¿Es seguro aplicar una pequeña tensión a un pin GPIO en el modo de salida?

No, no es seguro. La MCU va a funcionar mal a largo plazo.

Como ejemplo, para los microcontroladores AVR, la corriente de sumidero no debe ser mayor que 20 mA. Por lo tanto, debe asegurarse de que la corriente de descarga no subirá más.

Recomendaría conectar el altavoz a través de un controlador que podría ser un transistor o un amplificador.

Con el pin de E / S de MCU configurado como una salida, utilizará un controlador push-pull ('tótem'). Consiste en un FET de la fuente Vdd del chip al pin de E / S y otro FET del pin I / O a la fuente GND del chip.

Cuando el pin está conduciendo alto, genera (envía) una corriente a Vdd y cuando está conduciendo bajo, hunde (ingresa) una corriente a GND. Estas corrientes deben indicarse en la hoja de datos, generalmente como IoH (max) e IoL (max) respectivamente. Si la carga excede estas corrientes especificadas, los FET limitarán el flujo de corriente y disiparán la potencia en función de la caída de voltaje en el FET particular y la corriente consumida. Si se mantiene durante el tiempo suficiente, esto podría dañar la MCU.

Sin embargo, con una acción de conmutación que su experimento / aplicación de audio requerirá, es probable que el daño potencial no sea un problema. Es posible que no obtenga el comportamiento que espera pero estará bien experimentar con él.

Majid_L tiene sentido: una etapa de búfer acentuará menos el pin de E / S del microcontrolador. Un altavoz de 8 ohmios solicitará la corriente por encima de los límites permisibles en momentos (por momentos después de cambiar de nivel alto o bajo) cuando se maneja directamente. Un búfer puede ser simple, así:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab} Con el búfer del transistor, el pin de E / S verá una carga de aproximadamente 800 ohmios, en lugar de 8 ohmios (suponiendo que la ganancia de corriente del transistor es de 100). El tipo de transistor no es crítico, pero el inferior debe ser PNP, uno NPN superior.
C1 se agrega porque los transistores extraen mucha corriente de impulsos de la alimentación de 5 V. No desea que estos pulsos reduzcan el Vdd del microcontrolador, de lo contrario, podría producirse una operación errática (o un apagón).