含MEMS麥克風, 音頻IC, 微型揚聲器在內的音頻零組件於智能型手機, NB等電子產品扮演關鍵功能, 其中, MEMS麥克風一般由MEMS裸晶(Die)與特殊應用IC封裝而成, 音頻IC則涵蓋音頻放大器(Amplifier), 音頻編解碼器(Codec)等晶片.
在供應鏈方面, 樓氏電子(Knowles Electronics), 歌爾聲學(GoerTek), 瑞聲科技(AAC Technologies)為2016年全球MEMS麥克風前三大廠, 此三家業者主要由Sony或英飛淩(Infineon)代工生產, 而意法半導體(STMicroelectronics), 博世(Bosch), TDK, Omron等整合元件製造商(Integrated Device Manufacturer; IDM)亦為MEMS麥克風供應業者, 相關音頻產業供應鏈業者家數眾多.
至2017年第3季為止, 包括亞馬遜(Amazon), Google, 蘋果(Apple), Sony, Bose, Harman等業者均積極搶進智能音響及其相關語音助理領域, 因具備語音對話功能的智能音響於北美銷售甚佳, 漸受市場重視.
DIGITIMES Research觀察, 為強化智能音響收音品質, 不僅需提升MEMS麥克風性能, 更要搭配聲源定位, 抑制噪音, 消除迴音等聲音處理系統, 以及手機∕系統業者所累積的音頻技術, 使得與音頻相關軟, 硬體將於智能音響市場居重要地位.
2018年全球MEMS麥克風出貨可望突破50億顆 手機為最大應用
MEMS麥克風較ECM具備尺寸小, 耗電低, 耐高溫, 高抗震等優勢, 觀察全球麥克風技術別出貨量變化, 2015年MEMS麥克風以38億顆左右, 首次超越ECM的34億顆.
2016年全球MEMS麥克風持續成長至44億顆左右, 反觀ECM則持平在33.5億顆左右, 2018年MEMS麥克風出貨可望突破50億顆, 與ECM差距將逐年拉大.
2013~2018年全球麥克風技術別出貨量變化及預測
為因應駕駛車輛時無法操作電子產品, 車用資訊娛樂系統(Infotainment Systems)多採用MEMS麥克風, 而物聯網設備更需MEMS麥克風達成聲控功能, 其他如耳機組, 醫療等領域亦皆為MEMS麥克風應用市場.
MEMS麥克風主要應用
MEMS麥克風為音頻產業關鍵零件 前三大廠皆采委外代工模式
2016年全球MEMS與ECM合計的麥克風市場約18億美元, 含音頻放大器, 音頻編解碼器, 數位訊號處理器(Digital Signal Processor; DSP)等晶片在內的音頻IC市場約45億美元, 而直徑小於2吋的微型揚聲器市場約87億美元, 總計相關音頻市場規模約150億美元.
觀察音頻產業供應鏈, 在MEMS麥克風方面, 2016年前三大廠樓氏電子, 歌爾聲學, 瑞聲科技於全球MEMS麥克風市場出貨量佔有率合計約7成, 樓氏電子主要由Sony代工生產, 歌爾聲學與瑞聲科技則主要委託英飛淩代工, 樓氏電子雖起步較早, 然逐漸面臨另兩家大陸業者急起直追等挑戰.
除上述3家業者外, 屬IDM的意法半導體, 博世, TDK, Omron均同時生產MEMS裸晶與麥克風, 其中, 博世與TDK分別於2009年及2017年收購美國MEMS麥克風廠Akustica, 美國MEMS慣性感測器∕麥克風供應商InvenSense.
韓廠BSE因供應MEMS麥克風給三星電子(Samsung Electronics), 2016年於全球MEMS麥克風出貨量排名第四名, 其他如淩雲邏輯(Cirrus Logic), Vesper亦為MEMS麥克風供應業者.
在音頻放大器方面, 意法半導體與淩雲邏輯為少數同時跨足MEMS裸晶∕麥克風及音頻放大器的業者, 不同於意法半導體擁有晶圓廠, 淩雲邏輯為IC設計公司, 其他如亞德諾(Analog Devices), 恩智浦半導體(NXP Semiconductors), 美信(Maxim Integrated), 德州儀器(Texas Instruments)等廠商可供應音頻放大器.
音頻產業中MEMS裸晶∕麥克風, 音頻放大器主要供應商
在音頻編解碼器方面, 淩雲邏輯為橫跨MEMS裸晶∕麥克風, 音頻放大器, 音頻編解碼器的IC設計業者, NXP與美信則皆同時跨足音頻放大器與音頻編解碼器領域, 其他如高通(Qualcomm), 羅姆(Rohm), 山葉(Yamaha), 瑞昱等業者亦為音頻編解碼器供應商, 另高通預計2018年完成收購NXP.
值得注意的是, 蘋果採購大量MEMS麥克風用於其智能型手機, 平板電腦, NB等產品, 本身亦跨足音頻放大器, 音頻編解碼器等音頻相關領域.
為提高音頻IC附加價值, 淩雲邏輯, 美信及瑞昱等業者多主攻離散元件, 高價值演演算法領域, 相較之下, 高通, 蘋果等業者則努力將其音頻IC整合於應用處理器(Application Processor; AP).
在微型揚聲器方面, 同時跨足MEMS麥克風與微型揚聲器的業者有樓氏電子, 歌爾聲學, 瑞聲科技等業者, 電聲元件廠商美律實業自2011年起切入蘋果微型揚聲器供應鏈, 其他如日廠Hosiden, 日廠Foster電機(Foster Electric), Transound等業者亦是微型揚聲器供應商.
音頻產業中音頻編解碼器, 微型揚聲器主要供應商及下遊手機∕系統業者
智能音響可望成為MEMS麥克風新興應用
美商亞馬遜於2014年推出采Alexa智能語音助理的Echo, 至2017年第3季為止, 包括Google, 蘋果, Sony, Bose, Harman等業者均積極搶進智能音響及其相關語音助理領域, 顯見具語音對話功能的智能音響漸受市場重視.
以蘋果於2017年7月所發表智能型音響裝置HomePod為例, 為強化Siri語音助理的辨識精確度, 其內建6個麥克風陣列, 以提升收音品質, 往後隨智能音響性能提升與市場擴大, 將漸成MEMS麥克風新興應用.
除需提升運算能力外, 智能音響亦要求更好的收音品質, 含MEMS麥克風, 音頻IC, 微型揚聲器在內的音頻零組件, 將於強化智能音響收音品質上扮演重要角色.
透過改進訊噪比(Signal to Noise Ratio), 頻率反應(Frequency Response), 聲學過載點(Acoustic Overload Point; AOP)等音訊表現, MEMS麥克風性能將逐步提升, 然對強化智能音響收音品質的效果相對有限.
為進一步提升智能音響效能, 在改進MEMS麥克風性能的同時, 需搭配聲源定位, 抑制噪音, 消除迴音等聲音處理系統, 並結合手機∕系統業者所累積的音頻技術, 將促使MEMS麥克風與揚聲器等音頻零組件加速朝模組化邁進, 以因應更高音訊品質需求.
音頻零件與技術將於強化智能音響收音品質扮演重要角色
結語
2017年全球MEMS麥克風出貨量將達48億顆, 2018年可望突破50億顆大關, 進一步拉大其領先ECM的差距, 前三大廠樓氏電子, 歌爾聲學, 瑞聲科技主要委託Sony, 英飛淩等業者代工生產, 而意法半導體, 博世, TDK, Omron等IDM亦為重要業者.
MEMS麥克風應用於智能型手機, NB, 遊戲等領域, 已具備良好陣列穩定性, 低功耗等特性, 且持續提升訊噪比, 然智能音響需更好的收音品質, MEMS麥克風作為聲控指令中樞的關鍵零件, 有必要搭配聲音處理系統及結合音頻技術, 以因應智能語音所需更高階性能.
MEMS麥克風漸從基本功能朝智能語音等更高階性能發展
另外, 蘋果雖未生產MEMS麥克風, 但有跨足音頻放大器, 音頻編解碼器等音頻領域, 且致力於與其AP整合, 此與Google, Sony, Bose等智能音響業者不同, 是否有助蘋果提升智能音響性能尚待觀察.