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一场耳朵引起的穿戴和家居革命!TWS耳机与智能音箱产业报告【附

2019-10-04 05:57

  智东西(公众号: zhidxcom) 编 智东西内参 自苹果正式发售无线耳机 AirPods 以

  自苹果正式发售无线耳机 AirPods 以来, 真无线蓝牙智能耳机(TWS)凭借其无线化、智能化、 体积小、音质好、连接高效、稳定性等优点迅速受到市场广泛关注,近年来,三星、华为、小米等手机厂商以及 Bose、索尼、 森海塞尔等耳机大厂纷纷进军 TWS 耳机市场。

  而随着近两年越来越多的科技厂商加入智能音箱市场,18Q3 全球智能音箱出货量 1970 万台,同比增长 137%,全年销量有望接近1 亿台。

  本期的智能内参,我们推荐来自东方证券的报告《TWS耳机与智能音箱推动声学产业新发展》, 详解TWS耳机与智能音箱产业新发展。如果想收藏本文的报告全文(TWS耳机与智能音箱),可以在智东西公众号:(zhidxcom)回复关键词“nc328”获取。

  2016 年,苹果发布 iPhone 7 取消了 3.5mm 耳机接口,并正式发售无线耳机 AirPods,推动了耳机行业的变革。此后, AirPods 受到追捧,发货周期曾达到 6 周,一度供不应求。 AirPods 的火爆销售正式打开了 TWS(True Wireless Stereo)真无线蓝牙智能耳机的市场,而“无线”成为消费者最为关注的耳机特性。

  TWS 耳机最大的特点是无线化,人们不必再为耳机线材缠绕而烦恼。依靠集成的光学传感器等,TWS 耳机从耳机盒中拿出即可自动连接使用,自动开关,非常方便。同时相比普通蓝牙耳机, TWS耳机体积小、音质好,更先进的蓝牙技术的应用使其连接效率、稳定性更好,还具有一定的防水性和智能性,因而迅速吸引了消费者们的视线。

  耳机因其良好的便携性成为不可替代的电子产品,智能耳机的出现使耳机的使用场景增多,并迅速吸引消费者并占据市场。在国内,苹果 AirPods 发布后连续进入中关村统计的耳机关注度前十,甚至多次夺取第一、第二的位置。据 Slice Intellegence 统计, 2016 年 AirPods 上市一个月后即占据美国线%的份额,代表了消费者对 TWS 耳机的认可。近年来,越来越多的厂商陆续发布新产品进军 TWS 耳机市场。

  TWS 耳机主要由芯片、扬声器、麦克风和多个传感器构成, AirPods 集成了 28 个组件及数百个元器件,复杂度大幅提升。 AirPods 的自动开关主要依靠光学传感器实现,而依靠其他多种传感器,TWS 耳机还可实现运动检测、健康监测等功能。 两只耳机可分为主扬声器和副扬声器,主扬声器接收手机电脑等设备的音频信号,并将信号传输给副扬声器从而实现立体声效果。目前市场上的高端耳机拥有两个主扬声器,因此两只耳机均可以独立使用;而低端耳机只有一个主扬声器,因此只有一只耳机可以独立使用并接打电话。

  据 IDC 预测,耳机将会是增长最快的可穿戴设备, 2018 年到 2022 年复合增长率达 56%。Futuresource 的报告中指出, 2018 年 Q3 全球耳机市场规模相比 2016 年 Q3 增长 26%,达到 55亿美元。其中 AirPods 占据 40%左右的市场份额。 我们认为, 蓝牙技术、芯片方案等核心技术升级,手机结构变化和系统支持,伴随 AI 和传感器技术的成熟,有望推动 TWS 耳机实现快速持续发展,预计未来三年 TWS 耳机销量将有望实现翻倍以上增长,将成为耳机市场的主流。

  蓝牙技术的升级提升了 TWS 耳机等无线 技术标准发布,奠定了 TWS 耳机普及的基础。相比上一代技术,蓝牙 5.0 的功耗更低;覆盖半径达 300 米,是蓝牙4.2 的 4 倍;传输速度最高达 24Mbps,是蓝牙 4.2 的两倍;还能配合 WIFI 实现室内定位。蓝牙Mesh 技术也打破传统实现了“多对多”设备间的信号传输。

  对 TWS 耳机和手机而言,蓝牙技术的进步将提高设备连接的稳定性、降低延迟,低功耗的特性还可以延长设备使用时间。此外,蓝牙 5.0 技术的应用将使 TWS 耳机实现双边通话,即两只耳机都可以作为主扬声器使用。

  据统计,自 2017 年下半年开始,主流手机品牌推出了 50 多款支持蓝牙 5.0 传输的旗舰机型,布局未来物联网和智能设备的应用,也为采用蓝牙 5.0 技术的耳机奠定了硬件基础。

  伴随蓝牙技术升级,芯片公司近年来积极推出多元化的 TWS 耳机方案,据统计,至 2018 年 6 月共有 6 家公司推出了 10 个 TWS 耳机方案,而到 11 月,有 8 家芯片公司共计推出 18 个 TWS 耳机方案,其中有 13 个方案支持蓝牙 5.0 传输。这些芯片集成度进一步提升,如高通 CSR8675 是首款集成 ANC 功能的旗舰级蓝牙音频系统级芯片,节省了耳机内部的空间。这些解决方案还支持低功耗、低延时、降噪、环境音监听等耳机功能,降低延迟、提高音质,使 TWS 耳机功能更多、性能更好,产品体验提升。预计未来芯片厂商会推出更多技术和性能不断改进的方案。

  随着技术的进一步发展,未来 TWS 耳机可能在工业、医疗、 ToB 等领域取得更大市场空间。苹果专利显示,未来耳机可能搭载心率检测技术,集成更多的传感器实现监测心脏、血压等功能。而另一份专利则描述了依靠传感器和麦克风实现用户控制环境音的技术,这项技术甚至可以调节耳压。未来 TWS耳机技术升级方向还可能有电容传感器的集成——苹果专利显示集成了电容传感器的耳机可以检测用户手指的触摸以执行操作。

  语音交互是屏幕和键盘的首选替代品, 支持 AI 语音助手成为手机的延伸无疑是 TWS 耳机最大的卖点。目前各大手机厂商推出的 TWS 耳机大多支持各自手机的语音助手。此外,传统耳机厂商推出了部分支持苹果 Siri、亚马逊 Alexa 和谷歌 Google Assistant 等主流语音助手的 TWS 耳机。2018年亚马逊面向所有设备制造商发布了 Alexa Mobile Accessory(AMA)开发套件,所有厂商都可以将 Alexa 语音助手整合到产品中,而高通将与亚马逊合作推出一套 Alexa 智能耳机解决方案,让用户无需安装 App 也可以使用 Alexa。

  据 Strategy Analytics 预测, 2019 年语音助手在智能手机的渗透率会超过 50%,在 2023 年将达到90%。因此未来语音控制市场前景良好,而 TWS 耳机将成为语音交互的重要入口。目前 AirPods可以通过双击唤醒 Siri,而市场上其他产品也大多采用长按、轻触等手势操作唤醒模式实现与语音助手的交互。语音唤醒语音助手的技术无疑会是下一代耳机技术升级的目标。

  TWS 耳机相关技术成熟度不断提升,推动产品价格逐渐降低。 2018 年以前市场上多数 TWS 耳机产品价格超过一千元,如苹果 AirPods、三星 Gear Icon X、 B&O Beoplay E8 等。 2018 年上半年价格低于 1000 元的产品增多,如 3 月推出的华为 Freebuds 价格 799 元、 4 月推出的魅族 POP价格 499 元、 6 月推出的漫步者 TWS3 价格 398 元。而进入 2018 年下半年,部分品牌推出低价产品试图占领市场。 9 月推出的 QCY T1 青春版售价 129 元,抢购价 99 元,但之后推出的 T1 升级版价格为 299 元。疯米也在 9 月推出了价格分别为 99、 299 元的疯米 W1、疯米 AI 两款产品。虽然整体市场并未进入成熟期,新技术的应用依然会提升 TWS 产品价格,但技术成熟度的提升将推动价格下降的整体趋势,也有助于 TWS 耳机实现快速普及。

  2014 年亚马逊推出 Echo 智能音箱大获成功,此后智能音箱市场迅速发展, 各大厂商相继推出智能音箱产品。 相比传统音箱,各公司推出的智能音箱最大的特点是消费者可以通过语音控制音箱,可以连接 WiFi 并利用互联网为用户提供多样化功能。 通过 AI 语音助手,未来智能音箱还可应用于汽车、手机、电视等领域,而 5G 时代的到来也可使各个智能设备无线互联,为消费者提供更丰富的体验。因此随智能家居的发展和核心技术升级,智能音箱有望脱离智能手机,依靠 AI 语音助手构建的生态圈逐渐成为智能家居的入口。

  2015 年 7 月,亚马逊 Echo 正式上市并立刻引发广泛关注。在获得一定市场后,亚马逊在 2016年 3 月推出了价格低廉、体积较小的产品(如 Echo dot),不仅给予消费者更多选择并占据更多市场份额,同时低廉价格的产品可以吸引消费者购买更多的智能音箱,并将它们放置在房屋内的各个角落。这些智能音箱将形成一个系统,以便扩大对用户声音的拾取范围,这也增长了用户使用智能音箱的频率。理想状态下,用户在任何一个房间都可以通过语音控制智能音箱,进而控制其他智能家居。 据 Edison Research 调查显示,过半的用户拥有 2 台以上智能音箱。同时近两年也有越来越多的科技厂商加入了智能音箱的市场中。

  亚马逊 Echo 应用了 7 个麦克风、一个高音扬声器和一个低音扬声器,并在顶部设置了静音键,支持多个应用,与多种设备兼容。而苹果 HomePod 采用了 6 麦克风阵列、一个低音扬声器,并在底部设计了 7 个高音扬声器,音质大幅提升。苹果用户可以直接通过 Siri 控制 HomePod,适配所有苹果设备。

  随着 5G 时代临近,未来交互产品迅速增长。据 Strategy Analytics 预测,未来智能家居市场将会大幅增长, 2018 年全球消费者在智能家居相关产品上花费 960 亿美元,约 1.89 亿个家庭使用相关产品;而到 2023 年预计将产生 1550 亿美元的销售额,使用相关产品的家庭将达到 2.93 亿。随着智能家居市场的持续增长,智能系统的应用也必不可少,这些智能设备将会形成围绕语音助手的生态圈。语音交互成为屏幕和键盘的首选替代品, AI 语音助手将在这个生态圈里扮演最重要的角色,而智能音箱作为公认的智能家居交互入口, 未来发展潜力巨大。

  2017 年智能音箱销量 3200 万台,其中亚马逊 Echo 售出 2200 万台, 但受语言限制,市场份额主要集中于英语国家。 2018 年 Q3 全球智能音箱出货量 1970 万台,同比增长 137%,全年销量有望接近 1 亿台。中国市场自 2017 年 Q4 起保持快速增长, 2018 年 Q3 出货量 580 万台,已成为全球第二大市场。据德勤调查, 2018 年年中智能音箱在中国城市地区的渗透率达到 22%,而美国渗透率为 20%。随着智能家居生态圈更加完善、相关软硬件技术更加成熟,未来智能音箱市场有望保持快速增长, 预计 2022 年全球智能音箱出货量将超过 3 亿台, 市场规模达到 600 亿元。

  在 2018 年 Q3 中国智能音箱市场,阿里巴巴推出的天猫精灵占据了 29%的市场份额,小米和百度分别占据 25%和 24%的份额。而全球市场中, 亚马逊 Echo 市占率为 32%,而谷歌 Google Home紧随其后占据了 23%的份额;阿里、 百度和小米依靠中国市场分别占据了 9.5%、8.4%和 8.4%的份额。

  虽然国内市场增长迅速,但不够成熟的技术使更多消费者对智能音箱保持观望。 GfK 调查发现,消费者对智能音箱的语义识别、语音唤醒等多个智能音箱特色功能并不完全满意,而受成本影响,目前市场上多数智能音箱的音质不够好,产品同质化严重,也是阻碍市场扩大的原因之一。而德勤的调研发现, 智能音箱的实用性和功能性一定程度上取决于人们实际的使用方式, 在大多数市场中,智能音箱仍然最常用于播放音乐的常规本质功能, 而查询天气、信息搜索等辅助功能则为智能音箱带来附加价值。

  智能音箱的生产涉及到芯片、 MEMS 麦克风、音频放大器、编解码器、扬声器和 OEM 厂商等多个环节,其中麦克风与扬声器是音频产品的核心零部件。

  智能音箱方案主要由声智科技、先声互联、摩尔声学等公司提供,包括语音识别、麦克风阵列、硬件方案设计等多方面设计。智能音箱芯片主要由联发科、 Amlogic、全志科技等芯片厂商生产,其中联发科已占据 Echo 过半的芯片份额,目前多数芯片兼容多个平台和网络协议。富士康、国光电器、漫步者、奋达科技等 ODM 公司为多个品牌代工。总体而言,智能音箱产业链中,国产品牌占据较大的份额,而国产智能音箱多选用国产元器件品牌以控制成本。而在产品低价促销的驱使下,高技术成熟度、低成本生产是供应链厂商共同努力的方向。

  扬声器与 MEMS 麦克风作为 TWS 耳机和智能音箱的核心元件,有望受益于新型智能音频设备的快速发展。而此类核心元件的技术升级也成为终端设备进一步普及的驱动因素。

  从智能手机到 TWS 耳机,再到智能音箱,音质表现一直是消费者关注的最重要因素之一,扬声器技术升级主要体现在方案升级、材料升级、防水和用量提升等方面,带来单机价值量和市场空间的持续增长。

  在智能手机中,扬声器依旧具备升级空间,立体声音质表现效果的进一步提升,新材料的应用将是方案商重点布局的方向。 超薄、透明并导电的纳米膜做成的扬声器可以通过温度引起的振动发出热声音来工作,成为可穿戴扬声器的备选材料。密歇根州立大学新开发出的超薄铁电驻极纳米材料可同时用作麦克风和扬声器使用,甚至可以将一面旗子变为扬声器。

  超线性结构(SLS)技术可以生产音质更好的扬声器,目前瑞声科技的 SLS 技术平台已经投入使用,已向智能手机、智能音箱等产品的客户展示相关产品,市场渗透率不断提高。超线性扬声器通过采用两个线圈共同驱动振膜,解决振膜受力不均衡影响音质的问题。性能优越的石墨烯振膜已被部分市售产品应用,而新一代振膜也在研发中。

  由于微型扬声器的构造不对称和生产工艺等问题,在应用中振膜会产生偏振。偏振会导致振膜疲劳、破裂和音圈偏斜等问题,影响音质。因此针对扬声器偏振问题,多个公司曾提出多项专利申请。歌尔声学应用新型振膜材料推出了性能更好的电声器件产品。 2016 年开始布局、创新、针对偏振问题推出的超平衡扬声器(SBS)融合了高性能振膜材料,降低了手机震动产生的噪声,提供了更好的立体声和防水等性能。目前 SBS 扬声器已经在华为、 OPPO、小米等多款高端机型中应用。

  设备防水是目前用户普遍期望的性能, iPhone 7 是苹果第一款防水的手机产品,它采用了特制的防水滤网并贴合出音孔。华为 Mate 20 将底部扬声器和 Type-C 设计到一起,而减少了机身开孔,增加防水性能。此外,将扬声器与天线等其他器件集成也是厂商为节省空间、提高防水性能提出的解决方案之一。而在 TWS 耳机的普及过程中,防水也将是扬声器重要的升级方向。

  除了技术升级以外, 增加扬声器的数量是获得更好的立体声效果的方法之一。苹果在取消 iPhone 7的耳机接口后利用节省的空间在手机顶部听筒位置增加了一个扬声器,使 iPhone 成为双扬声器产品; iPad Pro 开始采用四扬声器设计,而最新的苹果专利显示未来 iPad 可能使用八个扬声器。亚马逊 Echo 采用双扬声器设计,而苹果 Homepod 使用了 1 个低音单元和 7 个高音单元构成阵列。因此未来产品使用的扬声器数量可能继续增加。据中国产业信息网, 2021 年全球全球微型扬声器销量将达到 152 亿件,年复合增速近 6%。

  电容式麦克风原理是振膜与固定背板间的距离随声压波改变,进而改变电容,使声信号转化为电信号。传统 ECM 麦克风采用驻极体材料,而 MEMS 麦克风由 MEMS 芯片和 ASIC 芯片组成,所有元件都在一个硅晶圆上制造。

  与传统驻极体电容式麦克风(ECM)相比, MEMS 麦克风集成性、扩展性更好,因此逐渐广泛应用到智能手机、耳机等设备中。在不同温度、湿度等环境因素的影响下, MEMS 麦克风都表现出更稳定的性能,对射频的抗干扰性能也更好。

  小型化是麦克风技术发展的主要方向之一,此前歌尔声学已经提出了将微型麦克风与压力传感器、微型扬声器与天线模块整合的解决方案,可以有效节省空间、降低成本。苹果申请了将 MEMS 麦克风与振动传感器集成新专利,该技术可有效降低噪音。未来更多模块整合的技术可能会不断推出,以应对设备更小体积、更高性能、更多功能的发展趋势。此外,低功耗高性能的产品也是不变的发展趋势之一。

  目前应用的 MEMS 麦克风在使用中硅振膜可能因压力过大而断裂,而石墨烯的特性使其适用于麦克风应用,并展现出更高的灵敏度。目前,英飞凌与多家公司和大学合作开发石墨烯薄膜的 MEMS麦克风,并已宣布完成。未来石墨烯膜的 MEMS 麦克风可能进入市场。

  压电式 MEMS 麦克风则可能是另一发展方向,它利用具有压电特性的晶体在电场下的变形推动活塞。相比电容式 MEMS 麦克风,压电式 MEMS 麦克风可以提供更好的远场性能,同时不易受环境污染,长期性能更好。应用到智能设备上时,压电式麦克风在被唤醒词打开前几乎不会消耗电能,这将提高设备的续航时间。 2018 年 5 月,压电式 MEMS 麦克风的开发商 Vesper 宣布完成 B 轮融资,投资者包括 Alexa、百度、 Bose 等知名公司,可见市场对这项技术的信心。

  相比单麦克风,麦克风阵列技术可以实现语音增强与声源定位,是智能产品必不可少的技术之一。麦克风阵列技术使得智能音箱可以识别远场语音,消费者不必通过按键召唤语音助手。而声源定位可以让智能设备实现定向语音信号的增强,从而抑制噪声、获得更清晰的语音信号,提供更好的智能服务。

  目前高端音箱应用的麦克风阵列有 6~8 个麦克风。麦克风阵列的应用无疑推动了市场对 MEMS 麦克风的需求,据楼氏电子,中国市场对 MEMS 麦克风的需求相比去年增长了一倍有余,随着语音助手在智能音箱等领域的应用,麦克风市场有望进一步增长。 Yole 预测,预计 2022 年 MEMS 麦克风出货量达 80 亿颗,复合增长率为 11%,而 MEMS 麦克风渗透率也将持续提升。

  智东西认为,TWS 耳机主要由芯片、扬声器、麦克风和多个传感器构成,我们认为蓝牙技术升级、芯片方案多元化、手机结构变化、系统支持等多方面技术的发展有助于推动 TWS 耳机生态圈日趋成熟,而传感器和 AI 技术推动 TWS 耳机应用场景更加多元化,伴随技术成熟带来价格的下降, TWS 耳机将迎来快速普及。而智能音箱核心技术成熟度的不断提升是未来销量持续快速增长的核心驱动, 提升音质仍是智能音箱发展的首要因素,提升语音识别、AI 等技术的发展并进一步整合智能音箱内容平台将有利于扩大客户群体。随着智能家居生态圈更加完善、相关软硬件技术更加成熟,未来智能音箱市场有望保持快速增长

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