【導(dǎo)讀】揚(yáng)聲器，俗稱喇叭，是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波的電聲換能器件，是音響、電視機(jī)、收音機(jī)等電子產(chǎn)品中的核心組件。從1925年 Chester W. Rice 和 Edward W. Kellog 發(fā)明的第一個(gè)現(xiàn)代電動(dòng)式揚(yáng)聲器到今日的MEMS微型揚(yáng)聲器，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)走過(guò)了近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程。
揚(yáng)聲器，俗稱喇叭，是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波的電聲換能器件，是音響、電視機(jī)、收音機(jī)等電子產(chǎn)品中的核心組件。從1925年 Chester W. Rice 和 Edward W. Kellog 發(fā)明的第一個(gè)現(xiàn)代電動(dòng)式揚(yáng)聲器到今日的MEMS微型揚(yáng)聲器，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)走過(guò)了近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程。
本文將全面解析揚(yáng)聲器的技術(shù)原理、市場(chǎng)現(xiàn)狀與選型要?jiǎng)t，為工程師和音頻愛(ài)好者提供一份實(shí)用的技術(shù)參考。
01 揚(yáng)聲器工作原理與分類
揚(yáng)聲器的基本工作原理基于電磁感應(yīng)定律。當(dāng)音頻電流通過(guò)置于磁場(chǎng)中的音圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生隨音頻信號(hào)變化的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與永久磁鐵的磁場(chǎng)相互作用，驅(qū)使音圈沿軸向振動(dòng)，帶動(dòng)振膜使周圍空氣振動(dòng)，從而將電能轉(zhuǎn)換為聲能。
根據(jù)換能機(jī)理和結(jié)構(gòu)，揚(yáng)聲器可分為動(dòng)圈式（電動(dòng)式）、電容式（靜電式）、壓電式、電磁式等多種類型。其中電動(dòng)式揚(yáng)聲器因具有電聲性能好、結(jié)構(gòu)牢固、成本低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。
按工作頻率劃分，揚(yáng)聲器可分為低音、中音和高音單元。低音揚(yáng)聲器通常采用大尺寸紙盆，專注于重放低頻信號(hào)；高音揚(yáng)聲器則使用小尺寸振膜，專注于高頻信號(hào)重放。理想揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)范圍應(yīng)為20Hz-20kHz，覆蓋人耳可聽(tīng)范圍，但單只揚(yáng)聲器很難實(shí)現(xiàn)如此寬頻帶的均勻重放。
02 關(guān)鍵性能參數(shù)與選型要?jiǎng)t
選擇合適的揚(yáng)聲器需要考慮多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，包括標(biāo)稱功率、額定阻抗、頻率響應(yīng)、靈敏度和失真度等。
標(biāo)稱功率（額定功率）是指揚(yáng)聲器在額定不失真范圍內(nèi)允許的最大輸入功率，是揚(yáng)聲器能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的功率上限。最大功率則是揚(yáng)聲器在某一瞬間能承受的峰值功率，通常應(yīng)為標(biāo)稱功率的2-3倍，以保證可靠性。
頻率響應(yīng)表示揚(yáng)聲器能夠重放的聲音頻率范圍，當(dāng)聲壓下降為中音頻信號(hào)的某一數(shù)值時(shí)的高、低音頻率范圍，就是揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性。實(shí)踐中，頻率響應(yīng)曲線越平坦，表示揚(yáng)聲器對(duì)各頻率信號(hào)的還原度越高。
指向性用來(lái)表征揚(yáng)聲器在空間各方向輻射的聲壓分布特性，頻率越高指向性越差，紙盆越大指向性越強(qiáng)。這一特性直接影響聽(tīng)音區(qū)域的寬度和最佳聽(tīng)音位置的選擇。
對(duì)于超低音揚(yáng)聲器的選型，還需考慮箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。密封式箱體反應(yīng)較快，還原度好，但需要較大的功率放大器推動(dòng)；低音反射式箱體則能提供更佳的低音下潛，效率較高且低頻頻量感更足，但體型通常較大。
03 揚(yáng)聲器成本結(jié)構(gòu)與市場(chǎng)分析
揚(yáng)聲器的成本構(gòu)成復(fù)雜，從入門級(jí)到高端產(chǎn)品價(jià)格跨度極大。入門級(jí)超低音揚(yáng)聲器價(jià)位在千元左右，中階產(chǎn)品約一萬(wàn)元，高階產(chǎn)品則可達(dá)兩萬(wàn)元以上。一些頂級(jí)旗艦型號(hào)甚至可達(dá)六位數(shù)價(jià)格。
以華為AI音箱2為例，其BOM表總成本約為33.52美元（折合人民幣225.08元），包含組裝費(fèi)。其中主控IC成本為16.2美元，占比48.3%。該音箱全部443個(gè)組件中，中國(guó)大陸提供114個(gè)組件，占總成本的51.6%，成本占比最高。
元器件成本TOP5分別是AP（應(yīng)用處理器）、音頻ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、RAM（內(nèi)存）、ROM（存儲(chǔ)器）及麥克風(fēng)。這一成本結(jié)構(gòu)反映了智能音箱從傳統(tǒng)音頻設(shè)備向智能化平臺(tái)的轉(zhuǎn)變。
MEMS揚(yáng)聲器作為新興技術(shù)，市場(chǎng)規(guī)模正快速增長(zhǎng)。2024年全球市場(chǎng)規(guī)模約22.8億元，預(yù)計(jì)到2031年將接近140.4億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)29.7%。這一增長(zhǎng)主要受益于TWS耳機(jī)微型化需求、AR/VR設(shè)備的空間音頻升級(jí)以及助聽(tīng)器等醫(yī)療設(shè)備的高端化迭代。
04 元器件選型與頭部原廠對(duì)比
揚(yáng)聲器系統(tǒng)的選型需綜合考慮應(yīng)用場(chǎng)景、性能要求和成本目標(biāo)。對(duì)于語(yǔ)音芯片，需關(guān)注采樣率與信噪比：高采樣率（如16位ADC）可減少聲音失真，信噪比≥75dB能有效降低背景噪聲。專業(yè)音樂(lè)錄制需選擇高端芯片，而玩具類應(yīng)用則可選擇成本較低的MP3格式芯片。
下表展示了全球MEMS揚(yáng)聲器頭部廠商的市場(chǎng)格局與技術(shù)特點(diǎn)：
對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景，芯片選型策略也有差異：玩具/人聲錄制可選擇成本較低的ADPCM或MP3芯片；專業(yè)聲卡/音樂(lè)錄制需高保真芯片，支持WAV無(wú)損格式；大音量場(chǎng)景則應(yīng)優(yōu)先選D類功放芯片，輸出功率≥3W且效率>90%。
國(guó)產(chǎn)芯片如環(huán)芯AC8VM系列性價(jià)比高，可避免臺(tái)系芯片的兼容性問(wèn)題。在需要高可靠性的工業(yè)級(jí)應(yīng)用中，建議選擇寬電壓設(shè)計(jì)的芯片。
05 創(chuàng)新趨勢(shì)與未來(lái)展望
MEMS揚(yáng)聲器代表了揚(yáng)聲器技術(shù)的最新發(fā)展方向。相比傳統(tǒng)動(dòng)圈揚(yáng)聲器，MEMS技術(shù)通過(guò)硅基振膜和微納工藝實(shí)現(xiàn)了極致輕薄（厚度<1mm）、高度一致的頻響（誤差±0.5dB）以及更低的功耗（能耗降低可達(dá)40%）。這些特性使其特別適用于開(kāi)放式耳機(jī)、智能眼鏡、可穿戴設(shè)備等尺寸受限的終端。
另一方面，分流揚(yáng)聲器吸聲結(jié)構(gòu)作為半主動(dòng)吸聲技術(shù)的新方向，兼有穩(wěn)定性高和卓越吸聲性能的優(yōu)點(diǎn)。研究表明，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，分流揚(yáng)聲器吸聲結(jié)構(gòu)在100-450Hz內(nèi)平均吸聲系數(shù)的實(shí)測(cè)值可大于0.65，顯著提升了低頻吸聲性能。
材料科學(xué)的發(fā)展也在推動(dòng)揚(yáng)聲器技術(shù)創(chuàng)新。例如，當(dāng)振膜出現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆指钫駝?dòng)時(shí)有利于分流揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)吸聲性能的提升。這意味著未來(lái)?yè)P(yáng)聲器設(shè)計(jì)可能會(huì)更加注重材料的智能控制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
在音頻設(shè)備智能化大潮下，無(wú)線連接、智能音頻處理、多房間同步播放等功能已成為標(biāo)準(zhǔn)配置。這些功能不僅提升了用戶體驗(yàn)，也為揚(yáng)聲器技術(shù)開(kāi)辟了新的應(yīng)用場(chǎng)景和市場(chǎng)空間。
結(jié)語(yǔ)：揚(yáng)聲器技術(shù)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)動(dòng)圈到MEMS微聲時(shí)代的跨越。國(guó)際頭部廠商憑借技術(shù)專利占據(jù)高端市場(chǎng)，中國(guó)本土企業(yè)則依托制造優(yōu)勢(shì)和成本競(jìng)爭(zhēng)力快速追趕。未來(lái)，隨著TWS耳機(jī)、AR/VR和可穿戴設(shè)備的普及，揚(yáng)聲器將向更微型化、低功耗和高保真方向演進(jìn)，成本控制與技術(shù)創(chuàng)新同樣重要。
推薦閱讀：
人形機(jī)器人迎量產(chǎn)元年：兆易創(chuàng)新以全棧芯片方案助力產(chǎn)業(yè)爆發(fā)
網(wǎng)絡(luò)電容選型指南：平衡性能、成本與供應(yīng)鏈安全
貿(mào)澤新一期Talks Tech上線：FIRST創(chuàng)始人分享STEM教育使命
