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中國聲學Bass材料真正國產化突圍之路還要多久?

作者: 編輯 來源:互聯網 發布時間:2022-08-09

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  “技術和專利壟斷不僅是半導體芯片、光刻機這些耳熟能詳關鍵技術的專屬標簽”。而作為聲學部件的關鍵材料-Bass聲學材料同樣是。目前,中國還沒有高校進行系統性地基礎研究,國內關于這方面的報道也幾乎為零,國內企業也僅少數幾家跟進研發。當蘋果手機從iPhone 7開始使用來自新加坡樓氏研發的N’Bass虛擬后腔容積技術并壟斷其關鍵聲學材料時,華為、小米、OPPO等國內智能手機生產廠家仍在苦苦尋找國產Bass材料的供應商。BASS聲學材料真正國產化還要多久?

  音箱填充材料技術發展三個階段

  世界音箱聲學填充材料的發展經歷了三個階段。

  第一階段:吸音棉:早期音箱填充材料是發泡多孔材料和纖維多孔材料。主要作用之一就是作為吸音材料吸收、減弱對音質不利的駐波。理論上,箱內填充低容重、高比熱多孔吸音棉,體積可以等效地增加40%,但實際增大15~25%的有效體積。吸音棉材料遠遠不能滿足微型揚聲器的產品開發需求。

  第二階段,Thermo-Vapor和ACE。無論是發泡或纖維型吸音棉材料,其對箱體有效容積的增加不會超過40%,實際效果在15~25%之間。因此對揚聲器音質,特別是低頻改善效果有限。隨著微型揚聲器及音箱體積的進一步降低,這些材料在使用時就顯得捉襟見肘。

  上世紀70年代,Eugene Czerwinski等獲得一個兩相(氣/液)多孔囊專利。這是一種氣態與液態物質的Thermo-Vapor模塊。隨后美國音箱品牌史云威格Cerwin-Vega在自家生產的音箱中率先使用了Thermo-Vapor材料包,但其有效性和長期穩定性一直飽受爭議。2004年前后,英國KEF推出了采用活性碳為音箱填充材料Acoustic Compliance Enhancement ,ACE,這項技術使音箱體積虛擬增大了3倍,但活性炭也增加了內阻尼。在使用過程中,可導致電活性炭顆粒有從編織袋包裝中漏出的風險,也可能造成揚聲器系統短路,且活性炭本身材料特性也容易吸附VOC,常溫常壓難以脫附,其可靠性一直被人質疑。

  第三階段,則為結合微型揚聲器開發的BASS聲學材料。

  BASS聲學材料的歷史和發展

  BASS材料最早起源于新加坡的樓氏公司。樓氏是新加坡一家助聽器和微型揚聲器的生產商。2012年它為移動設備微型揚聲器推出了名為N’Bass虛擬后腔容積技術(N’Bass Virtual Back Volume Technology)用以改善消費類電子產品的低頻音質。這種材料可以使揚聲器后腔體積增大一倍,或者使音箱體積縮小50%而維持同樣的聲學性能。 N’Bass材料是由硅鋁質量比大于200的多孔沸石微粒與聚合物粘接劑粘接而成的復合微球材料。其工作原理與ACF異曲同工,但可靠性和綜合性能更為優異。。

  2018年,蘋果參考N’Bass材料開發了一種外觀具有蘑菇傘形態或者蘋果形態的微粒音箱填充材料。這種材料增加了材料的比表面積,并減少了空氣吸附-脫附的通路,對比N’Bass微球材料直徑減少一半,并改善其聲學性能,球體具有加倍的比表體積而利于空氣的進入,保持中等水平的聲學阻尼,從而獲得了更好的聲學性能,從而被廣泛使用在微型揚聲器上。

  中國BASS聲學材料的專利之爭

  Bass材料廣泛運用在手機、智能音箱和車載音箱等行業。Bass在手機上應用市場有多大?我們來看一組數據:2021年,全球手機制造量超過14億部,僅中國就達到10億部。光是手機搭載的揚聲器單元,Bass材料每年的用量至少超過20噸,而目前Bass在市場售價超過1.5-2萬元/公斤。很有趣的是,Bass材料目前往往只能應用在3C產品的發聲單元上,很難破圈。實際上智能音箱和車載音箱的用量大遠超手機。像哈曼、華為汽車都一直密切關注著Bass材料。究其原因為--專利、專利、專利!

  Bass材料方面有100多項專利,其中涉及Bass材料本身最重要的是EP10173765.8 專利族(含歐洲、美國、中國的專利)。中國的分案CN201180040808.7、CN201510388020.5、CN201510388038.5和CN201910028743.2明確了Bass材料硅鋁質量比大于200,剩下的專利質量不高。前三篇專利同屬一個專利族,側重保護Bass特點(沸石硅鋁質量大于200),后一專利重保護Bass在微型揚聲器中的應用。這些國外數10篇專利打包轉移到中國國內北京一家科技企業后,又轉移到江蘇某特新材料。從本質上來說,這些專利,仍為國外專利。

  國內聲學企業一直期待物美價廉的替代品來打破這個僵局。歌爾聲學于2018年研發了自己的Bass材料,但因沸石原料硅鋁質量比大于200存在專利侵權的風險而不得不停止使用。受制于專利問題,瑞聲科技也不得不終止自主研發工作。蘋果2018年也研發了自己的Bass材料,但僅用于自家產品。華為也想研發塊狀Bass材料,同時解決目前顆粒材料在揚聲器實際生產過程中裝配應用效率低下。但遺憾的是其技術和成本方案都不完善一直沒有得到運用。這樣就出現了一個很有趣的畫面,這一系列專利構筑了Bass研發途中的壁壘,廠商不得不承受昂貴的材料成本帶來的困惑。Bass核心專利中反復強調ZSM沸石硅鋁質量比,這類材料制備常用的沸石原料是上世紀70年代美國Mobil公司研發的ZSM系列高硅鋁比沸石,高度依靠供應商。

  2018年5月28日,領導在兩院院士大會提到:“核心技術受制于人是最大的隱患,而核心技術是要不來、買不來、討不來的,只有自力更生”。我們相信,破局者從來不缺!我們也相信,中國的聲學材料研究者必將通過特殊技術手段另辟蹊徑得到實現Bass聲學材料的自主突破。避免出現類似芯片“掐脖子”現象發生。特別值得一提的事,2022年4月21日專利號CN103503476B,在長達9頁的專利無效決定書中,被國家知識產權局宣布無效(決定號55207文,2022年4月21日)。





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