智能音箱將MEMS麥克風推向高潮,為啥中國企業是最大贏家

2020-12-05 電子產品世界

編者按：近年來，隨著物聯網概念的興起，除了電視、冰箱、空調和風扇以外，如什麼電燈、窗簾等也都成為了智能家居廠商「下手」的對象。但是如何控制這些設備，成為開發者和消費者關注的話題。在經歷了不同設備不同遙控器、手機統一遙控、第三方遙控統一這些嘗試以後，終於迎來了智能音箱這個用語音來控制的形態。

　　今年以來，由於Amazon Echo，Google Home的持續火熱，加上蘋果和小米的相繼入局，被譽為未來家居中控最好選擇的「智能音箱」市場進入了大爆發階段，進而給上遊供應鏈帶來了巨大利好。除了聯發科和瑞芯微這些做主控的廠商以外，智能音箱「控制入口」所依仗的MEMS麥克風繼續智慧型手機時代大熱之後，再次迎來了一波新高潮。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201708/362878.htm

　　智能音箱將MEMS麥克風推向新的高潮

　　近年來，隨著物聯網概念的興起，早已存在的智能家居又搭著這股東風重新火熱起來。除了電視、冰箱、空調和風扇以外，如什麼電燈、窗簾等也都成為了智能家居廠商「下手」的對象。但是如何控制這些設備，成為開發者和消費者關注的話題。在經歷了不同設備不同遙控器、手機統一遙控、第三方遙控統一這些嘗試以後，終於迎來了智能音箱這個用語音來控制的形態。

　　按照這種方向發展，最後的應用場景就像小羅伯特唐尼在《鋼鐵俠》裡面跟Jarvis對話一樣。這樣簡便的操控背後的市場必然巨大，加上入口的吸引了，因此吸引了無數廠商混戰其中。


　　Iron Man「吩咐」人工智慧機器人Jarvis工作

　　為了更好地拾取聲音，現在流行的智能音箱都是採用麥克風陣列的架構。根據科大訊飛的相關科普，所謂的麥克風陣列(Microphone Array)，從字面上，指的是麥克風的排列。也就是說由一定數目的聲學傳感器(一般是麥克風)組成，用來對聲場的空間特性進行採樣並處理的系統。

　　早在20世紀70、80年代，麥克風陣列已經被應用於語音信號處理的研究中，進入90年代以來，基於麥克風陣列的語音信號處理算法逐漸成為一個新的研究熱點。而到了「聲控時代」，這項技術的重要性顯得尤為突出。

　　科大訊飛繼續表示，麥克風陣列則能達成語音增強、聲源定位、去混響、聲源信號提取(分離)等功能，這就為在複雜環境中執行語音控制提供了可能。這種多個麥克風組成的陣列大大推動了MEMS麥克風的需求。


　　Amazon Echo的拆解(綠色圈起來的就是MEMS麥克風S1053 0090 V6，source：ifixit)

　　以現在最流行的智能音箱Amazon Echo為例，它採用的是環形6+1的麥克風陣列(上圖綠色標誌的位置)，其面市迄今近千萬的銷量，加上其他品牌智能音箱源源不斷的需求推動。對於MEMS麥克風的製造商來說，這無疑是一管興奮劑。加上MEMS麥克風在智慧型手機、智能手錶、平板電腦、汽車等其他領域的應用，MEMS麥克風市場在迅速崛起。。

　　根據調研機構Yole預測，2017年MEMS麥克風的市場將會達到10億美元，並在接下來的幾年保持11.3%的年複合增長率，有利潤的地方就吸引了足夠多的關注。


　　MEMS麥克風的未來幾年的市場走勢(source：Yole)

　　四大廠商壟斷MEMS麥克風市場，中國居其二

　　在談MEMS麥克風的市場之前，我們先了解一下什麼是MEMS麥克風，這就要求我們必須知道什麼是MEMS。

　　所謂MEMS (Micro ElectroMechanical System，微機電系統)，就是利用半導體製程技術，整合電子及機械功能製作而成的微型裝置;其定義為一個智能型微小化的系統，包含傳感、處理或致動的功能，包含兩個或多個電子、機械、光學、化學、生物、磁學或其他性質整合到一個單一或多晶片上。

　　MEMS麥克風就是由MEMS晶片和一個ASIC晶片組成。

　　據ADI的一篇文章介紹，MEMS 麥克風包含一個靈活懸浮的薄膜，它可在一個固定背板之上自由移動，所有元件均在一個矽晶圓上製造。該結構形成一個可變電容，固定電荷施加於薄膜與背板之間。傳入的聲壓波通過背板中的孔，引起薄膜運動，其運動量與壓縮和稀疏波的幅度成比例。這種運動改變薄膜與背板之間的距離，進而改變電容，如下圖所示。在電荷恆定的情況下，此電容變化轉換為電信號。


　　MEMS 麥克風的構造圖

　　相較於ECM麥克風的聚合材料振動膜，在不同溫度下，MEMS麥克風所展現的性能都相當穩定，不會受到時間、溫度、溼度和振動的影響。MEMS麥克風的耐熱性相當強，可以承受攝氏260度的高溫回流焊，但是其性能不會有任何變化。再加上MEMS麥克風可以有效的降低射頻所產生的幹擾，這就讓其逐漸發展成為麥克風主流。和很多其他半導體相關領域一樣，MEMS麥克風這個市場，同樣是由幾個巨頭壟斷的市場。不同的是，當中有兩家是來自中國的企業，這在其他半導體相關領域是非常罕見的。

　　據IHS的數據顯示，2015年全球的MEMS麥克風市場幾乎被樓氏、歌爾、瑞聲科技和ST四家給壟斷，其中尤其以樓氏遙遙領先，其出貨量約佔了全球出貨量的43%。排名第二的歌爾聲學和第三的瑞聲科技的當年的市場份額分別約為18%和14%。緊隨其後的是ST，其在2015年MEMS麥克風供應中約佔10%。下面我們來看一下這四大企業的概況。


　　2015年MEMS麥克風供應商營收前十廠商(source：IHS)

　　樓氏電子是1946年由Hugh Knowles創立。成立的第二年，公司就開發出了第一款電晶體式微型麥克風，多年的開拓也給樓氏帶來了不少的客戶和收益，就連上世紀六十年代末阿姆斯特朗在月球上講話的聲音，也是通過樓氏電子的設備放大的。

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