今年的國際消費(fèi)電子展(CES 2018)預(yù)示著以語音為基礎(chǔ)的人機(jī)接口(HMI)展現(xiàn)突破的一年來臨，從各大科技業(yè)者展示的智慧音箱就可看出這一技術(shù)的進(jìn)展。例如美國耳機(jī)制造商Ultimate Ears (UE)展示基于Alexa的Megablast智能音箱，據(jù)稱在一個防水機(jī)箱中結(jié)合了高端的音頻播放、藍(lán)牙、Wi-Fi和先進(jìn)的聲學(xué)處理前端。我們恰巧有機(jī)會拿到了這款產(chǎn)品進(jìn)行拆解，一起來先睹為快！

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

　　對于挑剔的用戶來說，雖然單個小型音箱的音頻質(zhì)量可能無法達(dá)到音響玩家要求的劇院級音效，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、無線連接的固有質(zhì)量和可靠性，以及設(shè)備用于識別語音助理啟動觸發(fā)和相關(guān)指令的能力。即使是在面對高音量、嘈雜刺耳的背景時，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，針對上述三項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)設(shè)計了Megablast，同時提供防水防塵達(dá)IP67級(圖1)，據(jù)稱可以在深達(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)定并開始運(yùn)作，從Amazon Music串流音樂。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)的語音控制，同時達(dá)到IP67防水防塵等級

　　Megablast的尺寸約237mm x 88mm，能以高達(dá)93dB的音量輸出360°環(huán)繞音效，支持60Hz～20kHz的頻率范圍，并使用2個25mm的高音喇叭、2個55mm的中音喇叭驅(qū)動器，還有2個85 x 50mm的被動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，并支持長達(dá)150英尺距離的藍(lán)牙連接，以及330英尺的2.4/5-GHz Wi-Fi。語音識別子系統(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)立的無線充電座上?；蛘?，如果以USB電源線與AC轉(zhuǎn)接器充電時，必須先將遮蓋USB充電埠的背蓋打開。

　　設(shè)計奇特但用戶體驗(yàn)佳

　　從Megablast的成本來看，你可能會預(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般的震動低音，應(yīng)該會對它的音頻質(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，而且在測試其靈敏度時，表現(xiàn)出能在距離大約5英尺處拾取低聲耳語。奇怪的是，Megablast的外觀設(shè)計無法清楚顯示Alexa是否正在傾聽或聽到了指令，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螺釘，等到移除螺釘后，就可以掀開主要的結(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)出兩個主要的頂部開關(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MEMS麥克風(fēng)用于拾取聲音，并透過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的客制設(shè)計，額定電壓為7.2V、3130mAh或22.5Whr(圖2)。一旦移除電池后，暴露出被動輻射器的腔室和主板的底端，它還帶有一個小型模塊。

　　形成Megablast的模塊

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

　　無線通信部份來自Silicon Precision Industries Co.，Ltd. (SPIL)的SB-WBM-N07P系統(tǒng)級封裝(SiP)，其中包括賽普拉斯半導(dǎo)體(Cypress Semiconductor)的兩個無線電芯片：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上的第二個無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，初來自博通(Broadcom)的無線部門，后來被Cypress收購。

　　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)——一條有專用板，另一條則與Megablast的音量鍵共享電路板(圖3)。

　　Megablast語音識別功能的在于該模塊上的另一芯片：來自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，可在高噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)語音控制，并支持對語音觸發(fā)和插話功能的控制。

　　作為Alexa的前端，音頻和語音處理器非常關(guān)鍵，因此，DBMD5配備了DSP Group的先進(jìn)語音增強(qiáng)算法，包括回音消除、噪聲抑制、波束成形和遠(yuǎn)場音效等。其他功能還包括語音緩沖，以實(shí)現(xiàn)自動語音識別(ASR)應(yīng)用的平穩(wěn)操作。該板載雙DSP同時支持?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)動器和輻射器原封不動的導(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)動器的有趣設(shè)計。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)計良好的底座與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。底座本身是一塊無接縫的塑料。對于音響玩家來說，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降至，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，確實(shí)有互惠的需要。

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

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

　　1334B DAC專為便攜式音頻應(yīng)用設(shè)計。它不需要模擬后置濾波，但使用了一個數(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，從而提高訊號噪聲比(SNR)。因此，當(dāng)裝置使用3V電源時，可達(dá)到100dB的音量。

　　TPA3131以4Ω達(dá)2 x 42 W的峰值功率驅(qū)動音箱。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“這又是你的另一個小玩意兒？”，我不得不說曾經(jīng)是。我向阿嬤解釋它的功能時，她揮揮手中的拐杖，不以為然地反駁說：“是喔？但是我敢打賭它沒辦法播放‘藍(lán)色多瑙河’(The Blue Danube)吧？”我建議她不如問問這臺設(shè)備。結(jié)果令人震驚的是我們在幾秒后就聽到它開始播放這首曲子了。這讓阿嬤開心地笑了，又驚又喜地舞著華爾茲蜷進(jìn)她溫暖的汽車中。在假期間，她還問我是否能幫她買一個。當(dāng)然沒問題！

　　圖5：Megablast的主要組件