1. 引言

MEMS的应用领域（来源：Yole）随着消费电

子产品的快速发展，全球音频市场在过去十年中呈现尺寸越来越小、功耗更低、性能更好的趋势。扬声器作为笔记本电脑、智能手机、耳机等移动电子设备的核心组件之一，对更小、更轻、更节能的要求很高。目前，这些移动电子设备中的扬声器以带有笨重的传统动圈扬声器为主，由于音圈和永磁体必须组装，因此批量制造仍然具有挑战性，这些传统扬声器的小型化也对音质产生了负面影响，并且由于采用的材料和制造方法而达到了一些限制 。例如，传统扬声器的塑料或聚合物振膜太软，无法用作高质量的散热器表面 。在小型化过程中，机械悬架和电磁部件的简化会导致带宽减小和非线性增加，从而降低音质。传统的制造技术也难以在扬声器的小型化中实现高尺寸精度和良好的再现性。

MEMS主要产品类型（来源：MEMS）
相比之下，微机电系统 （MEMS）微型扬声器因其固有的优势而越来越受到关注，例如小尺寸、低功耗、批量制造以及与电子电路的潜在芯片上集成。许多研究人员基于各种换能机制开发了MEMS扬声器，并取得了可喜的成果，包括电动、静电、压电和热声MEMS扬声器，人们还探索了各种材料和制造方法来开发 MEMS 扬声器。MEMS扬声器的性能已经从几个关键规格方面进行了评估和比较，如器件尺寸、输出声压级（SPL）、功耗、带宽和总谐波失真（THD）。其中，SPL 和带宽是评估 MEMS 扬声器声学性能的两个广泛使用的参数。THD 也是评估 MEMS 扬声器声品质的重要参数 。

不同类型的MEMS扬声器

在微机电系统 （MEMS） 技术的推动下，MEMS 微型扬声器在过去十年中得到了迅速发展，以满足蓬勃发展的音频市场的需求。MEMS 扬声器具有占用空间小、成本低、易于组装等优点，在TWS耳机、OTC助听器、和物联网 （IoT） 方面的潜在应用引起了广泛关注。其中，压电MEMS扬声器较早实现了商业化。硅基MEMS器件是基于微小硅结构机械形变所带来的电容或电阻变化。压电MEMS器件则依赖压电效应，即由机械形变产生微小电荷，或者反过来，由施加的小电荷产生机械形变。作为微型执行器，压电MEMS器件能比硅基深硅蚀刻MEMS执行器提供更大的作用力。

压电效应和逆压电效应

压电MEMS执行器（扬声器）和MEMS传感器（麦克风）示例

当前，MEMS 技术再次成为微型扬声器行业的热门话题。最近一段时间，MEMS扬声器技术在耳机（TWS, IEM）和OTC助听器市场已经取得了可喜可贺的进展，未来也可能会在XR眼镜和智能手机市场取得进展。

2. MEMS扬声器开启商业化征程

一项新技术想要替代沉淀了一个世纪的经典动圈技术谈何容易！虽然和动圈方案相比，MEMS扬声器在尺寸和重量方面拥有先天的优势，在带宽和时延等音质参数上也展示出了更优越的性能，如果希望仅靠这些特性就可以快速占领市场还为时尚早；MEMS扬声器还有两座大山亟待翻越：制造成本和功耗。制造成本概念很好理解，由于现有的MEMS扬声器方案采用了代工厂新导入甚至不具备的工艺路线，其成本较传统动圈高出一大截；要比较扬声器功耗的大小，就要引入灵敏度这一关键参数。一款微型扬声器的灵敏度等于其每消耗1 mW的电能所产生的声压大小。直观理解为灵敏度越高代表在相同的耗电下产生的音量越大，然而更具有实际意义的理解是，灵敏度越高代表在产生相同的音量大小下耗电更少，即功耗越低。随着消费级可穿戴设备（如TWS耳机、助听/辅听耳机）集成越来越多的功能，其对各组成单元的功耗要求也水涨船高，是否高灵敏度、是否足够便宜决定了MEMS扬声器在海量市场中的适用范围、竞争力、甚至存在必要性。

图片MEMS扬声器的市场驱动因素（来源：MEMS）道阻且长，

型MEMS产品的开发周期一般较长。尽管研发时间会慢慢缩短，成本降低和大规模量产的障碍仍然存在。硅基MEMS制造工艺日臻成熟的同时，新材料（例如压电材料、磁性材料）和新工艺（例如AlN或PZT压电薄膜沉积、异质集成技术）的开发“连绵不绝”，以期望为MEMS产业开拓新的产品和应用疆界！例如，通过磁控溅射方法制备AlN或AlScN薄膜，以实现压电式微机械超声换能器（PMUT）、压电式MEMS麦克风的构建；通过智能剥离（Smart Cut™）技术制备绝缘体上压电薄膜（POI）晶圆，包括绝缘体上铌酸锂薄膜（LNOI）晶圆、绝缘体上钽酸锂（LTOI）晶圆等，可用于声表面波（SAW）陀螺仪、电光调制器、微环谐振器的制造。如今的MEMS企业已经能依靠坚实的基础制造技术实现产品创新，尽管成本降低和量产爬坡仍是难点，但是器件商业化时间和成本降低时间已经大为缩短：上世纪60年代的压力传感器商业化时间为15年，成本降低时间为15年；而现在的MEMS扬声器商业化时间仅为5年，成本降低时间也只需4年。越来越多的MEMS器件踏上商业化之路，并孕育巨大的市场机遇。

典型MEMS器件商业化所需时间：从实验室到量产（来源：Yole）

据知名咨询企业Yole预测，MEMS扬声器是仅次于MEMS时钟的未来最具有发展潜力的MEMS器件，据其《MEMS产业现状2022》报告显示，2021-2027 MEMS扬声器的年复合增长率（CAGR）将超过100%。Yole认为TWS无线耳机设备将是MEMS扬声器的主要突破点，其次是智能手机、汽车等应用。

xMEMS、USound、AAC、立讯精密、OBO和盛佳丽等积极推出MEMS高音+动圈低音的双单元模组，缩短品牌厂商的评估时间，加快MEMS扬声器在TWS耳机中的商业化落地。MEMS高音扬声器能够在高频下实现理想的性能，并扩展至40kHz乃至80kHz的高分辨率音频，使TWS耳机拥有最准确的时域音乐再现、无与伦比的声音清晰度和提升的空间感。

搭载MEMS高音的双单元模组

随着MEMS扬声器方案开始在 Creative 、Noble和 Soundpeats 等厂商进入量产， MEMS 又增添了新的应用方向。而 MEMS 扬声器也正在成为一种可选的音频解决方案，以满足现代音频设备日益增长的更小、更轻和更节能的需求。目前，MEMS扬声器已在TWS耳机、IEM耳机、OTC助听器、音频眼镜和核磁共振成像耳机等产品实现商用。
TWS耳机产品采用MEMS扬声器技术的品牌厂商有Creative创新科技、Noble Audio诺岱、SoundPeats泥炭、NUARL等。

搭载MEMS扬声器的TWS耳机

耳放厂商iFi积极推出支持xMEMS扬声器模式的便携放大器产品，
型号有iDSD Diablo-X、iDSD Diablo 2和ZEN CAN 3，为入耳式监听耳机（IEM，In-Ear Monitors）采用MEMS扬声器方案推波助澜。

支持xMEMS扬声器模式的iFi耳放

目前，入耳式监听耳机IEM 采用MEMS扬声器方案的品牌厂商有Singularity、Noble Audio诺岱、Soranik、Hiby海贝音乐、Moondrop水月雨和Brise Audio等。

搭载MEMS扬声器的IEM耳机

OTC助听器采用MEMS扬声器方案的品牌厂商有Minitakara耳宝和Linner。

搭载MEMS扬声器的OTC助听器

印度AR公司Focally在研发的Universe AR眼镜原型中加入MEMS高音扬声器和电动低音扬声器以实现空间音频效果。同时，Fauna音频眼镜凭借MEMS扬声器提供自然、沉浸式的声音体验。

搭载MEMS扬声器的眼镜

MEMS扬声器没有磁铁和线圈，免受电磁干扰，使耳机能够保护患者免受大音量噪音的影响，并使患者在核磁共振成像机器内感到放松。Nordic Neuro Labs，SMRT Image等厂商已经成功把MEMS扬声器应用到核磁共振成像耳机。

搭载MEMS扬声器的核磁共振成像耳机

3. MEMS 扬声器市场概况和趋势

根据The Business Research Company 的市场概况和增长预测

当前市场规模：2023 年，MEMS 扬声器市场价值 48.2 亿美元。

短期预测：到 2024 年，市场规模预计将增长到 52.4 亿美元，复合年增长率 （CAGR） 为 8.7%。

长期展望：预计到 2028 年，市场规模将达到 73.6 亿美元，复合年增长率为 8.9%。

全球MEMS扬声器市场（来源：The Business Research Company）

根据Market Research Future预测，2022 年 MEMS 扬声器市场行业规模为 25 亿美元。MEMS 扬声器市场预计将从 2023 年的 29 亿美元增长到 2032 年的 98 亿美元，在预测期间（2024 - 2032 年）的复合年增长率 （CAGR） 为 14.6%。消费电子产品对紧凑和高能效音频解决方案的需求不断增长，以及 MEMS 技术因其能够提供更好的音质和设计灵活性而越来越多地采用，是推动市场增长的主要市场驱动力。

MEMS扬声器市场（来源：MEMS Speakers Market Research Report）

全球 MEMS 扬声器市场有望实现大幅增长，这得益于消费类电子产品. 这些微型扬声器利用微机电系统 (MEMS) 技术，具有体积小、音质好等优势，非常适合可穿戴设备以及助听器。此外，语音设备需求的不断增长以及MEMS扬声器在AR/VR应用中的集成预计将进一步推动市场扩张。

根据Data Bridge Market Research 分析，全球 MEMS 扬声器市场在 2023 年的规模为 76.2 亿美元，预计到 2031 年将达到 116.9 亿美元，预计在 2024 年至 2031 年的预测期内复合年增长率为 5.5%。

全球 MEMs 扬声器市场 – 行业趋势和 2031 年预测（来源Data bridge）
根据Verified Market Reports，MEMS 扬声器市场规模在 2023 年价值 30 亿美元，预计到 2030 年底将达到 99 亿美元，在 2024-2030 年的预测期内复合年增长率为 14.5%。

MEMS 扬声器的市场复合年增长率受到各种消费电子产品对紧凑和高能效音频解决方案不断增长的需求的推动。随着智能手机、可穿戴设备和紧凑型智能扬声器等小型化、更便携设备的趋势不断增长，对能够提供高质量声音同时适应受限空间的音频组件的需求越来越大。MEMS（微机电系统）扬声器通过提供紧凑的外形尺寸而不影响音频性能来满足这一需求。带有电磁线圈和振膜的传统扬声器可能很笨重，限制了它们与纤薄便携设备的集成。另一方面，MEMS 扬声器利用微纳加工技术来创建可以有效产生声音的微型结构。这种小型化不仅允许无缝集成到更小的设备中，还有助于提高能源效率，这是延长便携式电子产品电池寿命的关键因素。

MEMS 技术本身的日益普及是 MEMS 扬声器市场的重要驱动力。MEMS 涉及将机械元件、传感器、执行器和电子元件集成在单个芯片上，从而能够创建高度紧凑的多功能设备。在扬声器环境中，MEMS 传感器取代了传统元件，具有尺寸更小、可靠性更高等优点。

对增强音质和设计灵活性的追求是 MEMS 扬声器市场背后的驱动力。消费者越来越期望在各种设备上获得高保真音频体验，而 MEMS 扬声器正好满足了这一要求。MEMS 独特的设计和制造工艺能够精确控制机械元件，从而提高声音再现和清晰度。此外，MEMS 扬声器提供的设计灵活性超越了传统扬声器元件的限制。这种灵活性使制造商能够探索新的音频产品设计，从而在美学和功能方面塑造市场。无论是将扬声器集成到设备内的非常规空间，还是探索创新的外形尺寸，MEMS 技术都提供了满足不断变化的消费者期望所需的创作自由。

4. MEMS扬声器未来可期

智能手机、平板电脑、智能手表和TWS耳塞等设备对MEMS传感器的需求持续增长，推动了这一领域的扩张。随着技术的进步和新应用的出现，预计消费电子市场将继续保持对MEMS设备的高需求。

可穿戴设备的三次浪潮（来源：Yole）

MEMS扬声器可以通过全自动化生产线制造，其尺寸较小，占用系统 PCB 板的空间更少，从而有利于系统集成商添加更多传感器以实现更多功能，或者采用更大容量的电池以提升系统的运行时间。传统扬声器在电视、传统音箱、智能音箱、手机、TWS耳机、传统耳机等多个大规模市场都有应用，而MEMS扬声器未来有望挑战传统扬声器市场。随着传统的扬声器达到技术极限，MEMS扬声器正成为新兴的产品差异化路线。

Yole预计2028年左右，MEMS扬声器在XR眼镜中实现大规模应用（来源：Yole）

MEMS扬声器充当机器人的嘴巴（来源：Yole）

随着技术的迭代发展，MEMS扬声器在TWS耳机中的市场份额进一步扩大，未来有望在OWS耳机、智能手表、XR眼镜、人形机器人等其它电子产品中实现大规模应用。技术加速更新，各大厂商竞逐MEMS扬声器领域，采用MEMS扬声器方案的品牌客户越来越多，MEMS扬声器的商业化正如火如荼地进行。

参考文献：
Review of Recent Development of MEMS Speakers，Micromachines 2021, 12(10), 1257
海通证券-半导体产品与半导体设备行业跟踪报告: 关注 MEMS 扬声器应用落地
《Status of the MEMS Industry 2023》，Yole
MEMS Speakers Market Research Report Information By Type (Headset, Deaf-Aid, and Others), By Application (Piezoelectric, Electric, and Thermoacoustic), And By Region (North America, Europe, Asia-Pacific, And Rest Of The World) –Industry Forecast Till 2032
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