Метка: Engineering

Очень интересное видео про то, как устроены наушники Apple Airpods (в комментах). Можно почитать, а можно мне просто поставить лайк и идти за оригинальным видео в комменты. Там с картинками!

Аккумулятор. 6 часов работы, но емкость всего 2% от емкости аккумулятора iPhone. «Мертвые зоны» в батарее, приводящие к снижению времени работы, могут возникать из-за резких перепадов температур или даже обычного падения наушников на пол. Там такой очень плотный «слоистый пирог» из пары дюжин слоев анод-катод. Акки поддельных AirPod или дешевых аналогов сильно хуже. Физика: Плохая упаковка означает меньше активного материала и меньше ионов лития, перемещающихся в каждом цикле => снижается плотность энергии и увеличивается внутреннее сопротивление => больше энергии теряется в виде тепла => аккумулятор изнашивается быстрее.

Антенна. Находится в ножке, потому что человеческая голова сильно глушит сигнал. Но в ножке мало места. Металлическая полоска-антенна, размером 2 мм на 10 микрон(!). Это тоньше человеческого волоса. При таком размере она не может самостоятельно держать форму. В другой потребительской электронике антенны можно вытравить на печатной плате, но это ограничивает их двумя измерениями. В ножке AirPod для этого недостаточно места. Поэтому Apple использует хитрое решение. Они встроили антенну в поверхность литой пластиковой цилиндрической детали. Там хитрый токопроводящий пластик — с добавлением металла. Лазер гравирует точную форму антенны в виде небольших каналов с шероховатой поверхностью. Затем эта канавка подвергается гальваническому покрытию, сначала медью, а затем покрывается золотом для защиты от коррозии. В результате получается прочная проводящая дорожка, которая соответствует 3D-геометрии литой детали, что было бы невозможно создать с помощью традиционных методов обработки. Пластик не просто поддерживает антенну конструктивно. К нему прикреплены другие компоненты, такие как кабель, который обвивает ножку для подключения антенны к чипу Bluetooth, датчик давления в ножке.

Микрофон. В AirPods не электретные микрофоны, а MEMS: «микроэлектронный» вариант конденсаторного. Ну собственно, это не только Apple — любые современные TWS-наушники, если только не самые дешевые. То есть, современные микрофоны делают по той же технологии, что и типы — фотолитография, слой за слоем, только в этом случае это механическое устройство, с рассчитанными полостями и гибкими слоями. Отдельно интересно как делают полости — делают отверстия, через которые внутрь проникает травильный раствор и растворяет жертвенные слои диоксида кремния.

Из-за такого микроскопического размера микрофонов там несколько. Но зачем нужно больше одного микрофона? Внизу AirPods вы увидите небольшую сетку, которая позволяет воздуху поступать во второй микрофон. Когда вы говорите, ваш голос достигает обоих микрофонов, но не одновременно. При разнице всего в несколько миллиметров чип может обнаружить задержку в шесть микросекунд между тем, как ваш голос достигает каждого микрофона. Этого достаточно, чтобы определить, откуда исходит звук, и сфокусироваться на нем. Поскольку он точно знает, на каком расстоянии находятся микрофоны, чип может сравнить каждый сигнал и усилить ваш голос во время звонков.

Третий микрофон — для шумоподавления. Он расположен прямо перед динамиком, внутри вашего уха.

Микрофоны потребляют около 130 мА, что быстро разрядило бы аккумулятор, если бы они были всегда активны. Вот почему они включаются только тогда, когда вы делаете звонок или используете шумоподавление. Но AirPods всегда ждут запроса к Siri. Как это возможно без постоянно активных микрофонов? Там хитрое решение. Внутри той части, что находится в ухе, спрятан небольшой датчик — акселерометр. Это тот же тип датчика, который используется в телефонах для определения ориентации. Но здесь он служит другой цели. Вместо измерения ориентации он ощущает вибрацию. Когда вы говорите, ваш голос проходит через вашу челюстную кость. И эту вибрацию улавливает акселерометр. Этого сигнала с низким энергопотреблением достаточно, чтобы разбудить систему и активировать микрофоны, когда он чувствует, что вы хотите активировать Siri. Прикиньте, а?

Звук в AirPods настраивается не «на слух», а на основе научной модели «идеального звука» (кривая Хармана), которая описывает, какое сочетание частот большинство людей воспринимает как наиболее приятное. Для этого там есть сложная рассчитанная система вентиляционных отверстий и сеток — для управления потоками воздуха, который предотвращает возникновение неприятного «гула» или резких звуков внутри ушного канала. Крупнее ячейки — проходит больше воздуха, меньше — меньше. Получается такая сетка, ее видно как черные фигни на белом наушнике — сняла я думал, это для красоты. Нет, это как раз та самая сетка. Но при этом нужно же какую-никакую влагозащиту делать, а тут сетка дырявая. Утверждается, что там какое-то нанопокрытие, отталкивающее воду.

Bluetooth. Почему он такой помехозащищенный. Оказывается, там используется технология скачкообразной перестройки частоты (Frequency Hopping). Устройства Bluetooth быстро переключаются между различными каналами много раз в секунду и адаптируются под результат.