第二代Echo Buds如何实现更小巧、更卓越的性能
笔记本、平板和智能手机常常占据科技头条，但这些产品目前已趋于成熟。相反，更小巧、更个人化的设备正经历着迅猛的迭代与创新浪潮。蓝牙无线耳机市场竞争异常激烈，既有售价低于50美元的简约功能产品，也有价格高达400美元、功能齐全的高端设备。
首代Amazon Echo Buds于2019年亮相，其后续产品第二代Echo Buds于2021年4月推出。研发团队在几乎所有方面对第二代耳机进行了改进。本文将带您深入了解工程团队在创造最新一代Echo Buds时所面临的独特挑战，以及他们如何利用科学研究驱动基础创新来克服这些难题。最终，团队成功以120美元的价格，推出一款功能丰富、可与高端市场产品竞争的产品。
Atif Noori是两代Echo Buds的首席产品经理。秉持着以客户为中心的理念，他表示最新款Echo Buds的设计始于对客户需求的深刻理解。“我们从客户的需求出发，逆向构建一套产品需求。然后，我们与多个才华横溢的团队合作，交付一款深受喜爱的产品。”他说。
客户渴望的是卓越的音质、舒适的佩戴、长效的电池续航以及与智能手机出色的连接性。当然，这些需求之间往往相互制约。在高端耳戴设备市场，客户还期望主动降噪和基于云的语音服务（如Alexa）等高级功能。
考虑到这些客户期望，这些豆子大小的无线耳机无疑是工程挑战的集大成者。在保持连接性能、控制设备温度、满足客户对电池续航期望的同时，增加更多功能并缩小体积以提升佩戴舒适度，是一项艰巨的挑战，但工程团队表示他们乐于接受这项挑战。
Amazon Lab126的首席系统架构师Milos Jorgovanovic指出，尺寸和成本是永恒的限制因素。通过大量的创新和组件集成，工程师们成功打造出一款比第一代Echo Buds体积缩小21%，同时成本保持不变的产品。
这一切始于处理器，或者用工程师的行话来说，即硅芯片，它们是设备的核心。要使设备更小，工程师需要减小电池尺寸。这本身很容易做到，但团队还必须确保不降低设备的电池续航时间。
“实际上，关键在于硅平台本身的功耗，”Jorgovanovic说。“同时，我们基本上是在尝试以更低的功耗和成本提供高端功能。”
对于第二代Echo Buds，团队与制造商合作，重新设计了主蓝牙芯片和音频协处理器，使得这两个组件能够执行第一代设备中五个独立组件的任务。
“我们基本上将音频和Alexa处理的功耗降低了至少一半，”Jorgovanovic说。
与此同时，Alexa聆听用户语音的能力也得到了提升。
Amazon于2014年11月随初代Echo和Alexa的推出开创了语音品类，因此最新款Echo Buds提供无缝的Alexa功能也顺理成章。借助Alexa，用户不仅可以播放音乐和拨打电话，还能设置提醒、查询信息，甚至在某些城市规划公共交通路线、获取他们要赶的火车或公交信息，所有这些都无需掏出手机。
“如果客户想随身携带Alexa，他们完全可以做到，并享受与家中Echo设备相同的体验，”Noori说。“但不仅如此。这些响应是针对外出场景量身定制的。例如，你可以让Alexa在你到达Whole Foods时提醒你买芝麻酱。在一些商店里，你甚至可以问Alexa芝麻酱是否有货，或者它在哪个过道，这非常棒。”
实现所有这些功能不仅需要与云端集成，还需要大量的设备端处理。Jorgovanovic表示，新处理器的改进使得这一切能在更低功耗下完成。
“我们在其中放入了一个更好的数字信号处理器，但第二个、也是更重要的部分是，这颗芯片的设计允许非常积极的频率和电压调节，”他说。“这意味着，如果设备基本上处于待机状态，处理任务很少，我们就能够降低该芯片的频率和电压，使其消耗更少的能量。”
如果用户说话，例如问朋友“嘿，Jason，你好吗？”，设备会进行少量处理来判断用户是否说了“Alexa”。如果用户确实说了“Alexa”，数字信号处理器会进一步加速，提高电压、提升频率，并开始更复杂的计算。此时设备正在处理Alexa事件——信息被发送到云端，然后在收到回复时播放。
“我们基本上有这些处理级别，并且我们将处理器的频率和电压设置为与所需处理量相适应的水平。这是我们在第二代产品中为降低功耗所做的两件主要事情之一，”Jorgovanovic解释说。“第二件大事是通过在两个耳塞之间的蓝牙协议上进行创新，将更多功能集成到主蓝牙SoC中，这减少了组件数量和用于互联的功耗。总体而言，我们将设备总功耗相比第一代Echo Buds降低了超过35%，特别是针对音频和Alexa处理的数字信号处理器功耗，至少降低了一半甚至更多。这真是太棒了。”
降低处理器功耗还带来了另一个好处：减少发热。“因为我们集成了如此多功能，所以必须考虑散热问题，”Noori说。“这不像你可以添加散热片或大散热器。它需要仔细的仿真和设计。”
除了硅芯片，尺寸和成本的另一个主要限制因素是天线。
连接性是蓝牙无线耳机的一个难点，因为它们部分隐藏在耳朵里。而且，虽然耳朵能阻挡某些频率，但人体本身也能有效阻挡信号。用户的智能手机需要连接其中一个耳塞，然后两个耳塞之间需要以尽可能低的延迟相互传输数据包。
“这非常重要——两个耳塞的同步——因为我们的听觉对此非常敏感，”Jorgovanovic说。“大约一百微秒的左右耳延迟就很容易被察觉。结果是，用户会感觉到声音不是来自正前方，而是来自某一侧。”
高级天线设计工程师Balamurugan Shanmugam表示，连接性问题对所有可穿戴设备都是一个挑战。
“这本质上是一个物理问题，对吧？我的意思是，这并非某中心独有的问题。任何从事穿戴式设备工作的人，甚至只是研究诸如无线起搏器等医疗设备的人，都会遇到同样的问题，”他说。
Shanmugam面临的挑战是在更小的空间内改善连接性。他的团队初次尝试解决这个问题时开发了一个方案，但制造成本过高。是时候开发一个新颖的解决方案了。
正如工程师能够减少设备中的处理器数量一样，他们也能够集成功能以适应新天线。天线的最佳位置在设备正前方中心，但这也是用户期望进行点按或手势操作的位置。在第一代Echo Buds上，触摸传感器和静电放电电路占用了天线需要用来最大化无线性能的位置。为了解决这个问题，工程师们发明了一种集成了天线、触摸和静电放电子系统的综合天线设计。
“最新的Echo Buds集成了天线、触摸和静电放电功能，以优化无线性能，”Shanmugam说。
Noori表示，连接性是新一代Echo Buds中脱颖而出的特性之一。“这些设备的连接性非常稳定；我确实为连接性能感到自豪。我认为我们在这方面做得很好。”
未来还有更多可能性。“我认为在耳机上可以做的有趣事情远不止基本的音乐播放，”Noori说。“我们将继续为客户进行创新，并推送软件更新。Echo Buds会随着时间的推移不断变得更好、更智能。”FINISHED
