко, ведь на конце корпуса находятся пружины (в Z-axis с одной стороны, в X-axis — с двух). Но эта проблема решается специальными механизмами торможения — электромагнит (катушка, на которую подается ток) сильно притягивает к себе пластинку, останавливая ее движение.
• Возможность контролировать отдельно время работы и силу. Здесь уже легко реализовать то, что невозможно было в случае с эксцентриком, а именно: сделать сильный толчок за короткое время. Ведь нам не нужно раскручивать эксцентрик, а затем тормозить его.

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:

• Настройки вибромотра и его драйвера
• Веса, размера и формы движущейся массы
• Пружины и ее характеристик
• Размера самого вибромотора и его мощности
• Операционной системы и библиотек, непосредственно отвечающих за работу с вибромотором (когда его включать, с какой силой, на какое время, как отключать, как использовать собственную резонансную частоту пружины и пр.).

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!

Алексей, Deep-Review