拆解Google Pixel Buds Pro耳機：主動偵測雜訊

作者 : Brian Dipert，EDN專欄作者

我目前擁有Google共三代的耳機品牌產品，但獨缺現仍銷售中的A系列Gen2系列。在下方圖片右邊的是第一代(約在2017年10月生產)產品Pixel Buds，它只是在與音訊源的連接上採用「無線」設計(仍保留了一根連接耳機的線)，中間是兩年後的「真無線」後續版本(也被稱為Pixel Buds)，右邊則是最新的Pixel Buds Pro，也是今天的待「拆解」對象：

事實上，Google最初的入耳式無線耳機並未能達到新一代產品的目標要求。A系列則不僅價格昂貴，後來還採取明確的步驟以解決其不太嚴重的失誤以及第2代前驅材料的權衡問題，但仍存在以下幾個問題：

• 電池壽命有限
• 時好時壞的連接能力
• 使用過程中，背景還會發出「嘶嘶」聲

當然，其設計也還徘徊在第一代耳機產品的「有線」之間。

正如眾多評測所證實的，Google憑藉Pixel Buds Pro在諸多方面(除了價格)都取得了重大進展。推崇這款產品的幾個例子如下：

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

這些評論很大程度上與我迄今的體驗相符。正如長期讀者們所知，我手邊還有其他幾個無線裝置選項可用於比較，包括亞馬遜(Amazon)的第二代Echo Buds (但很少使用)，蘋果(Apple)的第一代AirPods和AirPods Pro，Apple子公司Beats的PowerBeats Pro和Studio Buds、Jabra的Elite 75t以及Sennheiser的Momentum True Wireless 2。我對Echo Buds Pro的唯一批評是，其降噪效果與Elite 75t並不匹配(但這是一邊聽音樂一邊打掃房間時的測試)。不過，其軟體報告二者之間「搭配」良好：

也就是說，二者很接近，而且比其他幾個更好，所以沒有所謂破壞交易的投訴！而且聽起來也不錯。通話時的麥克風性能非常出色；the Verge也對此表示贊同。價格呢？199美元的建議零售價確實「有趣」，特別是當競爭激烈的Amazon Echo Buds建議零售價比它低80美元，或甚至當你買到特價的Echo Bud時，這一建議零售價看起來會更高2倍。

Google如何實現這些顯著的進步和最終結果？讓我們一探究竟。其實我手邊有兩套Pixel Buds Pro，其中的第二套(準確地說，僅拆解左耳機)將於今天進行拆解。如同往常一樣，讓我們從一些外包裝照片開始：

從耳機盒的背面取下兩條膠帶，打開頂部，耳機的外殼映入眼簾(但仍然裹著封條以保持其封閉狀態)：

盒子頂部標籤的特寫：

將盒子從其底座環境中取出來：

在其下可以發現幾個不同尺寸的備用耳機塞，以及兩份憑證：

但我們真正關心的是盒子裡的東西，對吧？照例附上一個0.75吋約19.1mm直徑的1美分硬幣，以比較其大小：

USB-C充電連接介面(這款耳機支援IPX2的防汗和防水性能，耳機本身的防汗和防水性能為IPX4)：

現在看看裡面：

你可能馬上就注意到，相較於其第二代Pixel Buds (及A系列的後續版本)，Pixel Buds Pro並不包括軟性「耳機套」以輔助耳機插入耳朵時加以固定。我從來都不是這種「耳機套」的粉絲，所以很歡迎這種改變，但使用時也從來沒有遇到過脫落的問題。

說到脫落，就讓我們把他們先拆出來吧：

從這兩個耳機的照片顯示，其中兩個麥克風輸入通風口整合至圓形上蓋(順便說一下，共有四種顏色供選擇：珊瑚色、檸檬草綠、霧色，還有我這款木炭色)，第三個麥克風輸入孔位於耳機本體，插入時對著耳朵內部的下曲線。這看起來是個奇怪的位置選擇，並未直接接觸到外部世界的聲音，這讓我最初認為它可能是一個低音(和減壓)埠。但產品明確定義其規格，每個耳機都包含三個麥克風，所以必須如此設計。

這是另一個從不同角度拍攝的兩個耳機。充電觸點很明顯，「左」和「右」也都清楚地標示了。我想說耳機使用時令我非常抓狂的事，就是幾乎無法分辨出每只耳朵對應的是哪一只 (特別是在光線較差的情況下，加上我的老花眼就更難辨認左右了)。因此，這些耳機的優點就是避免了這些問題。

這是左耳耳機拿掉軟性耳塞的樣子：

從另一個方向來看，清晰地顯示檢測每個耳機是否插入聽者耳內的整合型紅外線(IR)感測器。在此我也想提出一個細微差別是Pixel Buds pro與其前一代和許多競爭對手產品的不同，它並未整合單獨的專用IR感測器來辨識每個耳機何時插入充電盒。耳機外盒本身透過「霍爾效應感測器」(Hall Effect)來辨識是否開啟；也許耳機本身也有類似的效果，或者耳機中唯一的IR探測器內建雙重功能。

另一點也值得注意，第一眼看到的產品代碼(GQGM1)就印在揚聲器通風口外殼的邊緣。有趣的是，至少對我來說，左右(GA34L)耳機都有不同的產品代碼，以及不同的FCC ID (左耳機為SZGGQGM1，右耳機為SZGGA34L)，反映其獨特的認證過程和報告。

接下來是兩個麥克風輸入通風口整合至圓形上蓋的後續觀察；麥克風本身用於主動降噪，或者「透明度」功能。順道一提，在“G”右邊的那個點算是一個令人失望的外觀缺陷，但不至於影響功能。它的右耳機並沒有這個點，我的另一套耳機也沒有這樣的一個點。

這是前面提到的第三個麥克風輸入口：

但在開始切入之前，還有另一個視角也來看一下：

讓我們開始拆吧！

讓我們先仔細看看圓形上蓋的下面：

從最大的IC頂部移除泡棉後發現，我的下刀動作在無意中剪斷了其中一角：

這是「執行Google開發演算法的客製6核心音訊晶片，所有的演算法都由我們公司內部的音訊工程團隊調整」，這段文字引用於2022年5月中旬產品發佈的部落格文章：

圓形PCB的兩側是金色的MEMS麥克風(製造商未知)，其通風口通向PCB的另一側；你很快就會知道他們下一步要去哪裡。圍繞著PCB的周圍是金色的藍牙天線，它是這一代顯著改善無線連接能力的關鍵因素。

當然，當耳機組裝好後，還有一些連接器會與此「三明治夾層」另一側的配對耳機搭配。然而，可悲的是，這裡的其他東西要麼是被動式的—帶有神秘方形底座的圓形物體——或者帶有未知來源與未知功能的神秘IC。所以，讓我們看看另一面：

右邊的蓋子下方是可以控制音量、暫停/播放、下一曲/上一曲音軌的切換、接聽和終止電話，以及其他耳機功能的電容式觸控感測器。其帶狀電纜實際上並未直接連接至其上的PCB——它在最初拆卸蓋子的過程中被無意割傷了——通常連接到前面所示耳機本體的連接器。另外還要注意的是右上象限的金色矩形區域；它前面提到可在左邊PCB看到「方形底座的神秘圓形物體」之另一側尖點相搭配。我猜測尖點元件用於將感測器接地到耳機的其他電路，但也歡迎讀者在評論中對此提出討論。

而在PCB的這一側，也是最大的IC——即Synaptics代號“Tahiti”的AudioSmart AS33970耳機平台SoC。在其新聞稿中提到：「高度整合的架構具有主動雜訊消除(ANC)和環境雜訊消除(ENC)混合功能[編註：我不太懂Synaptics為什麼要區別這兩項功能]，可在提供優質音訊品質的同時，顯著降低系統成本、規模和複雜性。」此外，「AS33970耳機SoC提供基於Synaptics神經處理單元(NPU)的靈活性來使用特定用例的深度神經網路(DNN)模型，在極端嘈雜的環境中提供ENC和混合ANC。」新聞資料中並提供深度學習推論的協同處理器圖表。但我好奇的是音訊處理的哪些部份發生在「執行Google開發演算法的客製6核心音訊晶片」中，而不是發生在Synaptics SoC？

在PCB的這一側還能看到什麼？其實並不多。例如，您可能已經注意到，在移除PCB的過程中，我再度不小心剪掉了另一晶片的一個角。仔細觀察剩餘的晶片碎片，以及FCC網站上有些模糊的影像(右邊耳機的內部照片較清晰)，儘管這些標記並不確定，但可以看到頂端的一些標記：

MX
20357
EWX
K 203
VFD

“MX”理論上顯示它可能來自非揮發性記憶體製造商旺宏電子(Macronix)，因此，該晶片理論上保存了系統編碼、預訓練深度學習模型等，但我在供應商官網上並沒找到相應的產品型號。它可能是Google和/或這個產品的客製晶片。

當然，在PCB的兩側都有麥克風通風口螢幕，它們與圓形上蓋本身的墊圈(和另一組螢幕)搭配。此外，在PCB的這一側還可以看到環繞的藍牙天線。此外，其他不是被動元件就是未知來源且具有未知功能的加密晶片。因此，我在此列出可能由剩餘IC處理的其他常見的耳機功能：

• D類放大驅動動態揚聲器(理論上可能在上述Synaptics Tahiti方塊圖中所示的「後處理單元」和「類比子系統」模組中進行處理)
• 電池充電和整體電源管理
• 觸控辨識和整體系統控制。在iFixit的第二代Google Pixel Buds拆解中，這兩項功能之前都可能由意法半導體(STMicroelectronics)的MCU解決；同樣地，這些功能也可以由Google先前提到的SoC處理)
• 藍牙收發器

換成更大尺寸的耳機後，我很遺憾地只能留下更多令人失望的結果：

無論如何，我都無法(安全地)把鋰離子電池撬出來；熱風槍的熱輔助也無法讓黏合劑鬆動。我坦承自己並沒準備好面對一場刺激的爆炸(儘管我把電纜和連接器從電池下面移開，還是擦出了

一些火花)。而且，我也沒有高級的聲波切割機可用，無法快速切割厚厚的塑膠外殼(但這也存在潛在「火災」後果)。所以，我能提供給讀者的是以下四個拆除後揚聲器通風口的拆卸照，它帶有一個奇怪的感測器結構：

為了瞭解更多資訊，我將再次向您推薦左右耳機FCC報告套件的內部照片(順便說一句：我的理論是FCC提供的是未組裝的單元，以供拍照，但也承認可能只是嫉妒其較熟練的拆卸技能)。此外，這些照片包括之前提到神秘的第三個麥克風，當我進入產品說明頁面時，其獨特的功能在其意想不到的位置變得清晰了。

就在那裡，我看到它被標識為「語音加速計」(voice accelerometer)，這一詞是我以前從未遇到過的。

還記得我11月中旬關於耳機的文章嗎？在那篇文章中，我介紹了基於骨傳導的產品作為一種驅動程式選項。

骨傳導耳機…直接放在聽者的顴骨上。相較於傳統的耳機和耳機，耳膜不會振動而將資訊傳遞到耳蝸。相反地，來自骨傳導的振動是耳蝸的蜂線。由於缺少鼓膜的介入，這項技術對聽力缺陷的人很有好處，因為骨傳導振動代替了鼓膜。

接下來，回顧我在11月底關於麥克風技術的文章，我寫道：「可能有些讀者已經注意到，我有時通常會把揚聲器和麥克風都稱為換能器(transducer)，因為它們在聲波能量和電能之間進行轉換。畢竟，你也可以選擇使用被動式揚聲器作為動態麥克風，但它異竟不太敏感且頻率範圍也不廣。我認為你也可以使用動態麥克風作為揚聲器，只是它很容易過度使用而導致損壞。」

把「兩兩結合」研究後發現，骨傳導技術也可以作為麥克風實現的基礎。Pixel Buds Pro耳機的第三個麥克風靠在內耳上，可能不會直接暴露在外界的聲波中(如用戶的發聲)，但它會交替位於用戶的下巴和口腔附近，使其能以這種方式接收使用者的聲音。太棒了！但諷刺的是，就在昨天，我偶然看到Slashdot的一篇文章，討論了傳統加速度計如何普遍地安裝在智慧型手機上，以及這些加速度計如何遭惡意行為者竊聽到從這些裝置的揚聲器所發出的聲音。根據這一點，Pixel Buds Pro規格頁面還包括整合加速度計和陀螺感測器功能的清單，據我所知，這兩種功能目前都沒有被軟體利用，但能夠實現步長計數和空間音訊等功能。

(參考原文：Google’s Pixel Buds Pro earbuds dissected: Noise is (finally) actively detected，by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2023年4月號雜誌