AirPods – как Apple это сделала?

AirPods – как Apple это сделала?

Мы помогаем нашим клиентам разрабатывать передовые продукты и услуги на их рынке.

Как Apple это сделала?

Хотя есть продукты, которые утверждают, что имеют действительно беспроводные наушники, отзывы о них не так хороши. Теперь у нас есть AirPods от Apple. Я надеюсь, что инженеры Apple решили все проблемы, с которыми сталкивались другие, и что настоящие беспроводные наушники скоро получат широкое распространение среди потребителей.

А пока они этого не сделают, давайте без зазрения совести взглянем на:

  • Проблемы дизайна беспроводных наушников
  • Как можно преодолеть эти проблемы
  • Мои мысли о наиболее вероятном технологическом подходе Apple

Рискуя заявить очевидное, основная проблема проектирования любой беспроводной системы заключается в следующем: избавиться от кабеля. Многие вещи, которые невероятно легко сделать через проводное соединение, становятся гораздо более сложными, когда вместо этого используется радиосвязь. Apple AirPods – не исключение. Чтобы сделать их по-настоящему беспроводными, Apple не просто перерезала шнур между телефоном и наушниками, но и между двумя наушниками.

Это представляет собой интересную конструктивную задачу: передавать радиоволны вокруг или через голову человека безопасно и без чрезмерного энергопотребления. К сожалению, радиоволны плохо распространяются через человеческое тело в целом, особенно через кости и воду черепа. Еще один эффект потери проводного соединения между наушниками заключается в том, что синхронизация воспроизведения между ними, что важно для любого воспроизведения стереозвука, теперь сама по себе становится проблемой дизайна. Наконец, Apple рекламирует полные пять часов непрерывного воспроизведения без подзарядки. Это смело. Какие бы решения ни использовались для решения этих задач проектирования, они должны быть с невероятно низким энергопотреблением, а иногда и с некоторыми.

Вероятно, стоит упомянуть, что, хотя Apple хорошо известна своим пренебрежением к взаимодействию, сложные системные решения, такие как AirPods, действительно должны быть совместимыми. Решение конкретной проблемы при сохранении соответствия стандартам и целевым показателям производительности является действительно интересным делом – часто одной из самых сложных задач проектирования в любом проекте.

Так как же Apple это сделала?

Поскольку в некоторых сообщениях в Интернете утверждается, что AirPods совместимы с устройствами Android, кажется вероятным, что Apple развернула совместимый со стандартами Bluetooth. Также вероятно, что они приняли подход «стандарты плюс» – добавив проприетарные расширения для улучшения взаимодействия с пользователем на всех устройствах Apple, например, сопряжение при открытии корпуса. Верно это или нет, но использование проверенной технологии с таким широким проникновением на рынок – разумный выбор. Это позволило бы инженерам Apple сконцентрироваться на конкретных задачах своего варианта использования – прямой беспроводной связи и очень низком энергопотреблении – при наследовании или заимствовании решений системного уровня, существующих сегодня.

Это также обеспечит совместимость, которая может предотвратить привязку к поставщику, которой Apple будет пользоваться, но означает, что клиенты, вероятно, будут намного счастливее. И кто знает, пользователь Android может быть настолько впечатлен производительностью ее новых действительно беспроводных Apple AirPods, что может выбрать iPhone для своего следующего смартфона.

Как Apple смогла добиться пятичасового воспроизведения в таком ограниченном форм-факторе?

Apple уже демистифицировала это для нас, чип Apple W1 – это сердце и душа AirPods. Утверждается, что W1 – это специальный беспроводной чип. Основываясь на рекламных фотографиях Apple, официальных характеристиках размеров / веса AirPod и объемной плотности мощности аккумулятора Apple iPhone 6 Plus, я считаю, что каждый AirPod имеет аккумулятор емкостью 70 мАч. Полезная емкость каждой батареи, конечно, меньше, чем значение, указанное в таблице, но даже при использовании 90% достижение пяти часов воспроизведения – непростая задача. Это сводится к среднему потреблению тока 12,6 мА или меньше при потоковой передаче звука AAC через Bluetooth, декодировании и воспроизведении. Текущие высокоинтегрированные чипы Bluetooth потребляют примерно на 50% больше.

Беглый взгляд на доступные радиомодули и микросхемы контроллеров Bluetooth показывает нам, что существующая классическая технология Bluetooth основана на конструкции и процессах, которым зачастую от 5 до 7 лет. С тех пор многое изменилось в сфере полупроводников и ВЧ-микросхем, что позволило уменьшить размеры, снизить энергопотребление и повысить производительность.

Весьма вероятно, что для достижения пятичасового времени воспроизведения Apple решила разработать собственное однокристальное, высокоинтегрированное аудиорешение Bluetooth. Это трудоемкая и сложная инженерная задача, поэтому руководство Apple решило немало. Здесь, в Cambridge Consultants, мы помогаем клиентам достигать аналогичных целей, разрабатывая индивидуальные конструкции ASIC, соответствующие их потребностям. Фактически, 16 лет назад компания Cambridge Consultants создала маломощную интегрированную ВЧ-микросхему ASIC, которая послужила основой для микросхем Cambridge Silicon Radio (CSR) Bluetooth Audio, которые в первую очередь позволили использовать беспроводные гарнитуры Bluetooth. Добавленная стоимость инвестиций в индивидуальный дизайн ASIC, особенно когда требуются высокая производительность и низкое энергопотребление, часто оправдывает инженерные затраты на разработку.

Но низкое энергопотребление бесполезно, если Apple не может отправлять музыку с одного AirPod на другой. Это еще одна область интереса для нас в Cambridge Consultants, где мы создаем прорывную технологию внутрикорпоративных антенн для передовых медицинских устройств, подключенных к Интернету. Но форсировать радиосигналы через голову непрактично, а в некоторых случаях может быть небезопасно. Существует два основных подхода к передаче радиоволн, и у каждого из них есть свои преимущества и недостатки.

Самый простой способ передать звук на второй AirPod – использовать переадресацию Bluetooth. Это испытанный подход между двумя устройствами Bluetooth. Он не требует дополнительного оборудования, дополнительного стека или программной поддержки нового протокола. Однако Bluetooth не может проходить через голову, и волны Bluetooth не могут распространяться вокруг головы. Это не значит, что такой подход не работает. Фактически, при использовании радио внутри помещения радиоволны отражаются от объектов, стен и потолков, создавая путь для Bluetooth, чтобы переходить от одного AirPod к другому. Другое дело – выступление на улице. Мягко говоря, производительность может отличаться, и, вероятно, она будет крайне низкой, например, посреди большой лужайки с травой.

Второй очень популярный подход – это использование магнитной индукции ближнего поля (NFMI), подход, аналогичный индукционным петлям для слуховых аппаратов. Этот подход работает во всех средах, поскольку он использует магнитные сигналы, которые проходят через голову пользователя с минимальными потерями. К сожалению, они работают на частотах, совершенно отличных от частот Bluetooth, и требуют очень сложной ВЧ-конструкции, чтобы вписаться в такой небольшой форм-фактор. Дополнительный радиочастотный интерфейс, требования к программному обеспечению и конструкция антенны делают этот вариант менее привлекательным и менее вероятным для достижения агрессивных целей по мощности, установленных Apple.

Фактически, установка радиомодуля Bluetooth и NFMI на такой малый форм-фактор, как чип W1, и обеспечение производительности антенны в таком малом форм-факторе, как AirPods, делают NFMI маловероятным кандидатом на конечный дизайн Apple.

Мы еще не знаем, как AirPods работают для людей на открытых пространствах, и нам придется подождать и посмотреть, удалось ли Apple решить эту проблему. Писатель Wall Street Journal, написавший в целом положительный отзыв о предварительных версиях устройств, сказал: «… Я испытал несколько отказов в использовании моих AirPods на улице». Тем не менее, мы можем предположить, что Apple могла сделать, чтобы на них работало чистое решение Bluetooth.

Я подозреваю, что Apple объединила полностью совместимое со стандартами и существующее решение, основанное на перенаправлении Bluetooth (со всеми его преимуществами взаимодействия и недостатками производительности) с проприетарным подходом при использовании новейших устройств iOS для решения существующих проблем решений.

Apple, вероятно, сделала самое умное, что могла сделать команда инженеров, столкнувшись с очень сложной задачей – отступить и найти другой способ обойти ее. Мы делаем это постоянно здесь, в Cambridge Consultants. Иногда самые сложные проблемы могут быть преодолены нашими междисциплинарными командами, если сосредоточиться на конечной цели и найти все возможные способы ее достижения, вместо того, чтобы сосредоточиться на том огромном препятствии, которое нам поставил один из способов.

Итак, как передать музыку с одной стороны головы на другую, через голову самым простым, быстрым и надежным способом?

Возможно, вы этого не сделаете.

Задача инженеров Apple – обеспечить синхронизацию звука с обоими AirPods, а не передать его вам в голову. Решение проблемы через голову может быть интересным, но на самом деле это не обязательно. Лучшее инженерное решение, когда совместимость не имеет значения, – не отправлять что-либо между двумя AirPods. За счет более сложного программного решения на стороне устройства iOS устройство отправляет данные в оба AirPods и выполняет синхронизацию между ними.

Совместимо ли это с Bluetooth? Возможно, именно так, даже если Apple использует некоторые настраиваемые профили управления или, может быть, даже протокол iAP 2 для синхронизации устройств. Такой подход будет работать только с iOS, но использование совместимого со стандартами Bluetooth и сохранение существующих решений для перенаправления Bluetooth позволит AirPods работать с любым устройством с поддержкой Bluetooth.

Независимо от конкретного дизайнерского решения, которое использовала Apple, ясно, что они нацелены на развивающийся рынок слуховых аппаратов и стремятся оживить рынок персонального аудио.

В ближайшие недели мы узнаем больше о том, как разрабатывались AirPods, а пока что вы думаете о моих обоснованных предположениях? Дай мне знать в комментариях.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *