Кіріспе

MOS Technology дыбыс чипі

MOS Technology 6581/8580 SID (Sound Interface Device) – Commodore CBM II, Commodore 64, Commodore 128 және MAX Machine үй компьютерлерінің кіріктірілген бағдарламаланатын дыбыс генераторы чипі. VIC II графикалық чипімен бірге, SID C64 компьютерінің тарихтағы ең көп сатылған үй компьютері болуына зор үлес қосты және демо-сценаның қалыптасуына ықпал етті.

Тарих

SID-ді инженер Боб Яннес ойлап тапты, ол кейін Ensoniq цифрлық синтезатор және үлгілеу компаниясының негізін қалады. Яннес өзі, екі техник және CAD операторынан тұратын команданы басқарды, олар 1981 жылдың екінші жартысында чипті бес ай ішінде жобалап, аяқтады. Яннес синтезатор индустриясындағы бұрынғы жұмысынан шабыттанды және компьютерлік дыбыс чиптерінің қазіргі жағдайына көңілі толмады. Оның орнына ол жоғары сапалы аспап чипін қалаған, сондықтан SID-де бұрын үй компьютерлерінің дыбыс чиптерінде болмаған конверт генераторы сияқты мүмкіндіктер бар. «Мен нарықтағы дыбыс чиптерін, тіпті Atari компьютерлеріндегілерін де, музыка туралы ештеңе білмейтін адамдар жасаған деп ойладым». Бағдарламалаушы сүзгінің кесу жиілігі мен резонансын өзгерте алады. Сыртқы аудио кіріс порты сыртқы дыбысты сүзгі арқылы өткізуге мүмкіндік береді. Сақиналық модуляция, сүзгі және арпеджио (аккорд тәрізді дыбыстар жасау үшін жиіліктер арасында жылдам ауысу) сияқты бағдарламалау әдістері SID музыкасының ерекше сезімін және дыбысын тудырады. Сол кездегі өндіріс технологияларының жетілмегендігі және чиптің аналогтық және цифрлық бөліктерінің арасындағы нашар оқшаулану салдарынан 6581-дің шығысы (көбейтілген сатыдан бұрын) нөлдік деңгейден әлдеқайда ауытқып тұрды. Көлемді өзгерткен сайын естілетін дыбыс пайда болатын. Көлемді негізгі 4 биттік регистр арқылы жылдам реттеу арқылы бұл ауытқуды PCM ретінде модульдеуге болады, нәтижесінде 4 биттік цифрлық үлгілерді ойнатуға мүмкіндік беретін «виртуалды» төртінші канал пайда болады. Бұл ақаулық ертеден белгілі болды және алдымен Electronic Speech Systems компаниясы Impossible Mission (1984, Epyx) және Ghostbusters (1984, Activision) сияқты ойындарда сөйлеу үлгілерін жасау үшін қолданды. Музыкалық композицияларда үлгілерді алғаш рет пайдаланған Мартин Галвей Arkanoid (1987, Imagine) ойынында болды, бірақ ол бұл идеяны Digidrums деп аталатын бұрынғы барабан синтезатор жинағынан көшірген. Үлгіленген дыбыс ойнату ұзақтығы алдымен жадпен, кейін техникамен шектелді. Kung Fu Fighting (1986) – танымал ерте үлгі, оның ойнату ұзақтығы секундтармен өлшенген. c64mp3 (2010) және Cubase64 (2010) минуттармен өлшенген ойнату ұзақтығын көрсетеді. Сонымен қатар, ол процессорды қатты жүктеді – үлгілерді 6510 процесорының жылдамдығымен салыстырғанда өте жылдам шығару қажет болды. Commodore 64C және Commodore 128 DCR-нің кейінгі нұсқаларында қолданылған жақсы өндіріс технологиясы 8580 бейақтықтың толығымен жоғалуына әкелді, оқшауланған дыбыс үлгілері өте тыныш болды. Бақытымызға орай, дыбыс деңгейін көбінесе аппараттық түзету (аудио кіріс пінін бұрмалау) немесе бағдарламалық тәсілмен, Пулс толқын формасын пайдаланып қажетті бұрмалауды қасақана қалпына келтіру арқылы қалпына келтіруге болады. Бағдарламалық тәсіл әдетте бір дауысты уақытша қолдануға жарамсыз етеді, бірақ ақылды музыкалық композициялар бұл мәселені аздап байқатуға мүмкіндік береді. Сапаның жақсаруының мысалы Electronic Arts компаниясының Skate or Die (1987) ойынының кіріспесінде көрсетілген. Гитаралық риф Commodore 64c немесе Commodore 128 құрылғыларында ойнатылмайды. X'2008 демо-кешінде цифрланған үлгілерді ойнаудың мүлдем жаңа әдісі ашылды. Бұл әдіс 8 биттік үлгілердің төрт арнасын (бағдарламалық араластырылған) барлық үлгілердің үстіне қосымша сүзгілеумен, сондай-ақ екі қарапайым SID дыбыс арнасын жасауға мүмкіндік береді. Бұл әдіс толқын формасын генератордың сынақ битін пайдалана отырып, тербелісті қалпына келтіру арқылы жұмыс істейді, жаңа толқын формасын үшбұрышты толқын формасымен тез жоғарылатады, содан кейін барлық толқын формаларын өшіреді, нәтижесінде DAC соңғы мәнді шығаруды жалғастырады, бұл қажетті үлгі. Бұл екі сканерлеу желісі болғанша жалғасады, бұл қатесіз, кездейсоқ үлгі шығару үшін жеткілікті уақыт. Алайда, ол жоғарыда сипатталған 4 биттік көлемді регистрлік DAC тәсіліне қарағанда процессорды көбірек қажет етеді. SID чипіндегі сүзгілеу толқын формасы генераторларынан кейін қолданылатындықтан, осылайша алынған үлгілерді қалыпты түрде сүзгілеуге болады. SID-тің бастапқы нұсқаулығында бірнеше толқын формалары бір уақытта қосылса, олардың арасында екілік ЖӘНЕ операциясы жасалады деп айтылған. Шын мәнінде, DAC пініне кіретін толқын бірден бірнеше толқын түрін қабылдайды. Мысалы, үшбұрышты толқын формасы бөлек XOR контурымен және сол жаққа жылдыру контурымен жасалады. Жоғарғы бит XOR контуры DAC көретін аккумулятор мәнін кері бұра ма, жоқ па, соны анықтайды. Осылайша, үшбұрышты және тісті бір уақытта қосу DAC кірісіндегі жақын аккумулятор биттерін араластырады. (XOR контуры рөл атқара алмайды, өйткені тісті толқын формасы таңдалғанда ол әрқашан өшіріледі.) Пулс толқын формасы барлық DAC биттерін полисиликонның ұзын жолағы арқылы біріктіру арқылы жасалады, ол Пулс бақылау логикасына қосылған, ол аккумулятордың ағымдағы мәнін Пулс енінің мәнімен салыстырады. Осылайша, Пулс толқын формасын кез келген басқа толқын формасымен таңдау DAC-тағы әр биттің жартылай араласуына әкеледі және толқын формасының күші Пулстің күйіне байланысты өзгереді. Шу генераторы 23 биттік ұзындықтағы Фибоначчи LFSR (кері байланыс полиномы: x^22+x^17+1) ретінде жүзеге асырылған. Шу толқын формасын кез келген басқа толқын формасымен бір уақытта пайдаланғанда, толқын формасы таңдағышы арқылы төмен тарту тез арада XOR ықпал ету тізімін барлық биттер үшін 0-ге дейін азайтады, олар шығыс DAC-қа қосылған. Шу сағатымен тізімде 0 биттері ауысқанда және оларды алмастыру үшін 1 биттері тумайтындықтан, XOR ықпал ету тізімі толығымен 0-ге дейін азаюы мүмкін. Әйбағымызға орай, бұл жағдайды толқын формасының бақылау сынақ битін пайдаланып түзетуге болады, ол бұл жағдайда XOR ықпал ету тізіміне бір 1 бит енгізеді. Кей музыканттар шудың аралас толқын формаларын және сынақ битін ерекше дыбыстар жасау үшін де пайдаланады. 6581 және 8580 бірнеше жағынан өзгеше. Түпнұсқа 6581 ескі NMOS процесін пайдаланып жасалған, ол 12В тұрақты токпен жұмыс істеді. 6581 статикалық разрядқа өте сезімтал және дұрыс қолданылмаса, сүзгілер жұмыс істемейтін, нарықта көптеген бұзылған 6581 чиптерінің себебі осы. 8580 HMOS II процесін пайдаланып жасалған, ол аз қуатты (9В тұрақты ток) қажет етеді, сондықтан чип салқынырақ жұмыс істейді. 8580 6581-ге қарағанда әлдеқайда берік. Сонымен қатар, толқын формасын генераторларының тұрақтанылуының арқасында биттердің араласу әсері аз байқалады, сондықтан аралас толқын формалары бастапқы SID спецификациясына жақын (олар екілік ЖӘНЕ ретінде біріктіріледі делінген). Сүзгі де екі модельдің арасында өте өзгеше. 6581 кесу диапазоны логарифмдік шкаладағы сигмоид функциясына ұқсайды және чиптер арасында кеңінен өзгереді, ал 8580 кесу диапазоны сызықтық шкаладағы түзу сызық және чиптер арасында тұрақтырақ және дизайнерлердің нақты спецификацияларына жақын. 8580 сүзгісі жоғары резонансқа да жете алады. Сонымен қатар, аналогтық және цифрлық схемалардың жақсы оқшаулануы 8580 шығысын аз шулы және бұрмаланған етті. 6xxx сериялы жүйелердегі шуды аудио кіріс пінін ажырату арқылы азайтуға болады. 8580-дің тұтынушылық нұсқасы 6582 деп аталды, бірақ чиптегі матрица 8580 чипінің матрицасымен бірдей болды, тіпті '8580R5' белгісі де сақталды. Dr. Evil Laboratories оны SID Symphony кеңейтім картриджінде (1991 жылы Creative Micro Designs компаниясына сатылды) пайдаланды және ол басқа да бірнеше орындарда, тіпті бір PC дыбыс картасында қолданылды. Белгілі кемшіліктеріне қарамастан, көптеген SID музыканттары түзетілген 8580 чипіне қарағанда кемшіліктері бар 6581 чипін қалайды, кейбіреулері тіпті кемшіліктерді SID чипін сол кездегі басқа дыбыс чиптерінен ерекшелендіретін нақты «ерекшеліктер» деп санайды. Бұның басты себебі сүзгі күшті бұрмалау тудырады, ол кейде бұрмаланған электр гитарасын сияқты аспаптарды модельдеу үшін қолданылады.

Ескертпелер мен жалған ақпараттар

6581 және 8580 SID микросхемалары енді өндірілмейтіндіктен, оларға деген сұраныс артып, қымбатқа түсті. 2007 жылдың соңында eBay-де түрлі ақаулы чиптер «жаңа» деп сатыла бастады. Сенімсіз дереккөз: date=January 2012. Осы қайта белгіленген SID-тердің кейбіреулерінде сүзгі ақаулы, ал кейбіреулерінде каналдар/шу генераторлары жұмыс істемейді, тіпті кейбіреулері мүлдем істемейді. Ондай чиптердің, чип өндірілген кезде зауыттан шыққан брақ немесе HardSID карталары үшін чиптерді таңдап алу операцияларынан алынған брақ болуы мүмкін. Сондай-ақ, Қытайдағы адал емес өндірушілерден сатып алынған жалған SID микросхемалары да кездеседі; олар лазермен толығымен жалған белгілермен жазылған, ал қораптың ішіндегі чип мүлдем SID емес.

Ойынның дыбысы

Commodore 64 үшін жасалған ойындардың көпшілігі SID чипін пайдаланды, қарапайым дыбыстар мен сигналдардан бастап күрделі музыкалық туындыларға, тіпті толыққанды цифрлық аудио тректерге дейін. Чипте музыканы іске асыру үшін қажетті техникалық біліктілік және сол дәуірдегі басқа дыбыс чиптерімен салыстырғандағы оның мүмкіндіктерінің кеңдігіне байланысты, Commodore 64 композиторлары SID-ті жеке музыкалық аспап ретінде сипаттады. Дегенмен, көптеген бағдарламалық құралдар SID-тің толық мүмкіндіктерін пайдаланбады, себебі жарияланған бұрыс техникалық сипаттамалар бағдарламашыларды жақсы құжатталған функцияларды ғана қолдануға итермеледі. Ал кейбір алғашқы бағдарламалық құралдар, керісінше, техникалық сипаттамаларға сүйенді, нәтижесінде естілмейтін дыбыс эффектілері пайда болды. Осы чип үшін ойын музыкасының белгілі композиторлары – Мартин Галвей (Wizball және Times of Lore сияқты көптеген ойындар үшін танымал), Роб Хаббард (ACE 2, Commando, Delta, International Karate, IK+ және Monty on the Run ойындарымен әйгілі). Сондай-ақ, Джерон Тел (Cybernoid, Turbo Outrun, Robocop 3 және Myth), Бен Даглиш (The Last Ninja, Jack the Nipper, Firelord, Gauntlet), Дэвид Данн (Finders Keepers және Flight Path 737), Дэвид Уиттакер (Speedball, BMX Simulator, Glider Rider) және Крис Хюльсбек (R Type, Turrican және The Great Giana Sisters) есімдерін атауға болады.

Жазбалар

Көптеген әуесқойлар бағдарламалық эмуляторларға қарағанда нағыз чип дыбысын жоғары бағалайтындықтан, SID чипінің қазіргі заманғы аппараттар үшін нағыз дыбысын сақтауға бағытталған бірнеше жазу жобалары пайда болды. sid.oth4 жобасында қатты дискіге жазылған 380-нен астам жоғары сапалы MP3 ән бар, ал SOASC= жобасында High Voltage SID Collection (HVSC) жинағының барлығы (49-ы, 35 000-нан астам ән) Commodore 64-тен жоғары сапалы MP3 файлы түрінде жазылған. Екі жоба да SID чипінің түпнұсқа дыбысын сақтаудың маңыздылығын қаперге білдіреді. 2016 жылы Unepic Stoned High SID Collection (USHSC) іске қосылды. Бұл – 50 000-нан астам SID әні жеке видеолар түрінде жүктелген YouTube арнасы. USHSC SOASC= және HVSC негізінде құрылған, сонымен қатар Commodore Scene Database (CSDb) сайтында жарияланған жаңа SID музыкасының жазбаларын жүктейді. Арнада әрқайсысында шамамен 5000 әннен тұратын плейлисттер бар.

Жабдықты қайта іске асыру

2008 жылы HyperSID жобасы жарық көрді. HyperSID – HyperSID аппараттық блогының (SID чипіне негізделген синтезатор) MIDI контроллері ретінде жұмыс істейтін VSTi және HyperSynth компаниясымен әзірленген. SwinSID – Atmel AVR процессорын қолдана отырып, SID-тің аппараттық эмуляциясы, сонымен қатар Atmel AVR процессорына негізделген нақты SID ойнатқышы бар. V SID 1.0 жобасы (кодтық атауы SID 6581D, "D" – digital үшін) 2005 жылы Дэвидтен пайда болды. Бұл жоба – Боб Яннстың сұхбаты мен деректер парақтары негізінде SID чипінің аппараттық эмуляциясы. V SID 1.0 қозғалтқышы ALTERA-дан алынған FPGA EP1C12 Cyclone-да, ALTIUM әзірлеу тақтасында іске асырылды және бастапқы SID-тің барлық сипаттамаларын эмуляциялайды, бірақ сүзгі – CPU басқаратын IIR сүзгісі бар цифрлық нұсқа. PhoenixSID 65X81 жобасы (2006) заманауи аппаратты пайдалану арқылы SID дыбысын дәл қайта құруға бағытталған. SID чипінің жұмысы FPGA-да, SID-тің авторымен сұхбаттар, түпнұсқа деректер парақтары және нақты SID чиптерімен салыстыру негізінде қайта жаңғыртылды. Бұл жоба, легендарлық SID сүзгісі үшін эмуляцияның орнына нақты аналогтық схемаларды қолдануымен ұқсас әрекеттерден ерекшеленді. Дегенмен, жоба тоқтатылды, өйткені осы жобаның жетекшісі Джордж Пантазопулос 2007 жылдың 23 сәуірінде 29 жасында қайтыс болды. C64 Direct to TV SID аппараттық құралының көп бөлігін эмуляциялайды, бірақ кейбір мүмкіндіктерінен (әсіресе сүзгілер) бас тартады. Бұл бүкіл C64-ті джойстикке сыятын кішкентай схемаға дейін азайтады, бірақ кейбір үйлесімділікті құрбан етеді. SIDcog – Parallax Propeller процессорда жұмыс істейтін бағдарламалық SID эмуляторы. Барлық үш арна Propeller-дің сегіз COG-ының бірінде эмуляциялана алады. ARMSID – аналогтық кірістерді қолдайтын MOS 6581 және MOS 8580 чиптерін "қосып, дереу пайдалануға" болатын алмастырғыш. FPGASID – FPGA негізінде жасалған SID көшірмесі, ол бастапқы құрылғының жоғары сапалы репродукциясын қамтамасыз етеді, соның ішінде аудио сүзгілер мен падл регистрлері сияқты барлық мүмкіндіктерді де қамтиды. Бұл құрылғы толыққанды стерео шешім болып табылады және бір SID ұясындағы екі SID чипін алмастыра алады. Аппараттық базасы – Altera MAX10 FPGA.