Loa (Speaker) — định nghĩa, các loại và cách hoạt động trong thiết bị di động

Loa là gì?

Loa là bộ chuyển đổi điện âm biến tín hiệu điện tần số âm thanh thành dao động cơ học của màng loa, tạo ra sóng âm trong không khí. Các thành phần chính bao gồm: nam châm vĩnh cửu, cuộn voice coil, màng loa (màng rung) và hệ thống treo (surround). Dòng điện trong cuộn dây tạo ra từ trường tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu, làm cuộn dây di chuyển cùng với màng loa.

Trong thiết bị di động, giới hạn kích thước loa là thách thức chính trong việc tái tạo âm thanh. Đường kính màng loa của smartphone flagship (iPhone, Galaxy) là 12–16 mm cho loa chính. Theo định luật âm học, tần số thấp cần thể tích không khí dịch chuyển lớn — màng loa nhỏ không thể tái tạo âm trầm dưới 200–300 Hz. Do đó, loa tích hợp trong smartphone chủ yếu tạo ra tần số trung và cao.

Để cải thiện dải tần thấp, nhà sản xuất sử dụng buồng cộng hưởng (buồng âm) trong thân smartphone. Màng loa đẩy không khí vào buồng nhựa có thể tích 0.5–1.5 ml, hoạt động như bộ đảo pha — dịch tần số cắt thấp xuống 150–200 Hz. Nếu không có buồng, tần số cắt dưới sẽ là 400–500 Hz.

Loa điện động vs loa áp điện

Hầu hết loa trong smartphone thuộc loại điện động. Tuy nhiên, trong một số tình huống (earpiece, mở khóa siêu âm), bộ chuyển đổi áp điện được sử dụng. Chúng sử dụng hiệu ứng áp điện nghịch: đặt điện áp làm thay đổi kích thước tinh thể, tinh thể rung động và tạo ra âm thanh.

Loa áp điện mỏng hơn và tiết kiệm không gian cho pin, nhưng kém hơn về âm lượng và chất lượng âm thanh. Ví dụ, Crystal Speaker trên dòng Xperia sử dụng màn hình kính làm màng loa — âm thanh được tạo ra nhờ rung động của chính kính qua phần tử áp điện, không cần cuộn dây và nam châm truyền thống.

Cấu hình loa: earpiece, main speaker, tweeter

Cấu hình hệ thống âm thanh của smartphone bao gồm 2 đến 4 bộ chuyển đổi. Earpiece nằm ở phía trên màn hình — nhiệm vụ của nó là truyền giọng nói của người đối thoại. Earpiece được tối ưu cho tần số trung (200–3400 Hz) và thường có công suất 0.1–0.3 W cho âm lượng thoải mái 60–70 dB ở tai.

Main speaker (loa chính) nằm ở cạnh dưới hoặc dưới màn hình (nếu màn hình cong). Đây là loa mạnh nhất trong smartphone với RMS lên tới 2 W và dải tần 150–18000 Hz. Trong cấu hình âm thanh nổi, loa chính xử lý kênh phải, earpiece xử lý kênh trái. Một số flagship thêm bộ chuyển đổi thứ ba — tweeter cho tần số cao (5–20 kHz) với bộ khuếch đại riêng.

Chỉnh âm thanh nổi được thực hiện bởi codec và bộ khuếch đại Class D. Nhà sản xuất (Apple, Samsung, Xiaomi) cấu hình crossover và bộ cân bằng cho các đặc tính loa cụ thể. Nhà phát triển không thể thay đổi cài đặt này bằng lập trình — chỉ có thể bật hoặc tắt xử lý âm thanh hệ thống qua tham số hệ thống.

Ví dụ phát qua AudioTrack trên Android

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()
}

Mã tạo tín hiệu hình sin ở tần số cho trước (PCM 16-bit, mono) và phát qua AudioTrack trong luồng STREAM_MUSIC. AudioTrack là API cấp thấp để tạo âm thanh thời gian thực: ứng dụng truy cập trực tiếp vào bộ đệm âm thanh và điều khiển phát với độ trễ dưới 50 ms.

Thông số chính: trở kháng, độ nhạy, dải tần

Trở kháng của loa là tổng điện trở của cuộn dây, đo bằng ohm ở 1 kHz. Giá trị điển hình cho loa di động là 4 và 8 ohm. Định luật Ohm xác định dòng điện: ở điện áp cố định 3.7 V, loa 4 Ω tiêu thụ dòng điện gấp 2 lần loa 8 Ω, tạo ra âm lượng lớn hơn. Tuy nhiên, trở kháng thấp làm tăng nhiệt độ của bộ khuếch đại Class D.

Độ nhạy (SPL, Mức áp suất âm) là áp suất âm ở khoảng cách 1 mét khi đặt công suất 1 W. Đo bằng dB/W/m. Giá trị điển hình cho loa chính của smartphone là 78–85 dB/W/m. Chênh lệch 3 dB tương ứng với công suất điện tăng gấp đôi. Độ nhạy được xác định bởi thiết kế màng loa, vật liệu và thể tích buồng âm.

Dải tần là khoảng tần số mà loa tái tạo tín hiệu với độ không đồng đều không quá ±10 dB. Đối với loa tích hợp smartphone — 200–18000 Hz. Giới hạn dưới được xác định bởi kích thước màng loa và thể tích buồng, giới hạn trên bởi quán tính cuộn dây và khối lượng hệ thống chuyển động.

Theo DXOMARK Audio (2025), smartphone flagship đạt SPL 75–82 dB trong các bài kiểm tra độ ồn với THD dưới 1% ở 70% âm lượng. Dẫn đầu về chất lượng âm thanh loa vẫn là iPhone 16 Pro Max, Samsung Galaxy S25 Ultra và Xiaomi 15 Pro.

Phát âm thanh: Android AudioTrack và iOS AVAudioPlayer

AudioTrack (Android) là API gửi bộ đệm PCM trực tiếp vào luồng âm thanh. Ứng dụng quản lý nội dung bộ đệm, cho phép tạo âm, phát trực tuyến qua mạng hoặc trộn nhiều nguồn. AudioTrack hoạt động ở hai chế độ: MODE_STATIC (một bộ đệm phát một lần) và MODE_STREAM (bộ đệm được truyền liên tục qua write()).

AVAudioPlayer (iOS) là API cấp cao để phát tệp ở định dạng MP3, AAC, WAV và các định dạng khác. Để truy cập cấp thấp vào bộ đệm âm thanh, AVAudioEngine với nút phát được sử dụng. AVAudioPlayer không cần phân tích codec — hệ thống tự động giải mã định dạng tệp thành PCM qua AudioToolbox.

Đối với ứng dụng nhạy cảm với độ trễ (game, bộ tổng hợp), iOS sử dụng AVAudioSession với danh mục .playback và tùy chọn .withAudioWithOthers để trộn với nhạc nền. Trên Android — AudioTrack với PERFORMANCE_MODE_LOW_LATENCY (Android 8+) để giảm độ trễ xuống 10–20 ms.

Ví dụ phát bằng Swift (iOS)

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()
}

Mã tìm tệp trong bundle, kích hoạt phiên âm thanh với danh mục .playback (phát ngay cả ở chế độ im lặng) và khởi động trình phát. AVAudioPlayer xử lý giải mã và phát tự động — nhà phát triển chỉ cần chỉ định URL và đặt âm lượng.

Cải thiện âm thanh: bộ cân bằng, Virtual Surround, DAC

Smartphone hiện đại bao gồm các thuật toán cải thiện âm thanh phần mềm ở cấp codec hoặc DSP. Bộ cân bằng điều chỉnh biên độ của các dải tần. Android cung cấp lớp Equalizer từ API AudioEffect với các cài đặt sẵn (Rock, Classical, Bass Boost) và dải tùy chỉnh. iOS — MPVolumeView với bộ cân bằng hệ thống chỉ dành cho ứng dụng Music.

Virtual Surround (âm thanh vòm ảo) xử lý tín hiệu nổi qua bộ lọc HRTF (Hàm truyền liên quan đến đầu), mô phỏng vị trí nguồn âm xung quanh người nghe. Được triển khai qua IAudioProcessingObject (Android) hoặc AVAudioUnitReverb / AVAudioUnitEQ (iOS). Đối với game và video, Virtual Surround cải thiện nhận thức không gian nhưng giảm độ chính xác định vị nguồn.

DAC (Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự) chuyển đổi luồng PCM kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự cho loa. Hầu hết SoC (Snapdragon, A17) có DAC tích hợp với tần số lên tới 384 kHz và độ sâu bit lên tới 32 bit. Các mẫu flagship (LG G8 với ESS Sabre, Xiaomi 15 với AKM) sử dụng DAC Hi-Fi riêng với SNR lên tới 132 dB và hỗ trợ DSD — dành cho tai nghe có dây, không dành cho loa tích hợp.