工學博士深度揭秘：小米MIX打電話是這樣發(fā)聲的

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(tǒng)、超聲指紋識別和超聲距離傳感。小米這次的創(chuàng)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(tǒng)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(chuàng)，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(yè)內(nèi)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(chuàng)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(jīng)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(huán)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(xié)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(chǎn)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(fā)聲原理是一樣的，都是通過電信號轉換成機械振動來產(chǎn)生聲音，兩者之間的區(qū)別僅僅是振動材料的不同而已。

通過壓電陶瓷發(fā)聲的例子比比可見，網(wǎng)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(chǎn)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(fā)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(xù)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(fā)現(xiàn)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(nèi)部產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。

壓電效應有正效應和逆效應，簡單來說，正效應可以產(chǎn)生電，逆效應可以利用電產(chǎn)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(chǎn)生我們需要的形變，這種形變就可以產(chǎn)生振動從而發(fā)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(wěn)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(xiàn)在則是整個陶瓷機身或者屏幕都可以振動產(chǎn)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(tǒng)的低頻很差，而且?guī)訖C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(chǎn)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(tǒng)，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(xié)。

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(jīng)空氣進入外耳道引起鼓膜振動進而傳向內(nèi)耳的傳導方式，而骨傳導是將聲波通過人的顱骨、內(nèi)耳淋巴液、螺旋器、聽神經(jīng)、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(fā)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(yōu)點在于聲音的隱秘性和抗干擾性，市面上現(xiàn)在就有一些骨傳導耳機，Google Glass 1代也曾經(jīng)采用過骨傳導技術，但是從音質上來說，現(xiàn)階段的骨傳導技術還是無法與傳統(tǒng)發(fā)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(nèi)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MIX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(xiàn)指紋解鎖。但是可惜的是小米MIX還是把超聲指紋識別傳感器放到了手機背面，這倒是減弱了部分超聲指紋識別的炫酷功能。

當然，小米MIX依然讓用戶體驗到了超聲指紋識別的方便。我們知道，傳統(tǒng)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?jié)n，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(xiàn)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(nèi)當前炫屏的需求，期待小米更佳的表現(xiàn)。

ps.本文作者陳孝良，工學博士，聲智科技創(chuàng)始人。