Казалось бы, что может быть проще всем знакомого стандартного аудио джека? Оказывается, бывают вещи и попроще. 3,5-миллиметровые джеки и гнёзда для их подключения страшны и ужасны 😆 Лезть в дебри аудио в целом, и в Intel HD Audio в частности меня побудило желание разобраться, как работает переключение компьютерного звука.
Зачем мне это знать? Хочу запилить свой собственный компьютерный корпус мечты:
Дисклеймер: в статье очень много букв
От простого к сложному
У аудиоразъёмов (будем говорить о 3,5-миллиметровых) бывает от двух до пяти контактов:
Минимально разъём содержит 2 контакта (монозвук TS): контакт "T" (Tip — наконечник) передаёт левый канал, а контакт "S" (Sleeve — втулка) — земля. В разъёме TRS появляется дополнительный контакт "R" (Ring — кольцо) для правого канала (стереозвук). В TRRS к стереозвуку добавляется микрофон. Наконец, экзотический пятиконтактный TRRRS реализует стереозвук и стереомикрофон.
Однако производители оборудования не смогли нормально договориться, в каком порядке припаивать провода. Это привело мир к двум схемам распайки — старой OMTP и новой CTIA.
Новая CTIA используется в оборудовании после 2011 года выпуска, а отличие от старой в том, что поменяли местами контакты земли и микрофона. Вышло следующим образом:
- T — левый канал
- R — правый канал
- R — земля
- S — микрофон
Если в каком-то телефоне не работает 4-контактная TRRS аудиогарнитура, скорее всего у неё и телефона конфликтуют схемы распайки — где-то используется OMTP, а где-то CTIA
Звук в стационарных компьютерах реализован проще — он передаётся через 3-контактный разъём TRS (T — левый канал, R — правый, S — земля). При подключении телефонных гарнитур TRRS к компьютеру оба кольца замыкаются на землю, и гарнитура работает как обычные TRS-наушники.
А вот подключение TS моногарнитур в TRS разъём может быть опасно: контакт S штекера гарнитуры замкнёт контакты R и S разъёма. Это может вызвать сгорание R контакта, если производитель не продумал защиту от коротких замыканий.
В быту чаще всего встречаются 3,5-миллиметровые аудиоразъёмы. Профессиональное звуковое оборудование (например, электрогитары) подключают 6,3-миллиметровыми аудиоразъёмами. Кроме того, существуют уменьшенный 2,5-мм разъём и что-то совсем редкое: 4,4-миллиметровый.
В стационарных компьютерах используются 3,5-мм TRS-разъёмы.
Звук передней панели в не новых и современных компьютерах
Технологии научили нас комфорту. При подключении наушников в телефон звук автоматически переключается на наушники, а при их отключении — возвращается во внешние динамики телефона. С компьютерным звуком дело обстоит сложнее.
С 1997 года компьютерное аудио описывает стандарт Intel AC'97, который в 2004 году сменил Intel HD Audio. В новом Intel HD Audio улучшили качество звучания, добавили звук 7.1, нормально реализовали переключение звука. Всё для того, чтобы конечные пользователи наслаждались высококачественным звучанием... При этом Intel не забыл усложнить стандарт.
Передняя панель компьютера и аудио на ней
Издревле и по сей день корпуса стационарных компьютеров остаются громоздкими — наша плата за универсальность и возможность подключить к ним множество устройств. Чтобы спрятать кучу проводов, большинство компьютерных разъёмов расположили в задней части корпуса, но самые используемые вынесли с зада наперёд. Зачастую, это несколько USB и пара аудиоразъёмов — для наушников и микрофона.
Передние корпусные аудиоразъёмы существовали и в период правления AC'97, сохранились они и после всхода на престол Intel HD Audio. Сам разъём на материнской плате для подключения передней аудиопанели за своё время существования не изменился:
Intel AC'97 был несколько не рациональным
В старом стандарте AC'97 компания Intel сильно намудрила. Согласно ему, путь звука от аудиочипа до колонок (наушников) следующий:
- Из аудиочипа сигналы левого и правого каналов попадают на контакты 6 и 10 девятиконтакнтного разъёма подключения передней панели
- С девятиконтактного разъёма через кабель подключения передней панели звук уходит на 3,5-мм аудиоджек передней панели.
Сам аудиоджек особенный, пятиконтактный: три контакта — TRS, а ещё два контакта замкнуты на R и на T. При подключении наушников, эти два контакта отключаются от контактов R и T. - Возможны 2 ситуации:
• Если в 3,5-мм аудиоджек не включены наушники, сигналы проходят через замкнутые контакты 3,5-мм аудиоджека и возвращаются к девятиконтактному разъёму (левый канал в контакт 5, правый — в контакт 9), а оттуда звук уходит на заднюю панель корпуса.
• Если в 3,5-мм аудиоджек вставлены наушники, звук идёт в наушники: внутри разъёма размыкается пара контактов и звук не уходит на заднюю панель корпуса.
Наглядно эту причуду инженерной мысли визуализировал стрелками. Левый канал показан зелёным цветом, правый — красным:
Увидев эту схему, у меня возник резонный вопрос: почему же работает звук задних панелей старых компьютеров, у которых нет передних аудиоразъёмов?
В руководстве "Front Panel I/O Connectivity Design Guide" от Intel сказано:
Если на материнскую плату выведен 9-контактный аудиоразъём, но не предусмотрено подключение к нему передних 3,5-мм разъёмов, производители материнских плат должны дополнительно установить резисторы величиной 0 Ом между контактами 5-6 и 9-10
Идеальная схема Intel AC'97 подразумевает использование 3,5-мм пятиконтактных разъёмов с двумя нормально замкнутыми переключателями.
В реальной жизни в экономных сборках сделано проще — контакты 5-6 и 9-10 замкнуты перемычками:
Такое простое решение оставляет постоянно активным гнездо задней панели корпуса и подводит аудиосигнал к передней панели корпуса. Недостаток в том, что при таком раскладе переключать переднюю и заднюю панели возможно только средствами Windows.
Таким образом, старый Intel AC'97 использовал 7 контактов:
1 — микрофон
2 — земля
3 — усиление микрофона (или правый канал для стереомикрофона)
5 — левый аудиоканал, приходящий на переднюю панель
6 — левый аудиоканал, уходящий с передней панели на заднюю
9 — правый аудиоканал, приходящий на переднюю панель
10 — правый аудиоканал, уходящий с передней панели на заднюю
Если производитель корпуса не жадничал и ставил на переднюю панель 3,5-мм разъёмы с пятью контактами, переключение звука с зада наперёд работало.
Если ставились трёхконтактные разъёмы + 2 перемычки на проводе, звук шёл в обе стороны, и приходилось отключать колонки или наушники только в самой Windows.
Новинка в лице Intel HD Audio
Новый Intel HD Audio сохранил частичную совместимость с AC'97, устранил его слабые места, принёс улучшенное качество звука... И задействовал остальные контакты, часть из которых пришлось переопределить:
4 — активирует режим HD Audio (подключается к 2 через резистор 1 кОм)
7 — посылает сигналы и ждёт подключения наушников или микрофона
6 — при подключении к 3,5-мм разъёму передней панели микрофона замыкается с контактом 7 через сопротивление 20 кОм
10 — при подключении к другому 3,5-мм разъёму передней панели наушников, контакты 10 и 7 замыкаются через сопротивление 40 кОм.
Для реализации такой функциональности снова потребовались разъёмы 3,5-мм, имеющие 5 контактов. Только, в отличие от стандарта Intel AC'97, в разъёмах Intel HD Audio используется изолированный нормально разомкнутый переключатель.
Фотография панели, реализующей Intel HD Audio:
Многим и Intel HD Audio мало: им управление воспроизведением кнопками наушников подавай! Увы и ах, в компьютерах нет такой функциональности. Только через USB.
И сказал им Бог: плодитесь и размножайтесь
Просторы Aliexpress предложат десятка 4 разновидностей 3,5-мм разъёмов, разных форм и цветов. Аудиоразъёмы имеют обозначения, например PJ-306, PJ-307 или PJ-317. Однако цифры в обозначении не значат ровным счётом ничего.
Найти аудиоразъёмы стандарта Intel AC'97 не составит никакого труда, ведь Aliexpress пестрит ими (но даже их нужно внимательно выбирать).
Для Intel AC'97 подходят уже упомянутые пятиконтактные PJ-306, PJ-307 и PJ-317, хотя рекомендую на странице конкретного товара найти схему выбранного разъёма — она должна выглядеть подобным образом:
Однако, поиск аудиоразъёмов для Intel HD Audio дело удивительно сложное. Я не знаю, почему их так трудно отсыскать, но за несколько дней поиска и общения с китайскими продавцами из всего многообразия мне удалось выявить всего 3 подходящих варианта.
Лот № 1: модель PJ-307B с одиннадцатью! контактами
Такие разъёмы стоят кучу денег (670 ₽ за 10 штук с доставкой), и контактов на них избыточное количество. Нуждающимся в таких разъёмах оставлю ссылку на товар продавца xin cheng electronic
Лот № 2: в отзывах называют этот разъём PJ-307C
Этот разъём больше всего похож на правильный. В отзывах на странице товара говорят, что именно он подходит для передней панели и обзывают сиё чудо PJ-307C. Цена за 10 штук всего 41 ₽, но отпугивает платная доставка, которая приводит итоговую стоимость к цене 260 ₽. Кому интересно — товар есть у продавца Factory-price Store.
Лот № 3: наиболее выгодный вариант, PJ-307B с 8 контактами
Продавец xin cheng electronic отреагировал лучше всех, и кроме дорогого лота № 1 прислал бюджетный лот № 3. На чертежах разъём называют ST-111-SW-12DO1, а в описании к товару числится PJ-307B. У разъёма 8 контактов, и некоторые из них могут использоваться для переключения звука. Кроме этого, цена 10 штук всего 179 ₽. Оставляю ссылку на лот.
Пока что я остановился на третьем варианте. Но есть ещё один продавец, который предложил цену $0,15 (за штуку) и скоро вышлет ссылку на товар. Посмотрим!
Такой необычный разъём
Я написал 13 продавцам на Aliexpress, и из них только один отреагировал сразу (лоты № 1 и 3), 5 человек не смогли помочь, один обещал продать за $0,15/шт. и один попросил фото (остальные ещё не отреагировали).
Стандарт Intel HD Audio существует почти 20 лет, а на Aliexpress шаром покати. Мне не понятно, почему так сложно купить эти злополучные разъёмы с нормально открытым изолированным переключателем.
Ищущим напоследок привожу схему идеального разъёма:
Контакты 1, 2, 3 нам уже знакомы. Контакт 4 механически (не электрически) приделан к контакту 3 (о механическом контакте говорит белый треугольник) и при вставке в гнездо разъёма замыкается с контактом 5. Voilà.
А вот ещё до кучи видео, где я показываю эти злополучные разъёмы:
Послесловие
В своей спецификации Intel рекомендует подключать переднюю панель кабелем длиной до 45 см (18 дюймов). Дабы избежать наводок и шумов (особенно на микрофоне) кабель должен состоять из 4 витых пар (пары 1 и 3, 2 и 7, 5 и 6, 9 и 10), каждая из которых обёрнута в отдельный экран, а также общий экран. Калибр проводов — AWG 26.
И задумался я: а можно ли использовать в качестве кабеля хорошую витую пару с экранированием пар и общим экраном? Судя по всему, должны подойти кабели типа S/FTP (пары экранированы фольгой, общий экран — оплётка) и F/FTP (и общий экран и оплётка для пар сделаны из фольги). Да и провода в витой паре потолще — AWG 24 в Cat 5e и AWG 23 в Cat 6.
Проанализировал
[1] Intel // Front Panel I/O Connectivity Design Guide (2018, rev. 1.1)
[2] Intel // Front Panel I/O Connectivity Design Guide (2005, ver. 1.3)
[3] Intel // High Definition Audio Specification Revision 1.0a (2010)
[4] Статья, давшая хороший пинок к пониманию
[5] Даташит на Realtek ALC1150 (на свой ALC1200 не могу найти)
[6] Статья, где автор переигрывает инженеров Intel
[7] Очень хорошая статья для понимания схем обозначения разъёмов
Спасибо за терпение!