Введение

Внешний цифро-аналоговый преобразователь аудио

Covox Speech Thing — это внешний цифро-аналоговый преобразователь (DAC), подключаемый к параллельному порту принтера ПК. Он преобразует 8-битный цифровой звук с помощью простой R-2R резисторной лестницы в аналоговый выходной сигнал. Speech Thing был представлен 18 декабря 1987 года компанией Covox, Inc. из Юджина, штат Орегон, по цене около 70 долларов США, а к 1989 году стоил 79,95 долларов США. Вскоре люди начали создавать свои собственные (DIY) варианты, поскольку протокол связи и DAC просты и требуют лишь пайки нескольких недорогих компонентов. Новизна патента «Цифро-аналоговый преобразователь с проходным параллельным портом» (заявлен в 1987 году, выдан в 1989 году) заключалась не в использовании резисторной лестницы в качестве DAC, а в том, что конструкция резисторной лестницы не препятствовала использованию параллельного порта другими устройствами, поскольку звуковые карты в то время были очень дорогими. Эта плата также была довольно популярна в демосцене. Присущая конструкции проблема заключается в том, что её качество зависит от точности подбора резисторов (см.). При использовании неподходящих резисторов уровни напряжения искажаются, особенно для тихих звуков, что приводит к искажениям. Тем не менее, качество звука Covox Speech Thing значительно превосходит звук PC-динамика; даже сегодня самодельный вариант остаётся недорогим способом добавить звуковые возможности старым компьютерам.

Особенности

Проще говоря, плата Covox получала 8-битовый цифровой байт для каждого цифрового аудиосэмпла из параллельного порта и формировала высокоимпедансный моноаналоговый выходной сигнал напряжения через мини-джек. Этот сигнал затем можно было усилить и воспроизвести через динамики. Сопротивления R-2R лестницы (100 кОм и 200 кОм согласно патенту) намеренно достаточно высоки, чтобы избежать избыточной нагрузки на сигнал, поэтому принтер, подключенный к выходному разъему, будет работать нормально. Сам оригинальный модуль Covox не использует последовательную логику или тактовый сигнал, поэтому теоретически он может работать с любой частотой дискретизации. Однако на практике ограничения скорости параллельного порта затрудняют достижение даже стандартных 44100 Гц (типичная система 80286 1980-х годов могла обрабатывать частоту дискретизации 12 кГц, в то время как более быстрый 33 МГц 486SX, представленный в 1991 году, мог обрабатывать 44 кГц). Его 15 кОм нагрузочный резистор, параллельно с 5 нФ конденсатором после R-2R лестницы, формирует пассивный RC-фильтр нижних частот, начинающийся примерно с 3 кГц, тем самым ограничивая аналоговую полосу пропускания. Многие самодельные варианты не используют ту же топологию лестницы и номиналы компонентов, что приводит к разному тембру. Дополнительным ограничивающим фактором было то, что процессор должен был прерываться с частотой дискретизации для воспроизведения фонового звука (что приводило к затратам на переключение контекста для каждого сэмпла, много тысяч раз в секунду), поскольку буферизация данных или прямой доступ к памяти были недоступны. Качество звука можно улучшить программно с помощью дитеринга, который снижает воспринимаемый шум алиасинга и увеличивает динамический диапазон (используется в Inertia Player и FastTracker 2 в качестве опции интерполяции).

Коммерческие продукты

Covox Speech Thing – R-2R резисторный ЦАП с параллельным подключением, поставляемый с программным обеспечением для синтеза речи и изначально продаваемый как часть системы синтеза и распознавания голоса. Disney Sound Source – отличается от Covox Speech Thing, хотя и имеет схожий корпус с параллельным подключением, и продавался компанией Disney Software в начале 1990-х годов. Состоит из FIFO-буфера с ЦАП на плате, подключаемой к параллельному порту принтера, который передает аналоговый аудиосигнал через разъем на отдельный блок усилителя/динамика. Его цена составляла всего 14 долларов, и он поддерживался многими играми (см. ниже). Питание осуществлялось от внешнего источника (9-вольтовая батарея), и включение/выключение могло управляться программно. В отличие от Covox Speech Thing, не имевшего FIFO-буфера, Disney Sound Source оснащен 16-байтным FIFO, обеспечивающим автоматическое определение и управление потоком данных, который синхронизирует цифровой выход с резистивным ЦАП с фиксированной частотой дискретизации 7 кГц ± 5%. На печатной плате DSS007C указано "Ⓟ (1983) U. S. 4,384,170 и другие" – более ранний патент Форреста С. Мозера. На плате установлена только одна интегральная схема (с маркировкой "ICS1453"), а схема показывает 8 линий от параллельного порта, идущих к одному чипу с входными выводами D0-D8, который также имеет вывод "DAC output", подключенный к выходу "sound". Таким образом, можно заключить, что этот единственный чип реализует как FIFO, так и ЦАП внутри, что кардинально отличается от пассивной R-2R конструкции оригинального Covox. В 2015 году аппаратная часть была реконструирована, что позволило создавать совместимые схемы из легкодоступных компонентов. Он также эмулируется популярным эмулятором DOSBox.

Эмуляция Covox

Эмуляторы DOSBox и Fake86 могут эмулировать виртуальный Covox (например, Disney Sound Source) на компьютерах, не имеющих физического Covox.

Поздние варианты

В книге Андре ЛаМота "Черное искусство 3D-программирования игр" 1995 года, в разделе "Построение собственного цифрового звукового устройства DIGIBLASTER", хотя и не упоминается слово "Covox", описывается создание аппаратного устройства с резисторной лестницей, схема которого фактически является стереоклоном Covox, подключаемым к двум параллельным портам принтера, и приводится код на DOS C для его управления. Simple LPTsnd также совместим со звуковыми адаптерами SoundJR и FTL, а также с Covox Speech Thing, что позволяет играть в большее количество игр. CVX 4 оснащен DIP-переключателями для выбора конденсатора для фильтра нижних частот, дополнительного ослабления сигнала и обхода разделительного конденсатора. Disney Soundsource 2015 Remake – результат обратной разработки оригинального адаптера. Позволяет программному обеспечению, требующему оригинального оборудования Disney, работать без использования дополнительных программных эмуляторов. Включает в себя сквозной параллельный порт для принтера, что призвано сделать его более похожим на оригинальный Covox. Параллельный порт для наушников DAC – реплика устройства SiliconSoft SoundJr 1990-х годов, способного питать наушники от параллельного порта. Параллельный аудио- и джойстик-адаптер совместим с FTL Sound Adapter. ISA LPT DAC r0 – двухканальная плата для шины ISA. Каждый канал использует 8-битный CMOS DAC AD7524 производства Analog Devices, содержащий прецизионную интегрированную тонкопленочную резисторную сеть.