کالبدشکافی اسپیکر هوشمند آمازون اکو؛ نگاهی به دستیار صوتی الکسا

آمازون اکو به عنوان یکی از هوشمندترین اسپیکرهای دنیا شناخته می‌شه. قبل از اینکه بریم سراغ پیچ و مهره‌ها، بد نیست نگاهی به مشخصات فنیش بندازیم:

← ووفر 2.5 اینچی همراه با پورت رفلکس (Reflex Port) برای تولید یک بیس عمیق‌تر و کوبنده‌تر.

← توییتر 2 اینچی که برای پخش صداهای زیر و شفاف در نظر گرفته شده.

← آرایه‌ای از 7 میکروفون بسیار حساس برای دریافت صدای محیط از تمام زاویه‌ها.

← حلقه نوری جذاب در قسمت بالایی که برای تنظیم صدا و نمایش وضعیت دستگاه کاربرد داره.

پشتیبانی از ریموت کنترل اختصاصی برای مدیریت دستگاه از راه دور.

با ابعاد حدود 9.75 در 3.27 اینچ، این اسپیکر فقط یه مقدار از دو تا قوطی کنسرو که روی هم گذاشته باشن بزرگ‌تره! طراحیش به شکل یک استوانه مینیمال و یکپارچه‌ست که فضای خیلی کمی رو روی میز اشغال می‌کنه.

یه ترفند جالب! اگر هنوز این دستگاه رو نخریدی و می‌خوای ببینی کجای خونه بهتر جا می‌شه، می‌تونی از همون قوطی‌های کنسرو به عنوان ماکت استفاده کنی تا ابعادش دستت بیاد!

شماره مدل دقیق این دستگاه SK705DI هست که آمازون اون رو به شکل هوشمندانه‌ای زیر پایه لاستیکی دستگاه پنهان کرده تا ظاهر یکدست اسپیکر حفظ بشه.

آمازون این اسپیکر رو طوری طراحی کرده که تو نگاه اول هیچ پیچ و درزی روش نمی‌بینی و کاملا مهروموم به نظر می‌رسه. برای شروع کالبدشکافی، باید بریم سراغ پایه لاستیکی دستگاه و اون رو جدا کنیم تا ببینیم زیرش چه خبره.

فقط کافیه لبه‌های این پد پلاستیکی رو با دقت و کمی حوصله باز کنی؛ چون فقط با لایه‌ای از چسب سر جاش محکم شده.

بعد از برداشتن پد، چهار تا پیچ بلند T10 خودشون رو نشون می‌دن که لایه پایینی این موشک استوانه‌ای رو سر جاش نگه داشتن. خوشبختانه آمازون از پیچ‌های استانداردی استفاده کرده که باز کردنشون برامون خیلی راحته.

با باز کردن این پیچ‌ها، درپوش پایینی جدا می‌شه، اما خیلی مراقب باش! این درپوش با یک کابل دیتای حساس و سیم‌های اسپیکر به برد اصلی متصل شده و نباید با فشار کشیده بشه.

تو پایین‌ترین طبقه از این ساختار استوانه‌ای، برد مربوط به منبع تغذیه و راه‌انداز اسپیکرها قرار گرفته که بخش مهمی از انرژی دستگاه رو تامین می‌کنه.

← رگولاتور کاهنده ولتاژ مدل TPS53312 ساخت شرکت Texas Instruments که شامل سوییچر داخلی هم هست.

← کدک صوتی استریو با مصرف انرژی فوق‌العاده پایین، محصولی از شرکت Texas Instruments که کیفیت و شفافیت صدای دستگاه رو مدیریت می‌کنه.

← آمپلی‌فایر استریو 15 واتی کلاس D بدون فیلتر از برند Texas Instruments که وظیفه اصلیش تقویت صدای خروجی برای بلندگوهاست.

طراحی داخلی آمازون اکو واقعا شبیه به یک موشک فضاییه! قطعات مختلف به صورت طبقه‌طبقه و با نظم خاصی روی هم چیده شدن و در نهایت داخل یک قاب استوانه‌ای قرار گرفتن. این طراحی ماژولار باعث می‌شه که مهندسان بتونن بیشترین استفاده رو از فضای محدود داخل اسپیکر ببرن.

برای رسیدن به مغز متفکر این عملیات، چاره‌ای نداریم جز اینکه این طبقات رو یکی‌یکی از هم جدا کنیم و لایه‌ها رو برداریم.

وقتی قاب بیرونی رو درمیاریم، با یک لایه پارچه‌ای روبرو می‌شیم که دور تا دور بلندگوها پیچیده شده. این پارچه علاوه بر زیبایی، وظیفه کاهش لرزش‌های اضافه رو هم بر عهده داره.

جدا کردن این پارچه کمی قلق داره و باید با ترکیب کاتر و باز کردن نوار چسب‌های دوطرفه، با ظرافت کامل پارچه رو آزاد کنیم تا مسیرمون برای رسیدن به بردهای اصلی باز بشه.

برج قطعاتی که حالا جلومون قرار گرفته، حسابی مهندسی‌شده و مستحکم به نظر می‌رسه. باید حواسمون باشه قطعه‌ای جا نمونه. شمارش معکوس برای جداسازی طبقات: 3... 2... 1...

اولین قطعه‌ای که جدا می‌شه، توییتر اسپیکر هست. وقتی اون رو از محفظه‌اش بیرون میاریم، آهنربای نسبتا بزرگ و قدرتمندش حسابی خودنمایی می‌کنه.

تو مرحله بعد، ووفر اصلی رو از بدنه جدا می‌کنیم. این قطعه سنگین‌وزن که برای تولید صداهای بم استفاده می‌شه، آهنربایی به مراتب بزرگ‌تر از برادر کوچیک‌ترش (توییتر) داره.

آمازون قول یک "بیس عمیق و کوبنده" رو داده بود که حالا با دیدن این ووفر بزرگ و پورت رفلکسی که کنارش طراحی شده، متوجه می‌شیم این ادعا کاملا منطقیه.

ساختار داخلی این ووفر شامل یک دمپر یا اسپایدر (Spider) پیچیده‌ست که لرزش‌های دیافراگم رو با دقت بالا کنترل می‌کنه تا کیفیت صدا تو ولوم‌های بالا افت نکنه.

اکو بالاخره به هسته اصلیش رسید! با استفاده از همون پیچ‌گوشتی T10 دوست‌داشتنی، پیچ‌های نگهدارنده رو باز می‌کنیم تا برد اصلی (مادربرد) رو از داخل لوله استوانه‌ای بیرون بکشیم. بیرون کشیدن یک برد مستطیلی از داخل یک استوانه، کمی محدودیت ایجاد می‌کنه و حسابی باید مراقب باشیم به لبه‌ها فشار نیاد.

راستش رو بخوای، تو یک استوانه گزینه‌های زیادی برای جا دادن یک برد مستطیلی بزرگ وجود نداره و مهندس‌ها بهترین چینش ممکن رو انتخاب کردن.

حالا که برد آزاد شده، وقتشه بریم سراغ بررسی آیسی‌ها و تراشه‌های جذابی که روی این برد قرار گرفتن!

روی این برد قطعات پردازشی اصلی آمازون اکو قرار گرفتن که وظیفه هوش مصنوعی و ارتباطات رو بر عهده دارن:

← پردازنده رسانه دیجیتال (Digital Media Processor) ساخت شرکت Texas Instruments که در واقع مغز متفکر دستگاه به حساب میاد.

← حافظه رم 256 مگابایتی از نوع LPDDR1 ساخت شرکت Samsung برای اجرای روان دستورات.

← حافظه فلش 4 گیگابایتی iNAND Ultra از برند SanDisk که سیستم‌عامل و اطلاعات پایه روی اون ذخیره می‌شه.

← ماژول ترکیبی وای‌فای و بلوتوث مدل QCA6234X-AM2D ساخت Qualcomm Atheros که ارتباط دستگاه با اینترنت و گوشی رو برقرار می‌کنه.

آیسی مدیریت یکپارچه تغذیه (PMIC) از محصولات باکیفیت Texas Instruments.

حالا می‌رسیم به جذاب‌ترین بخش دستگاه! اسپیکرها سر جای خودشون مهمن، اما راه ارتباطی اصلی تو با الکسا، همون حلقه نوری جذاب و دکمه چرخشی بالای دستگاهه.

وقتی الکسا صدای تو رو می‌شنوه و می‌خواد جواب بده، ال‌ای‌دی‌های این حلقه به سمت تو تغییر رنگ می‌دن (مثلا از آبی به آبی روشن‌تر) تا حس تعامل رو بهتر منتقل کنن.

مکانیزم ولوم دستگاه به این شکله که بخش بالایی آزادانه می‌چرخه و با استفاده از یک چرخ‌دنده چرب و روان، یک انکودر (Encoder) رو به حرکت درمیاره تا میزان صدا تنظیم بشه.

البته یادت نره که علاوه بر این دکمه چرخشی فیزیکی، می‌تونی با دستور صوتی هم ولوم رو به راحتی کم و زیاد کنی!

یه پیشنهاد دوستانه: قبل از اینکه صدای این اسپیکر رو تا ولوم 10 زیاد کنی، مطمئن شو که پلاستیک‌های محافظ دورش رو کامل کندی تا جلوی خروج صدا رو نگیره.

با برداشتن آخرین لایه محافظ، چرخ‌دنده تنظیم صدا کاملا آزاد می‌شه. این مکانیزم چرخشی ما رو یاد بعضی ترموستات‌های هوشمند میندازه، اما اینجا مهندسی کاملا متفاوتی به کار رفته.

آمازون اکو از یک سیستم چرخ‌دنده و انکودر فیزیکی برای تشخیص چرخش استفاده می‌کنه، در حالی که بعضی دستگاه‌های هوشمند دیگه از سنسورهای نوری برای این کار کمک می‌گیرن.

دور تا دور این صفحه چرخشی، آرایه‌ای از میکروفون‌ها قرار گرفته (شش تا روی لبه‌ها و یکی در مرکز) که وظیفه دارن صدای تو رو از هر زاویه‌ای بشنون. در کنارشون هم ال‌ای‌دی‌ها چیده شدن تا نمای بصری دستگاه رو کامل کنن.

با احتیاط کامل برد حاوی میکروفون و ال‌ای‌دی رو از قاب پلاستیکی بالایی جدا می‌کنیم. فقط یک لایه نازک فوم برش‌خورده همراه با توری محافظ میکروفون‌ها و طلق‌های پلاستیکی بین ما و این برد جذاب فاصله انداخته بود.

← چهار عدد درایور ال‌ای‌دی برنامه‌پذیر با 9 خروجی، ساخت شرکت Texas Instruments که رقص نور زیبای الکسا رو کنترل می‌کنن.

← چهار عدد مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) استریو با مصرف پایین، محصول Texas Instruments که صدای دریافتی از میکروفون‌ها رو به دیتای دیجیتال تبدیل می‌کنن.

← فلیپ‌فلاپ‌های نوع D با تریگر لبه مثبت (Positive-Edge) از شرکت Texas Instruments برای مدیریت و همگام‌سازی سیگنال‌های دیجیتال.

← هفت عدد میکروفون مدل S1053 0090 V6 که گوش‌های تیز و حساس الکسا محسوب می‌شن.

در نهایت می‌رسیم به قطعه‌ای که شبیه یک لوله شیپور ماننده؛ یعنی همون پورت رفلکس! شکل خاص این قطعه نشون می‌ده که مهندس‌های صدا روی طراحی آکوستیک این اسپیکر وقت زیادی گذاشتن.

پورت رفلکس تو سیستم‌های صوتی باعث می‌شه فرکانس‌های پایین (Bass) تقویت بشن و در عین حال اعوجاج و خرابی صدا تو ولوم‌های بالا به حداقل برسه.

شکل عجیب و غریب این لوله دقیقا به این خاطر طراحی شده که از کمترین فضای ممکن داخل استوانه، بیشترین بازدهی رو بگیره و اجازه بده صدای الکسا با بالاترین کیفیت تو کل اتاق بپیچه.

چه چینش جذابی! این هم از تمامی قطعات آمازون اکو که با نظم خاصی روی هم سوار شده بودن تا این دستیار صوتی جادویی رو بسازن. حالا وقتشه بریم سراغ جمع‌بندی نهایی و بررسی وضعیت تعمیرپذیری این دستگاه.

به پایان یکی دیگه از کالبدشکافی‌های هیجان‌انگیز رسیدیم. اگر بخوایم یک نگاه کلی به وضعیت طراحی و تعمیرپذیری آمازون اکو بندازیم، نکات جالب زیر خودنمایی می‌کنن:

← خوشبختانه اسپیکرها که معمولا بیشتر از بقیه قطعات در معرض خرابی هستن، به راحتی قابل تعویض هستن.

← استفاده از طراحی ماژولار و تفکیک قطعات روی سه برد مجزا، باعث می‌شه عیب‌یابی و تعویض قطعات آسیب‌دیده منطقی‌تر و راحت‌تر باشه.

← البته چالش‌هایی هم وجود داره؛ مثلا استفاده از چسب در قسمت پایه لاستیکی و پوشش پارچه‌ای که باز کردنشون نیازمند کاتر و دقت بالاست و موقع بستن مجدد باید دوباره از چسب استفاده کنی.

← در نهایت، این اسپیکر ساختار داخلی تودرتو و پیچیده‌ای داره. بستن مجدد این همه لایه بدون داشتن نقشه راهنمای دقیق، واقعا کار سختیه. امیدواریم از این کالبدشکافی تو مجله آیسی‌مدار لذت برده باشی؛ حتما لینک این مقاله رو برای دوستای عشق سخت‌افزارت هم بفرست!