2019年中國聲學(xué)器件發(fā)展趨勢：電聲系統(tǒng)、麥克風(fēng)、音頻 IC、微型揚(yáng)聲器、TWS 耳機(jī)、智能音箱聲學(xué)器件前景分析[圖]

    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(shí)現(xiàn)。②處理。由各類音頻 IC 或云端來實(shí)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(shí)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)市場最小（約 17 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(jì)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(jià)齊升。

    一、電聲系統(tǒng)

    從采集到播放，人類實(shí)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(jià)值量約 4 美金，旗艦智能手機(jī)聲學(xué)器件單機(jī)價(jià)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(shí)由于是分離式獨(dú)立運(yùn)行，還需具備較復(fù)雜藍(lán)牙與音頻處理芯片。以 Airpods Pro 為例，雙耳各搭載三個(gè)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(shí)還配以 Cirrus Logic 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(diǎn)。

2016-2020年TWS耳機(jī)市場出貨量趨勢預(yù)測

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    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(shí)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(shí)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(gè) MEMS 芯片與一個(gè) 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(shí)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)與ECM

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    MEMS 麥克風(fēng)輕薄化優(yōu)勢在智能手機(jī)時(shí)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?yàn)辂溈孙L(fēng)陣列的引入，數(shù)量上也大為增加。蘋果 HomePod與華為 Sound X 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(shí)由于降噪等功能的引入，也需要麥克風(fēng)參與實(shí)現(xiàn)，如前文所述，Airpods Pro 為實(shí)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(jì)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(shí) ECM 麥克風(fēng)則呈緩慢下降趨勢。

MEMS 麥克風(fēng)高速增長而ECM麥克風(fēng)穩(wěn)定下降

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    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 IC DAC、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(shí)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(shí)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(shí)代，數(shù)?；旌?IC、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 Cirrus Logic、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(jià)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(jì)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%）。

全球音頻IC市場格局

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    高采樣率/分辨率：高分辨率音源已是大勢所趨，而忠實(shí)再現(xiàn)音源信息則需要音頻 IC 的配合才能得以實(shí)現(xiàn)。早期 CD 音質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定的時(shí)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 SOC BM94803AEKU，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(shí)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(gè)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(shí)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(jì)，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。

各類消費(fèi)電子配置的聲學(xué)器件概況

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2009-2020年全球微型揚(yáng)聲器出貨量趨勢及預(yù)測

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    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(jì)等傳感器，聲學(xué)器件則包括 Cirrus Logic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 IC ASP15 元，MEMS 麥克風(fēng) ASP 4 元，2021 年以后保持 6元不變。銷量方面，預(yù)計(jì) 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(jì)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)。

2018-2021年麥克風(fēng)市場及增速預(yù)測

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2018-2021年音頻IC市場及增速預(yù)測

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    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(jì)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、麥克風(fēng)（7 個(gè)）等。

    智能音箱市場 MEMS 麥克風(fēng) ASP 為 10 元，揚(yáng)聲器（非微型）ASP 為 30 元，音頻 IC ASP 為 20 元；銷量方面，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2018年全球智能音箱出貨量達(dá)到8610萬臺，預(yù)計(jì)今年將達(dá)到 12000 萬臺，明后年保持 20%的增長。

2018-2021年中國智能音箱聲學(xué)器件銷量及增速趨勢預(yù)測

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    測算2019年智能音箱 MEMS麥克風(fēng)市場將達(dá)到12億，揚(yáng)聲器市場將達(dá)到 36 億，音頻 IC 24 億元。預(yù)計(jì)未來兩年市場保持20%左右的增速。

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