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| 本文作者： 陳孝良 | 2016-10-26 23:14 |
雷鋒網按：本文作者陳孝良，工學博士，聲智科技創始人。雷鋒網獨家文章。
小米MIX概念機這次帶給了大家一個驚喜，這款手機嘗試了多項新奇的聲學技術，包括壓電陶瓷振動系統、超聲指紋識別和超聲距離傳感。小米這次的創新之路還是蠻難的，這幾項技術也有必要簡要科普一下，另外也糾正一些媒體的誤解，其壓電陶瓷振動系統并不是媒體所說的骨傳導技術。
為什么小米要嘗試這些并未大量驗證的聲學技術呢？
我想并非小米主動意愿，而是概念設計不得不需要最新的技術解決問題。小米MIX無邊框屏幕的設計并非首創，實際上各家也在努力打造這種概念，但是MIX最驚艷的是去掉了頂部邊框。這種設計的變化消費者看起來可能沒啥感覺，還有很多人吐槽為何還有底部邊框，以至于強迫癥患者感覺不對稱，但是相對來說，特別業內人士，公認小米MIX的設計和工藝還是非常困難的，這確實需要大量創新。
我們可以拿出身邊的手機看看，頂部至少都會有3個器件，前置攝像頭、紅外距離傳感器和微型揚聲器，學術上一般叫受話器（Receiver），媒體經常說成“聽筒”，而且這三個器件都不可或缺，另外高端手機還會多放一個麥克風以便嘈雜環境的時候降低噪聲。其中前置攝像頭是為了拍照方便，紅外距離傳感器和受話器主要保證通話和熄屏需求，這兩個器件的位置就不好隨意擺放。小米為了取消頂部邊框，不得不做一些技術嘗試。
小米MIX首先就是把前置攝像頭得從頂部放到底部，所以底部邊框暫時還沒法取消，這種設計會讓自拍顯得麻煩，顯然小米為了“驚艷”妥協了。但是受話器其實是個更大的麻煩，這個器件更換位置就會影響手機最主要的通話功能，而且手機的受話器主要是膜片振動方式產生聲音，這需要手機屏幕開個長孔，但沒有了頂部邊框怎么辦？
于是小米采用了壓電陶瓷振動的解決方案，這并不新鮮，因為夏普2011年的功能機就采用了這種技術，包括夏普的智能機也部分采用。
這種方式和受話器的發聲原理是一樣的，都是通過電信號轉換成機械振動來產生聲音，兩者之間的區別僅僅是振動材料的不同而已。
通過壓電陶瓷發聲的例子比比可見，網上眾多的共振音箱就類似，通過壓電陶瓷的振動可以帶動玻璃甚至桌面振動產生聲音。我們家里常用的空氣加濕器，其核心器件就是一個壓電陶瓷片，這種1~3MHz的壓電陶瓷片可以振動激發出水霧，當然這個頻率的聲音我們是無法聽到的（人耳最高聽到20KHz，而且隨著年齡增加持續下降，可以利用聲學在線的耳齡測試功能測測聽力）。壓電陶瓷的這種功能主要是得益于壓電陶瓷的壓電效應，這種特性是著名的居里夫婦1880年發現的。
壓電效應通俗來說，就是某種材料沿一定方向受到外力的作用而變形時內部產生的極化現象。
壓電效應有正效應和逆效應，簡單來說，正效應可以產生電，逆效應可以利用電產生形變。利用逆效應給壓電材料施加電壓它就會變形，若施加可控制的交流電就可以產生我們需要的形變，這種形變就可以產生振動從而發出聲音。實際上很多材料具有壓電效應，只不過壓電陶瓷相對來說比較便宜和穩定。
從上面分析來看，可以理解為這種技術就是更換了一種振膜材料，原先是一個小型的受話器，現在則是整個陶瓷機身或者屏幕都可以振動產生聲音。但是千萬不要誤認為這樣音質會更好，壓電陶瓷聲學系統的低頻很差，而且帶動機身振動的時候非線性效應很強，所以其音質其實是低于受話器的。當然受話器也好不到哪去，基本上只能產生400Hz以上的聲音，但是相對于移動通話的低碼率編解碼系統，也算馬馬虎虎吧。小米嘗試這種聲學技術非常大膽，不僅是加大了陶瓷加工難度（昨天還和峰瑞資本的朋友聊到壓電陶瓷太難切割了），基本也放棄了通話質量追求，小米為此不得不再次妥協。
這里要澄清一下，這種技術并非媒體所說的“骨傳導”技術。
我們知道，人耳聽到聲音主要通過兩種方式，一是氣傳導，二是骨傳導。顧名思義，氣傳導就是聲波經空氣進入外耳道引起鼓膜振動進而傳向內耳的傳導方式，而骨傳導是將聲波通過人的顱骨、內耳淋巴液、螺旋器、聽神經、聽覺中樞等來傳導的方式。由于骨傳導效應存在，所以我們耳朵聽到自己發出的聲音與其他人聽到的聲音是不一樣的，可以試試比較一下電腦錄制的聲音和你自己聽到的聲音。骨導傳聲的優點在于聲音的隱秘性和抗干擾性，市面上現在就有一些骨傳導耳機，Google Glass 1代也曾經采用過骨傳導技術，但是從音質上來說，現階段的骨傳導技術還是無法與傳統發聲技術相比擬。顯然，小米的壓電陶瓷聲學技術和骨傳導沒啥關系，當然貼近臉部的時候也可以認為有一部分振動通過骨導傳送到內耳。
再說小米MIX采用的超聲波距離感應器，這個技術大家一聽也就了解，我們汽車中的倒車雷達其實就是超聲波距離感應，而并不是真的雷達。這個技術倒沒有太大難度，主要是替換紅外距離傳感器。紅外距離傳感器的不方便之處就是不能遮擋，怎么都要開個小孔（透明玻璃不需要，主要是透光），所以無法放到屏幕下面，但是放到底邊框顯然也不合理，這樣就失去了熄屏的要求。超聲波距離感應恰好滿足了小米的這種需求，雖然相對紅外還是稍差一些，但是應付手機的需求還是沒有多大問題。
最后說下超聲波指紋傳感技術，小米5S終于不需要再為指紋識別開孔了，甚至可以直接放在手機屏幕上實現指紋解鎖。
當然，小米依然讓用戶體驗到了超聲指紋識別的方便。我們知道，傳統電容式掃描指紋只能通過接觸繪制出手指平面2D信息，因此當手指上有水，汗漬，污漬，油跡，護手霜等時，識別精度大幅下降，用戶很難解鎖手機，緊急時刻還不得不先把手指擦干凈再嘗試解鎖，特別不利于女性。而超聲識別指紋技術最大的特點就是不受水、油脂、護手霜等影響，可以隱藏于玻璃、塑料之下，即用戶只需要將手放在手機屏幕上，就可以實現解鎖。此外，該技術還支持帶手套觸控操作、用戶自定義觸控手勢、多身份生物識別、快速激活分屏等。
另外再補充一句，小米MIX依舊保留著3.5MM耳機插孔，這與蘋果的策略倒是不太一致。終歸來說，小米MIX的設計還是符合國內當前炫屏的需求，期待小米更佳的表現。
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