拆解聲控和無(wú)線通信最牛的防水智能音箱Megablast

亞馬遜(Amazon)藉由其基于Alexa的Echo音箱，為支持語(yǔ)音控制的數(shù)字音頻播放系統(tǒng)設(shè)定了新標(biāo)準(zhǔn)。從那時(shí)起，包括Bose與Sonos等老字號(hào)的音頻公司，以及Google、蘋(píng)果(Apple)等其他科技大廠紛紛效仿；另一方面，這些老字號(hào)的音頻公司也經(jīng)由整合來(lái)自Apple、Google與Amazon的語(yǔ)音助理，施展其“多元”選擇的策略。

對(duì)于挑剔的用戶來(lái)說(shuō)，雖然單個(gè)小型音箱的音頻質(zhì)量可能無(wú)法達(dá)到專(zhuān)業(yè)音響玩家要求的劇院級(jí)音效，但可以確定的是，其易用性和便攜式方面已經(jīng)夠好了。因此，對(duì)于使用者而言，真正重要的考慮因素有三：音頻的播放質(zhì)量、無(wú)線連接的固有質(zhì)量和可靠性，以及設(shè)備用于識(shí)別語(yǔ)音助理啟動(dòng)觸發(fā)和相關(guān)指令的能力。即使是在面對(duì)高音量、嘈雜刺耳的背景時(shí)，它仍然必須能正常地執(zhí)行。

Ultimate Ears是羅技(Logitech)旗下的耳機(jī)品牌，針對(duì)上述三項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)設(shè)計(jì)了Megablast，同時(shí)提供防水防塵達(dá)IP67級(jí)(圖1)，據(jù)稱(chēng)可以在深達(dá)1公尺的水中浸入30分鐘。Megablast內(nèi)建Amazon Alexa，以及Wi-Fi與藍(lán)牙；僅需5分鐘即可完成設(shè)定并開(kāi)始運(yùn)作，從Amazon Music串流音樂(lè)。除了Alexa的功能，還可以支持大多數(shù)流行的獨(dú)立音頻串流媒體服務(wù)。

圖1：Ultimate Ears的Megablast音箱采用亞馬遜Alexa，提供高質(zhì)量音頻播放系統(tǒng)的語(yǔ)音控制，同時(shí)達(dá)到IP67防水防塵等級(jí)（來(lái)源：Ultimate Ears）

Megablast的尺寸約237mm x 88mm，能以高達(dá)93dB的最大音量輸出360°環(huán)繞音效，支持60Hz～20kHz的頻率范圍，并使用2個(gè)25mm的高音喇叭、2個(gè)55mm的中音喇叭驅(qū)動(dòng)器，還有2個(gè)85 x 50mm的被動(dòng)輻射器用于低音喇叭。該音箱采用鋰離子(Li-ion)電池，單次充飽電后的續(xù)航力可達(dá)16小時(shí)，并支持長(zhǎng)達(dá)150英呎距離的藍(lán)牙連接，以及330英呎的2.4/5-GHz Wi-Fi。語(yǔ)音識(shí)別子系統(tǒng)使用多支麥克風(fēng)，提供波束成形技術(shù)以及噪聲消除功能。

這款有趣的音箱還附帶有一個(gè)可拆式D形環(huán)，可以作為掛鉤懸掛音箱，也可以拆下讓音箱安裝在腳架或獨(dú)立的無(wú)線充電座上?；蛘?，如果以USB電源線與AC轉(zhuǎn)接器充電時(shí)，必須先將遮蓋USB充電埠的背蓋打開(kāi)。

設(shè)計(jì)奇特但用戶體驗(yàn)佳

從Megablast的成本來(lái)看，你可能會(huì)預(yù)期它應(yīng)該很容易與藍(lán)牙和Wi-Fi連接，但聲音質(zhì)量就不期待了：事實(shí)上，它的音質(zhì)可說(shuō)是驚人的好。根據(jù)物理定律，小型音箱的低音一般不優(yōu)，但中高音清晰且能如預(yù)期表現(xiàn)。因此，如果你不期待像劇場(chǎng)般的震動(dòng)低音，應(yīng)該會(huì)對(duì)它的音頻質(zhì)量和易用性感到驚喜。

Megablast證實(shí)了它能在滿屋子高談闊論的客人中擷取到關(guān)鍵詞(Alexa)的能力，而且在測(cè)試其靈敏度時(shí)，表現(xiàn)出能在距離大約5英呎處拾取低聲耳語(yǔ)。奇怪的是，Megablast的外觀設(shè)計(jì)無(wú)法清楚顯示Alexa是否正在傾聽(tīng)或聽(tīng)到了指令，除非把它放在眼睛的視線水平以下。Amazon的Echo和Echo Dot都會(huì)在頂部邊緣發(fā)出閃閃發(fā)光的藍(lán)色圈圈，而Megablast只在頂部發(fā)出一小束銀光，所以只有在俯視時(shí)才能看到它是否正在運(yùn)作。

如何運(yùn)作？

由于Megablast可防水，所以在拆解其內(nèi)部構(gòu)造時(shí)必須根經(jīng)經(jīng)驗(yàn)作判斷，小心謹(jǐn)慎地使用Dremel圓形切割工具。拆下每一端的塑料蓋后露出了四個(gè)螺釘，等到移除螺釘后，就可以掀開(kāi)主要的結(jié)構(gòu)看看內(nèi)部情形。

接著移除覆蓋在機(jī)座上的彩色上蓋，我們發(fā)現(xiàn)在Megablast的頂部均勻地放置著三個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)(圖2)。

圖2：使用Dremel圓形工具拆下每一端的塑料上蓋并松開(kāi)其下的螺絲，就可以看到主板(左上)以及電池(左下)。底座沿邊上的走線用于固定音箱驅(qū)動(dòng)器的位置

一旦移除螺絲后，即可卸下連接到頂部電路板的麥克風(fēng)，顯現(xiàn)出兩個(gè)主要的頂部開(kāi)關(guān)：電源和靜音模式(Alexa Privacy Mode)。頂部電路板還裝載著藍(lán)牙無(wú)線電的直立式偶極天線，天線線路并從底板連接至主板的射頻(RF)和音頻處理模塊(圖3)。圖3：三個(gè)MEMS麥克風(fēng)用于拾取聲音，并透過(guò)DSP Group DBMD5音頻SoC處理賦予意義，而SPIL的Wi-Fi/藍(lán)牙RF IC則確保連續(xù)不間斷的串流傳輸

移除底端模塊后就可以卸下電池了；該電池是日本和中國(guó)的客制設(shè)計(jì)，額定電壓為7.2V、3130mAh或22.5Whr(圖2)。一旦移除電池后，暴露出被動(dòng)輻射器的腔室和主板的底端，它還帶有一個(gè)小型模塊。

形成Megablast的核心模塊

在進(jìn)一步的分析后發(fā)現(xiàn)，連接到主板的這個(gè)小型模塊包含了Megablast設(shè)計(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵秘密：無(wú)縫且可靠的無(wú)線連接，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的串流傳輸；以及準(zhǔn)確的語(yǔ)音識(shí)別功能。

無(wú)線通信部份來(lái)自Silicon Precision Industries Co.，Ltd. (SPIL)的SB-WBM-N07P系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)，其中包括賽普拉斯半導(dǎo)體(Cypress Semiconductor)的兩個(gè)無(wú)線電芯片：CYW43907是帶有ARM Cortex應(yīng)用處理器的IEEE 802.11a/b/g/n SoC，可支持高達(dá)150Mbits/s的數(shù)據(jù)速率，并覆蓋2.4/5GHz Wi-Fi頻段。值得注意的是，盡管150Mbits/s并非目前可用的最大Wi-Fi范圍，但音頻并不需要高吞吐量，因此可靠性和覆蓋范圍才是更重要的考慮因素。

在SPIL SB-WBM-N07P SiP上的第二個(gè)無(wú)線電芯片是整合收發(fā)器的CYW40707藍(lán)牙基頻SoC。它可支持藍(lán)牙低功耗，也與CYW43907一樣，最初來(lái)自博通(Broadcom)的無(wú)線部門(mén)，后來(lái)被Cypress收購(gòu)。

從該模塊延伸出三條天線走線：黑色的用于藍(lán)牙功能，連接到Megablast的頂部，另外兩條連接Wi-Fi，分別用于系統(tǒng)的兩側(cè)——一條有專(zhuān)用板，另一條則與Megablast的音量鍵共享電路板(圖3)。

Megablast語(yǔ)音識(shí)別功能的核心在于該模塊上的另一芯片：來(lái)自DSP Group于CES 2017發(fā)布的音頻SoC——DBMD5。該芯片采用該公司的HDClear技術(shù)設(shè)計(jì)，可在高噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制，并支持對(duì)語(yǔ)音觸發(fā)和插話功能的控制。

作為Alexa的前端，音頻和語(yǔ)音處理器非常關(guān)鍵，因此，DBMD5配備了DSP Group的先進(jìn)語(yǔ)音增強(qiáng)算法，包括回音消除、噪聲抑制、波束成形和遠(yuǎn)場(chǎng)音效等。其他功能還包括語(yǔ)音緩沖，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別(ASR)應(yīng)用的平穩(wěn)操作。該板載雙核心DSP同時(shí)支持?jǐn)?shù)字和模擬麥克風(fēng)。

在該模塊下方是Macronix International的MX25L25645G 256Mbit序列NOR閃存芯片，支持RF通訊和音頻IC。

結(jié)構(gòu)與聲學(xué)完整度

在更深入探索Megablast之前，必須先拆除兩根保持音箱驅(qū)動(dòng)器和輻射器原封不動(dòng)的導(dǎo)線束。而在移除后，進(jìn)一步暴露了通訊和音頻處理模塊，以及中音驅(qū)動(dòng)器的有趣設(shè)計(jì)。這些模塊與組件經(jīng)由主板上的孔洞與隔離泡棉粘合在一起。

這進(jìn)一步確保了結(jié)構(gòu)的完整度，增加了緊密、精巧、扎實(shí)以及設(shè)計(jì)良好的底座與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。底座本身是一塊無(wú)接縫的塑料。對(duì)于專(zhuān)業(yè)音響玩家來(lái)說(shuō)，考慮結(jié)構(gòu)的完整性也很重要，因?yàn)檫@有助于將底座的震動(dòng)降至最低，而使得音頻更多采多姿。它也為低音輻射器提供了穩(wěn)固的基礎(chǔ)：防水和高階音響的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確實(shí)有互惠的需要。

在主板上的音頻電子組件由三個(gè)主芯片驅(qū)動(dòng)：兩個(gè)恩智浦半導(dǎo)體(NXP)的1334B低功耗音頻數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，以及一個(gè)德州儀器(Texas Instruments；TI)的TPA3131 7W D類(lèi)立體聲放大器(圖4)。

圖4：在主要的音頻處理和放大階段，由2個(gè)NXP低功率DAC和1個(gè)TI D類(lèi)放大器驅(qū)動(dòng)

1334B DAC專(zhuān)為便攜式音頻應(yīng)用設(shè)計(jì)。它不需要模擬后置濾波，但使用了一個(gè)數(shù)字濾波器，可執(zhí)行44.1kHz取樣率的數(shù)字預(yù)加重。它還有一個(gè)有趣的功能是支持噪聲整形，可將頻段內(nèi)的量化噪聲轉(zhuǎn)移到更高音頻的頻率，從而提高訊號(hào)噪聲比(SNR)。因此，當(dāng)裝置使用3V電源時(shí)，可達(dá)到100dB的音量。

TPA3131以4Ω最高達(dá)2 x 42 W的峰值功率驅(qū)動(dòng)音箱。它不需要散熱片，但使用PowerPAD經(jīng)由底部散熱到電路板。

連老阿嬤也為之起舞

總而言之，Megablast實(shí)現(xiàn)了出色的便攜式音頻和易用性。它在外觀設(shè)計(jì)上有一點(diǎn)奇特，但由于性能出色讓“阿嬤”也贊不絕口。當(dāng)她問(wèn)“這又是你的另一個(gè)小玩意兒？”，我不得不說(shuō)曾經(jīng)是。我向阿嬤解釋它的功能時(shí)，她揮揮手中的拐杖，不以為然地反駁說(shuō)：“是喔？但是我敢打賭它沒(méi)辦法播放‘藍(lán)色多瑙河’(The Blue Danube)吧？”我建議她不如問(wèn)問(wèn)這臺(tái)設(shè)備。結(jié)果令人震驚的是我們?cè)趲酌牒缶吐?tīng)到它開(kāi)始播放這首曲子了。這讓阿嬤開(kāi)心地笑了，又驚又喜地舞著華爾茲蜷進(jìn)她溫暖的汽車(chē)中。在假期間，她還問(wèn)我是否能幫她買(mǎi)一個(gè)。當(dāng)然沒(méi)問(wèn)題！

圖5：Megablast的主要組件