РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Скажи Маруся: как устроена умная колонка

Для моих родителей главным источником информации были книги, для меня — интернет, для поколения помладше — мобильные телефоны, ну а мои дети предпочитают разговаривать с роботами — умными колонками.
Скажи Маруся: как устроена умная колонка

За прошлый год в России объем проданных умных колонок вырос в восемь раз и превысил 330 000 штук, хотя до сих пор большинство предпочитает общаться с голосовыми помощниками через смартфон. Что, кстати, неплохо — в мире, по прогнозу разработчика технологий разговорного искусственного интеллекта Just AI, в 2020 году объем продаж превысит 1,15 млн штук. Как правило, появившись в семье, умная колонка быстро находит своих приверженцев и быстро переезжает к ним в комнату. У меня первая сразу уехала в детскую.

Умные колонки довольно быстро меняют привычки хозяев: 39% начинают реже включать радио, 34% — реже пользоваться смартфоном, 30% меньше внимания уделяют телевизору, 27% — планшетам, 26% — компьютерам, а 23% — печатному тексту. Ну, и они практически полностью убивают домашние музыкальные центры — мой домашний комплекс Yamaha и недавно собранная Hi-End стереосистема простаивают уже не первый месяц. Причина в простоте: достаточно сообщить, например, свое настроение, как колонка будет ставить треки в соответствии с ним и вашим плей-листом, а воспитанное на портативной Bluetooth-акустике поколение качество звука колонок вполне устраивает.

Весь прошлый год в России царствовала «Алиса». Станция с партнерскими решениями. В этом году «Алисе» придется потесниться: вот-вот запустит свою колонку «Марвин» от МТС, ожидается Tmall Genie от Alibaba, ходят слухи об ассистенте от Сбербанка. Ну, а «Марусю» от Mail.Ru Group можно купить уже прямо сейчас за 7990 рублей, что я и сделал. Пока она обживается у меня дома, прямых сравнений с конкурентами делать не буду. Хотя замечу, что приоритеты в выборе будут сильно зависеть от экосистемы, к которой вы привыкли. Если это «Яндекс» с сервисами типа Яндекс.Музыка, то ваш выбор очевиден. Если же вы слушаете музыку из «ВКонтакте» — «Маруся» ваш выбор, музыку она берет именно там. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
«Маруся» от Mail.Ru

Внешне все умные колонки выглядят непритязательно, и многие думают, что производители просто затолкали «мозги» в обычную массовую портативную акустику, что в корне не верно — все колонки разрабатываются с «нуля», и разработчики сталкиваются с кучей проблем. О некоторых, с которыми столкнулась команда Mail.Ru, я и поговорил с руководителем разработки умных устройств компании Борисом Кагановичем.

Звук

Большую часть времени умные колонки играют музыку и от того, насколько хорошо они это делают, во многом зависит их судьба. Большинство американских колонок используют всенаправленную модель звучания — например, Apple HomePod, Amazon Echo, Huawei, Baidu. Добиться при этом хорошего звука непросто — надо учесть отраженный звук от всех поверхностей, обработать сигнал и выдать на разные динамики. К слову, помимо вуфера, который отвечает за низкие частоты, Apple HomePod использует массив из 7 (!) высокочастотных твиттеров, к каждому из которых, заметим, нужен свой усилитель. Это красивая и сложная задача, которую решил Apple, но она оказалась не сильно востребована — большинство умных колонок стоит у стены, так как им нужно непрерывное питание от сети — технология распознавания речи оказалась на редкость энергоемкой. Поэтому и «Алиса» и «Маруся» излучают в одну сторону на 180 градусов, и это их не портит. Вернемся к колонке с Марусей, которая носит название «Капсула».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Инженеры Mail.Ru изрядно поломали голову над тем, как построить акустическую систему «Капсулы» и подсказкой для конечного решения послужил сам дизайн, который напоминает овал, если смотреть сверху. Самое лучшее решение — фронтально расположенные динамики — звук получается более артикулированным и детальным, бас — разборчивым, не гулким, и высокие – чистыми и звонкими, без «песка» и «каши», говорит Борис Каганович. Направленный звук во многом решает проблему паразитных отражений, которые возникают у всенаправленных колонок и требует меньшее количество динамиков, что положительно сказывается на цене. 

«Маруся» от Mail.Ru

Больше всего проблем инженерам доставил 25-ваттный низкочастотный динамик — вуфер. Долго колдовали с типами акустических корпусов. Был вариант с фазоинвертором — трубой, которая выводит бас наружу, делая звук более глубоким, и исключает избыточное давления внутри акустической камеры, когда басовый динамик на большой громкости начинает хрипеть и захлебываться. Экспериментировали с решениями со сложной структурой разветвленных трубок. Но пошли по пути, по которому идут производители портативных колонок, — SONY, JBL, Harman/Kardon — они ставят пассивный излучатель-мембрану.  Когда внутри создается избыточное давление, мембрана тоже начинает вибрировать. С одной стороны, не позволяет динамику захлебываться, с другой, усиливает частоты в нижней части спектра на 5-7%. В «Капсуле» мембрана расположена сзади, создавая псевдо-всенаправленный звук в нижней части спектра. А чтобы высокие частоты распространялись под углом 180 градусов, сохраняя точность звука в любой точке помещения, инженеры-акустики поместили высокочастотный динамик-твитер в рупор.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Оба динамика «Капсулы» проектировались с нуля, специально под её задачи и габариты. Однако и здесь не обошлось без сюрпирзов. Когда динамики впервые установили в корпус и выкрутили громкость на максимум, вместо дивной музыки раздался громкий неприятный дребезг, и громкость тут же пришлось приглушить. Так называемый «базз» — детская болезнь многих акустических систем. Чтобы избежать дребезжания, места, где вуфер соприкасается с корпусом, проложены мягким материалом-пенкой и проклеены герметиком.

За время разработки практически вся команда прошла всю школу начинающего инженера-акустика, шутит Борис. Там много чего интересного, например, сам сигнал, электронный источник звука, который приходит к усилителю. В первую очередь это музыка «ВКонтакте» — поток байтов, который качается из интернета. И он имеет свои характеристики, свой битрейт, разрядность, частоту дискретизации, свою громкость. И нужно донести этот поток до усилителя в максимально качественном виде, и не добавить туда артефактов. Другой источник звука — Bluetooth, по которому к колонке подключается смартфон. «Кажется, что и там и там цифровой сигнал со схожими характеристиками — но он разный на слух, мы удивились, — вспоминает Борис, —  Даже одни и те же кодеки Bluetooth по-разному работают в разных телефонах. Мы провели не один месяц в поиске универсального звучания для различных источников звука.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
«Маруся» от Mail.Ru

Настройка звука вообще очень интересный и увлекательный процесс. Все части аудиотракта влияют на то, что слышит пользователь, и каждая настраивается отдельно. Мы настраивали усилитель, ЦАП, который отвечает за преобразование цифрового сигнала в аналоговый, сами динамики. И у нас был специальный референсный трек, который мы гоняли и в Москве и Китае тысячи раз. Когда я слышу его снова, глаз дергается». 

Слух

Принцип активации всех умных колонок идентичен. Микрофоны слушают эфир, но ничего не отправляют в сеть до того момента, пока не произнесено кодовое слово, у нас это «Маруся». Только после этого колонка отправляет контент в облако для распознавания речи — сама колонка способна автономно распознать только слово «Маруся». Для особых контрол-фриков с обратной стороны «Капсулы» есть специальная механическая кнопка с двумя положениями: нажата — микрофоны работают, выступает над корпусом — микрофоны физически отключены, цепь питания разомкнута.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В «Капсуле» 6 цифровых микрофонов, которые находятся прямо под тачпанелью на макушке колонки. Микрофонная решетка спроектирована таким образом, что все 6 микрофонов всегда активны, но звук доходит до каждого из них с разной задержкой, и если складывать сигнал со «смещением», можно усилить, или наоборот убрать звук, приходящий с одного направления. Таким способом создается «виртуальный направленный микрофон», который выделяет из всех звуков только голос, который обратился к «Марусе». Так работает бимформинг. Для того, чтобы по максимуму убрать отраженный от стен и других предметов звук, используется акустическое эхоподавление. Целый набор технологий шумоподавления отвечает за то, чтобы колонка распознавала естественную человеческую речь в ореоле посторонних звуков. Но внешние шумы — не единственная проблема. Даже сигнал, который подается на динамики, довольно легко вычитается. Но существует еще механическая связь между динамиками и микрофонами — это и вибрации на корпусе, которые создает мощный вуфер, и отраженный сигнал, «заблудившийся» внутри колонки и добравшийся до микрофонов. Поймать такой сигнал и подавить — задача, на которую инженеры потратили немало времени, экспериментируя с мягкими поглощающими материалами, которые прокладываются между микрофонами на плате и верхней частью корпуса. Результат — «Маруся» слышит вас при любом шуме. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
«Маруся» от Mail.Ru

Чувствительность

Маруся управляется сенсорной тачпанелью на пластиковой макушке колонки. Если погладить или поскрести по ней, можно услышать, как колонка мурчит — детям и девушкам это очень нравится. Сам сенсор напоминает сэндвич — плата с контроллером, воздушная прослойка и верхний пластик панели. Выяснилось, что воздушная прослойка препятствует распознаванию прикосновения к сенсору, её потребовалось заполнить диэлектриком. Технологи долго искали такой материал, выбирая между стоимостью и эффективностью. И в ходе многочисленных тестов остановились на силиконе с наполнителем из измельченного графита. Спецификация этого материала — одно из своеобразных ноу-хау «Капсулы».

Свет

На лицевой панели есть светящееся кольцо состояния, которое показывает, что делает «Маруся»: слушает, играет, думает — настоящий визуальный язык колонки. Неожиданно оно доставило много проблем разработчикам — по задумке кольцо должно восприниматься монолитным и пользователь не должен видеть, что это массив из 12 цветных светодиодов. Перед платой со светодиодами находится гриль — пластиковая овальная решетка, на которую натянута прозрачная для звука ткань. В гриле есть специальные колодцы, в которые просачивается свет от светодиодов, каждый колодец имеет свои границы. И эти границы не должны быть видны, когда смотришь через ткань на светодиоды. Для этого нужна деталь из особым образом обработанного полупрозрачного материала, которая бы выполняла функции рассеивателя и проводника света одновременно. Удивительным образом процесс подбора формы и материала привел к столкновению культур — оказалось, что китайцы не понимают смысл слова «полупрозрачность», и четверо участников команды потерпели поражение в попытках его объяснить. Лишь солнцезащитные очки одного из ребят помогли наглядно показать фабричным инженерам, какое свойство материала так важно для нас.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
«Маруся» от Mail.Ru

Массив светодиодов не раз озадачил разработчиков колонки. Когда один из первых образцов включили, из динамиков послышался неприятный высокочастотный писк. Оказалось, что ШИМ в схеме управления светодиодами, создавала помеху на слышимой ухом частоте. Пришлось модифицировать драйвер микроконтроллера и перенастраивать частоту в частотный спектр далеко за пределами слышимости.

Ручная работа

Сборка «Капсулы» технологична, и каждая собранная колонка проходит полное тестирование в роботизированных камерах. Но есть в этом устройстве и ручная работа. Всю поверхность «Капсулы» опоясывает вертикальная рамка из пластика. Делается она в пресс-форме, и когда пресс-форму разнимают, на рамке остаются швы, которые хоть и напоминают о технологии производства детали, но выглядят совсем некрасиво. Их нужно убирать. Единственным способом избавиться от этих швов оказалась ручная шлифовка пластика, а первоклассные шлифовальщики обнаружились на соседнем заводе, который делает оправы для очков. Так что про «Капсулу» можно прямо сказать — хэндмэйд.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Самоход

Как только колонку научили играть музыку, она начала покачиваться, пританцовывать в такт и с завидным упорством ехать к краю стола. Решили добавить «Капсуле» солидности, увеличив вес. В результате множества экспериментов нашли пустоты в корпусе и заполнили их металлическим сплавом, который при минимальном объеме и несложном процессе производства сделал колонку более устойчивой. Однако, «Капсула» продолжала тихонько «пританцовывать». Стали экспериментировать с материалом основания — чтобы колонка «прилипала» к столу и не двигалась. Экспериментировали с силиконом различной жесткости и формы. Тестировали множество различных вариантов рисунков подошвы — с полосками, ребрышками, змейкой, с тремя ножками, четырьмя, вплоть до восьми ножек, ножки круглые, ножки квадратные, длинные, короткие. Тестировали все и многократно. Победил первый интуитивно выбранный вариант — единственный, который заставил танцовщицу стоять как вкопанную. Какой — переверните и посмотрите.

«Маруся» от Mail.Ru

Дроп-тест

По стандарту колонка должна с успехом пройти бросковые тесты — её роняют на твердую поверхность и просто так, и в упаковке. На первых тестах у вуфера отлетал магнит внутрь акустической камеры. Четыре клея, один прочнее другого, не помогли. В конце концов пришлось изменить дизайн шасси — металлической части динамика. Теперь магнит надежно удерживается этим шасси и при ударе уже никуда не отлетает. Уже пробовал.

Мои вопросы почти закончились, остался последний — почему собственно «Маруся». Руководитель проекта Алексей Кривенков смеется — никакой романтической истории нет. Было огромное количество вариантов, и единственное имя, которое прошло все фокус-группы и критиков оказалось Маруся. А что, неплохое имя.

Загрузка статьи...