Vědci upravili vibrační motor mobilního telefonu jako zařízení pro záznam zvukových vibrací. Vzniklo tak netriviální zařízení pro odposlechy rozhovorů.
Neobvyklá aplikace vibračního motoru
Výzkumníci z University of Illinois v Urbana-Champaign (USA) prokázali možnost odposlechu konverzací pomocí vibračního motoru přítomného v každém telefonu a smartphonu a navrženého tak, aby vytvářel vibrace pro příchozí hovory a zprávy, píše TechCrunch.
Vibrační motor může být dvou typů – elektromechanický nebo elektromagnetický. Pro odposlech lze použít pouze druhý typ.
Elektromagnetický vibrační motor je cívka drátu s magnetickým jádrem uvnitř. Když je na vinutí aplikován střídavý elektrický proud, jádro kmitá a vytváří vibrace. Elektrické impulsy se tak přeměňují na mechanický pohyb. Reproduktory v reproduktorech a sluchátkách fungují úplně stejně.
Mikrofon má podobné zařízení. Skládá se v podstatě ze stejných částí, ale v ní se mechanické kmity membrány přeměňují na elektrické impulsy. Tato skutečnost umožňuje použít některé reproduktory jako nekvalitní mikrofon. Vědci již tuto praxi vyzkoušeli s malým elektromagnetickým vibračním motorem v mobilním zařízení.
Elektromagnetické vibrační motory v mobilních telefonech byly přizpůsobeny pro odposlech
Ve svém experimentu použili smartphone Samsung Galaxy S3 s elektromagnetickým vibračním motorem. K úspěšnému provedení experimentu ale potřebovali vyměnit řídicí obvod tohoto motoru za jiný, který zakoupili v běžné prodejně rádiových dílů.
Metodické nevýhody
Jednak vibrační motor umožňuje zachytit především nízkofrekvenční vibrace – cca 2 kHz. Pokud má hlas člověka vysoký zabarvení, většina frekvencí vypadne a mluvená slova nelze rozlišit. Proto je tato metoda účinná pouze při poslechu lidí mluvících hlubokým hlasem.
Proč trh potřebuje dalšího integrátora? Zeptala se nová společnost
Z toho vyplývá, že na ochranu před tímto typem odposlechů může člověk záměrně mluvit vysokým hlasem. Potenciální pozorovatelé pak nebudou schopni nic rozeznat.
Za druhé, k implementaci takové „chyby“ musí pozorovatel získat fyzický přístup ke komunikačnímu zařízení a provést v něm změny, i když jsou drobné a profesionál je může provést během několika minut.
podle Romita Roy Chowdhuryová (Romit Roy Choudhury), jeden z autorů práce, teoreticky je možné překonfigurovat vibrační motor pro zachycení zvukových vibrací změnou firmwaru čipu, který řídí napájení. Vědci však tuto metodu netestovali, dodal.
Cílem výzkumníků bylo stanovit zásadní možnost využití vibračního motoru jako zařízení pro záznam zvukových vibrací. Vědci neupřesnili, proč je tato metoda lepší než banální použití mikrofonu mobilního telefonu.
Gyroskop jako mikrofon
Velký maloobchod přechází na ruské platformy elektronického obchodování
Nezávislost na dovozu
V roce 2014 vědci přišli na to, jak přeměnit gyroskop na mikrofon, součástku určenou ke čtení polohy zařízení ve vesmíru, která je přítomna v každém moderním smartphonu.
Vědci zjistili, že citlivost gyroskopů nainstalovaných v chytrých telefonech je dostatečná k tomu, aby je bylo možné použít k záznamu zvukových vibrací. Je pravda, že také nemohli dosáhnout vysoké přesnosti rozpoznávání.
Pokud se ještě nedávno někdo zajímal o vibrace na smartphonu, tak pouze z hlediska síly jeho chodu, aby nezmeškal hovor na hlučném místě. Přiznám se, že mi bylo úplně jedno, jaký druh vibračního motoru bude nainstalován v mém příštím telefonu. To nemělo absolutně žádný vliv na výběr zařízení.
Vše se ale změnilo s vydáním iPhonu 7, ve kterém Apple poprvé představil svůj Taptic Engine. Tehdy jsem se dozvěděl (a pocítil), že vibrační motorek ve smartphonu může vytvářet nové dojmy a emoce z práce se zařízením, a ne sloužit jen jako zdroj nepříjemných vibrací.
Když například na displeji moderního iPhonu posouváte prstem kolečko pro výběr data, cítíte fyzické cvakání, jako by se uvnitř smartphonu točil skutečný mechanický buben. Nebo když píšete text na klávesnici na obrazovce drahého smartphonu Android, cítíte pod obrazovkou otřesy a psaní s takovou hmatovou odezvou je mnohem příjemnější.
Všechny tyto vibrační efekty jsou samozřejmě přítomny na jakémkoli smartphonu, ale na některých jednoduše cítíte vibrace celého těla, zatímco na jiných se objeví nový příjemný a neobvyklý uživatelský zážitek.
Po prvním iPhonu s Taptic Engine jsem dlouho hledal Android smartphone s podobnou technologií, protože jsem se nechtěl vracet ke starému špatnému vibračnímu motoru. Hledal jsem, ale nenašel. Výrobci Androidu to však po nějaké době začali dohánět a nabízet podobná řešení. A dnes něco, co matně připomíná Taptic Engine společnosti Apple, lze nalézt i v segmentu střední třídy (Redmi Note 9 Pro je toho dobrým příkladem).
Na čem tato vibrace závisí a jak funguje? Které smartphony nakonec mohou nabídnout ty nové vjemy, o kterých jsem mluvil výše? Promluvme si o tom všem dále.
Dva hlavní typy vibračních motorů používaných na chytrých telefonech
Dnes všechny telefony používají pouze dva typy vibračních motorů:
- Otáčení s excentrem (ERM)
- Lineární (LRA)
Excentrický vibrační motor (ERM) — toto je nejstarší, nejlevnější a nezajímavý motor. Podstatou jeho práce je rotace excentru s posunutou hmotou připevněnou k hřídeli. Tato nevyváženost vytváří vibrace, motor doslova hází do stran, ale protože je pevně připevněn k tělu smartphonu, tyto vibrace se přenášejí do těla:
Takové motory se používaly na tlačítkových telefonech a pokud si myslíte, že se dnes prakticky nenajdou, tak se velmi mýlíte. Například všechny smartphony Apple, až po iPhone 6 (s výjimkou jediného modelu iPhone 4s), byly vybaveny právě takovými vibračními motory. Zde je dobrý příklad:
Mnoho moderních levných a středněrozpočtových zařízení má nainstalované přesně stejné motory. Vezměte si například populární Redmi Note 8 Pro. Když to rozebereme, uvidíme stejný motor s excentrem:
Samozřejmě nebudu uvádět všechna zařízení s tímto typem vibrací, protože jich je příliš mnoho. Ale co je s nimi?
Takové motory mají několik výhod, jak pro výrobce, tak pro uživatele. Jsou velmi levné a velmi snadno se obsluhují. Navíc pro svůj provoz potřebují stejnosměrný proud – ten, který přichází z baterie smartphonu. Ukazuje se, že jej nemusíme převádět na střídavý proud, což dále snižuje náklady na celý proces.
Pro uživatele je přínosem síla vibrací. Když se excentr otáčí, vytváří pohyb nahoru-dolů a doleva-doprava, to znamená, že se získá mnoho vibrací:
To ale přináší i nevýhody, z nichž hlavní je nepříjemné nekontrolované drnčení smartphonu. To znamená, že je prostě nemožné dosáhnout nějakých zajímavých vjemů z vibrací. Píšete na klávesnici na obrazovce a celé tělo vibruje.
A implementovat wow efekty, jako je simulace roztočení mechanického bubnu, o kterém jsem mluvil v úvodu, nebo jemné poklepání na zápěstí (jako na Apple Watch) je obecně nereálný úkol.
Jde o to, že aby takový motor znatelně vibroval, musí získat určitou rychlost, což vede ke dvěma vážným nevýhodám:
- Dlouhá doba zpoždění popř rozmazaná reakce. Vibrace nelze zapnout a vypnout okamžitě. K získání znatelné vibrační síly takové motory vyžadují až 200 milisekunda kvůli setrvačnosti nebudete moci okamžitě zastavit.
- Síla vibrací a jejich trvání jsou neoddělitelně spojeny. Z předchozího problému vyplývá další problém – smartphone nedokáže provést krátký a silný tlak pomocí vibračního motorku. Koneckonců, pro znatelnou sílu musí motor důkladně roztočit excentr, a to bude nějakou dobu trvat. Ukazuje se, že místo krátkého „zatlačení“ ucítíme obvyklé rozmazané nepříjemné vibrace. Pokud jej zkrátíte, vibrační síla bude příliš slabá.
Obecně lze říci, že jedinou výhodou tohoto motoru je jeho silné (i když ne úplně příjemné) bzučení, pokud jde o budík nebo příchozí hovor.
Protože ale uvnitř smartphonu zabírá příliš mnoho místa, výrobci změnili konstrukci motoru a ponechali stejný princip fungování. Nyní se excentr s přemístěnou hmotou otáčí v kruhu uvnitř plochého, kulatého pouzdra ve tvaru tablety:
Takové motory jsou dnes instalovány v drtivé většině smartphonů, včetně Samsung Galaxy A51, Xiaomi Mi Note 10, Honor 20 a mnoha dalších. Zde je schéma, jak to vypadá:
Tento vibrační motor má všechny nevýhody předchozího. Navíc vibrační síla takového motoru může být díky malému tělu a rotujícímu disku znatelně nižší než u klasického.
S tímto motorem také nelze dělat nic zajímavého a takové vibrace nepřinesou žádnou novou uživatelskou zkušenost. Obecně je všechno nudné.
Lineární vibrační motory na chytrých telefonech: osa X, osa Z, Taptic Engine a DVS
A teď začíná zábava! Princip činnosti lineárních motorů je zcela odlišný od těch, které byly diskutovány výše, a právě tento druh vibrací je dnes instalován na mnoha vlajkových lodích.
Navíc, jak jsem již zmínil na začátku článku, s lehkou rukou Xiaomi se takové motory začínají prosazovat do průměrného rozpočtu.
Princip činnosti vibračních motorů LRA je následující: určitá hmota (řekněme, těžká deska nebo válec) se pohybuje uvnitř pouzdra pouze v jedné rovině, například zleva doprava nebo nahoru-dolů. Zde je vizuální animace lineárního vibračního motoru z Apple Watch:
Animace nahoře ukazuje rozložené tělo a kovovou hmotu pohybující se doleva a doprava. Navíc jsou na každé straně pružiny a samotný pohyb je způsoben cívkou (mnoho závitů tenkého drátu) uprostřed. To znamená, že když je na cívku přiveden proud, změní se na magnet a odpuzuje pohyblivou část. Změníme-li směr proudu (plus a minus), změní se i polarita našeho magnetu (cívky), respektive pohyblivá část bude zatlačena opačným směrem. A prameny změkčí rány na každé straně.
Tvar těla takového vibračního motoru závisí na rovině, ve které se deska pohybuje. Pohybuje-li se hmota po tloušťce pouzdra, to znamená směrem k obrazovce a poté v opačném směru, nazývá se taková vibrace Osa Z. (někdy Osa Y). Ta vypadá takto:
Bohužel je navenek velmi obtížné odlišit lineární vibrační motor v ose Z od špatného vibračního motoru ERM s excentrem ve tvaru tablety. Oba vypadají identicky. Je to legrační, ale kvůli tomu si mnoho lidí, kteří na YouTube rozebírají smartphony, když viděli „tablet“, myslelo, že Redmi Note 9 Pro používá obyčejný motor ERM a Xiaomi všechny oklamala.
Takže všechny lineární vibrační motory nemají nevýhody motorů s excentrem, a proto mají následující výhody:
- Okamžitá reakce. K pocitu znatelných vibrací z takového motoru stačí několik milisekund a maximálního výkonu je dosaženo za méně než 50 milisekund (nezapomeňte, že u motorů ERM to trvá 4krát déle). Samozřejmě s brzděním není vše tak plynulé, protože na konci těla jsou pružiny (v ose Z na jedné straně, v ose X na obou). Tento problém však řeší speciální brzdové mechanismy – elektromagnet (cívka, do které je přiváděn proud) silně přitahuje desku k sobě a zastavuje její pohyb.
- Možnost samostatného ovládání doby provozu a síly. Zde je již snadné realizovat to, co bylo v případě excentra nemožné, totiž: v krátké době udělat silný tlak. Koneckonců, nemusíme excentr otáčet a pak jej brzdit.
Motory v ose Z však mají dvě nevýhody. Jednak díky tloušťce pouzdra není uvnitř moc místa pro pohyb desky, tzn. vytvořit velmi silné vibrace, zvláště pokud mluvíme o jednorázových silných otřesech, je nereálné. Ano, můžete změnit velikost a hmotnost pohyblivé desky, ale stále narážíme na tloušťku těla.
Druhým problémem je, že vibrace mohou být pociťovány odlišně v závislosti na tom, ve které ruce držíte smartphone, protože samotný vibrační motor často není nainstalován ve středu.
Technologie všechny tyto problémy řeší Osa X, který se používá ve slavném Taptic Engine z iPhonu. V tomto případě je samotný vibrační motor mnohem větší a je umístěn podél šířky pouzdra. Podle toho se hmota nepohybuje směrem k obrazovce, ale doleva a doprava podél těla (jako v animaci z Apple Watch).
Takové vibrační motory se používají ve vlajkových lodích od Sony, počínaje Xperií XZ2 (tuto technologii nazývají Dynamický vibrační systém nebo DVS):
Podobné vibrační motory v ose X jsou nainstalovány také na smartphonech Google Pixel 3/4, OnePlus 7/8 Pro a řadě dalších. Zajímavé ale je, že Samsung Galaxy S20 využívá vibrace v ose Z (ve formě tabletu) a starší model využívá vibrace v ose X (i když ve velmi malém čtvercovém pouzdře). Sama společnost to samozřejmě nikde nezmiňuje a málokdo si vůbec uvědomuje, že řada S20 používá různé vibrační motory. Faktem ale zůstává fakt. Praktikují to i další společnosti, například Google se svými Pixel 3 (osa X) a Pixel 3a (osa Z).
Zdálo by se, že nyní je vše jasné a stačí si koupit smartphone s vibračním motorem v ose X, abyste získali tyto neuvěřitelné pocity. Ale ve skutečnosti jsou věci mnohem složitější. Všechny vibrační motory pracují odlišně, i když mluvíme o stejném typu vibrací, například o lineární ose X.
Kvalita vibrací velmi závisí na:
- Nastavení vibračního motoru a jeho driveru
- Hmotnost, velikost a tvar pohybující se hmoty
- Pružiny a jejich vlastnosti
- Velikost samotného vibračního motoru a jeho výkon
- Operační systém a knihovny přímo odpovědné za práci s vibračním motorem (kdy jej zapnout, jakou silou, na jak dlouho, jak jej vypnout, jak využít vlastní rezonanční frekvenci pružiny atd.).
Proto je na dvou vlajkových lodích cítit stejný typ vibrací zcela odlišně. Vždy je však nejlepší preferovat vibrace v následujícím pořadí: osa X, osa Z (osa Y), ERM (excentrické rotační motory).
Jak zjistit, který vibrační motor je nainstalován v konkrétním smartphonu?
Nejjednodušší způsob, jak zjistit, který vibrační motorek se používá na smartphonu, o který máte zájem, je jednoduše se na něj podívat. Chcete-li to provést, stačí na internetu vyhledat demontáž zařízení (všechny oblíbené smartphony jsou rozebrány doslova první den). Podle tvaru vibračního motoru okamžitě pochopíte, s čím máme co do činění.
Pokud vidíte kulatý „tablet“, s největší pravděpodobností se jedná buď o lineární motor v ose Z, nebo o starý bzučivý motor s excentrem skrytým v kulatém pouzdře. Bohužel je velmi obtížné (ne-li nemožné) odlišit jeden od druhého navenek.
Pokud vidíte dlouhou obdélníkovou krabici, jedná se o nejlepší vibrační motor současnosti (osa X). Jak to ale bude fungovat, záleží na konkrétním modelu. V každém případě zajímavější než „pilulka“.
Místo závěru
Doufám, že jste se naučili něco nového a jste již připraveni zkontrolovat, který vibrační motor se ve vašem zařízení používá.
Ať je to jak chce, ještě jednou chci zdůraznit důležitost vibrací na smartphonu. Dobrý vibrační motor může výrazně zlepšit uživatelský zážitek a dát vám nové emoce z komunikace s vaším smartphonem!
PS Nezapomeňte se přihlásit k odběru našeho populárního vědeckého webu o mobilních technologiích v Telegramu, aby vám neuniklo to nejzajímavější!
Pokud se vám tento článek líbil, přidejte se k nám na Patreonu pro více zábavy!
Jak byste ohodnotili tento článek?
Kliknutím na hvězdičku ohodnotíte
V dolní části stránky jsou komentáře.
Napište tam svůj názor, aby ho viděli všichni čtenáři!
Pokud chcete pouze hodnotit, uveďte, co přesně je špatně?
