स्पीकर — यह क्या है, प्रकार और मोबाइल उपकरणों में कैसे काम करता है

स्पीकर क्या है?

स्पीकर एक इलेक्ट्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर है जो विद्युत ऑडियो आवृत्ति सिग्नल को डायाफ्राम के यांत्रिक कंपन में परिवर्तित करता है, जो हवा में ध्वनि तरंगें बनाते हैं। मुख्य घटक हैं: एक स्थायी चुंबक, एक वॉइस कॉइल, एक डायाफ्राम (झिल्ली), और एक सराउंड। कॉइल में करंट एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो स्थायी चुंबक के क्षेत्र के साथ संपर्क करता है, कॉइल को डायाफ्राम के साथ चलाता है।

मोबाइल उपकरणों में, स्पीकर के आकार की सीमा एक प्रमुख पुनरुत्पादन चुनौती है। फ्लैगशिप स्मार्टफोन (iPhone, Galaxy) में मुख्य स्पीकर के लिए डायाफ्राम का व्यास 12–16 मिमी है। ध्वनिकी के नियमों के अनुसार, कम आवृत्तियों को बड़ी मात्रा में विस्थापित हवा की आवश्यकता होती है — एक छोटा डायाफ्राम 200–300 Hz से नीचे बास को पुनरुत्पादित नहीं कर सकता। इसलिए, बिल्ट-इन स्मार्टफोन स्पीकर मुख्य रूप से मध्य और उच्च आवृत्तियाँ उत्पन्न करते हैं।

कम-आवृत्ति रेंज को बेहतर बनाने के लिए, निर्माता स्मार्टफोन बॉडी में ध्वनिक कक्ष (अनुनाद कक्ष) का उपयोग करते हैं। स्पीकर डायाफ्राम 0.5–1.5 ml आयतन वाले प्लास्टिक कक्ष में हवा को धकेलता है, जो एक फेज़ इन्वर्टर के रूप में काम करता है — कम-आवृत्ति कटऑफ को 150–200 Hz तक स्थानांतरित करता है। कक्ष के बिना, निचली कटऑफ 400–500 Hz होती।

इलेक्ट्रोडायनामिक बनाम पीज़ोइलेक्ट्रिक स्पीकर

स्मार्टफोन में अधिकांश स्पीकर इलेक्ट्रोडायनामिक प्रकार के होते हैं। हालांकि, कुछ परिदृश्यों (ईयरपीस, अल्ट्रासोनिक अनलॉकिंग) में पीज़ोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता है। वे व्युत्क्रम पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करते हैं: वोल्टेज लागू करने से क्रिस्टल का आकार बदलता है, जो कंपन करता है और ध्वनि बनाता है।

पीज़ोइलेक्ट्रिक स्पीकर पतले होते हैं और बैटरी के लिए जगह बचाते हैं, लेकिन वॉल्यूम और ध्वनि गुणवत्ता में कमतर होते हैं। उदाहरण के लिए, Xperia श्रृंखला के फोन में Crystal Speaker ग्लास स्क्रीन को डायाफ्राम के रूप में उपयोग करता है — ध्वनि पीज़ोइलेक्ट्रिक तत्व के माध्यम से ग्लास के कंपन से बनाई जाती है, बिना पारंपरिक कॉइल और चुंबक के।

स्पीकर कॉन्फ़िगरेशन: ईयरपीस, मुख्य स्पीकर, ट्वीटर

स्मार्टफोन के ऑडियो सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन में 2 से 4 ट्रांसड्यूसर शामिल होते हैं। ईयरपीस स्क्रीन के ऊपर शीर्ष पर स्थित होता है — इसका कार्य कॉलर की आवाज़ प्रसारित करना है। ईयरपीस मध्य आवृत्तियों (200–3400 Hz) के लिए अनुकूलित है और कान पर 60–70 dB के आरामदायक वॉल्यूम के लिए आमतौर पर 0.1–0.3 W की शक्ति रखता है।

मुख्य स्पीकर निचले किनारे पर या डिस्प्ले के नीचे (यदि स्क्रीन घुमावदार है) स्थित होता है। यह स्मार्टफोन का सबसे शक्तिशाली स्पीकर है जिसकी RMS 2 W तक और आवृत्ति रेंज 150–18000 Hz है। स्टीरियो कॉन्फ़िगरेशन में, मुख्य स्पीकर दाएँ चैनल को संभालता है, जबकि ईयरपीस बाएँ को संभालता है। कुछ फ्लैगशिप तीसरा ट्रांसड्यूसर जोड़ते हैं — उच्च आवृत्तियों (5–20 kHz) के लिए एक ट्वीटर अलग प्रवर्धन के साथ।

स्टीरियो ट्यूनिंग कोडेक और क्लास D एम्पलीफायर द्वारा की जाती है। निर्माता (Apple, Samsung, Xiaomi) विशिष्ट स्पीकर विशेषताओं के लिए क्रॉसओवर और इक्वलाइज़र कॉन्फ़िगर करता है। डेवलपर इस सेटिंग को प्रोग्रामेटिक रूप से नहीं बदल सकता — केवल सिस्टम पैरामीटर के माध्यम से सिस्टम ध्वनि प्रसंस्करण को सक्षम या अक्षम कर सकता है।

Android पर AudioTrack के माध्यम से प्लेबैक उदाहरण

fun playTone(frequency: Int) {
    val sampleRate = 44100
    val duration = 1.0
    val numSamples = (sampleRate * duration).toInt()
    val samples = ShortArray(numSamples)

    for (i in 0 until numSamples) {
        val t = i.toDouble() / sampleRate
        samples[i] = (Short.MAX_VALUE * sin(
            2.0 * Math.PI * frequency * t
        )).toShort()
    }

    val track = AudioTrack(
        AudioManager.STREAM_MUSIC,
        sampleRate,
        AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO,
        AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,
        numSamples * 2,
        AudioTrack.MODE_STATIC
    )
    track.write(samples, 0, numSamples)
    track.play()
}

कोड एक निश्चित आवृत्ति (PCM 16-bit, मोनो) का साइन वेव सिग्नल उत्पन्न करता है और इसे STREAM_MUSIC स्ट्रीम में AudioTrack के माध्यम से चलाता है। AudioTrack रियल-टाइम ऑडियो जनरेशन के लिए एक निम्न-स्तरीय API है: एप्लिकेशन को ऑडियो बफर तक सीधी पहुँच मिलती है और वह 50 ms से कम विलंबता के साथ प्लेबैक को नियंत्रित करता है।

मुख्य पैरामीटर: प्रतिबाधा, संवेदनशीलता, आवृत्ति रेंज

स्पीकर की प्रतिबाधा कॉइल का कुल विद्युत प्रतिरोध है, जो 1 kHz पर ओम में मापा जाता है। मोबाइल स्पीकर के लिए विशिष्ट मान 4 और 8 ओम है। ओम का नियम करंट निर्धारित करता है: 3.7 V के निश्चित वोल्टेज पर, 4 Ω का स्पीकर 8 Ω के स्पीकर से 2 गुना अधिक करंट खींचता है, जिससे अधिक वॉल्यूम उत्पन्न होता है। हालांकि, कम प्रतिबाधा क्लास D एम्पलीफायर के ताप को बढ़ाती है।

संवेदनशीलता (SPL, ध्वनि दबाव स्तर) 1 W शक्ति लागू करने पर 1 मीटर की दूरी पर ध्वनि दबाव है। इसे dB/W/m में मापा जाता है। स्मार्टफोन के मुख्य स्पीकर के लिए विशिष्ट मान 78–85 dB/W/m है। 3 dB का अंतर विद्युत शक्ति के दोगुना होने के अनुरूप है। संवेदनशीलता डायाफ्राम डिज़ाइन, सामग्री और ध्वनिक कक्ष आयतन द्वारा निर्धारित की जाती है।

आवृत्ति रेंज आवृत्तियों का अंतराल है जिसमें स्पीकर ±10 dB से अधिक की असमानता के साथ सिग्नल को पुनरुत्पादित करता है। बिल्ट-इन स्मार्टफोन स्पीकर के लिए — 200–18000 Hz। निचली सीमा डायाफ्राम आकार और कक्ष आयतन द्वारा निर्धारित होती है, ऊपरी सीमा कॉइल जड़ता और चलती प्रणाली द्रव्यमान द्वारा।

DXOMARK Audio (2025) के अनुसार, फ्लैगशिप स्मार्टफोन 70% वॉल्यूम पर 1% से कम THD के साथ वॉल्यूमेस परीक्षणों में 75–82 dB का SPL प्राप्त करते हैं। स्पीकर ध्वनि गुणवत्ता में अग्रणी iPhone 16 Pro Max, Samsung Galaxy S25 Ultra और Xiaomi 15 Pro बने हुए हैं।

ऑडियो प्लेबैक: Android AudioTrack और iOS AVAudioPlayer

AudioTrack (Android) PCM बफ़र्स को सीधे ऑडियो स्ट्रीम में भेजने के लिए एक API है। एप्लिकेशन बफर सामग्री का प्रबंधन करता है, जिससे टोन जनरेशन, नेटवर्क ऑडियो स्ट्रीमिंग या कई स्रोतों को मिश्रित करने की अनुमति मिलती है। AudioTrack दो मोड में काम करता है: MODE_STATIC (एक बफर एक बार चलाया जाता है) और MODE_STREAM (बफ़र्स write() के माध्यम से लगातार प्रेषित होते हैं)।

AVAudioPlayer (iOS) MP3, AAC, WAV और अन्य प्रारूपों में फ़ाइलें चलाने के लिए एक उच्च-स्तरीय API है। ऑडियो बफर तक निम्न-स्तरीय पहुँच के लिए, प्लेयर नोड के साथ AVAudioEngine का उपयोग किया जाता है। AVAudioPlayer को कोडेक पार्सिंग की आवश्यकता नहीं है — सिस्टम स्वचालित रूप से AudioToolbox के माध्यम से फ़ाइल प्रारूप को PCM में डिकोड करता है।

विलंबता-संवेदनशील अनुप्रयोगों (गेम, सिंथेसाइज़र) के लिए, iOS पृष्ठभूमि संगीत के साथ मिश्रण के लिए .playback श्रेणी और .withAudioWithOthers विकल्प के साथ AVAudioSession का उपयोग करता है। Android पर — विलंबता को 10–20 ms तक कम करने के लिए PERFORMANCE_MODE_LOW_LATENCY (Android 8+) के साथ AudioTrack।

Swift (iOS) में प्लेबैक उदाहरण

import AVFoundation

func playSound(name: String) {
    guard let url = Bundle.main.url(
        forResource: name, withExtension: "mp3"
    ) else { return }

    let session = AVAudioSession.sharedInstance()
    try? session.setCategory(.playback)

    let player = try? AVAudioPlayer(contentsOf: url)
    player?.volume = 0.8
    player?.play()
}

कोड बंडल में फ़ाइल ढूँढता है, .playback श्रेणी (मूक मोड में भी प्लेबैक) के साथ ऑडियो सत्र सक्रिय करता है, और प्लेयर शुरू करता है। AVAudioPlayer स्वचालित रूप से डिकोडिंग और प्लेबैक को संभालता है — डेवलपर को केवल URL निर्दिष्ट करने और वॉल्यूम सेट करने की आवश्यकता है।

ध्वनि संवर्धन: इक्वलाइज़र, वर्चुअल सराउंड, DAC

आधुनिक स्मार्टफोन में कोडेक या DSP स्तर पर सॉफ़्टवेयर ध्वनि संवर्धन एल्गोरिदम शामिल हैं। इक्वलाइज़र आवृत्ति बैंड के आयाम को समायोजित करता है। Android प्रीसेट (रॉक, क्लासिकल, बास बूस्ट) और कस्टम बैंड के साथ AudioEffect API से Equalizer क्लास प्रदान करता है। iOS — केवल संगीत ऐप के लिए सिस्टम इक्वलाइज़र के साथ MPVolumeView।

वर्चुअल सराउंड HRTF फ़िल्टर (हेड-रिलेटेड ट्रांसफ़र फ़ंक्शन) के माध्यम से स्टीरियो सिग्नल को प्रोसेस करता है, श्रोता के चारों ओर ध्वनि स्रोतों के स्थान का अनुकरण करता है। IAudioProcessingObject (Android) या AVAudioUnitReverb / AVAudioUnitEQ (iOS) के माध्यम से कार्यान्वित किया जाता है। गेम और वीडियो के लिए, वर्चुअल सराउंड स्थानिक धारणा में सुधार करता है लेकिन स्रोत स्थानीयकरण सटीकता को कम करता है।

DAC (डिजिटल-टू-एनालॉग कनवर्टर) डिजिटल PCM स्ट्रीम को स्पीकर के लिए एनालॉग सिग्नल में परिवर्तित करता है। अधिकांश SoC (Snapdragon, A17) में 384 kHz तक की आवृत्ति और 32 बिट तक की बिट गहराई वाला बिल्ट-इन DAC होता है। फ्लैगशिप मॉडल (LG G8 ESS Sabre के साथ, Xiaomi 15 AKM के साथ) 132 dB तक SNR और DSD समर्थन के साथ एक अलग Hi-Fi क्लास DAC का उपयोग करते हैं — वायर्ड हेडफ़ोन के लिए, बिल्ट-इन स्पीकर के लिए नहीं।