【導(dǎo)讀】揚聲器，俗稱喇叭，是一種將電信號轉(zhuǎn)換為聲波的電聲換能器件，是音響、電視機、收音機等電子產(chǎn)品中的核心組件。從1925年 Chester W. Rice 和 Edward W. Kellog 發(fā)明的第一個現(xiàn)代電動式揚聲器到今日的MEMS微型揚聲器，這項技術(shù)已經(jīng)走過了近一個世紀(jì)的發(fā)展歷程。
揚聲器，俗稱喇叭，是一種將電信號轉(zhuǎn)換為聲波的電聲換能器件，是音響、電視機、收音機等電子產(chǎn)品中的核心組件。從1925年 Chester W. Rice 和 Edward W. Kellog 發(fā)明的第一個現(xiàn)代電動式揚聲器到今日的MEMS微型揚聲器，這項技術(shù)已經(jīng)走過了近一個世紀(jì)的發(fā)展歷程。
本文將全面解析揚聲器的技術(shù)原理、市場現(xiàn)狀與選型要則，為工程師和音頻愛好者提供一份實用的技術(shù)參考。
01 揚聲器工作原理與分類
揚聲器的基本工作原理基于電磁感應(yīng)定律。當(dāng)音頻電流通過置于磁場中的音圈時，會產(chǎn)生隨音頻信號變化的磁場，該磁場與永久磁鐵的磁場相互作用，驅(qū)使音圈沿軸向振動，帶動振膜使周圍空氣振動，從而將電能轉(zhuǎn)換為聲能。
根據(jù)換能機理和結(jié)構(gòu)，揚聲器可分為動圈式（電動式）、電容式（靜電式）、壓電式、電磁式等多種類型。其中電動式揚聲器因具有電聲性能好、結(jié)構(gòu)牢固、成本低等優(yōu)點，應(yīng)用最為廣泛。
按工作頻率劃分，揚聲器可分為低音、中音和高音單元。低音揚聲器通常采用大尺寸紙盆，專注于重放低頻信號；高音揚聲器則使用小尺寸振膜，專注于高頻信號重放。理想揚聲器的頻率響應(yīng)范圍應(yīng)為20Hz-20kHz，覆蓋人耳可聽范圍，但單只揚聲器很難實現(xiàn)如此寬頻帶的均勻重放。
02 關(guān)鍵性能參數(shù)與選型要則
選擇合適的揚聲器需要考慮多項技術(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）是指揚聲器在額定不失真范圍內(nèi)允許的最大輸入功率，是揚聲器能長期穩(wěn)定工作的功率上限。最大功率則是揚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的某一數(shù)值時的高、低音頻率范圍，就是揚聲器的頻率響應(yīng)特性。實踐中，頻率響應(yīng)曲線越平坦，表示揚聲器對各頻率信號的還原度越高。
指向性用來表征揚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。這一特性直接影響聽音區(qū)域的寬度和最佳聽音位置的選擇。
對于超低音揚聲器的選型，還需考慮箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計。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；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 揚聲器成本結(jié)構(gòu)與市場分析
揚聲器的成本構(gòu)成復(fù)雜，從入門級到高端產(chǎn)品價格跨度極大。入門級超低音揚聲器價位在千元左右，中階產(chǎn)品約一萬元，高階產(chǎn)品則可達兩萬元以上。一些頂級旗艦型號甚至可達六位數(shù)價格。
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。其中主控IC成本為16.2美元，占比48.3%。該音箱全部443個組件中，中國大陸提供114個組件，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)備向智能化平臺的轉(zhuǎn)變。
MEMS揚聲器作為新興技術(shù)，市場規(guī)模正快速增長。2024年全球市場規(guī)模約22.8億元，預(yù)計到2031年將接近140.4億元，年復(fù)合增長率達29.7%。這一增長主要受益于TWS耳機微型化需求、AR/VR設(shè)備的空間音頻升級以及助聽器等醫(yī)療設(shè)備的高端化迭代。
04 元器件選型與頭部原廠對比
揚聲器系統(tǒng)的選型需綜合考慮應(yīng)用場景、性能要求和成本目標(biāo)。對于語音芯片，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揚聲器頭部廠商的市場格局與技術(shù)特點：
對于不同應(yīng)用場景，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/音樂錄制需高保真芯片，支持WAV無損格式；大音量場景則應(yīng)優(yōu)先選D類功放芯片，輸出功率≥3W且效率>90%。
國產(chǎn)芯片如環(huán)芯AC8VM系列性價比高，可避免臺系芯片的兼容性問題。在需要高可靠性的工業(yè)級應(yīng)用中，建議選擇寬電壓設(shè)計的芯片。
05 創(chuàng)新趨勢與未來展望
MEMS揚聲器代表了揚聲器技術(shù)的最新發(fā)展方向。相比傳統(tǒng)動圈揚聲器，MEMS技術(shù)通過硅基振膜和微納工藝實現(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40%）。這些特性使其特別適用于開放式耳機、智能眼鏡、可穿戴設(shè)備等尺寸受限的終端。
另一方面，分流揚聲器吸聲結(jié)構(gòu)作為半主動吸聲技術(shù)的新方向，兼有穩(wěn)定性高和卓越吸聲性能的優(yōu)點。研究表明，通過優(yōu)化設(shè)計，分流揚聲器吸聲結(jié)構(gòu)在100-450Hz內(nèi)平均吸聲系數(shù)的實測值可大于0.65，顯著提升了低頻吸聲性能。
材料科學(xué)的發(fā)展也在推動揚聲器技術(shù)創(chuàng)新。例如，當(dāng)振膜出現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆指钫駝訒r有利于分流揚聲器結(jié)構(gòu)吸聲性能的提升。這意味著未來揚聲器設(shè)計可能會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，也為揚聲器技術(shù)開辟了新的應(yīng)用場景和市場空間。
結(jié)語：揚聲器技術(shù)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)動圈到MEMS微聲時代的跨越。國際頭部廠商憑借技術(shù)專利占據(jù)高端市場，中國本土企業(yè)則依托制造優(yōu)勢和成本競爭力快速追趕。未來，隨著TWS耳機、AR/VR和可穿戴設(shè)備的普及，揚聲器將向更微型化、低功耗和高保真方向演進，成本控制與技術(shù)創(chuàng)新同樣重要。
推薦閱讀：
人形機器人迎量產(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
