2020年4月29日 星期三

開箱: 華強北Airpods殺手,Realme Buds Air TWS與iphone完美的邂逅 AIROHA硬塞


        有一陣子很想要買Apple Airpods,當然不是因為自己是果粉,而是用過的朋友都說好用,其實我對藍牙耳機的認知就是

1. 帶起來要舒服 (所以我平常使用的是SONY耳罩式耳機,但太大夏天太熱)
2. 連線要穩定
3. 聲音延遲要小 (不然根本沒辦法中午吃便當看部影片打發時間)

但Airpods真的有點貴,原本要買結果老婆就先買了SONY SP700N當生日禮物,那個還不便宜但那時候我才知道"延遲Latency"語音不同步的問題,TWS True Wireless Stereo 不只是聽音樂,天下武功為快不破Latency一決高下,iPhone/iOS 系統上誰能挑戰Airpods? 拳拳到肉PK實測,但已經有了實在不想花這麼多錢再買一個,還有實在太多人戴了,又沒有其他顏色選擇,後來華強北Airpods AB1536x方案出現,一個完美的方案出現了



        音質這東西只要不要太差我這木耳實在聽不太出差異,而且藍牙這10年前的科技產物生來頻寬就那麼一點點,在有限的頻寬下無論什麼神奇的編碼技術,都是不太可能有什麼Magic的方式,訊號壓縮後就是失真,但聲音是很主觀,有時候失真你還會有"這聲音比較厚" "這聲音太銳利"這種形容詞出現,所以我個人覺得在藍牙這窄頻寬糾結在音質實在沒有必要,所以相對的我覺得延遲與連線穩定性就很重要

        華強北這幾年的學習,現在有些高仿Airpods已經快以假亂真,但有個風險你可能會買到假貨的高仿.....囧,上次李董從蘇州買AIROHA AB1536U 高仿Airpods回來當伴手禮,但用了一下覺得不太對勁,用鋼琴APP測試一下覺得這延遲,後來把它拆開IC竟然被磨掉,因為我有朋友在AIROHA,詢問下這不是絡達的產品阿,有點螳螂捕蟬黃雀在後的感覺,高仿的還被仿實在有夠瞎的。


        後來Realme推出"訂製的R1晶片",拜託直接說AIROHA會死喔,但從"拆解报告:realme Buds Air 幻耳 TWS 真无线耳机"可以知道是用了AIROHA AB1536,還有降躁麥克風整個用料不是華強北牌可以比擬的,而且不用怕買到來路不明的IC。


        AIROHA MCSync US Patent 10,425,737 跟Apple Snoop有什麼差別了?  下面是兩家的專利揭露部分,AIROHA MCSync圖式有點簡樸,就概念來說其實可以說是一樣的,Apple Snoop是架構原本藍牙Protocol上面的去延伸出來的東西,這好處是可以相容原本全部藍牙的裝置,AIROHA MCSync也是類似的概念,除了一些與iphone綁在一起的功能外(例如彈開畫面)其實幾乎沒有差異。

        另外Realme宣傳也特別提到Gaming Mode,整個延遲可以再降低100ms,這其實蠻有創意的,藍牙音訊延遲大概跟以下兩個特性綁在一起

1.  Bit Rate  (越高聲音還原度越高)
2.  Buffer     (越大越不會有訊號不良造成的不連續感)

如果只是純聽音樂其實可以把Bit Rate/Buffer設定大一點來保持聲音的品質與連線的穩定性,但遊戲或影片就不行,當Bit Rate提升的時候,在藍牙傳輸封包就這麼丁點大的情況下,如果不犧牲Buffer那整體的延遲就勢必會變長,所以反過來說要降低延遲在一樣的條件下,就是降低Buffer或降低Bit Rate,這當然不是什麼黑科技,但大部分的耳機都是固定,大家出貨就會在那邊爭論到底是要低延遲還是要高音質,市場反應不好PM就被K得滿頭包,但這樣就沒問題,使用者可以依據使用情境自己選擇。


        與iphone X搭配用起來,熟悉的AIROHA MCSync的表現,看影片玩遊戲完全沒有問題,另外遊戲模式無論是音質或延遲我是一點感覺都沒有,有可能我沒辦法感受100ms的差距吧?

        另外音質部分我找了Adele還有江蕙的歌比較遊戲模式開啟前後,好吧我實在說不出來有什麼差距,但黃色好看的,搭配NIID Urbanature D1騎著UBike帥氣地出門。其實這也可以看出還是賣得很好,Apple通常是東西開始賣不好的時候就會推出新色來應戰。

        最後跟iphone搭嗎? 我覺得挺順的,雖然不能直接說"Hi Siri"需要長壓喚醒,但我覺得中文Siri真的很雞肋,沒有彈出視窗,So What 也是盒子打開就連上,而且長的跟AirPods幾乎99%像,半開放的配戴感覺真的很舒服。





2020年4月25日 星期六

微波共振電路,微波能量桶 LC Tank, 弦波Sine Wave與自然數e

        阿共振了,LC共振頻率為根號LC分之一所以..............,從大學開始到出社會工作,Microwave Engineering 微波工程這本書就一直跟著我從台中(大學)到嘉義(研究所),再從嘉義到台北工作然後到新竹,裡面很多內容以前看不懂,現在也是看沒很懂的經典工具書

        LC共振可能是RF工程師日常對話中最常出現的Top5吧!無論是串聯諧振Serial Resonator或並聯諧振Parallel Resonator,都可以很直覺的寫出Zin的公式然後令存儲存在電容上面的電能We與儲存在電感上面的磁能Wm相等就可以推導出共振頻率ω




並聯LC共振腔 Parallel LC Resonator

       但共振時兩個儲存的能量要相等? 這不是理所當然嗎? 好吧其實我也不清楚自己念書的時候有沒有搞懂? 但我們先從RF工程師熟悉的Zin(ω)頻率阻抗下手,如果只有並聯電容,當頻率很低到接近DC的時候,會有最大功率轉移,如果只有只有並聯一個電感,當頻率無窮大的時候,會有最大功率轉移。
        但如果電路上面是LC Resonator的形式了,先不管為什麼共振時電容與電感儲存的能量會相等,測試振幅大小頻率不同的訊號落在共振腔上面的電壓大小,與原本1. 只有電容的時候頻率要接近DC才有最大功率轉移與2. 只有電感的時候頻率要無窮大才有最大功率轉移相比之下,從數學式上面可以觀察到在特定的頻率下會剛好有最大的功率轉移。

RF工程師視角看並聯LC共振腔


        身為RF工程師很快的就能算出Zin在共振時後會無窮大,所以等校上LC會消失看不到這電路,但如果消失那電容的電能We與電感的磁能Wm怎麼相等呢? 或怎麼會有能量跑到電容與電感裡面呢?
        這裡舉一個簡單的例子如下,LC共振頻率100Hz,C1=0.2533mF, L1=10mH,Vs = 20V*cos(2𝜋*100Hz) Sine Wave,頻率為100Hz,因為LC共振,阻抗無窮大,R2上面的電壓會是Vs的一半10V*cos(2𝜋*100Hz)




        那我們觀察一下C1與L1上面電流的Waveform,R2上面的電流為藍色線,透過歐姆定律可以計算出I = 1V*cos(2𝜋*100Hz),也可以觀察出來電流I@L1等於I@C1=1.6A*cos(2𝜋*100Hz),
恩與書本提到共振時後We=Wm一致。

等等......
不是阻抗無限大嗎? 
不是應該看不LC resonator嗎? 
這電流怎麼來的?


LC Tank 微波油罐

        這裡在R2與LC Resonator之間加了一個小小的電阻R3觀察流入LC Resonator的電流,在系統開始供電的時間(~20ms)時間,電流會灌入LC 共振腔後,之後電流就為零,LC共振腔似乎有接跟沒接是一樣的意思,這就符合RF工程上面常提到的共振所以阻抗無窮大看不到它的存在
        但一開始灌入的電流(能量)呢? 就被困在共振腔裡面,在電感Inductor與電容Capacitor之間能量互相換來換去存儲在裡面,所以也才有LC Tank這個稱號。

       共振在大自然界很常見,外面頻率與LC Tank相同的時候容易捕獲能量,就是一種進去了就出不來的概念,現在無線充電另外一支線磁共振耦合(Airfuel標準)這是利用這樣的原理。



LC Natural Response 弦波Sine Wave

       接下來再往大一的課程走去,上次複習儲能元件電感,電容電感與電阻不一樣並非線性變化,電壓與電流的積分與微分式如下,電容與電感都是儲能元件,電容儲存電能後,對電感放電,這是一個經典的電路學與微分方程應用的問題

        利用KCL我們可以寫出一個二階的微分方程(2nd order),後面就勾起拉氏轉換拉拉拉拉然後得到,這裡可以參考[[2] YouTube Dr. Montgomery Circuits I: RLC Circuit Response或[3] Khan LC natural response - derivation假設R=0的狀態。


        當然最後計算過程就是工程數學的技巧,以前看著解答嗯嗯嗯今天看不懂解答在寫什麼嗯嗯嗯,但是一定會知道它的解是由自然對數指數e組成,由熟悉的Euler's 公式,可以拆解成cos(t)+jsin(t)的特性,可以猜出電壓與電流會是一個純Sine Wave且頻率為LC開根號的倒數。
        [4] 儲能元件電容與電感,電感能像電容一樣先充電等一下再用嗎? Energy Storage Passive Elements Capacitor and Inductor 在探討電容儲能問題,把負載改成電感,數值如上的條件C1=0.2533mF, L1=10mH. 共振頻率為100Hz。

        行為S1先對C1充電到5V然後斷開後0.1s 開關S2連結L1放電,最後的結果V(t)=5V*cos(2𝜋*100Hz),一個純100Hz的Sine Wave弦波產生了,Magic DC一秒變弦波當然實際上LC Resonator會有損耗,實際狀況振幅會越來越小,所以需要放大器不斷的注入能量,例如常見的Colpitts Oscillator。



Euler's Number 自然指數常數 e 2.718281828...

        微分方程在計算指數函數的時候,一切一切的關鍵都是這個基數為e的指數函數,最後把sine wave (sin(t) cost(t))整個牽連再一起,在學微分方程的時候通常會直接把一下關係式背下來,e的指數函數微分會等於自己。
        那為什麼e = 2.718281828...這麼特別,e為什麼叫做自然指數,我的印象中就是從複利公式的計算上得到[5] YouTube 李永樂老師講自然對數的底e ,然後就說細菌的複製1變2,2變4...自然界的增長都是有這個規律,說實在我實在沒辦法理解。
        後來看了[6] 3Blue1Brown What's so special about Euler's number e?還有[7] ShannMath 自然對數與一般指數的微分 才有喔原來如此的感覺,快速過一下影片的內容,例如M(t)為基數2的函數對它微分,從微分的基本定義出發我們可以導出微分後會等於函數等於自己乘上一個常數。
        這個原則可以套用在任何實數的指數,C與對應的係數K做圖可以知道在有一個實數對應過去的K會等於1等於1等於1,這其實也就代表如果以這個實數為底無論微分幾次都會等於自己

        當然這個數就是2.718281828......一個無理數e,到這裡還不能說明它的重要性與為什麼叫做Natural Number的理由,透過指數的數學關係,可以把任意的實數都改寫成e為基數的函數,這是很"自然"的動作,這樣的轉換並沒有變動函數的任何特性,只是這樣的轉換可以讓指數函數在微分與積分的過程中還可以觀察出原本函數的根是什麼這麼說其實蠻有道理的,你沒有改變真理你只是改變觀察的角度,很推薦中央大學單維彰教授的線上課程,有空的時候可以配便當看一下,說不定可以發現一些之前自己沒注意到的事情。


參考文獻

[1] David M. Pozar Microwave Engineering 微波工程中文版 第二版 譯者 郭仁財
[2] YouTube Dr. Montgomery Circuits I: RLC Circuit Response
[3] Khan LC natural response - derivation
[4] 儲能元件電容與電感,電感能像電容一樣先充電等一下再用嗎? Energy Storage Passive Elements Capacitor and Inductor 
[5] YouTube 李永樂老師講自然對數的底e
[6] YouTube 3Blue1Brown What's so special about Euler's number e?
[7] YouTube ShannMath 自然對數與一般指數的微分

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2020年4月21日 星期二

儲能元件電容與電感,電感能像電容一樣先充電等一下再用嗎? Energy Storage Passive Elements Capacitor and Inductor

        電路上有兩個被動的儲能元件電容Capacitor[1]與電感Inductor[2],雖然這東西高中物理就有教過了是儲能元件,但在實際使用上幾乎沒有看過有人拿電感來當儲能元件!

        電容在使用上很容易理解與使用,先拿電源對電容充電,然後斷開電池這時候電容會被充電到電池電壓,能量會被儲存在電容上面直接下次迴路導通放電為止,但電感也是儲能元件,但好像不能這麼做 Why?

Capacitor 電容

        電容的暫態Transient Response Equation響應方程式我想每個念電子電機都熟到不行(真的嗎XD),但後面研究所與工作都偏重在Microwave Engineering,處理上都會習慣用頻率Domain 阻抗Z(w) Impedance來計算,處理上我會可以想像成時域Transient Response轉換到Steady-State頻率上處理,也就是在電容上面的訊號原都是由不同頻率的訊號所組成,在計算上就會用類似KCL KVL歐姆定律V=I*Z來進行相對簡單的計算,只是訊號變成複數訊號用手算還是很累人的。

電容充電與放電Capacitor Charging and Discharging

        電容的儲能元件先用5V電池充電後,然後我們可以斷開迴路如下圖S1可以看到電壓會維持在5V的位置,然後S2導通,能量會對R2放電,電容儲存的能量W=1/2CV^2,而且可以快速充放電以提供瞬間大電流,而且電容充放電反應也都遠比化學電池來的快,例如現在很多人車上都會放個USB救援電路,裡面也都事先對電容充電然後瞬間提供汽車發動時候所需要的大電流,一般鋰電池是沒辦法提供瞬間大電流。





電感 Inductor

        電感Inductor,電路上面因為有電感變得美麗且複雜,他的關係就電與磁一樣的存在,下面為電感暫態響應的公式,整個公式跟電容很像,只是電壓V(t)的變化變成電流I(t)的變化。

        下面的圖示是一顆電池直接接到電感的兩端,中間沒有任何串聯電阻,電路上看來電壓會在很短的時間內從0V跳到5V,學RF都會知道最後穩態Steady-State的響應ZL=0,也就說如果電流會被拉到CC檔

電感充電與放電Inductor Charging and Discharging

        電感的充電過程與流過的電流我們用電壓5V來計算如下,電流最後會呈現直線上升的斜率,上升的斜率與電壓成正比與電感成反比,詳細的過程可以參考Khan Academy上面的投影片[3],所以一個電源供應器接串聯一個電感,電流會一直上升直到電源供應器的CC檔為止,跟電容類似,這時候電感儲存了W=1/2LI^2,但要如何用呢? 可以跟電容一樣直接斷開電源供應器然後拿著這電感四處去傳電嗎?

電感電動勢EMF (electromotive force)

        Faraday's law法拉第定律或冷次定律Lenz's law[4]其實這兩個我也常常分不太清楚主要的差別是什麼? 主果你查資料會有很多電流感應磁場,還是磁場感應電流等等,但無論如何最後由馬克斯威爾集大成,把全部的線索寫成著名的Maxwell's equations中的其中一條法拉第電磁感應定律(冷次難過)

        但有時候看資料電感的emf會與上面的符號相差一個正負號,這其實結果是一樣的,但定義上有點不太一樣,外部時變電流流入電感,電感會產生一個與電流增加方向相反的電動式,所以例如突然對充電中的電感迴路斷開,這時候電流I(t)會迅速減少dI(t)/dt 會是負很大,,所以原本的V(t)就會看到一個很高的負電壓突波。

        但emf公式長的又是一樣只差了一個負號,這樣不是對不起來? 其實這問題有時候自己也會卡住,查了一下在all about circuit[5]論壇上面也看到有人有一樣的問題,但這其實只是電流方向的定義,電感感應電動勢是電感往外看,也就是說外面增加我就對外增加,所以剛剛開關突然打開流入電流快速變少,I(t)的方向是變多也就是dI(t)/dt是正的,但最後又乘以一個負號,所以最後結果其實是一樣的。

電感儲能與釋放 Inductor Energy Storage and Release

        剛剛提到如果對一個充電中的電感突然斷開開關,能量會儲存在電感上面直到下次接上迴路嗎? 就如同電容器的使用方法。這個問題我看其實all about circuit上面[6]與另外一個Electronics Stack Exchange[7]論壇也有人在問,或可汗學院[3]Inductor and a switch裡面的其實也都有提到。

        實務上是不行的,因為會有"inductive kick" or "gap spark"等字眼出現,就如同剛剛提到對一個充電中的電感迴路突然斷掉,電流快速的變化會產生VL(t)=L*dI(t)/dt, 所以如果是理論值變化非常非常快,電壓會非常非常高,但他又沒有地方去?

        這點在數學上(模擬)是會有問題,不能有無限大的情況出現,所以實際上可能會在你移開開關的瞬間,電壓太高造成放電的行為,有點像靜電槍放電的行為。

        模擬上跟電容類似,S1開關接通S2斷開先對電感充電,然後S1斷開後0.2秒後S2接上,這時候可以觀察出什麼電感上迴路並沒有電流,也就是能量不見了



       電感的能量跑哪裡去了? 我們Zoom-In電感上面的電壓Waveform可以觀察出來,L1上面的電壓會-1.2MV, 因為模擬器上面的SW/Relay Roff不能是無窮大,所以如果沒有電流迴路那就會形成很高的感應電位,實務上會對空氣放電造成火花模擬上則會找放電路徑把能量消耗掉



     
          所以我們調整一下S1, S2開關的時序讓整個迴路電流是連續的,在0.6秒的時候S1開啟S2啟動,所以整個電流是對R2放電消耗,如果R2很小很小整個電流會變變成定值不斷地在電感裡面繞阿繞直到迴路被打破為值。







        但實際電路上很難會用二極體來製造迴路,但無論如何都這種方式都無法儲存太久,因為能量會消耗在整個迴路上面的電阻上面,無論任何導體任何材料在製作上都會有電阻產生,所以一直有科學家在"超導體"上面不斷的著墨,而且要把能量取出來還要瞬間斷開迴路,這需要更多開關過程也可能產生高壓突波。

        跟電容想比要製作高阻抗材料就相對簡單許多,充電後只要維持高阻抗能量就可以一直維持住,但電感充後要能量要會被迴路上面的電阻一直消耗殆盡。


Reference

[1] Wikipedia Capacitor 
[2] Wikipedia Inductor
[3] Khan Academy Inductor i-v equation in action
[4] Khan Academy What is Faraday's law?
[5] all about circuit The sign in the formula for the voltage across the inductor
[6] all about circuit Disconnecting a live inductor?
[7] electronics.stackexchange.com Can you store energy in an inductor and use it later?

2020年4月13日 星期一

食記: 一個人的燒酒雞 台灣漢堡虎咬豬 Tiger Eats Pig 刈包 @ 新竹民富街 推薦指數:機車25分鐘

        有時候就是想來碗微醺的燒酒雞,在新竹如果突然想來一碗燒酒雞,就算你是一個人也沒有問題,民富街有間很有名賣四神湯還有刈包的店,沒有明顯的招牌但你Google一下就會有超多人推薦的一家店。
       但我最常來吃的卻是燒酒雞,因為在家裡老木常常拜拜完的雞就會煮一鍋雞酒,裡面放個高麗菜杏包菇,一口熱湯下肚,薑母與麻油炒過的香味,入口微微米酒的香氣與薑母馬上讓整個身體熱了起來,無論冬天或夏天都很適合。

       冬天的時候有時候會外帶兩份回家自己加高麗菜,如果有自己煮過燒酒雞就知道燉煮的過程並沒有很久,所以整個肉的口感是Q彈,不像辦桌燉雞湯一下一撥就散,吃的時候肉帶有嚼勁,或是說肉很有肉味。
        另外吃的時候可以沾一下店家準備的胡椒鹽,這種胡椒鹽超市買不到這味道,可以看到有明顯一根根的味素(味素或味精傷身體這還沒有網路之前的謠言已經被證明人不是他殺的,別再錯怪它啦),可能是店家自己炒過的吧,這個沾肉特別有香也不會死鹹,當然肉直吃也很好吃。


        另外刈包虎咬豬也是這裡銷售的賣點,配料很簡單就是花生粉,酸菜,香菜還有肥豬肉,看到這一塊白白的肥豬肉是不是有點擔心咬進去會不會吐出來,因為這裡的豬肉滷的非常透,所以咬下去肥肉部分會直接化開,跟著麵包還有花生粉中和後,完全不會有噁心的感覺,留下的是豬油微微留在口腔的香味。

        這家店的四神湯也是特別有名,你看老闆準備一大鍋的腸子準備要賣就知道了,這間店說實在我不常來吃,因為附近停車特別不方便,而且人很多排很久,但有時候要吃碗燒酒雞的時候就會跑過來。
        推薦指數: 機車25分鐘的距離


2020年4月7日 星期二

開箱 萬用電錶生活應用 臨時取代TDS檢測 Pro's Kit MT-1706 Multimeter vs Mi TDS Pen

       上次逛網路購物看到寶工MT-1706在特價,不到1000的價格,還有內建手電筒還可以量溫度實在太超值了,但你又不會動不動拿著電錶往插座插看看有沒有電,沒有電也不用這麼做拿手機充電器充看看就好了。


        TDS檢測筆原理是測試水的導電率the conductivity of water,大家應該知道純水是相當優良的絕緣體,電影裡面常常因為採到水然後觸電是因為水中都含有一些雜質,其實礦泉水中的礦物質就是一種對人體有用的雜質。

        首先用廚房好幫手鋁箔紙與竹筷製作一個固定位置的電極,這個是確定距離避免量測誤差過大,然後利用電錶的電阻檔位來量測水中的導電率。
        但在量測的時候發現一個問題,就是水的電阻值需會一直跳動,雖然會趨近某個值但時間太久,後來查了一下資料[1]EC/TDS/PPM Meter On Limited Budget這裡有提到因為水中的雜質加入DC靜電場正負離子會分別被反向的電極相吸引,這個過程取決於電場本身驅動能力,我個人是猜測手持式電錶電阻檔位驅動電流當相當小,所以需要相對長的時間來水中帶電分子。


     
        後來也有查到以人在賣Arduino TDS meter[2],裡面的確也都是用了AC電壓地來設計,因為快速的AC電壓會讓電場快速地來回變化,所以分子會被固定在相同位置得到比較穩定的量測結果,這個如果有網路分析儀Network Analyzer應該就可以很快得到結果,這裡我改成外掛了電壓源,用四顆1.5V乾電池串聯6V當作電壓源然後量測流過的電流,這樣的確可以比較快的穩定
        先拿沒有過濾過的自來水驗證看看,Mi TDS檢驗出來的 160ppm,電錶量測到的電阻值Resistance簡單用6V計算一下為550Ω。


       然後我們用3M濾水壺過濾過一次,這時候量測到的TDS為74ppm,電流值為6.1mA換算電阻值(Resistance)為980Ω,其實跟比例上蠻接近的。

     
        這次還大手筆買了一瓶比汽油貴的泰山純水,量測到的電阻值為46k,已經把原本未過濾過的自來水相差83倍以上,跟人體電阻值已經很類似了。


        但這個只能電阻值沒辦法直接換算TDS但功能其實相同的,只要拿純水跟自來水校正一次就可以當作TDS來使用了,有沒有覺得家中一定要放一台萬用電錶阿。



參考文獻

[1] EC/TDS/PPM Meter On Limited Budget
[2] Grove - TDS Sensor/Meter For Water Quality (Total Dissolved Solids)

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