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ZX Spectrum 1-Bit: Akkorde, PCM, PWM

Hacker News •
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Im Rahmen der ZX Spectrum-Tour implementierte ich Routinen, um einfache Töne über den 1-Bit-Beeper wiederzugeben. Inspiriert von früheren Arbeiten am Apple II stießen diese Experimente die Grenzen einfacher Hardware. Während die Replikation fortschrittlicher PC-Lautsprecher-Techniken schwierig erwies, wurde erheblicher Fortschritt bei Mehrkanal-Sound erzielt, insbesondere beim Abspielen von Akkorden über den 1-Bit-Lautsprecher.

Der Autor stellte auch einfaches 1-Bit-PCM-Playback nach und experimentierte mit Pulsweitenmodulation (PWM)-Techniken. Sowohl PCM als auch PWM fließen in die Akkord-Wiedergabe ein. Die Bemühungen dieser Woche umfassten bemerkenswerte Misserfolge neben Erfolgen und dokumentierten die Herausforderungen der Low-Fidelity-Audio-Emulation.

Die Puls-Code-Modulation (PCM) beinhaltet das Abtasten einer Wellenform als Werte zwischen 0 und einem Maximum, wobei die Abtastrate die Frequenzsteuerung bestimmt. Der Spectrum kann mit ca. 1 MHz auf den Speicher zugreifen, was 16 kHz Wiedergabe auch bei zyklengenauer CPU-Steuerung erlaubt. Da der Lautsprecher jedoch nur ein oder aus ist, ähnelt die Audioqualität der Verzerrung, einen Lautsprecher durch Verstärkung zu zerstören.

Mit dem 3,5 MHz Takt des 48K, geteilt durch 16.000 Samples pro Sekunde, ergeben sich 219 Zyklen zwischen Schreibzugriffen. Samples verbrauchen ca. 2 KB pro Sekunde, knapp auf einem 48K-System, aber handhabbar. PWM verspricht höhere Audioqualität durch Variation der Pulslänge zur Anzeige der Signalstärke, doch physische Lautsprecher-Begrenzungen führen Latenz ein.

Verschiedene Spectrum-Modelle hatten leicht unterschiedliche CPU-Takte; der 48K lief mit flachen 3,5 MHz für Zykluszählung.