中國聲學器件發(fā)展趨勢

中國聲學器件發(fā)展趨勢

從麥克風到揚聲器。電子產(chǎn)品中完整的聲學系統(tǒng)包含三部分：①采集。主要由麥克風來實現(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）、揚聲器來實現(xiàn)。其中最主要的元器件分別是麥克風、揚聲器與音頻IC。

微型揚聲器市場規(guī)模最大（約91億美金），音頻IC其次（約34億美金），麥克風市場最?。s17億美金）。2018年整體聲學器件市場共約141億美金，其中揚聲器市場占比約65%、音頻IC市場占比約24%、麥克風市場占比約12%。預計整體市場在2024年將達到208億美金，復合增速達到6.6%。

麥克風市場，MEMS麥克風已經(jīng)替代ECM成為主流，未來智能音箱與TWS耳機驅動MEMS市場繼續(xù)擴容；音頻IC市場，高采樣率/分辨率的音頻轉換與控制是芯片算法前進方向，高功能集成則是音頻IC的大趨勢；微型揚聲器市場則受益于單機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，是信息設備功能配置不可或缺的一環(huán)。

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

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

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

二、麥克風

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

MEMS與ECM均是電容式結構，原理類似，只不過MEMS麥克風采用了半導體制程的芯片結構，由一個MEMS芯片與一個ASIC專用集成芯片構成。與ECM相比，MEMS麥克風尺寸較小、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性。制造方面，MEMS麥克風可以采用全自動SMT封裝生產(chǎn)，效率大為提升，因此逐步替代ECM，在消費電子小型化浪潮下，成為行業(yè)主流。

MEMS麥克風輕薄化優(yōu)勢在智能手機時代被充分發(fā)揮，市場規(guī)模迅速擴大，而在智能手機之后，智能音箱成為又一麥克風使用大戶。智能音箱作為聲控指令中樞，麥克風成為必備功能配件，圍繞麥克風拾音也持續(xù)進行著技術迭代，如身份及語音識別、噪音及風聲排除等；因為麥克風陣列的引入，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。TWS耳機作為重要語音控制入口，麥克風搭載量也高于普通耳機，同時由于降噪等功能的引入，也需要麥克風參與實現(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以拾取環(huán)境噪聲。

預測，在智能音箱市場，MEMES麥克風出貨量在2024年預計達到12億只，復合增速13%；在無線耳機市場，MEMS麥克風出貨量將達到13億只，復合增速29%。整體MEMS麥克風市場在20052022年間保持復合增速達11.3%，與此同時ECM麥克風則呈緩慢下降趨勢。

MEMS麥克風由于導入半導體工藝，使得一些半導體廠商進入市場，典型的有意法半導體和英飛凌等。其中英飛凌在MEMS麥克風領域主要產(chǎn)品為MEMS麥克風芯片，較少從事MEMS麥克風的封裝和測試環(huán)節(jié)，主要作為第三方供應商為眾多聲學精密器件廠商提供MEMS麥克風芯片。另一重要參與者是傳統(tǒng)ECM聲學器件廠商，如樓氏、歌爾股份、瑞聲科技等，這些傳統(tǒng)聲學廠商業(yè)務廣泛，主要產(chǎn)品除MEMS麥克風成品外，還包括其他聲學器件、光學器件、精密設備等未采用MEMS技術的產(chǎn)品。根據(jù)調查數(shù)據(jù)顯示，2017年全球MEMS麥克風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麥克風器件領域中國企業(yè)已經(jīng)占據(jù)較高的市場份額。

三、音頻IC

在麥克風與揚聲器之間，音頻IC(編/解碼器、解碼器、接口IC、、功放IC等)扮演關鍵角色。音頻ICDAC、ADC、DSP、Codec等，涵蓋模擬芯片、數(shù)字芯片及數(shù)模混合芯片，技術含量較高，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、模擬與數(shù)字信號之間的轉換、音量與音質的調整等。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)模混合IC、更復雜的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商，專注于音頻領域，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能力的芯片設計商，則致力于將音頻IC集成在應用處理器（AP）上。從市場份額來看，全球前三大音頻IC供應商為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音質標準確定的時候（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準則一般采用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相配的聲音處理器成為必須。高功能集成：音頻設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。

四、微型揚聲器

揚聲器是聲音傳輸?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，第一個電揚聲器就已經(jīng)問世；到1950年代，揚聲器結構基本穩(wěn)定；進入2010年代，利用MEMS技術制造的揚聲器開始被行業(yè)關注。

目前使用最廣泛的是電動式揚聲器，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，遠離人耳收聽的器件稱為揚聲器。

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

五、TWS耳機

以Airpods為例，耳機端包含W1主芯片、藍牙、存儲、控制等芯片，也配備光學傳感器、加速度計等傳感器，聲學器件則包括CirrusLogic提供的音頻解碼器、歌爾通泡面哥的MEMS麥克風等。

隨著Pro版降噪等功能增加，麥克風數(shù)量在提升，假設2020年麥克風ASP為10元,2021年后為12元保持不變；非Airpods類TWS耳機音頻ICASP15元，MEMS麥克風ASP4元，2021年以后保持6元不變。銷量方面，預計Airpods今年銷量為6500萬臺，明年銷量為1億臺，長期來看，年銷量預計達到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麥克風市場將達到5.9億，MEMS麥克風市場將達到84億。TWS音頻IC市場今年將達到20.5億，長期來看將到達190億。兩者合計長期市場規(guī)模將超過270億元。

六、智能音箱聲學器件

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