Eddison (автор играет на конкурсе под псевдонимом)
О чем эта статья
В данном достаточно объемном материале автор рассказывает об опыте оснащения своего универсального ретрокомпьютера физическими и виртуальными синтезаторами и аудиокартами, занимавшими доминирующие позиции на PC с конца 80-х до середины 90-х годов.
Все описанное проходило в рамках длительного проекта, задачей которого была сборка ПК, обладающего управляемой производительностью, с целью успешного запуска и эксплуатации на нем приложений и игр 1980 – 2000 годов разработки, а также замены парка компьютеров разных поколений (условно, от XT до PII) одним.
Соответственно, звуковые возможности машины должны также быть максимально разнообразными. Путь к достижению этого и описан в статье, разбавленной историческими экскурсами.
Предыстория
В то время, когда был создан первый по-настоящему персональный компьютер, никто и не думал его как-то связывать со звуком или музыкой. ЭВМ, в первую очередь, создавались для серьезных вычислительных задач, а не развлечения ради.
И если «любительские» Commodore, Atari и Amiga могли похвастаться своими отличными звуковыми возможностями, то первые IBM PC были практически «немыми». У них имелось только одно средство звукового общения с внешним миром – противно пищащий 1-битный PC Speaker.
Почти сразу компьютерные энтузиасты, разработчики игр и оборудования стали искать пути решения проблемы аудио. И тут, как говорится, понеслось…
О самом компьютере и его возможностях
Несколько лет назад я впервые задумался о сборке компьютера, который мог бы удовлетворить большинство моих хотелок по части ретрогейминга: эдакой машины-монстра на все времена. К концу 2017 года мысль начала постепенно материализовываться в железе.
Очевидно, идеального решения этой задачи пока не существует, о чем многократно говорили многие специалисты, в том числе и на этом форуме. Но я хотел-таки сделать всё по максимуму, а идеи известного австралийца Фила сильно помогли в этом.
Итогом проделанной работы стала сборка компьютера на базе отличного процессора K6 2+ в связке с не менее крутой материнской платой Gigabyte GA-5ax.
Процессор K6 2+ позволяет менять коэффициент умножения в диапазоне от 2 до 6. Для него также доступна функция включения/выключения кэша. В совокупности это предоставляет широкие возможности управлять производительностью компьютера в широких пределах. А материнская плата при прочих достоинствах позволяет управлять процессором в реальном времени без захода в BIOS и без перестановки перемычек.
Что получилось в итоге? В итоге появилась отличная машина, прекрасно запускающая большую часть игр 1979-1984 годов, почти все игры 1985-2009 и игры 1998-2000 за несколькими исключениями (типа «Quake III Arena» на высоких настройках или легендарной «Deus EX»). Идеала не вышло, но итоговый результат просто отличный.
К сожалению, без ложки дегтя не обойтись. Все знают, что хорошее не бывает дешевым, но тут еще добавилась редкость используемых комплектующих. Если процессор стоит относительно недорого и его еще можно найти, то материнская плата достаточно редка. Хотя возможно существование аналога – признаюсь, тему эту не изучал.
Предполагаю, что скоро появится похожее по тематике видео от одного из наших форумчан-видеоблогеров, визуально показывающее всю крутизну комбинации указанной материнской платы и «ноутбучного» K6.
Более подробно о сборке компьютера, настройках и результатах тестов можно почитать в 24 выпуске журнала «Downgrade», там я всё подробно рассказал и проиллюстрировал.
Техническое задание
Понятно, что графическая составляющая - это главное, но настоящему суперкомпу нужно еще и соответствующее аутентичное звуковое сопровождение.
Компьютер должен воспроизводить звучание основных знаковых аудиоустройств, созданных на платформе PC:
1. Спикер. Хоть и не интересно, но пусть будет;
2. Covox. Не так много игр с полноценной поддержкой этого ЦАП, но они были, и заняли свое достойное место в истории;
3. Sound Blaster. Ну, это, ясное дело, не обсуждается;
4. Adlib;
5. Легендарный звук Gravis. Без него вообще никак;
6. Не менее легендарные синтезаторы «Roland MT-32» и «Roland SC-55».
Параллельно должна быть реализована возможность прослушивания MIDI-файлов стандартов XG, GS и GM, в т. ч. с использованием любых Sound Fonts, какие нравятся.
Итак, приступим.
PC-SPEAKER
Штука сейчас фактически бесполезная. Но пусть будет.
Раз в начале 80-х появились люди, писавшие игры, то должны были появиться и те, кто попытался бы «оживить» безмолвный компьютер. С системного устройства – «пищалки» – все и завертелось.
Основным назначением «бипера» была подача сигналов об ошибках или их отсутствии в железе ЭВМ. Он управлялся программируемым таймером (на микросхеме Intel 8253 или 8254), генерирующим прямоугольную звуковую волну. Спикер мог одновременно играть одну ноту, регулятора громкости не имел, и звук у него был просто отвратительный. Только это не помешало новоявленным «композиторам» различными способами изощряться, чтобы попытаться программно преодолеть существующие проблемы и ограничения. С переменным успехом это достигалось различными способами, например, во время воспроизведения немного «плавала» высота тона, чтобы создать эффект «вибрато», или игрались быстрые арпеджио для имитации звука из нескольких нот, воспроизводимых одновременно и т. д. Конечно, помогало это слабо – мелодии, воспроизводимые спикером, были унылы и однообразны. Но все же это была музыка! И многие люди вкладывали множество усилий, создавая музыку и эффекты даже для такого примитивного устройства.
Еще более удивительным является тот факт, что про спикер не забыли даже в эпоху ранних звуковых карт, используя для него в играх различные инновационные способы, чтобы создать впечатление полифонической музыки со звуковыми эффектами. Пример тому: попытка создания барабанной партии в игре «Maniac Mansion». А несколько игр, такие как «Space Hulk» и «Pinball Fantasies» были даже отмечены за использование сложных звуковых эффектов. Специалисты в 90-е годы научились воспроизводить через бипер MIDI и даже mp3 файлы! Хотя что и говорить, еще в восьмидесятые для него существовало демо с оцифрованным голосом и музыкой – «Mushroom PC speaker Demo».
Изначально, хотелось просто заменить пьезопищалку на хороший маломощный динамик. Но мы же должны не просто слушать, а еще как-то сравнивать и записывать звук. Поэтому вся доработка свелась к замене динамика на внешний 3,5 jack, установленный на задней стенке корпуса ПК. А уж с него, в принципе, будем забирать сигнал по-человечески. Правда, пригодится ли это когда-нибудь?.. Сомнительно.
COVOX
В 1986 году предприимчивые ребята из американской фирмы Covox Inc. выпустили на рынок свое решение проблемы звука на PC – устройство под названием Covox Speech Thing, которое быстро «в народе» стало именоваться просто Covox. Качество звука, выводимого через Covox было несравнимо лучше того, который давал PC-speaker.
Конструкция представляла собой простейший цифро-аналоговый преобразователь, построенный на резисторах, который подключался напрямую к параллельному (принтерному) порту компьютера. Ковокс принимал восьмиразрядный монофонический сигнал в цифровом виде через параллельный порти выводил аналоговый сигнал на маломощный громкоговоритель или УНЧ. Частота дискретизации не превышала 8 – 11 кГц, разрядность ЦАП составляла 8 бит.
В девяностые годы с помощью специального ПО Ковокс научили худо-бедно «эмулировать» первый 8-битный SB и даже воспроизводить mp3-файлы под MS-DOS. Существует некоторое количество игр с поддержкой этого девайса, например, «King's Quest», «Space Quest» или «Wolfenstein 3D».
Подобрав необходимые резисторы с конденсатором, принтерный кабель и большой джек, я спаял данный незатейливый прибор.
Для прослушивания тестовых mp3-файлов использовалась программа Digital Sound System. Качество воспроизводимого звука приятно удивило. Уровень звучания соответствует дешевому китайскому монофоническому приемнику. В игре «Pinball Fantasie» он особенно хорош.
Ввиду некоторых появившихся проблем (к примеру, периодическое появление высокочастотного фона и пр.) и стремления к более высокому качеству решено было собрать схему на 8-разрядном ЦАП AD7524.
Думаю, в такой реализации результат будет более качественным. К сожалению, подтвердить или опровергнуть свое высказывание еще не могу – к моменту написания статьи чипы еще не пришли из Китая. Покупать же современные итерации считаю нецелесообразным.
ADLIB
Что нам еще нужно? Конечно, «тот самый первый» Адлиб.
К 1987 году технологии компьютерного звука стали развиваться с невероятной скоростью, и в этом же году произошел первый значимый прорыв в этой области. Молодая фирма AdLib Incorporated выпустила в свет свой уникальный продукт - звуковую карту AdLib Music Synthesizer Card для 8-битного слота ISA. ALMSC, которую в большинстве случаев называют просто AdLib, стала первой действительно массовой звуковой картой для PC.
Плата базировалась на микросхеме с FM-синтезом Yamaha YM3812 (OPL2), которая до этого активно применялась в различных игровых автоматах. По тем временам чип был достаточно продвинутым - генерировал 9-канальный звук, на каждом канале имелось по два генератора. Генераторы могут создавать синусоидальные колебания, из которых можно было получить еще три формы сигнала. Из-за необычного способа получения разных форм сигнала YM имела характерное звучание. Микросхема позволяла также регулировать глубину вибрато и могла эмулировать до 5 различных ударных инструментов. Стереорежима карта не имела.
Чтобы стремительно ворваться на рынок, была необходима наглядная демонстрация всех возможностей новой звуковой карты. Был заключен контракт с крупнейшим производителем игрового ПО, компанией «Sierra On-Line», поэтому первой игрой с поддержкой Adlib, стала «King’s Quest IV».
Большинство разработчиков сразу стали разрабатывать игры с учетом поддержки звука для AdLib и к началу девяностых бОльшая часть игр напрямую работала с этой картой.
Важнейшим преимуществом AdLib перед немногочисленными конкурентами на раннем этапе стали именно особенности FM-синтеза. Несмотря на то что звук был абсолютно синтетический, он не требовал памяти, работал «на лету» и позволял сократить размер игр – не требовалось хранить специальные семплы, ведь аудиофайлы с музыкой для карты чем-то походили на MIDI. В них хранилась лишь базовая информация с тональностями и другими составляющими мелодии.
Так где же её, эту карту, взять? В РФ не найдешь, на Ebay тоже очень редко и очень дорого продается. Тогда соберем реплику.
Впервые в жизни купил чистую печатную плату и комплектующие, спаяв «вот этими руками» целую звуковуху. Лично для меня это было событие и достижение.
Всего лишь одна проблема, о которой сразу и не подумал – ставить-то её некуда. Оба ISA-слота заняты, перетыкать постоянно – тоска.
Что же делать? Придется собирать OPL2LPT – современное развитие карты на параллельный порт, благо талантливые ребята из заграницы об этом позаботились.
Слотов устройство не занимает, звук практически идентичный. Разница только в уровнях сигнала, да в несколько различающемся тембровом окрасе. Тестовые записи с карт делал, могу потом поделиться, если кому интересно.
Запилим красивый корпус, и дело сделано – «Обезьяний остров» и трекерная музыка звучат отлично.
Да, есть Sound Blaster с Ямаховским чипом на борту, но пусть будет «чистый» OPL2.
SOUND BLASTER
После Adlib появилась дорогая и неудачная The IBM Music Feature Card, дорогой, удачный и крутой Roland-MT32 (о нем чуть позже) и Creative Music System (C/MS), ничем особо не выделявшаяся, при этом ставшая первым крупным проектом небольшой компании Creative Labs.
C/MS провалилась в продаже, зато в 89 году появилась Sound Blaster 1.0 от того же производителя, немного изменившего название бренда. Sound Blaster 1.0, под кодовым названием «карта-убийца», и она не спеша делала революцию, моментально выведя компанию Creative в лидеры рынка. Кроме FM-синтеза она могла проигрывать монофонический цифровой звук с частотой дискретизации до 22 кГц, и это было очень круто.
Сreative, не останавливаясь на достигнутом, постепенно совершенствовала оригинальную разработку, улучшая ее характеристики и снижая себестоимость, параллельно выпуская следующие поколения своих карт.
К середине 90-х продукция Creative доминировала на рынке компьютерных аудиорешений. Выпуск игры без поддержки SB фактически предрекал её провал в продаже.
Мы могли бы использовать любую совместимую карточку, например на чипах от ESS (которые часто дают звук намного более лучший, чем «оригинальные» платы), которые стали спасением для миллионов пользователей во всем мире. Однако, несерьезно это. Для достойного воспроизведения «главного» звука на PC должна использоваться соответствующая звуковая карта. Такая, знаете, полноразмерная, эффектная. Таких в коллекции у меня две – CT3600 и CT3990.
Карты имеют на борту: FM-синтез на OPL3, 32-голосный wavetable-синтезатор на базе MIDI-процессора EMU8000, поддержку GM и возможность расширения памяти до 28 Мб для загрузки банков инструментов.
После субъективных тестов для использования в данном компьютере была выбрана Sound Blaster SB AWE32 (CT3990), а наличие на ней разъема WaveTable чуть позже весьма пригодилось, когда я обзавелся первой пока дочерней звуковой картой на чипе DREAM SAM2695 от начинающего разработчика (под ником Mihail1810), пробующего силы в создании различных схем для ретрокомпьютеров.
Gravis Ultrasound
В 1992 году компания Advanced Gravis Computer Technology выпустила на свет свое детище – 16-битную звуковую карту Gravis UltraSound, которая стала первой звуковой картой для платформы IBM-PC, в которой использовался таблично-волновой синтез. Как это ни удивительно, GUS не была совместима с действующим лидером рынка, картой Sound Blaster, но это не помешало ей обрести огромную популярность.
GUS использовала уникальную (на момент своего выпуска) технологию «wavetable» для синтеза музыкальных инструментов. Все инструменты хранились в памяти карты в оцифрованном виде и звучали почти как настоящие. При необходимости они подгружались в память карты прямо во время воспроизведения, что, правда, ощутимо тормозило компьютер.
Большинство игр, начиная с середины 1992 года, напрямую или с помощью патчей поддерживали работу с ней. Она была оснащена 256 Кб памяти (с возможностью расширения до 1 Мб), имела 32 голоса. Сердцем карты был сэмплерный синтезатор GF-1.
Карта стала очень популярной в среде демосценеров. Несмотря, на то что с момента ее выпуска прошло почти 25 лет, она до сих используется в среде трекерной музыки и любителями ретроигр, являясь объектом вожделения многих людей.
Можно сказать, что ее создание во многом изменило индустрию компьютерного звука, и даже повлияло на дальнейшую стратегию компании «Creative», ускорив появление звуковых карт с полноценной поддержкой высококачественного оцифрованного звука.
Ох уж этот Gravis… Уже в 2015 году эти платы продавались по цене до 10 тысяч рублей. На главных ретрофорумах страны они несколько раз выставлялись по 6-8 тысяч и продавались, наверно, быстрее, чем топикастер успевал дописать пост о продаже.
Как же я хотел обзавестись этим девайсом! Никаким компом, описанным выше, еще и не пахло, но так мечталось лично послушать этот божественный звук, воспеваемый на Ютубе и в сети.
Не быстро и не дешево, но плата, наконец, нашлась. Достался мне официальный клон Primax SoundStorm Wave SOUND-M16B. ОЗУ всего 1 Мб, зато, ввиду оптимизации топологии, уровень шумов значительно меньше, чем у оригинала.
Теперь, собранную систему можно назвать «взрослой» - шикарный звук во многих культовых играх обеспечен, да и просто можно послушать много хорошей музыки.
На материнской плате всего 2 ISA, и оба теперь заняты отличными платами. Рядом стоит Voodoo 2 (сначала было две штуки, но для GLIDE на максимальных настройках этот компьютер явно слабоват). Идем дальше.
ROLAND
Без легендарного звука синтезаторов Roland, язык бы не повернулся считать свою машину почти идеальной.
Японская компания «Роланд» в 1987 выпустила профессиональный музыкальный синтезатор MT-32 с волновым синтезом. Он представлял собой самостоятельное устройство, подключаемое к компьютеру посредством платы MIDI-интерфейса под названием MPU-401.
По тем временам его возможности – отличные струнные и ударные, мелодичный синтезатор, 32-голосная стереополифония и мощные эффекты реверберации (добавлявшие реализма и глубине музыке) поражали слушателей. В конце 80-х многие музыканты использовали его возможности в своих аранжировках. Разработка оказалась очень удачной и вскоре стала стандартом де-факто в области компьютерной музыки.
Несмотря на то, что изначально синтезатор разрабатывался больше для профессионального использования, многие компании-игроделы также заинтересовались его возможностями. Sierra On-Line – на тот момент лидер игрового компьютерного рынка, проявила интерес к использованию возможностей синтезатора в своих играх. В 1988 году она выпустила игру King's Quest IV с полной поддержкой устройства. Это была бомба - звук в играх был такой, что дух захватывало!
В 1989 году в продаже появилась звуковая карта Roland LAPC-1. По сути, это был тот же MT-32 умещенный на 35-сантиметровой ISA-плате.
Карта имеет, пожалуй, самую большую поддержку (исключая SB) в играх. За период с 1988 до 1998 года было выпущено более восьмисот игр, поддерживающих Roland, плюс есть еще игры, в которых она может играть как Midi-синтезатор. Короче, без этого звучания ну прямо никак нельзя.
До 1991 года существовавший список 128 базовых тембров MIDI был стандартизирован лишь отчасти. В связи с чем MIDI-композиция на инструменте одного производителя звучала нормально, а на другом — очень плохо, поскольку все тембры оказывались перепутанными. В конце 1980-х годов Roland предложила другим игрокам на рынке ввести некий универсальный стандарт, так чтобы инструменты, соответствующие друг другу по названию и похожие по звучанию стояли всегда на одних и тех же местах. Так, в 1991 году появился стандарт General MIDI (GM). А вслед за ним, в 1991 году Роланд выпустила новый профессиональный модульный синтезатор SC-55, являвшийся первым аппаратом, полностью удовлетворяющим новому стандарту.
Про Роланды форумчанин и знаток темы EasyJohn писал так в одной из веток: «С точки зрения игр - игры до ~1991 года обычно имели саундтрек в формате LA/mt32, игры после ~1991 года, имели саундтрек в формате GM (имея в уме, что 90% разработчиков писали его на оборудовании SC, так что на Roland банках оно звучит лучше)».
Цены на эти устройства просто космические, а в РФ их еще и поискать надо. Автор не миллионер и не настолько богат, чтобы с существующим доходом эти устройства покупать. Но что делать, когда надо именно сейчас? Решение, конечно, нашлось…
Что потребуется для решения поставленной задачи:
1. Относительно современный компьютер или ноутбук на Win XP или старше;
2. Звуковая от Creative или клон с MPU.
3. МИДИ кабель;
4. USB-MIDI адаптер или, как в моем случае, звуковая карта с MIDI-интерфейсом;
5. Немного софта.
В таком исполнении роль синтезатора будет исполнять второй компьютер.
Последовательность действий такова:
1. Соединяем кабелем гейм-порт ретрокомпьютера и MIDI-вход на компьютере-синтезаторе. Если МИДИ нет, то используем недорогой USB-MIDI адаптер (применять самые дешевые с Алиэкспресс не рекомендуется).
В моем случае используется звуковая карта Audiophile 192, и у нее интерфейс MIDI выведен.
2. На компьютере-синтезаторе ставим бесплатную программу «Soundfont Midi Player». Есть и другие решения, но это для меня наиболее удобное и универсальное.
Помимо самой программы потребуется скачать VST-инструменты (плагины, управляемые по протоколу MIDI). Я пока использую «Munt emulator VSTi» (MT-32), «Virtual Sound Canvas» (SC-55) и Yamaha VSTi (S-YXG50). При желании можно накачать еще и банков Soundfont, коих в сети предостаточно.
В настройках программы активируем MIDI-вход. Тут же можно выбрать банки инструментов, которые будут использоваться в системе (раздел «Default Soundfont»).
Чтобы выбрать нужный VSTi-синтезатор, выбираем в меню «Bass VSTi Plugin» нужный плагин и запускаем его значком «Play». Для MT-32 надо еще предварительно указать пути к ромам с инструментами.
3. Последним пунктом подключаем к компьютеру акустические системы, или кабелем «3.5 jack-jack» отправляем звук обратно – на линейный вход звуковой карты ретрокомпьютера.
Всё готово!
Сам я пошел несколько по иному пути – источников воспроизведения у меня много, иногда используются сразу две аудиокарты, да и хочется еще иметь возможность записи результата. Поэтому все сигналы собираются на микшерном пульте, а потом отправляются в динамики AC.
Если все настроено правильно, то сразу можно насладиться результатом!
Заключение
Сказать, что я доволен – не сказать ничего. Помимо того, что теперь есть возможность услышать разнообразие звуковых устройств, сравнить лично разные из них в одинаковых играх, так и еще благодаря наличию микшера можно прослушивать музыку и эффекты в различных комбинациях устройств.
Кто-то, возможно, упрекнет меня в «резиновости» некоторых решений. Типа, не «труъ» это. Да, возможно. Мол, тогда и «DOSbox» тоже норм. Однако, здоровый баланс между реальным железом и использованием эмуляции у меня соблюден оптимально, считаю. Хобби и наши желания – это, конечно, здорово. Но в стремлении к совершенству можно двигаться бесконечно, особенно, если позволяют средства. Другое дело, когда их недостаточно. Да и должен же быть здравый смысл в наших поступках. Уверен, разницы в звучании оригинальных «Роландов» и банков от «Munt» или других VSTi почти никто не услышит. Покупать же такие устройства большинству из нас не по карману.
Обсудить статью в специально созданной ветке форума. Эта статья прислана на конкурс.
