کالبدشکافی هوم‌پاد اپل: نگاهی به درون اسپیکر هوشمند و مرموز

اپل همیشه سعی می‌کنه تکنولوژی‌های خفنی رو تو دستگاه‌هاش جا بده. بیا قبل از شروع، یه مرور سریع روی مشخصات اصلی هوم‌پاد داشته باشیم تا ببینیم با چی طرفیم:

← پردازنده A8 اپل

← ووفر 4 اینچی با دامنه حرکت بالا که صدا رو به سمت بالا پرتاب می‌کنه

← آرایه هفت‌گانه توییتر با قابلیت Beamforming (جهت‌دهی هوشمند صدا)

← آرایه شش‌گانه میکروفون برای دریافت دقیق فرمان‌های صوتی

میکروفون فرکانس پایین برای کالیبره کردن ووفر در لحظه

صفحه لمسی روی دستگاه برای کنترل دستی

← وای‌فای 802.11ac و بلوتوث نسخه 5.0

این دستگاه شاید اولین یا بزرگ‌ترین اسپیکر هوشمند بازار نباشه، اما بدون شک طراحی اون کاملا امضای اپل رو داره و حسابی مینیمال و جذابه. ظاهر استوانه‌ای هوم‌پاد خیلی شبیه به اسپیکرهای 360 درجه دیگه‌ست، اما یه تفاوت مهم با بقیه داره.

برخلاف خیلی از رقبا، منبع تغذیه کاملا داخل خود دستگاه جاسازی شده. کابل برق هم در نگاه اول به نظر می‌رسه که جدا نمی‌شه، اما اگه یکم زور بزنی و محکم بکشی، می‌بینی که قابل جدا شدنه!

اپل خیلی خوب تونسته قابلیت جدا شدن کابل رو مخفی کنه. کابلش هم یه روکش بافته‌شده جذاب داره که حسابی به کیفیت کار اضافه کرده.

اولین جایی که معمولا تو این دستگاه‌ها دنبال اطلاعات می‌گردیم، زیر پایه است. اپل تمام اطلاعات رگولاتوری رو خیلی نامحسوس روی این پایه سیلیکونی چاپ کرده.

انواع و اقسام نمادهای استاندارد و هشدارها این زیر دیده می‌شه که نشون می‌ده این اسپیکر برای بازارهای مختلفی تأییدیه گرفته. شماره مدل دستگاه هم A1639 هست که این زیر به وضوح نوشته شده. اما چیزی که توجهمون رو جلب می‌کنه، چندتا سوراخ خیلی ریز و عجیبه که زیر پایه قرار دارن.

جای خیلی عجیبی برای قرار دادن میکروفونه! به نظرت ممکنه این سوراخ‌ها برای سنسورهای فشارسنج هوا باشن؟

حالا نوبت اینه که یه نگاه دقیق‌تر به این روکش توری سه‌بعدی و بدون درز بندازیم. بافت این روکش واقعا بی‌نظیره و هیچ شکافی توش دیده نمی‌شه.

مهندس‌های اپل این توری رو جوری طراحی کردن که صدا بدون هیچ مانعی ازش رد بشه، ولی در عین حال جلوی ورود گرد و غبار به داخل اسپیکر رو بگیره.

بالای دستگاه یه پنل لمسی شیک با همون نشانگر ال‌ای‌دی معروف سیری قرار داره تا وقتی که نمی‌خوای با صدا کنترلش کنی، بتونی دستی بهش فرمان بدی.

با یه نگاه به عکس‌های اشعه ایکس، می‌تونیم یه نمای کلی از داخلش ببینیم. لکه‌های تیره توی عکس نشون می‌ده که آهنرباهای فوق‌العاده بزرگ و قدرتمندی اون تو جاسازی شدن.

عکس‌های اشعه ایکس به ما نشون داد که زیر این پایه پیچ‌هایی مخفی شده. پس دست به کار می‌شیم و با سشوار صنعتی حسابی بهش گرما می‌دیم. چسبش واقعا محکمه و باید با حوصله پایه رو جدا کنیم. با اینکه می‌دونیم زیرش پیچ هست، اما بعد از برداشتن اون لایه چسبناک، با یه صحنه جالب روبه‌رو می‌شیم.

خوشبختانه اپل اینجا از پیچ‌های Torx استفاده کرده که باز کردنشون راحت‌تره. یه پورت 14 پین هم زیر این چسب‌ها مخفی شده که احتمالا تو کارخونه برای تست یا برنامه‌ریزی هوم‌پاد استفاده می‌شه.

انگار زود خوشحال شدیم! بعد از باز کردن پیچ‌ها، صفحه پلاستیکی زیرین اصلا تکون نمی‌خوره. به نظر می‌رسه خود روکش توری، این صفحه رو محکم سر جاش نگه داشته.

ما اصلا دلمون نمی‌خواد این توری خوشگل رو پاره کنیم، پس سعی می‌کنیم با یه پیک پلاستیکی، چسب لبه‌ها رو آزاد کنیم تا صفحه بیرون بیاد. اما نتیجه؟ بازم یه لایه پلاستیکی غیرقابل نفوذ دیگه!

هی سیری، واقعا چطور باید بریم داخل این دستگاه؟ انگار هیچ راه نفوذی وجود نداره!

دیگه چاره‌ای نیست جز اینکه از ابزار تیز استفاده کنیم. هرچقدر سعی کردیم توری رو سالم نگه داریم نشد. پس دست به تیغ می‌شیم و این روکش ضخیم رو می‌بریم. بعد از بریدن توری سه‌بعدی بیرونی، می‌بینیم که یه روکش پارچه‌ای دیگه هم زیرش وجود داره که ساختار داخلی رو پوشونده. این پارچه داخلی نازک‌تر و انعطاف‌پذیرتره، اما فعلا نمی‌تونیم درش بیاریم چون زیر پنل بالایی گیر کرده.

خوشبختانه بدنه داخلی به اندازه بیرونش بدون درز نیست. اینجا چندتا پیچ Torx دیگه پیدا می‌کنیم که زیر درپوش‌های لاستیکی خیلی شیک مخفی شدن.

حالا که توری رو باز کردیم، فرصت خوبیه ببینیم این پارچه جادویی چطور ساخته شده و چه ساختاری داره. جادویی در کار نیست، اما طراحی هوشمندانه‌ای داره. این روکش از یه لایه شبکه‌ای در بالا و پایین تشکیل شده و بینشون رشته‌های فنری و مارپیچ خیلی ریزی قرار داره.

این نوع بافت باعث می‌شه امواج صوتی به راحتی و بدون انعکاس از پارچه عبور کنن، در حالی که پرز و خاک نمی‌تونه وارد دستگاه بشه.

عجیبه! حالا که توری رو درآوردیم، می‌بینیم که لبه‌های اون در واقع با یه نخ کش‌دار (مثل بند کفش) بسته شده بوده. یعنی می‌شد بدون پاره کردن و از قسمت بالا بازش کرد؟

برای پیدا کردن راه ورودی، چسب‌های پنل بالایی رو باز می‌کنیم. زیرش بازم پیچ می‌بینیم، اما باز کردنشون انگار هیچ کمکی به باز شدن بدنه نمی‌کنه.

چیزی که از بیرون اینقدر ساده و یکپارچه به نظر می‌رسه، در واقع برای باز شدن مثل یه هزارتوی پیچیده‌ست.

باز هم به گرمای بیشتر و باز کردن چسب‌های ضخیم‌تر نیاز داریم. بعد از کلی کلنجار رفتن، بالاخره به یه لایه عمیق‌تر می‌رسیم. زیر این لایه سوم، یه برد با شیلد محافظ، یه کابل فلت پهن و همون پایه‌هایی که بند کشی توری بهشون وصل بود رو پیدا می‌کنیم.

شیلد محافظ برد رو برمی‌داریم تا ببینیم چه قطعاتی دارن اون رقص نور جذاب بالای دستگاه رو کنترل می‌کنن:

← درایور ال‌ای‌دی ساخت شرکت Texas Instruments

← آیسی قابل برنامه‌ریزی Cypress که احتمالا وظیفه کنترل لمس پنل رو بر عهده داره

← سوییچ کنترل بار ساخت ON Semiconductor

← مبدل کاهنده ولتاژ 4 آمپری از Texas Instruments

اون روی این برد، ال‌ای‌دی‌ها و یه پخش‌کننده نور قرار دارن که باعث می‌شن نور نشانگر سیری به اون شکل ابری و مات دیده بشه.

نمادهای مثبت و منفی دقیقا روی خود برد برش خوردن و هر کدوم سه تا ال‌ای‌دی اختصاصی دارن. یه هدایت‌کننده نور هم اونجاست تا فوتون‌ها رو دقیقا به همون سمتی که باید، هدایت کنه.

قسمت بالای برد پر از حفره‌های ریز و منظمه. این ساختار احتمالا یه شبکه خازنیه که لمس دست تو رو روی سطح پلاستیکی تشخیص می‌ده.

دیسک بعدی که درمیاریم، همون پایه‌های نگهدارنده بند کشی رو روش داره. درست پشت این قطعه، به برد منطقی اصلی (Logic Board) می‌رسیم. بریم ببینیم روی این برد چه تراشه‌هایی سوار شدن:

← پردازنده A8 اپل که قبلا هم دیده بودیمش اما اینجا کار متفاوتی می‌کنه. احتمالا زیرش هم 1 گیگابایت رم قرار داره که به صورت پکیج روی هم (PoP) مونتاژ شدن.

← تراشه حافظه 16 گیگابایتی NAND ساخت توشیبا

← ماژول وای‌فای و بلوتوث USI که احتمالا یه چیپست Broadcom داخلشه

← آیسی مدیریت تغذیه (PMIC) که حاصل همکاری اپل و Dialog Semiconductor هست

نکته جالب اینه که پشت این برد یه سری پد خالی برای لحیم‌کاری قطعات SMD وجود داره که هیچ چیپی روشون نصب نشده. شاید اپل تو لحظات آخر تغییراتی تو طراحی برد داده!

بعد از کلی تلاش بی‌نتیجه با گرما و چرخاندن قطعات، دیگه واقعا نمی‌دونیم چطور باید بریم جلو. در نهایت کاسه صبرمون لبریز می‌شه و با یه اره آهن‌بر به جون دستگاه می‌افتیم تا ووفر غول‌پیکرش رو آزاد کنیم.

راستش رو بخوای این مرحله می‌تونست بدون بریدن هم انجام بشه! بعضی‌ها تونستن با ترفندهای خاصی دستگاه رو باز کنن. اگه واقعا مجبوری این کارو بکنی، حتما مراقب باش و روش‌های جایگزین رو تست کن.

آهنربای این ووفر نسبت به سایز خود اسپیکر خیلی بزرگه. دلیلش اینه که برای تولید بیس‌های عمیق، اسپیکر باید بتونه حجم زیادی از هوا رو جابه‌جا کنه.

معمولا برای جابه‌جایی هوای بیشتر، قطر مخروط اسپیکر رو بزرگ می‌کنن. اما اپل به جاش، میزان حرکت سیم‌پیچ رو بیشتر کرده (حدود 20 میلی‌متر). این کار به یه آهنربای خیلی بزرگ‌تر نیاز داره تا بتونه تو فضای کوچیک، بیس‌های قدرتمندی تولید کنه.

بعد از کلی بریدن و شکافتن این قلعه محکم، به آخرین مانع می‌رسیم: یه حلقه رزوه‌دار پلاستیکی. به این نتیجه رسیدیم که احتمالا تو مراحل طراحی، قرار بوده بخش کنترل و ووفر از بخش توییتر و منبع تغذیه، با پیچاندن جدا بشن.

اما اصلا از اینکه با اره بریدیمش پشیمون نیستیم! با دیدن حجم چسبی که روی رزوه‌ها ریخته شده، کاملا مشخصه که اپل اصلا نمی‌خواسته کسی بتونه این قطعات رو از هم باز کنه.

حالا می‌فهمیم چرا هزینه تعمیر این دستگاه توسط خود اپل اینقدر بالاست. واقعا باز کردنش کار راحتی نیست.

لایه بعدی این پیاز تکنولوژیک، منبع تغذیه دو تکه است. یه بلوک داخلی که تبدیل جریان متناوب به مستقیم (AC/DC) رو انجام می‌ده و یه حلقه بیرونی که برق رو بین هر هشت اسپیکر پخش می‌کنه.

قطعات سنگین برد تغذیه با یه لایه ضخیم از چسب اپوکسی پوشونده شدن تا لرزش‌های شدید بیس، باعث کنده شدن قطعات نشه. این برد، برق رو از طریق پایه‌های رسانا به حلقه بیرونی می‌رسونه.

حالا می‌رسیم به بخش دوم منبع تغذیه. این برد حلقه‌ای شکل که شبیه دروازه ستارگانه، وظیفه توزیع برق رو بر عهده داره.

← روی سمتی از این برد حلقه‌ای که پر از خازنه، یه میکروکنترلر فوق‌کم‌مصرف ARM ساخت STMicroelectronics قرار داره.

حالا برد رو برمی‌گردونیم تا ببینیم اون طرفش چه خبره:

← آمپلی‌فایر صوتی International Rectifier

← تراشه مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) استریو از Cirrus Logic

← دور تا دور لبه‌های برد، هفت تا آمپلی‌فایر صوتی Analog Devices می‌بینیم که نشون می‌ده هر توییتر، آمپلی‌فایر اختصاصی خودش رو داره!

تقویت‌کننده تشخیص جریان از Maxim Integrated و Texas Instruments

مبدل کاهنده ولتاژ 5 آمپری از Texas Instruments هم اینجا دیده می‌شه.

یه برد کوچیک رو که با چسب به بدنه استوانه‌ای چسبیده، با مکافات جدا می‌کنیم. روی این برد دو تا چیپ مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) از شرکت Conexant وجود داره که برای آرایه میکروفون‌ها استفاده می‌شن. خود این برد هم یه میکروفون مجزا داره. این احتمالا همون میکروفون فرکانس پایینه که برای کالیبره کردن ووفر استفاده می‌شه.

این میکروفون در واقع صدای ووفر رو گوش می‌ده و با پردازش سیگنال، عملکرد ووفر رو تنظیم می‌کنه تا بهترین بیس ممکن بدون خراب کردن بقیه فرکانس‌ها تولید بشه.

برگردیم سراغ بقیه میکروفون‌ها؛ اونا توی دو تا نوار بلند که هر کدوم سه تا میکروفون دارن قرار گرفتن. این نوارها محکم به دیواره داخلی چسبیدن و میکروفون‌ها دقیقا روی کانال‌های قیفی شکل قرار دارن تا صدا رو بهتر دریافت کنن.

یه حلقه رزوه‌دار دیگه رو از بدنه بیرون می‌کشیم و بالاخره به مجموعه هفت‌گانه توییترها می‌رسیم. پایه‌های رسانای اونا هم همینجا مشخصه. درست حدس زدی! همون پایه‌های طلایی رنگی که مثل پیچ می‌مونن، وظیفه دارن برق رو مستقیما به توییترها برسونن. وقتی از نزدیک به پورت توییتر نگاه می‌کنیم، یه ساختار خیلی جالب و عجیب می‌بینیم.

اون قسمت مخروطی و تاخورده جلوی توییتر، ترفندیه که مهندس‌های صدا برای افزایش بازدهی اسپیکر و کنترل جهت صدا ازش استفاده می‌کنن.

وقتشه کاتر اولتراسونیک رو بیاریم و دل و روده این توییتر رو هم بریزیم بیرون!

با باز کردن توییتر، می‌تونیم ساختار شیپوری و منافذ هوای اونو بهتر ببینیم؛ همون چیزی که باعث می‌شه هوم‌پاد صدای فوق‌العاده دقیقی داشته باشه.

منافذی که در کناره‌های قرقره سیم‌پیچ و چهار تا سوراخی که در پشت توییتر قرار دارن، جلوی جمع شدن فشار هوا در پشت گنبد توییتر رو می‌گیرن.

این تخلیه فشار هوا خیلی حیاتیه و باعث می‌شه وقتی توییتر در هر ثانیه هزاران بار عقب و جلو می‌ره، گنبدش آسیب نبینه و صدا هم دچار اعوجاج یا خش‌خش نشه.

ما که تا اینجا اثری از ساختارهای کلاسیک توییتر ندیدیم. واقعا اپل تکنولوژی عجیبی رو تو این قطعات کوچیک پیاده کرده!

خب، این هم از تمام قطعاتی که یه دستیار صوتی ساده رو به اسپیکر قدرتمندی مثل هوم‌پاد تبدیل می‌کنن. نظرت در مورد مهندسی داخلی این دستگاه چیه؟ به نظرت اپل می‌تونست طراحی ساده‌تری داشته باشه؟

با توجه به اینکه باز کردن این دستگاه به شدت سخت بود و تقریبا راه برگشتی نداشت، امتیاز تعمیرپذیریش رو هم باید بر همین اساس در نظر گرفت.

با این اوصاف، باز کردن هوم‌پاد اپل یه کابوس تمام‌عیاره و اصلا برای تعمیر طراحی نشده. به همین خاطر، امتیاز تعمیرپذیری این دستگاه خیلی پایینه.

← خبر خوب اینه که این اسپیکر مثل یه تانک ساخته شده و از نظر دوام و کیفیت ساخت، بعیده به این راحتی‌ها خراب بشه.

← روکش توری بیرونی با اینکه بدون درز به نظر می‌رسه، اما با باز کردن بند کشی جذابش می‌شه بدون آسیب اونو جدا کرد.

← استفاده از پیچ‌های استاندارد Torx به جای پیچ‌های امنیتی عجیب و غریب، یکی از معدود نکات مثبت این کالبدشکافیه.

← ایده استفاده از پایه‌های پیچی رسانا برای انتقال برق بین لایه‌های مختلف، یه شاهکار مهندسیه که از شلوغی کابل‌ها جلوگیری کرده.

← اما امان از چسب‌های فوق‌العاده قوی! پنل لمسی، آرایه میکروفون‌ها و از همه بدتر، نقطه ورود اصلی دستگاه جوری چسب خوردن که باز کردنشون بدون ابزار تخصصی و خرابکاری تقریبا غیرممکنه.

← امیدوارم از این کالبدشکافی تو آیسی‌مدار لذت برده باشی. با وجود اینکه ظاهر دستگاه نشون می‌داد می‌شه راحت بازش کرد، اما اپل واقعا یه دژ نفوذناپذیر ساخته. برای خوندن مطالب فنی بیشتر و دیدن کالبدشکافی‌های خفن‌تر، حتما به اپلیکیشن آیسی‌مدار سر بزن.