接下來要談的主題是由讀者在本站 Facebook 粉絲專頁留言建議的音效系統,雖然時至今日內建音效應該就已經足以滿足絕大多數使用者的基本需求,會額外添購音效相關設備的人應該已經不多,但對於追求較高音質或聲歷其境遊戲體驗的玩家來說,音效系統的好壞仍然是有其重要性的。

註:本篇主要是針對個人電腦的音效功能有較多著墨,考慮到目前已經鮮少有人會特意購買獨立音效卡,因此本篇將以 AC’97 與 HD Audio 作結而不會特別介紹目前市面上還能見得到的一些音效卡。

淺談個人電腦音效系統發展 (1981-1997)

實際上電腦剛開始發展的時候其實沒有發出聲音的能力 (早期的電腦主要是用於軍事方面的運算,後來則拓展到商業、工業用途,因此早期的電腦基本上在音效方面並沒有太大的需求,通常這些專業用途頂多只需要能發出嗶聲的蜂鳴器就足夠了),這樣的情況要等到 1981 年 IBM 推出首台個人電腦,將電腦這項原先高不可攀的高階商業系統帶入尋常百姓家之後才有所改變 (不過數位音效技術其實早於 1981 年就已經有了,主要是用於遊戲機台與製播電視節目或電影)。

PC Speaker (1981)

IBM 推出第一台個人電腦 Model 5150 時在這款電腦中首次內建了音效系統 (後被稱為 PC Speaker),這套系統非常簡單,大致上由 Intel 生產的 8253 或 8254 可程式化間隔計時器 (Programmable Interval Timer, PIT) 與一組動圈式發音單元所組成,由其簡單的配置可以很容易猜到 PC Speaker 的音效播放能力其實非常弱,實際上其只具備發出單一音符的能力,也沒有支援和弦更無法直接表現任何樂器的音色 (下圖就是 IBM PC Model 5150 所內建的發音單元)。

然而即使 PC Speaker 的功能如此陽春,當年的軟體工程師仍想到了可以運用變化發聲長度、間距的方式 (脈衝寬度調變) 來譜出各式各樣的音符,甚至是在遊戲當中呈現語音等音效的作法 (不過終究仍受制於其陽春的功能,因此配合 PC Speaker 特性編曲的聲音基本上都有聽起來相當尖銳的特色),在當年確實對許多人來說是讓人耳目一新的體驗 (有很多甚至就是來自台灣的工程師呢),但在更加完善的音效系統出現之後,這些很快就墜入歷史的滾滾洪流裡,日漸為人所遺忘了。

不過,如果你曾經自己組裝過電腦的話,相信你應該會覺得上面 IBM PC 內建發音單元的接頭很眼熟吧?沒錯,它的 4-pin 機殼就是當今絕大多數的電腦系統當中設置在前面板連接線 (Front Panel Cable) 插槽的 Speaker 接頭 (用於連接蜂鳴器,也有一些主機板是直接將蜂鳴器焊在主機板中),當前絕大多數電腦仍然包含與 PC Speaker 相當相似的音效系統,但其早已不再負責絕大多數的音效,目前主要用於在電腦啟動的過程中負責發出代表各種狀態或問題的嗶聲 (也有一些程式仍然會將其用作替代主要音效系統的發聲工具)。

PCjr (1984)

在 IBM PC 推出後三年,IBM 為了將家用個人電腦市場進一步擴大而推出了 PCjr 這款定位較低的個人電腦系統 (Model 4860),這款系統當中首次引入了由德州儀器所設計的 SN76496 數位音效產生器 (DSG) 晶片作為其音效系統的基礎 (同時期有不少相容電腦機種、遊戲機台與 Apple II 用的音樂擴充卡都使用了這款晶片,同期的競爭對手則是由通用儀器與 YAMAHA 合作的 8910/YM 系列晶片)。

相較於 PC Speaker 的陽春功能而言,PCjr 內建的音效系統有了明顯的進步,透過內建三組可同時運作的方波音頻產生器 (大幅提升可支援的頻率範圍與支援 16 階音量控制) 與一組噪聲產生器 (支援白噪音與週期噪聲產生,可產生三種不同頻率的噪聲與同樣支援 16 階音量控制) 使得電腦所能發出的音效強化了不少。

但最終 PCjr 受制於 IBM 的設計失誤與過高的定價策略,最終使其成為了在個人電腦發展史上是數一數二慘烈的失敗,反而當時由 Tandy 發佈的相容機種 Tandy 1000 在商業上還獲得了比較大的成功,因此與 PCjr 音效系統相容的軟體其實比較常被稱為 Tandy-compatible。

MIDI (1984-1991)

MIDI 的全名是 Musical Instrument Digital Interface (樂器數位介面),最早是在 1981 年由 Dave Smith 以論文形式發表,並且在 1983 年 08 月正式成為電子樂器的業界標準 (與 PC Speaker、PCjr 不同,MIDI 並不是電腦資訊業界設計的產物,而是電子樂器工業所發展的工業標準,當初的設計目的其實是為了讓各廠設計的電子樂器之間能有共通語法使其可以容易被合併應用並降低取得門檻),並在後來被個人電腦所採納,此後個人電腦的音效系統大致上可分為延續 PCjr 的設計或以 MIDI 標準為基礎兩大發展路徑。

早期採用 MIDI 標準的電腦音效系統通常會由 MIDI 介面卡與 MIDI 音效輸出模組兩個部分組合而成,前者主要是讓電腦得以輸出 MIDI 格式的訊號給 MIDI 音效輸出模組,後者則是作為合成器,讓使用者可以連結其他 MIDI 設備與輸出音效使用,當年最常見的組合是由 Roland 所發佈的 MPU-401 搭配 MT-32,隨後 Roland 也在 1989 年推出了融合這兩項設備的產品-Roland LAPC-I,是當時專業用音效卡的代表之一。

不過由於 MIDI 系音效系統的價格仍然可以說是相當高昂,因此在當時大多數人仍然停留在 PC Speaker,只有作曲家等相關行業在專業用途上才比較有機會接觸這類音效系統產品。