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不是骨传导?专家解读小米MIX采用的新奇声学技术

时间:2016-10-27 作者:陈孝良 阅读:
小米这次的创新之路还是蛮难的,这几项技术也有必要简要科普一下,另外也纠正一些媒体的误解,其压电陶瓷振动系统并不是媒体所说的骨传导技术。
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编按:本文作者陈孝良,工学博士,声智科技创始人。

小米MIX概念机这次带给了大家一个惊喜,这款手机尝试了多项新奇的声学技术,包括压电陶瓷振动系统、超声指纹识别和超声距离传感。小米这次的创新之路还是蛮难的,这几项技术也有必要简要科普一下,另外也纠正一些媒体的误解,其压电陶瓷振动系统并不是媒体所说的骨传导技术。3anEETC-电子工程专辑

为什么小米要尝试这些并未大量验证的声学技术呢?

我想并非小米主动意愿,而是概念设计不得不需要最新的技术解决问题。小米MIX无边框屏幕的设计并非首创,实际上各家也在努力打造这种概念,但是MIX最惊艳的是去掉了顶部边框。这种设计的变化消费者看起来可能没啥感觉,还有很多人吐槽为何还有底部边框,以至于强迫症患者感觉不对称,但是相对来说,特别业内人士,__公认小米MIX的设计和工艺还是非常困难的__,这确实需要大量创新。3anEETC-电子工程专辑

我们可以拿出身边的手机看看,顶部至少都会有3个器件,__前置摄像头、红外距离传感器和微型扬声器__,学术上一般叫受话器(Receiver),媒体经常说成“听筒”,而且这三个器件都不可或缺,另外高端手机还会多放一个麦克风以便嘈杂环境的时候降低噪声。其中前置摄像头是为了拍照方便,红外距离传感器和受话器主要保证通话和熄屏需求,这两个器件的位置就不好随意摆放。小米为了取消顶部边框,不得不做一些技术尝试。
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小米MIX首先就是把前置摄像头得从顶部放到底部,所以底部边框暂时还没法取消,这种设计会让自拍显得麻烦,显然小米为了“惊艳”妥协了。但是受话器其实是个更大的麻烦,这个器件更换位置就会影响手机最主要的通话功能,而且手机的受话器主要是膜片振动方式产生声音,这需要手机屏幕开个长孔,但没有了顶部边框怎么办?3anEETC-电子工程专辑

于是小米采用了压电陶瓷振动的解决方案,这并不新鲜,因为夏普2011年的功能机就采用了这种技术,包括夏普的智能机也部分采用。3anEETC-电子工程专辑

这种方式和受话器的发声原理是一样的,都是通过电信号转换成机械振动来产生声音,两者之间的区别仅仅是振动材料的不同而已。3anEETC-电子工程专辑

通过压电陶瓷发声的例子比比可见,网上众多的共振音箱就类似,通过压电陶瓷的振动可以带动玻璃甚至桌面振动产生声音。我们家里常用的空气加湿器,其核心器件就是一个压电陶瓷片,这种1~3MHz的压电陶瓷片可以振动激发出水雾,当然这个频率的声音我们是无法听到的(人耳最高听到20KHz,而且随着年龄增加持续下降,可以利用声学在线的耳龄测试功能测测听力)。压电陶瓷的这种功能主要是得益于压电陶瓷的压电效应,这种特性是著名的居里夫妇1880年发现的。3anEETC-电子工程专辑

压电效应通俗来说,就是某种材料沿一定方向受到外力的作用而变形时内部产生的极化现象。3anEETC-电子工程专辑

压电效应有正效应和逆效应,简单来说,正效应可以产生电,逆效应可以利用电产生形变。利用逆效应给压电材料施加电压它就会变形,若施加可控制的交流电就可以产生我们需要的形变,这种形变就可以产生振动从而发出声音。实际上很多材料具有压电效应,只不过压电陶瓷相对来说比较便宜和稳定。
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从上面分析来看,可以理解为这种技术就是更换了一种振膜材料,原先是一个小型的受话器,现在则是整个陶瓷机身或者屏幕都可以振动产生声音。但是千万__不要误认为这样音质会更好__,压电陶瓷声学系统的低频很差,而且带动机身振动的时候非线性效应很强,所以其音质其实是低于受话器的。当然受话器也好不到哪去,基本上只能产生400Hz以上的声音,但是相对于移动通话的低码率编解码系统,也算马马虎虎吧。小米尝试这种声学技术非常大胆,不仅是加大了陶瓷加工难度(昨天还和峰瑞资本的朋友聊到压电陶瓷太难切割了),基本也放弃了通话质量追求,小米为此不得不再次妥协。3anEETC-电子工程专辑

这里要澄清一下,__这种技术并非媒体所说的“骨传导”技术__。3anEETC-电子工程专辑

我们知道,人耳听到声音主要通过两种方式,一是气传导,二是骨传导。顾名思义,气传导就是声波经空气进入外耳道引起鼓膜振动进而传向内耳的传导方式,而骨传导是将声波通过人的颅骨、内耳淋巴液、螺旋器、听神经、听觉中枢等来传导的方式。由于骨传导效应存在,所以我们耳朵听到自己发出的声音与其他人听到的声音是不一样的,可以试试比较一下电脑录制的声音和你自己听到的声音。骨导传声的优点在于声音的隐秘性和抗干扰性,市面上现在就有一些骨传导耳机,Google Glass 1代也曾经采用过骨传导技术,但是从音质上来说,现阶段的骨传导技术还是无法与传统发声技术相比拟。显然,小米的压电陶瓷声学技术和骨传导没啥关系,当然贴近脸部的时候也可以认为有一部分振动通过骨导传送到内耳。
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再说小米MIX采用的超声波距离感应器,这个技术大家一听也就了解,我们汽车中的倒车雷达其实就是超声波距离感应,而并不是真的雷达。这个技术倒没有太大难度,主要是替换红外距离传感器。红外距离传感器的不方便之处就是不能遮挡,怎么都要开个小孔(透明玻璃不需要,主要是透光),所以无法放到屏幕下面,但是放到底边框显然也不合理,这样就失去了熄屏的要求。超声波距离感应恰好满足了小米的这种需求,虽然相对红外还是稍差一些,但是应付手机的需求还是没有多大问题。
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最后说下超声波指纹传感技术,小米MIX终于不需要再为指纹识别开孔了,甚至可以直接放在手机屏幕上实现指纹解锁。但是可惜的是小米MIX还是把超声指纹识别传感器放到了手机背面,这倒是减弱了部分超声指纹识别的炫酷功能。3anEETC-电子工程专辑

当然,小米MIX依然让用户体验到了超声指纹识别的方便。我们知道,传统电容式扫描指纹只能通过接触绘制出手指平面2D信息,因此当手指上有水,汗渍,污渍,油迹,护手霜等时,识别精度大幅下降,用户很难解锁手机,紧急时刻还不得不先把手指擦干净再尝试解锁,特别不利于女性。而超声识别指纹技术最大的特点就是不受水、油脂、护手霜等影响,可以隐藏于玻璃、塑料之下,即用户只需要将手放在手机屏幕上,就可以实现解锁。此外,该技术还支持带手套触控操作、用户自定义触控手势、多身份生物识别、快速激活分屏等。
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另外再补充一句,小米MIX依旧保留着3.5MM耳机插孔,这与苹果的策略倒是不太一致。终归来说,小米MIX的设计还是符合国内当前炫屏的需求,期待小米更佳的表现。3anEETC-电子工程专辑

原文链接:http://www.leiphone.com/news/201610/YiUEztZdIuTw9r6o.html3anEETC-电子工程专辑

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