曝光 | 苹果秘用歌尔黑科技，AirPods Pro性能爆表

根据Counterpoint Research数据，2019年4季度TWS耳机销售额，苹果一家占据全球62%。而在100美元以上单价产品市场上，苹果的发货量更超过70%。不仅如此，根据郭明錤刚刚发布的分析数据，苹果的耳机中的高端产品AirPods Pro（价格￥1999）在20年1季度疫情中影响下的发货量和发货比例，不降反增！

去年警长在去年的文章一文看懂 | 一副耳机塞下6个麦克风，苹果是怎么做到的？中给大家介绍过，苹果在AirPods Pro中破天荒的使用了6个麦克风。实际上在苹果这么干之后，华为、Amazon等厂商也都先后步其后尘，采用“单机三麦”方案，提升信噪比、灵敏度并实现主动降噪。但即使在众多厂商的追赶下，纵然苹果AirPods Pro的价格高达1999软妹币，用户依然用真金白银投票，选择苹果。这背后所依赖的，除了苹果强大的品牌实力，也有其硬核实力的支撑。AirPods Pro不仅有其独家的H1芯片，还有单机三麦加持。而且，苹果所使用的麦克风性能爆表，即使在其发布后近半年之后的今天，依然是蓝星最强。

警长今天就详细说说这颗麦克风的黑科技。（下面内容分五部分，如果之前曾经读过警长介绍苹果耳机六麦文章的小伙伴，可以跳过前三部分，从第四部分看起）。

▲X光下的Airpods Pro，原图来自iFixit，黑毛警长008标记

上图是Airpods Pro的X光照片，在红圈处就是三颗麦克风所在的位置。分别位于耳机机身的底部、中部以及耳机内部。

1. 麦克风长什么样？

我们先看看3号麦克风，3号麦克风位于耳机内部

▲3号麦克风被称为“内向”麦克风，位于耳机内部，原图来自APPLE，黑毛警长008标记

而耳机被暴力拆解后可以更加清晰的看到麦克风（红框处）的黄铜外壳

▲耳机被暴力拆卸后看到的3号麦克风实物图，原图来自ifixit，黑毛警长008标记

经过进一步拆解和对比，发现1号与2号麦克风信号相同，为234-936-GWM1。而三号麦克风信号略有区别。

▲三颗麦克风实物图，黑毛警长008整理

2. 为什么麦克风这么小？原理是怎样的？

Airpods Pro用的麦克风的长宽高约为3*2*0.98毫米，不足米粒大小。这种麦克风的专业名称为MEMS麦克风。

MEMS, 原文全称Micro-Electro-Mechanical System，中文全称微机电系统。MEMS传感器采用半导体技术进行加工，加工精度可以控制到微米甚至纳米级别。相比传统麦克风，MEMS麦克风具备尺寸小、功耗低、性能优、一致性高、成本低的优点。由于这一系列优点，目前市场上的大部分消费电子产品，包括手机、智能音箱、智能穿戴、TWS耳机、VR、AR等都在广泛使用MEMS麦克风，以至于如今业界把MEMS麦克风形容为电子产品的“听觉细胞”。

▲MEMS麦克风3D结构图，来自41j.com

MEMS麦克风由三部分构成，第一部分是MEMS声音传感器（上左图中的右边部分），第二部分是ASIC芯片（上左图中的左边部分），第三部分是金属外壳。底部PCB板上有信号端子（上右图黄色方块部分）和接地端子（上右图黄色圆圈部分）。根据信号处理方式的不同，不同信号MEMS麦克风的信号端子数量不同，常见的为2~4个。（Airpods Pro的麦克风有4个信号端子）

▲MEMS传感器右视图横截面示意图，来自omron

MEMS传感器由上下两层构成一个电容器，上层为孔洞结构（上图黄色/绿色部分），术语为背板，下层为密闭结构，术语为振膜。当声音传递到传感器时，声压会导致两层振膜震动，从而导致振膜和背板之间的间距发生变化，进而使振膜和背板之间的电容发生变化，这样，也就是将声压信号转变为了电信号。

▲MEMS底层薄膜随声波震动，从而将声压转换为电信号，来自omron

在MEMS传感器将声压转换为电信号之后，电信号会被传递给ASIC芯片，芯片会对电信号进行处理，比如进行放大和模数转换（将模拟信号转为数字信号）

ASIC处理后的信号，最终通过底部的信号端子进行输出。

3. 为什么要放置三颗麦克风？

作为TWS（True Wireless Stereo，真无线立体声）耳机来说，每个耳机放一个麦克风不就够了吗？为什么要放三个？

这个问题要从苹果追求极致的设计思路说起。

1号麦克风，也就是整体底部的那一颗麦克风，功能是接收语音。这个麦克风必不可少，TWS耳机中都会有这个麦克风。

而2号麦克风，用于接收外部噪音信号。

▲2号麦克风，用于接收外部噪音信号，来自Apple

耳机中的处理器会识别2号麦克风接收到的噪音，并生成一个与噪音幅度相同、相位相反的声音信号（上图中右侧绿色部分），可以理解为噪声的一个镜像。当噪声与这个噪声镜像叠加后，两者就互相被抵消了，从而实现了所谓的“主动降噪”功能。

一般来说，对于主动降噪耳机，有这个麦克风就足够用了。但是苹果并不满足于此。

苹果发现，噪声不仅会来自外部，还会来自“内部”，也就是耳塞与耳道之间。由于人体无论是静止还是运动状态，耳塞与耳道都会产生持续的摩擦，从而产生噪声并影响到音质体验。这部分噪声如何去除呢？苹果想到，既然可以用2号麦克风“拾取”外部噪声，那么耳塞内部一样也放一个麦克风，用于侦测耳塞内部的噪声，并使用同样的“主动降噪”技术，将这一部分噪声也进行抵消。

这颗耳塞内的麦克风就是我们前面提到的3号麦克风，这也是它被称为“内向”麦克风的原因。（嗯，并不是性格内向，而是侦测的方向是“向内”的）

这样，1号麦克风用于接收语音等有用信号，2号麦克风用于侦测耳机外部的噪声信号，3号麦克风用于侦测耳塞内部的噪声信号，从而最终形成了内置3颗麦克风的Airpods Pro

4. AirPods Pro麦克风的性能爆表的秘密

对于麦克风来说，最为核心的性能指标为SNR，也就是信噪比。信噪比指麦克风采集到的有用信号和噪声之间的比率，比率越大，麦克风就能越清晰的采集到有用信号。举例来说，如果麦克风信噪比不好，用手机通话时，为了让对方听清，就必不得不将麦克风凑近声源（嘴巴）。麦克风的信噪比越好，其距离声源（嘴巴）的距离就可以越远。

随着技术的发展，硅麦的性能越来越好。多年前，大家用的蓝牙耳机都有一个“尾巴”，尾巴上就是麦克风，麦克风需要距离嘴很近。但近年来TWS耳机基本上都没有了“尾巴”，也就是说硅麦的性能越来越好，不用凑近嘴巴也能拾取到清晰的有用信号。

上文提到过，MEMS麦克风实际上是一个电容器，由两部分构成，一部分为背板，另外一部分为振膜。当声压引起振膜起伏时，背板和振膜之间的电容量发生变化，从而实现将声压信号转化为电信号。

传统的硅麦通常由一个背板和一个振膜构成（目前市场上绝大部分硅麦为这种结构）。但是这种传统结构有个缺点，同时要求振膜具备高灵敏度和高“鲁棒性”。高灵敏度需要振膜很柔软，可以“感受”到哪怕一丝一毫的声音波动。鲁棒性则需要振膜特别“抗揍”，当高幅声压袭来时，不会被压破。显然，这就很矛盾了。因此，这种结构的硅麦信噪比很难达到68dB以上（数字越大，信噪比越好）

为了解决这个问题，研发人员设计出了单振膜+双背板结构。这种结构的麦克风相当于有了两个电容器。当声压出现时，可以同时产生两个相位相反的差分电信号。差分信号经过处理之后，就可以实现更高的信噪比。这样结构的麦克风信噪比可以达到70dB以上。我们由图片可以看出，背板是孔洞结构，也就是说，当灰尘颗粒和水蒸气进入麦克风后，其性能有可能受到影响。

而最新型的结构是密封双振膜结构。两个振膜之间使用绝缘体相连，在振膜之间采用孔洞结构的背板。这种结构不仅可以具备双背板结构拥有的差分信号以提升信噪比，而且由于其密封结构，灵敏度和鲁棒性都得到进一步提升，而且灰尘颗粒和水对其影响都大大变小。密封双振膜结构的麦克风，其信噪比可以达到75dB以上。

下面的内容你可能已经猜到了，苹果AirPods Pro正是使用了这种蓝星上信噪比最高的硅麦。

System plus公司对AirPods Pro的麦克风进行了逆向工程，发现AirPods Pro的高性能硅麦由歌尔股份为苹果定制。从显微镜下可以发现，歌尔提供的硅麦使用的是密封双膜结构。图片中最上层的是振膜，下面的孔洞结构是背板，背板下面还有一层振膜。而图片中用红圈标注的部分就是两层振膜之间的绝缘柱底部，其向下延伸，最终连接到底层的振膜。

5. 黑科技助力歌尔零组件业务高速增长

虽然歌尔尚未代工AirPods Pro（郭明錤预测20年歌尔将引入AirPods Pro产线），但由于歌尔是AirPods Pro麦克风的唯一供应商。

实际上，去年警长在去年文章中就已经给出了测算“苹果耳机的2019年发货量预计5000万部，2020年达到9000万部，增长80%。明年的9000万部耳机中，约1000万为Pro，那么麦克风方面的增量是86%”。当时这个测算的假设是20年约1000万部为Pro。但是，根据郭明錤的调研，AirPods Pro的实际出货量远远高于预期。郭明錤：“我们预测2020年AirPods系列出货量约8,000–9,000万部……AirPods Pro出货量在2020年约3,500–4,000万部”

警长采信郭明錤的预测，更新20年苹果AirPods所需要的麦克风的预测，由同比增长86%更新为同比增长116%。

警长再次审视了歌尔的一季报，其零组件部分收入同比增长了4亿。零组件业务主要有微型麦克风和微型扬声器两部分构成。而微型扬声器主要供货用于手机，因为一季度手机市场受到疫情影响，因此微型扬声器需求应该是平于甚至低于去年。那么增量就应该来自微型麦克风业务。微型麦克风业务中又细分为ECM麦克风和硅麦，ECM麦克风由于技术落后，市场需求逐年萎缩。再进一步，硅麦也有两个供货方向，一是手机一是TWS耳机。这样看下来，我们就有理由猜测，歌尔的零组件业务的4亿收入增量，基本都来自于TWS耳机硅麦。

那么我们来反向推算一下歌尔的TWS耳机硅麦业务一季度增长了多少。

根据警长调研，在歌尔的零组件业务中，去年收入大约15%来自TWS耳机所需的硅麦（2.9亿）。如果按照上面推测的，零组件业务增量主要来自这部分产品，那么这部分的一季度同比达到了140%。这个数字与上面推测的116%接近并高出一些，有可能安卓系耳机的贡献。

当然，这里的计算有若干不确定的因素，比如去年的TWS耳机硅麦收入占比，比如增量的预测准确性。但即使按照悲观预测，也可以得出的结论：供货TWS的硅麦需求高速增长，20年有望达到100%以上的同比增速，从而进一步保障歌尔20年的整体收入增长。