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拆解谷歌Pixel Buds Pro耳机:最终有源检测到噪声

2023-04-14 14:27:12 Brian Dipert 阅读:
谷歌最初的入耳式无线耳机远未能达到目标,它们不仅价格昂贵,还表现出以下部分问题:电池寿命有限;时好时坏的连接;有“嘶嘶”的背景声。但凭借Pixel Buds Pro在所有这些领域(除了价格之外)都取得了重大进展。谷歌是如何取得这些重要进步和最终结果的?让我们一探究竟。

迄今为止,我已经拥有了谷歌共三代耳机品牌产品,但独缺现仍在销售的A系列第二代版本。下面是第一代(约在2017年10月生产)Pixel Buds产品,如各位所见,它只在与音频源的连接上采用了“无线”设计(仍保留了一根连接耳机的线),中间是两年后的“真无线”后续版本(也被称为Pixel Buds),右边则是最新的Pixel Buds Pro,也就是今天的拆解对象:syHednc

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事实上,谷歌最初的入耳式无线耳机远未能达到目标。它们不仅价格昂贵——因此,A系列相对其第2代前身以牺牲外观为代价采取了切实的步骤来解决这个问题——它们还表现出以下部分问题:syHednc

  • 电池寿命有限;
  • 时好时坏的连接;
  • 使用过程中会发出“嘶嘶”的背景声。

当然,还有其第一代产品中挥之不去的机间线。syHednc

正如众多评论所证明的那样,谷歌凭借Pixel Buds Pro在所有这些领域(可以说,除了价格之外)都取得了重大进展。几个好评例子包括:syHednc

  • 9to5 Google;
  • Android Police;
  • Engadget;
  • The Verge。

迄今为止,这些评论在很大程度上与我的经历相符。正如普通读者已知道的那样,我还有其他几个无线耳机可以与之进行比较,包括亚马逊的第二代Echo Buds(我承认到目前为止我很少使用)、苹果的第一代AirPods和AirPods Pro、苹果子公司Beats的PowerBeats Pro和Studio Buds、Jabra的Elite 75t,以及Sennheiser的Momentum True Wireless 2。我对Echo Buds Pro唯一重要的批评是,其降噪效果比不上Elite 75t(通过“一边听音乐一边用吸尘器打扫房间”的测试来衡量),但其软件却报告说其配合良好。syHednc

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也就是说,这很接近,并且比其他几个更好,所以没有破坏交易的投诉!它们听起来也不错。通话时的麦克风性能非常出色(即使与苹果的设备相比——它们的“把子”实际上离我的嘴更近),the Verge对此表示赞同。价格呢?其建议零售价为199美元,这确实有点太贵,特别是当Amazon Echo Buds的建议零售价比它低80美元时——甚至当你赶上Echo Buds打折时(例如我写这篇文章时),其售价只要69.99美元。也就是说,在销售方面,谷歌也经常对Pixel Buds Pro进行降价,例如,其在2022年黑色星期五的价格为150美元。syHednc

谷歌是如何取得这些重要进步和最终结果的?让我们一探究竟。说实话,我实际上有两套Pixel Buds Pro,其中第二套(准确地说是左耳机)也就是今天的拆解对象。我将照例先上一些外包装图:syHednc

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从背面撕下两条胶带,打开顶部,耳机盒便映入眼帘(仍然被纸条所包裹以保持其关闭状态):syHednc

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这是盒子顶部标签的特写:syHednc

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以及将盒子从其支架环境中取出:syHednc

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在下面,夹着几个不同尺寸的附加耳机套,以及两份文档:syHednc

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但我们真正关心的是盒子里的东西(照例放枚0.75″/19.1mm直径的美分用于尺寸比较),对吧?syHednc

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USB-C充电接口如下(顺便说一下,根据规格书,这款盒子具有IPX2防汗和防水性能,而耳机本身的等级则为IPX4):syHednc

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现在看看里面:syHednc

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你可能会马上注意到的一件事是,与其第二代Pixel Buds(以及A系列后继者)不同,Pixel Buds Pro不包括“耳翼”来帮助在将耳机插入时将其固定到位。我从来都不是“耳翼”的粉丝,所以我很欢迎这种改变,而且我从未遇到过它们在使用时脱落的问题。syHednc

说到脱落,让我们把它们弄出来:syHednc

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这两个耳机最初的概览照片显示,两个麦克风输入孔有一个集成到了圆形盖内(顺便说一下,有四种颜色可供选择:珊瑚色、柠檬草色、雾色,还有这里显示的木炭色),第三个麦克风输入孔位于耳机主体上,在插入时靠着耳朵内部的下部曲线上。这样的位置选择看着有点奇怪,因为没有直接接触到外部世界的声音,这让我最初认为它可能是一个低音(和减压)端口。但产品规格书坚称每个耳机都包含三个麦克风,所以这也就必然是个麦克风。有关这一点的更多信息,请继续阅读!syHednc

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下面是从不同角度拍摄的两个耳机的另一张概览照片。充电触点很明显,(谢天谢地)“L”和“R”两个限定符也都标记得很明显。有件事让我对许多耳机都感到厌烦,那就是几乎不可能分辨出每只耳朵对应哪个驱动器(特别是在光线不好的情况下,而且我还有老花眼)。这款耳机就没有出现上述问题。syHednc

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下面就是将耳机套去掉后单独的左耳拆解对象:syHednc

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换成另一个方向,这次就清晰地显示了用于检测每个耳机是否插入听者耳朵的集成式红外传感器。我要在这里提到的一个细微差别是,Pixel Buds pro与它们的前身以及许多竞争产品不同,它也没有集成单独的专用红外传感器来识别每个耳机何时插入充电盒。盒子本身通过“霍尔效应传感器”(根据规格书)来辨别它是否打开,也许耳机本身也采用了类似的辨别技术,或者耳机中唯一的红外探测器有双重功能。syHednc

还要注意扬声器孔外壳边缘所印有的产品代码(GQGM1)。有趣的是,至少对我来说,左右(GA34L)耳机具有不同的产品代码,以及不同的FCC ID(左耳机为SZGGQGM1,右耳机为SZGGA34L),这反映了独特的认证流程和报告集。syHednc

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下面是将两个麦克风输入孔集成到圆形盖上的另一个视图。麦克风本身用于有源降噪,或者“通透”功能。顺便说一下,“G”右边的那个点是个令人失望的外观缺陷,与功能无关。其右耳机没有这个点,我的另一套耳机也没有这个点。syHednc

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下面是前面提到的第三个麦克风输入孔:syHednc

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进入拆解前的另一个视角:syHednc

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下面开始拆解:syHednc

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让我们先仔细看看圆形盖的下面:syHednc

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从最大的IC顶部去除泡沫后发现,我的剃刀刀片不小心剪断了它的一角:syHednc

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引用其2022年5月中旬产品发布所附带的博客文章,这是“运行谷歌开发算法的定制6核音频芯片——全部都由我们的内部音频工程团队调优”:syHednc

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圆形PCB的两侧是金色的MEMS麦克风(制造商未知),其通风孔通向PCB的另一侧——你很快就会知道它们下一步要去到哪里。PCB周围是金色的蓝牙天线,也即这一代显著改善无线连接的关键因素。当然,当把耳机组装好后,还有连接器会与PCB另一侧的配对物匹配。然而,可悲的是,这里其他所有元器件要么是无源的——那个带有方形底座的神秘圆形物体(下文再做解释)——要么是来自未知来源的具有未知功能的神秘标记IC。所以,让我们来看看另一面:syHednc

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右侧盖子下方是电容式触摸传感器,用于控制音量、暂停/播放、上下曲目切换、接听和终止电话,以及其他耳机功能。来自它的带状电缆实际上并没有直接连接到它上面的PCB——在最初移除外壳时不小心将它切断了——通常它会连接到前面所示耳机主体中的连接器之一。还要注意右上象限中近似矩形的金色区域,它与前面提到的“带有方形底座的神秘圆形物体”的另一侧的插脚配对——可以在左边的PCB上看到它。我的猜测是,该插脚组件用于将传感器接地到耳机的其他电路,也就是说,我欢迎读者在评论中提出这方面的理论。syHednc

同样,在PCB的这一侧,最大的IC是Synaptics的AudioSmart AS33970耳机平台SoC,代号为“Tahiti”。引用其新闻稿中的内容,其“高度集成的架构具有ANC/ENC混合功能(编者注:有源降噪和环境降噪——我不太清楚为什么Synaptics要区分这两个功能),能够提供优质的音频质量,同时显著降低系统成本、尺寸和复杂性。”此外,该新闻稿还表示:“AS33970耳机SoC所提供的尖端技术,利用了Synaptics神经处理单元(NPU)的灵活性来使用特定用例的深度神经网络(DNN)模型,以在极端嘈杂的环境中提供ENC和混合ANC。”在该新闻报道所包含的图表中可以看到该深度学习推理协处理器。我很好奇,整体音频处理有哪些部分是在谷歌自己之前所提到的“运行谷歌开发算法的定制6核音频芯片”中而不是在Synaptics的SoC中所实现的?syHednc

在PCB的这一侧还能辨识出哪些呢?不多了。例如,可能大家已注意到,在移除PCB的过程中,我又一次不小心剪掉了另一个芯片的一角。仔细观察剩余的仍然附着的芯片部分,以及FCC网站上有些模糊的图像(右耳机的内部照片对我这双疲惫的老花眼来说最为清晰),可以看到以下顶端标记:syHednc

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“MX”理论上表明它可能来自Macronix,这是一家非易失性存储器制造商(因此,该芯片理论上保存了系统代码、预训练的深度学习模型等),但我在该供应商网站上找不到匹配的产品代码;然后,它同样可能是针对谷歌或特别是针对这个产品的定制芯片。syHednc

当然,在PCB的两侧都有麦克风孔罩,它们与圆形盖本身中的垫圈(以及另一组网罩)配合。此外,在PCB的这一侧还可以看到环绕式蓝牙天线的明显迹象。但是其他所有东西不是无源器件就是来自未知来源的具有未知功能的加密印记芯片。由于无法进行明确的识别,因此在结束这一段之前,我将列出其他常见耳机的功能清单,它们有可能就是在剩余这堆IC中进行处理的:syHednc

  • 驱动动态扬声器的D类功放(我认为这理论上可以在上述Synaptics的Tahiti框图中所示的“后处理单元”和“模拟子系统”模块中进行处理);
  • 电池充电和整体电源管理;
  • 触摸识别和整体系统控制(之前在iFixit的第二代谷歌Pixel Buds拆解中,这两者都可能是由意法半导体MCU解决的;同样,这些功能也可能是由谷歌自己先前提到的SoC进行处理);
  • 蓝牙收发器。

切换到耳机更大的剩余部分,我很遗憾不得不给大家留下更多((至少是实在的)令人失望的结果:syHednc

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无论如何,我都无法把锂离子电池从外壳里安全地撬出来,使用热风枪加热也没有使粘合剂松开。我承认,我没有准备好接受一场剧烈的爆炸(尽管我在把电缆和连接器从电池下面移开时,还是擦出了一些火花)。与我的同事不同的是,我没有花哨的声波切割机,因此无法快速处理厚塑料外壳(然而,这也会产生潜在的“火灾”后果)。因此,我只能提供以下四张将扬声器通风孔拆除后的拆解照片,其后有一个奇怪而意想不到的传感器结构:syHednc

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要了解更多信息,我将再次向大家推荐左右耳机FCC报告套件中的内部照片(顺便说一句:我的工作理论是FCC能够拿到未组装的单元而用于拍照,尽管我承认可能只是嫉妒他们相对熟练的拆解技能)。顺便说一下,这些图片包括之前所提到的第三个神秘的麦克风,当我进入该产品规格页面时,它在意外位置的独特功能变得清晰起来。syHednc

在那里,我看到它被标识为“语音加速度计”,这是一个我以前从未遇到过的术语(所以,讽刺的是,我在前不久写的一篇“PCB板载麦克风”的文章里压根就没提到这种特殊技术)。syHednc

在我11月写的一篇关于耳机的文章里,我介绍了基于骨传导的产品作为一种驱动器实现方案。syHednc

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参考文献“Bone conduction headphones: Gimmick or godsend?”中提到:“骨传导耳机……直接放在听者的颧骨上。与传统的耳机不同,耳膜不会振动而将信息传递到耳蜗。相反,振动来自耳蜗的骨传导蜂线。由于没有鼓膜参与,这项技术对有听力缺陷的人很有好处,因为骨传导振动代替了鼓膜。”syHednc

接下来,回顾一下我另一篇关于麦克风技术的文章,其中我写道:syHednc

“正如你们中有些人可能已经注意到的那样,我有时把扬声器和麦克风统为换能器,因为它们在声波能量和电能之间进行转换。毕竟,也可以将无源扬声器用作动态麦克风,尽管它灵敏度不高或频率范围不广。我认为也可以将动态麦克风用作扬声器,尽管它很容易过载并造成损坏!”syHednc

根据事实推断,骨传导技术也可以用作麦克风实现的基础。Pixel Buds Pro耳机的第三个麦克风紧贴内耳,这样就可能不会直接暴露于外界声波(比如用户的声音),但它会交替位于用户的下巴和口腔附近,因此就可以以这种方式接收用户的声音。漂亮!也就是说,但也具有讽刺意味的是,我偶然看到一个帖子,讨论了普遍内置在智能手机上的传统加速度计,是如何被恶意行为者利用而窃听到其扬声器所发出的声音的。根据这一点,Pixel Buds Pro规格页面还包括集成加速度计和陀螺仪传感器功能的列表,据我所知,目前这两种功能都没有被软件利用,但它们能够实现计步和空间音频等功能。syHednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Google's Pixel Buds Pro earbuds dissected: Noise is (finally) actively detected,由Franklin Zhao编译。)syHednc

本文为《电子技术设计》2023年4月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里syHednc

责编:Demi
本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Brian Dipert
EDN资深博客作者。Brian Dipert是前EDN杂志的高级技术编辑。 他是BDTi的高级分析师,嵌入式视觉联盟的主编,以及AnandTech、EDN杂志和《低功耗设计》的特约编辑。 他也是Sierra Media的创始人。
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