揭開亞馬遜Echo Dot音質升級的秘密

作者 : Brian Dipert,EDN專欄作者

第三代Echo Dot在聲音效能方面有了很大的改進。這項增強功能反映了多大程度的內部電子升級呢?提升聲音效能的背後動機又是什麼?讓我們來一探究竟吧!

亞馬遜(Amazon)自2016年3月推出第一代Echo Dot智慧音箱後,很快地在同年10月升級至第二代產品,但並沒有多大的變化。我在三年前發表第二代Echo Dot拆解報告中就曾指出:

兩代產品之間最明顯的區別在於,第二代Echo的頂端設計有專用的「向上」和「向下」音量按鍵,取代了第一代中採用的頂端旋鈕音量控制(這項設計變化主要是為了簡化裝置的機械結構,以降低成本並提高可靠性,更不用說讓拆解也更容易了)。儘管這兩款設計都採用了7顆麥克風陣列(相形之下,Google Home Mini中只有2MEMS麥克風),但是據傳亞馬遜還利用這次升級,提高其遠場語音辨識能力。

但亞馬遜並未對其第二代Echo Dot的音訊輸出品質進行任何改善。當然,如果將其用於合成語音響應的目的還可以接受,但稱其內部基礎揚聲器(iFixit的拆解報告中有圖片為證)為「高傳真」就有點言過其實了。為了在第二代Echo Dot中擠進任何可接受的音樂播放功能,唯一的方法就是將其置於更大的封裝外殼中,就像iHome和Vaux (我恰巧也擁有這些產品)那樣。

所幸從2018年9月發表的第三代Echo Dot來看,在聲音效能方面有了很大的改進。由於其表現十分出色,我甚至還在辦公室採用一對Echo Dot處理音響系統的中音和高音,另一對Echo Sub負責低頻部份。第三代在外觀設計上也有改善(或者倒退?這取決於個人觀點,或許您更喜歡前代產品的「工業風」呢!)。不過,儘管將Echo Dot用支架安裝在牆上,或者垂直掛在電源插座上的方式都非常普遍,但我覺得最新的第四代產品在外觀上過於前衛;我猜想更「友善」(鑑於其配置)的第三代產品還有很大的生存空間。

Amazon第三代Echo Dot(來源:Amazon

提到「配對」,到了第三代Echo Dot才首次具備這個能力(無論是簡單的「立體聲」組合還是額外的輔助子系統)。這項增強功能反映了多大程度的內部電子升級呢?或者,亞馬遜決定不將這項功能移植到前代產品中,是為了鼓勵用戶升級到較新的產品?更籠統地說,提升聲音效能的背後動機是什麼?讓我們來一探究竟吧!

一如既往,先來看看幾張外包裝照片:

圖1:Echo Dot拆箱前的幾張外包裝照片;盒底還可見MAC位址。

一般來說,出於保護隱私的考慮,我都會遮蓋圖片上的MAC位址,特別是亞馬遜已在裝置上預先配置了我的帳號以及主要的Wi-Fi網路SSID和密碼。但我相信裝置在拆解之後極有可能無法恢復到完整功能的狀態(我之前的拆解也曾經遇過這種情況,至今仍深感驚恐)。因為如果我不可避免地必須取下法拉第籠(Faraday cage)才能看到內部結構,那麼這可能就是無法恢復原貌的唯一原因。因此,我登入Alexa App,從註冊裝置列表中刪除了這個由MAC位址標識的特定裝置。

「撕開」貼紙後就可以打開包裝盒的上蓋,首先映入眼簾的是塑膜包裹的Echo Dot,取出後看到盒子裡只剩兩本薄薄的說明書,以及在其下的AC配接器此外,還有這個AC接配器的幾張特寫,顯示其規格和「桶形」連接器設計。

圖2:除了Echo Dot,盒子裡只有說明書以及AC配接器。

再回過頭來看看Echo Dot。取下塑料保護膜後,將裝置與直徑0.75英吋(19.1mm)的一美分硬幣進行比較。

Echo Dot的直徑約為3.9英吋(99mm)、高1.7英吋(43mm)、重10.6盎司(300克)。它提供了四種顏色選擇,包括灰黑色(如圖所示)、炭黑色(近黑色)、砂岩色(近白色)和莓果色(粉色)。沿著圓周有兩個匯聚在一起的介面:直流(DC)電源輸入插孔和旁邊的1/8英吋(準確地說是3.5mm)類比「立體聲」音訊輸出插孔。

從其俯視圖來看,即顯示出向上/向下調節的音量、麥克風靜音和「操作」按鍵。在裝置底部是橡膠材質的「底腳」。

圖3:Echo Dot的府視圖,向上/向下音量調節按鍵清楚可見。

「底腳」通常是通往裝置內部的可靠通道;讓我們看看這次是否也如此。在此必須借助一個平頭螺絲起子,才能將「底腳」從機殼上撬下來。

大功告成了!

除了四顆T6 Torx螺絲外,您將會注意到下面還有一個進入的入口,下方則是PCB上的一組測試點。

圖4:拆下裝置的「底腳」,除了四顆T6 Torx螺絲外,其下還有入口和測試點。

我猜測他們不但使用這個入口來做最終的組裝後測試,而且還用於編程最新和最高階的韌體版本;而且,如果客戶在購買時選擇了「將裝置連接到我的Amazon帳號以簡化設定」 ,那麼就會透過該入口設定客戶的Amazon帳號和Wi-Fi網路憑證。

如同往常一樣,在我的iFixit 64-bit驅動器工具套件的協助下,先卸下這四個螺絲吧!

還記得橡膠「底腳」黏連的圓形塑料板嗎?下圖顯示了它的另一面。從這一面中間帶RFID標籤看起來,很可能是用來追蹤裝置在組裝、倉儲和運輸過程中的移動情況;它的周圍整個被灰色(喔不,是黑灰色)塑料網包覆著,音箱的聲音以360°環繞模式從中發出來。

將通常用於固定左右兩半的螺絲卸下之後,就可以看到組裝的上半部份,其中,1.6英吋全頻揚聲器清晰可見(當然還有主PCB),如下圖所示。

圖5:卸下螺絲後,看到圓形塑料板的另一面。

即使只是粗略一瞥,也能看出來它有著比第二代Echo Dot更具意義的變頻器。接下來看看上半組裝的另一張視圖,在此可一窺電源輸入和類比音訊輸出連接器。

從上半組裝的其餘部份中拆出PCB相對簡單。首先,斷開軟性PCB電纜連接(我猜測它用於處理主PCB的電源以及訊號通訊,包括與四個頂部開關、每個開關旁邊的麥克風以及圍繞於其周圍的LED燈環之間通訊)。

現在,卸下將PCB連接到其下方組裝的三顆螺絲(同樣是T6 Torx)。

成功!

圖6:從上半組裝可一窺電源輸入和類比音訊輸出連接器。

現在拆下來主PCB的另一面,這一面相對而言較乏善可陳,除非你對被動元件和測試點比較感興趣。

將主PCB翻過來看看,應該會比較有趣(至少對我這個喜歡數位化的人如此)。

首先,注意兩個端子P1和P2。回顧一下PCB拆卸後剩下的組裝部份,那裡有兩個相匹配的「著陸墊」(landing pad)。我猜測這是放大後的正負音訊訊號從PCB傳遞到揚聲器的方式,這意味著PCB上某處必有DAC和放大器(可能是D類放大器)。仔細觀察一下,確實可以窺見德州儀器(TI)的TAS2770音訊晶片。

圖7:主PCB的另一面只有被動元件和測試點。

電源輸入和雙通道類比輸出連接器在板上也佔據了很大位置。當然,更明顯的是中間的法拉第籠,之前曾提到過。撬開它之後就可以看到更多粉色的散熱「材料」,這用指甲清除一下即可。

終於可以清楚地看到裡面的晶片了。

聯發科技(MediaTek)的MT8516BAAA應用SoC是整個系統的「大腦」(這也解釋了為什麼我稱其為「主」PCB),它搭載了1.3GHz四核64位元Arm Cortex-A35處理器叢集。有趣的是,第二代Echo Dot中採用了搭載1.5GHz四核心Arm Cortex-A53的聯發科技MT8163,第四代反倒降級了(至少文獻中有記錄,而且從時脈速度的角度來看也是如此)。伴隨在旁的是海力士(SK Hynix) H9TQ32A4GTMC模組,它在同一個封裝中組合了1GB DRAM和8GB NAND快閃記憶體(Flash)。在針對第三代Echo Dot的拆解中,可以找到內部還有一個類似的三星(Samsung)多晶片記憶體「夾層」(KMFN60012M-B214)。

圖8:終於可以清楚地看到裡面有TI、聯發科等各種晶片了。

接下來,讓我們看看上半組裝的其餘部份。在拆下PCB之前,先卸下PCB下方的兩顆T6 Torx螺絲。我甚至連固定揚聲器的四個十字螺絲都卸了下來。

但是什麼都動不了。一陣沮喪之後,我重新檢查了一遍整個組裝,最後發現在揚聲器兩側還有另外兩個深嵌在內的T6 Torx螺絲。這一次,iFixit Torx套筒螺絲起子套件也無法因應這項特殊挑戰;所幸我已經購買了Torx螺絲起子套件。

圖9:利用Torx螺絲起子套件,拆開上半組裝的其餘部份。

就算拆下了這兩個螺絲,也沒能讓我深入組裝內部(儘管看得見揚聲器接線及其佈線位置,這證實了我先前對音訊端子對的猜測);黑色塑料部份似乎牢固地黏在金屬件上。我只好將頂部的控制面板從另一側取下來。

圖10:將頂部的控制面板取下來看看內部電路設計。

首先:斷開之前特別提到過的軟性PCB電纜另一端(它的另一端是哪裡這裡不再贅述了,之前我也已經猜到過了。)

下一步:拆下另一個法拉第籠。

第三步:再次清除更多的散熱材料。然後就可以看到聯發科技的MT7658CSN雙頻Wi-Fi和藍牙控制器,其雙嵌入式天線位於PCB邊緣的兩側。

第四步:拆下四顆T6 Torx螺絲固定的白色塑料環,然後就可以看到其下的東西。

圖11:拆下另一個法拉第籠,再清除散熱材料,可以看到PCB上的更多元件。

在其周圍清晰可見12個多色LED。從其佈線路徑可以想見,這些LED由一角的‘T4125 3236A’晶片(這型號可把我難倒了,你們知道是什麼晶片嗎?)進行管理。對角是一個74LCX74雙D型正邊緣觸發的觸發器,有人猜測該觸發器用於控制麥克風的靜音功能。在這兩個晶片之間是兩個TI TLV320ADC3101立體聲ADC,每個ADC都整合了一個嵌入式DSP,用於轉換和預處理麥克風(四個金色MEMS裝置靠近邊緣,每個象限都有一個)的輸出。

圖12:周圍清晰可見12個多色LED。

將PCB翻過來,還可以看到更多東西。

值得注意的是,聲音通孔連接至PCB另一側的麥克風。向上、向下音量控制開關比較簡單;左側的麥克風控制按鍵兩側各有一個LED,當Echo Dot處於靜音模式時,該LED以及裝置周圍的一圈LED均為紅色。我確定右邊開關旁邊是一個環境光感測器,可以根據環境照明條件來調節LED的輸出。

最後,一起來看看頂部面板的底面,與開關按鍵和麥克風通孔對應的位置,其邊緣是一圈半透明環,這讓LED的光可以穿透出來。

圖13:頂部面板及其底面。邊緣一圈半透明環可讓LED光穿透出來。

(參考原文:Teardown: Amazon Echo Dot gets improved sonic performance,by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年6月號雜誌

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發表評論

  1. jy_chang-accton-com表示:

    LED由一角的‘T4125 3236A’晶片 : 是 ISSI 的 IS31FL3236A ? https://www.mouser.tw/datasheet/2/198/IS31FL3236A_DS-1949575.pdf