PC speaker — это громкоговоритель, встроенный в некоторые IBM PC-совместимые компьютеры. Первый персональный компьютер IBM , модель 5150 , использовал стандартный 2,25-дюймовый магнитный (динамический) динамик. [1] Более поздние компьютеры вместо этого используют крошечный подвижный сердечник или пьезоэлектрический динамик. [2] Динамик позволяет программному обеспечению и встроенному программному обеспечению предоставлять пользователю звуковую обратную связь , например, сообщать об аппаратной ошибке. PC speaker генерирует сигналы с помощью программируемого интервального таймера , чипа Intel 8253 или 8254. [3]
Спикер ПК используется во время последовательности самотестирования при включении питания (POST) для индикации ошибок во время процесса загрузки . Поскольку он активен до графической карты , его можно использовать для передачи «звуковых кодов», связанных с проблемами, которые мешают выполнению гораздо более сложной инициализации графической карты. Например, Video BIOS обычно не может активировать графическую карту, если в системе нет рабочей оперативной памяти, в то время как звуковой сигнал динамика возможен только при наличии ПЗУ и регистров ЦП. Обычно различные коды ошибок будут сигнализироваться определенными звуковыми шаблонами, такими как, например, «один звуковой сигнал; пауза; три звуковых сигнала; пауза; повтор». Эти шаблоны специфичны для производителя BIOS/UEFI и обычно документируются в техническом руководстве материнской платы.
Несколько программ, включая музыкальное программное обеспечение, операционные системы или игры, могут воспроизводить звук с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) через динамик ПК, используя специальные методы широтно-импульсной модуляции, описанные далее в этой статье.
Динамик ПК часто использовался весьма инновационными способами для создания впечатления полифонической музыки или звуковых эффектов в компьютерных играх того времени, например, в серии приключенческих игр LucasArts середины 1980-х годов, где использовались быстрые арпеджио . [ необходима ссылка ] Несколько игр, таких как Space Hulk и Pinball Fantasies, были известны своими сложными звуковыми эффектами; в частности, в Space Hulk даже была полноценная речь.
Однако, поскольку метод, используемый для воспроизведения PCM, был очень чувствителен к проблемам синхронизации, эти эффекты либо вызывали заметное замедление на более медленных ПК, либо иногда давали сбой на более быстрых ПК (то есть, значительно быстрее, чем изначально была разработана программа). Кроме того, программам было трудно делать что-либо еще, даже обновлять дисплей, во время воспроизведения таких звуков. Таким образом, когда звуковые карты (которые могут выводить сложные звуки независимо от ЦП после инициализации) стали мейнстримом на рынке ПК после 1990 года, они быстро заменили динамик ПК в качестве предпочтительного устройства вывода для звуковых эффектов. Большинство недавно выпущенных игр для ПК перестали поддерживать динамик во второй половине 1990-х годов.
Несколько программ, включая MP (Module Player, 1989), Scream Tracker , Fast Tracker , Impulse Tracker и даже драйверы устройств для Linux [4] и Microsoft Windows , могли воспроизводить звук PCM через динамик ПК.
Современные системы Microsoft Windows поддерживают PC speaker как отдельное устройство со специальными возможностями, то есть его нельзя настроить как обычное устройство вывода звука. Некоторое программное обеспечение использует этот специальный звуковой канал для воспроизведения звуков. Например, Skype может использовать его как резервное устройство сигнала вызова для случая, когда основное устройство вывода звука не слышно (например, из-за того, что громкость установлена на минимальный уровень, усилитель выключен или подключены наушники).
В 1990-х годах появился компьютерный вирус для Microsoft DOS под названием «Techno», который проигрывал мелодию через динамик ПК, одновременно печатая слово «TECHNO» на экране до тех пор, пока оно не заполнится. [5]
В некоторых приложениях динамик ПК крепится непосредственно к материнской плате компьютера ; в других, включая первый персональный компьютер IBM, динамик подключается проводом к разъему на материнской плате. Некоторые корпуса ПК поставляются с предустановленным динамиком ПК. Проводной разъем динамика ПК может иметь двух-, трех- или четырехконтактную конфигурацию и два или три провода. Гнездовой разъем динамика подключается к штыревым разъемам на материнской плате, которые иногда обозначаются как SPEAKER или SPKR .
Обычно динамик ПК предназначен для воспроизведения прямоугольной волны только через 2 уровня выходного сигнала (два уровня напряжения, обычно 0 В и 5 В), управляемых каналом 2 программируемого интервального таймера Intel 8253 (PC, XT) или 8254 (AT и более поздние версии), работающего в режиме три (сигнал прямоугольной волны). Аппаратное обеспечение динамика напрямую доступно через порт ввода-вывода ПК 61H ( 61 шестнадцатеричный ) через бит 1 и может физически управляться для 2 уровней выходного сигнала (т. е. 1- битный звук). Однако, тщательно синхронизируя короткий импульс (т. е. переходя от одного уровня выходного сигнала к другому, а затем обратно к первому) и полагаясь на физические фильтрующие свойства динамика (ограниченная частотная характеристика, самоиндукция и т. д.), можно управлять динамиком на различных промежуточных уровнях выходного сигнала, функционируя как грубый цифро-аналоговый преобразователь . Этот метод называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и позволяет приблизительно воспроизводить звук PCM . (Более усовершенствованная версия этой технологии используется в аудиоусилителях класса D. )
При использовании динамика ПК этот метод обеспечивает ограниченное качество воспроизведения, но коммерческое решение под названием RealSound использовало его для улучшения звука в нескольких играх.
Получение высококачественного звука с использованием этой техники требует частоты переключения, намного превышающей воспроизводимые звуковые частоты (обычно с соотношением 10:1 или более), а выходное напряжение должно быть биполярным , чтобы лучше использовать динамический диапазон и мощность выходных устройств. Однако на динамике ПК выходное напряжение либо равно нулю, либо находится на уровне транзисторно-транзисторной логики ( ТТЛ ) (униполярное).
Качество зависит от компромисса между несущей частотой ШИМ (эффективная частота дискретизации ) и количеством выходных уровней (эффективная битовая глубина ). Тактовая частота программируемого интервального таймера ПК , который управляет динамиком, зафиксирована на уровне 1 193 180 Гц, [3] и произведение частоты дискретизации звука на максимальное значение ЦАП должно быть равно этому значению. Обычно используется 6-битный ЦАП [8] с максимальным значением 63 при частоте дискретизации 18 939,4 Гц, что обеспечивает плохой, но узнаваемый звук. [9]
Точность звука этой техники еще больше снижается из-за отсутствия динамического громкоговорителя соответствующего размера, особенно в современных машинах и, в частности, ноутбуках, которые используют крошечный динамик с подвижным сердечником (часто путают с пьезоэлектрическим ). Причина этого в том, что звук, произведенный с помощью ШИМ, требует фильтра нижних частот перед конечным выходом для подавления шума переключения и высоких гармоник. Обычный динамический громкоговоритель делает это естественным образом, но крошечная металлическая диафрагма динамика с подвижным сердечником пропустит много шума переключения, как и многие прямые соединения (хотя есть исключения из этого, например, фильтрованные порты «входа динамика» на некоторых материнских платах и звуковых картах).
Такое использование динамиков ПК для сложного аудиовывода стало менее распространенным с появлением Sound Blaster и других звуковых карт .
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )