中國聲學(xué)器件發(fā)展趨勢

中國聲學(xué)器件發(fā)展趨勢

從麥克風(fēng)到揚(yáng)聲器。電子產(chǎn)品中完整的聲學(xué)系統(tǒng)包含三部分：①采集。主要由麥克風(fēng)來實現(xiàn)。②處理。由各類音頻IC或云端來實現(xiàn)，如ADC、DAC、音頻編碼器/解碼器等。③播放。主要由音頻放大器（屬于音頻IC）、揚(yáng)聲器來實現(xiàn)。其中最主要的元器件分別是麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器與音頻IC。

微型揚(yáng)聲器市場規(guī)模最大（約91億美金），音頻IC其次（約34億美金），麥克風(fēng)市場最?。s17億美金）。2018年整體聲學(xué)器件市場共約141億美金，其中揚(yáng)聲器市場占比約65%、音頻IC市場占比約24%、麥克風(fēng)市場占比約12%。預(yù)計整體市場在2024年將達(dá)到208億美金，復(fù)合增速達(dá)到6.6%。

麥克風(fēng)市場，MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)替代ECM成為主流，未來智能音箱與TWS耳機(jī)驅(qū)動MEMS市場繼續(xù)擴(kuò)容；音頻IC市場，高采樣率/分辨率的音頻轉(zhuǎn)換與控制是芯片算法前進(jìn)方向，高功能集成則是音頻IC的大趨勢；微型揚(yáng)聲器市場則受益于單機(jī)搭載量提升帶來量價齊升。

一、電聲系統(tǒng)

從采集到播放，人類實現(xiàn)對聲音的再生產(chǎn)。聲音作為自然界模擬信號的一種，是信息設(shè)備功能配置不可或缺的一環(huán)。

揚(yáng)聲器市場規(guī)模最大（約91億美金），音頻IC其次（約34億美金），億美金），麥克風(fēng)市場最?。s17億美金）。

智能手機(jī)則是聲學(xué)器件下游最大的應(yīng)用市場。由于智能手機(jī)的龐大體量，目前是聲學(xué)器件最大的應(yīng)用市場。僅將麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器與受話器、音頻編解碼器納入測算，一部低端智能手機(jī)聲學(xué)器件單機(jī)價值量約4美金，旗艦智能手機(jī)聲學(xué)器件單機(jī)價值量接近10美金。

TWS耳機(jī)不僅具備傳統(tǒng)耳機(jī)的麥克風(fēng)和受話器，同時由于是分離式獨立運(yùn)行，還需具備較復(fù)雜藍(lán)牙與音頻處理芯片。以AirpodsPro為例，雙耳各搭載三個麥克風(fēng)：外向式麥克風(fēng)（波束成形麥克風(fēng)）、內(nèi)向式麥克風(fēng)和通話麥克風(fēng)（波束成形麥克風(fēng)），同時還配以CirrusLogic音頻編解碼器等音頻IC。伴隨TWS的爆發(fā)，聲學(xué)器件行業(yè)迎來新的增長點。

二、麥克風(fēng)

麥克風(fēng)是采集聲音的關(guān)鍵器件，應(yīng)用在從消費(fèi)級到工業(yè)級各類電子設(shè)備里。麥克風(fēng)于19世紀(jì)末伴隨電話的發(fā)明而應(yīng)運(yùn)而生，從最初的液體麥克風(fēng)和碳粒麥克風(fēng)，到實用性更強(qiáng)的碳精電極麥克風(fēng)，早期技術(shù)迭代迅速；后來很長一段時間內(nèi)，ECM（駐極體麥克風(fēng)）成為主流技術(shù)。20世紀(jì)末，隨著樓氏電子發(fā)明MEMS麥克風(fēng)，后者很快取代ECM的大部分應(yīng)用場景，成為使用最廣泛的麥克風(fēng)。

MEMS與ECM均是電容式結(jié)構(gòu)，原理類似，只不過MEMS麥克風(fēng)采用了半導(dǎo)體制程的芯片結(jié)構(gòu)，由一個MEMS芯片與一個ASIC專用集成芯片構(gòu)成。與ECM相比，MEMS麥克風(fēng)尺寸較小、靈敏度高、信噪比高，有著良好的RF及EMI抑制功能，同時與數(shù)字信號處理電路有著較好的適應(yīng)性。制造方面，MEMS麥克風(fēng)可以采用全自動SMT封裝生產(chǎn)，效率大為提升，因此逐步替代ECM，在消費(fèi)電子小型化浪潮下，成為行業(yè)主流。

MEMS麥克風(fēng)輕薄化優(yōu)勢在智能手機(jī)時代被充分發(fā)揮，市場規(guī)模迅速擴(kuò)大，而在智能手機(jī)之后，智能音箱成為又一麥克風(fēng)使用大戶。智能音箱作為聲控指令中樞，麥克風(fēng)成為必備功能配件，圍繞麥克風(fēng)拾音也持續(xù)進(jìn)行著技術(shù)迭代，如身份及語音識別、噪音及風(fēng)聲排除等；因為麥克風(fēng)陣列的引入，數(shù)量上也大為增加。蘋果HomePod與華為SoundX音箱均搭載了6枚MEMS麥克風(fēng)。TWS耳機(jī)作為重要語音控制入口，麥克風(fēng)搭載量也高于普通耳機(jī)，同時由于降噪等功能的引入，也需要麥克風(fēng)參與實現(xiàn)，如前文所述，AirpodsPro為實現(xiàn)降噪功能，即多增加一枚外向式麥克風(fēng)以拾取環(huán)境噪聲。

預(yù)測，在智能音箱市場，MEMES麥克風(fēng)出貨量在2024年預(yù)計達(dá)到12億只，復(fù)合增速13%；在無線耳機(jī)市場，MEMS麥克風(fēng)出貨量將達(dá)到13億只，復(fù)合增速29%。整體MEMS麥克風(fēng)市場在20052022年間保持復(fù)合增速達(dá)11.3%，與此同時ECM麥克風(fēng)則呈緩慢下降趨勢。

MEMS麥克風(fēng)由于導(dǎo)入半導(dǎo)體工藝，使得一些半導(dǎo)體廠商進(jìn)入市場，典型的有意法半導(dǎo)體和英飛凌等。其中英飛凌在MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域主要產(chǎn)品為MEMS麥克風(fēng)芯片，較少從事MEMS麥克風(fēng)的封裝和測試環(huán)節(jié)，主要作為第三方供應(yīng)商為眾多聲學(xué)精密器件廠商提供MEMS麥克風(fēng)芯片。另一重要參與者是傳統(tǒng)ECM聲學(xué)器件廠商，如樓氏、歌爾股份、瑞聲科技等，這些傳統(tǒng)聲學(xué)廠商業(yè)務(wù)廣泛，主要產(chǎn)品除MEMS麥克風(fēng)成品外，還包括其他聲學(xué)器件、光學(xué)器件、精密設(shè)備等未采用MEMS技術(shù)的產(chǎn)品。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2017年全球MEMS麥克風(fēng)出貨量排名前五的廠商分別為樓氏、歌爾股份、瑞聲科技、意法半導(dǎo)體、敏芯股份，前五名中已經(jīng)有兩名中國企業(yè)，其中歌爾已經(jīng)位居第二。在MEMS麥克風(fēng)器件領(lǐng)域中國企業(yè)已經(jīng)占據(jù)較高的市場份額。

三、音頻IC

在麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器之間，音頻IC(編/解碼器、解碼器、接口IC、、功放IC等)扮演關(guān)鍵角色。音頻ICDAC、ADC、DSP、Codec等，涵蓋模擬芯片、數(shù)字芯片及數(shù)?；旌闲酒?，技術(shù)含量較高，市場參與者不多。音頻IC功能在于音頻模擬信號的讀取與解調(diào)、模擬與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換、音量與音質(zhì)的調(diào)整等。早期模擬音頻時代（~1970s），音頻IC以模擬IC為主，主要是音頻放大器與AB類功放；往后數(shù)字音頻時代（1980s~1990s），伴隨大規(guī)模集成電路的發(fā)展，音頻IC也逐步增加數(shù)字化芯片，如數(shù)字聲音處理器、D類功放；到2000之后的多媒體與高解析音頻時代，數(shù)?；旌螴C、更復(fù)雜的DSP、DAC集成、更高分辨率的聲音處理器使得音頻IC市場更為豐富與繁雜。

行業(yè)參與者基本分為兩類：一是如CirrusLogic、瑞昱與美信等分立芯片供應(yīng)商，專注于音頻領(lǐng)域，在高價值算法上持續(xù)深耕；二是像高通、海思與蘋果等具備SOC能力的芯片設(shè)計商，則致力于將音頻IC集成在應(yīng)用處理器（AP）上。從市場份額來看，全球前三大音頻IC供應(yīng)商為CirrusLogic（35%）、TI（18%）、高通（18%）。

高采樣率/分辨率：高分辨率音源已是大勢所趨，而忠實再現(xiàn)音源信息則需要音頻IC的配合才能得以實現(xiàn)。早期CD音質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定的時候（1980s），采用的是16bit分辨率、采樣率44.1kHz的音頻數(shù)據(jù)格式，而目前高分辨率音頻標(biāo)準(zhǔn)則一般采用24/32bit分辨率、采樣率192kHZ甚至更高，可處理高分辨率音源的音頻解碼器以及與其音質(zhì)相配的聲音處理器成為必須。高功能集成：音頻設(shè)備小型化輕量化的需求使得音頻IC走向集成化。如羅姆半導(dǎo)體的音頻SOCBM94803AEKU，把解碼器、聲音處理DSP、USB/SD解碼器、MCU甚至是SDRAM都集成進(jìn)去。集成SDRAM的作用是提前存儲音頻以實現(xiàn)低延遲與降低元器件之間的輻射噪聲，以改善音質(zhì)。

四、微型揚(yáng)聲器

揚(yáng)聲器是聲音傳輸?shù)淖詈蟓h(huán)節(jié)，也是音頻系統(tǒng)最早被發(fā)明的環(huán)節(jié)。早在1860年代，第一個電揚(yáng)聲器就已經(jīng)問世；到1950年代，揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定；進(jìn)入2010年代，利用MEMS技術(shù)制造的揚(yáng)聲器開始被行業(yè)關(guān)注。

目前使用最廣泛的是電動式揚(yáng)聲器，振動膜、音圈、永久磁鐵、支架等組成。原理是利用電磁效應(yīng)使固定磁鐵磁化，帶動附著在線圈上的薄膜向上和向下移動，并發(fā)出實際上可聽見的聲波。根據(jù)用途不同，電聲行業(yè)內(nèi)一般將輸出功率較小、靠近人耳附近收聽的器件稱為受話器，遠(yuǎn)離人耳收聽的器件稱為揚(yáng)聲器。

包括手機(jī)、筆記本電腦、耳機(jī)在內(nèi)的消費(fèi)電子產(chǎn)品，基本都配置有麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器或受話器，智能音箱等新興應(yīng)用搭載量更高。以手機(jī)為例，目前正發(fā)生從單揚(yáng)聲器到雙揚(yáng)聲器配置的趨勢，如iPhone從iPhone7開始采用雙揚(yáng)聲器設(shè)計，安卓中高端也已經(jīng)逐步普及，手機(jī)微型揚(yáng)聲器市場迎來較大的增量。

五、TWS耳機(jī)

以Airpods為例，耳機(jī)端包含W1主芯片、藍(lán)牙、存儲、控制等芯片，也配備光學(xué)傳感器、加速度計等傳感器，聲學(xué)器件則包括CirrusLogic提供的音頻解碼器、歌爾通泡面哥的MEMS麥克風(fēng)等。

隨著Pro版降噪等功能增加，麥克風(fēng)數(shù)量在提升，假設(shè)2020年麥克風(fēng)ASP為10元,2021年后為12元保持不變；非Airpods類TWS耳機(jī)音頻ICASP15元，MEMS麥克風(fēng)ASP4元，2021年以后保持6元不變。銷量方面，預(yù)計Airpods今年銷量為6500萬臺，明年銷量為1億臺，長期來看，年銷量預(yù)計達(dá)到iPhone年銷量約2億臺；非Airpods類TWS今年銷量5000萬臺，長期來看年銷量有望到10億臺，以此作為測算依據(jù)。

2019年TWS，MEMS麥克風(fēng)市場將達(dá)到5.9億，MEMS麥克風(fēng)市場將達(dá)到84億。TWS音頻IC市場今年將達(dá)到20.5億，長期來看將到達(dá)190億。兩者合計長期市場規(guī)模將超過270億元。

六、智能音箱聲學(xué)器件

以亞馬遜Echo為例，里面涉及到的聲學(xué)器件包括TI超低功耗立體聲解碼器、SNR低壓立體聲模數(shù)轉(zhuǎn)換器、麥克