? ?從采集到播放,人類實現對聲音的再生產。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。
??電子產品中完整的聲學系統包含三部分:①采集。主要由麥克風來實現。②處理。由各類音頻 IC 或云端來實現,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。其中最主要的元器件分別是麥克風、揚聲器與音頻 IC。?
??揚聲器市場規模最大(約 91 億美金),音頻 IC 其次(約 34 億美金), 麥克風市場最小(約 17 億美金)。根據 Yole 的統計,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%。Yole 預計整體市場在 2024 年將 達到 208 億美金,復合增速達到 6.6%。
??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 耳機有望成為聲學器件增長的新一極。TWS 耳機不僅具備傳統耳 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 Airpods Pro 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)、內向式麥克風和通話麥克風(波束成形麥克風),同時還配以 Cirrus Logic 音頻編解碼器等音頻 IC。伴隨 TWS的爆發,聲學器件行業迎來新的增長點。
一、麥克風:從ECM到MEMS
??麥克風是采集聲音的關鍵器件,應用在從消費級到工業級各類電子設備里。麥克風于 19 世紀末伴隨電話的發明而應運而生,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,ECM(駐極體麥克風)成為主流技術。20世紀末,隨著樓氏電子發明 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,效率大為提升,因此逐步替代 ECM,在消費電子小型化浪潮下,成為行業主流。
??MEMS 麥克風伴隨智能手機的普及而快速增長,智能音箱及 TWS 耳機進一步驅動行業成長。MEMS 麥克風輕薄化優勢在智能手機時代被充分發揮,市場規模迅速擴大,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。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,如前文所述,AirpodsPro 為實現降噪功能,即多增加一枚外向式麥克風以拾取環境噪聲。
??據 Yole 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 2005 -2022 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 麥克風市場參與者分為半導體廠商和聲學精密器件廠商。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 麥克風領域主要產品為MEMS 麥克風芯片,較少從事 MEMS 麥克風的封裝和測試環節,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 ECM 聲學器件廠商,如樓氏、歌爾股份、瑞聲科技等,這些傳統聲學廠商業務廣泛,主要產品除 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 技術的產品。根據 IHS Markit 的數據統計,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,前五名中已經有兩名中國企業,其中歌爾已經位居第二。在MEMS 麥克風器件領域中國企業已經占據較高的市場份額。