FAQ по звуковым картам Sound Blaster AWE от Евгения Музыченко

Материалы данного FAQ размещены с полного согласия автора.

Frequently Asked Questions (Часто Задаваемые Вопросы)
по звуковым картам Sound Blaster AWE

Автор: Евгений Музыченко (Eugene Muzychenko)
2:5000/14@FidoNet, music@spider.nrcde.ru

Все права в отношении данного текста принадлежат автору. При воспроизведении текста или его части сохранение Copyright обязательно. Коммерческое использование допускается только с письменного разрешения автора.

При наличии изменений с момента последней публикации они отмечаются знаком ">-".

Так называются только карты производства Creative - фирмы, состоящей из основной - Creative Labs, и научно-исследовательской - Creative Technology.
Sound Blaster - одна из торговых марок Creative. Для всех остальных карт используется обозначение "Sound Blaster Compatible" - "Совместимая с SB". Везде, где речь идет о Sound Blaster, должна подразумеваться только продукция Creative, иначе используется обозначение Sound Card.

Advanced Wave Effects (передовые волновые эффекты) - технологию синтеза звука, используемую в таблично-волновом синтезаторе EMU8000. Аббревиатурой AWE принято обозначать группу карт, в состав которых входит EMU8000 - в виде отдельной микросхемы или интегрированный в общую микросхему, однако AWE32 или AWE64 - часть обозначения конкретной серии карт, имеющих общее название "Sound Blaster AWE32", "Sound Blaster AWE64".
Например, карта SB 32 PnP версии 3670, содержащая интегрированный с системой управления EMU8000, на микросхеме которого написано "AWE", не является картой AWE32 или AWE64, а имеет собственное обозначение - "Sound Blaster 32 PnP".

В группу AWE входит три серии карт: SB AWE32, SB 32 и SB AWE64.

Цифры в названиях AWE32 и SB 32 происходят от количества голосов синтезатора EMU8000; цифра в названии AWE64 происходит от добавления к ним еще 32 голосов программного синтезатора WaveSynth/WaveGuide, который представляет собой эмулятор, работающий через цифровой тракт кар-
ты. Аппаратных голосов в AWE64 по-прежнему 32. Все карты группы AWE - 16-разрядные, с интерфейсом ISA.

- Какие существуют основные разновидности AWE-карт?

SB AWE32 - первая модель карты этого типа. Содержит синтезатор EMU8000 (микросхема CT1971), ОЗУ на 512 кб, разъемы для установки SIMM, разъем для дочерней платы и сигнальный процессор CSP (Creative Sound Processor), называемый также ASP (микросхема CT1748), облегчающий сжатие звука и распознавание речи. Роль центрального процессора карты исполняет микроконтроллер CT1741.

SB AWE32 Value - упрощенный и удешевленный вариант AWE32. Не имеет CSP, разъемов для SIMM и дочерней платы.

SB 32 - модель, выпущенная вместо Value. Не имеет CSP, ОЗУ и разъема для дочерней платы, однако имеет разъемы для SIMM. Поздние модели SB 32 (с 1997 г.) выпускались на основе набора микросхем AWE64.

SB AWE64 Value (вначале - просто AWE64) - переработанный вариант SB 32. Центральный процессор и синтезатор EMU8000 объединены в одной микросхеме CT8903 или CT8920. Содержит ОЗУ на 512 кб, расширяемое специальными модулями памяти. Разъема для дочерней платы также не имеет.Все модели, кроме CT4380, не имеют IDE-интерфейса.

SB AWE64 Gold - улучшенный вариант AWE64. Содержит ОЗУ на 4 Мб, качественные 18-разрядный ЦАП, 20-разрядный выход S/PDIF и усилитель (только линейный выход). Не имеет разъема для дочерней платы и IDE-интерфейса.

Каждая карта Creative Labs выпускаются в нескольких модификациях, отраженных в коде модели (CTxxxx), нанесенном краской на саму плату:

CT3900 - AWE32, интерфейсы IDE и Panasonic, микросхемы 1741/1745.
Субъективно - лучшая модель в серии AWE32.

CT3930 - SB 32, первый вариант (не PnP), на микросхеме Vibra16 (2501).
Партии выпуска весны-лета 1995 могут иметь дефект - громкие раскатис-
тые щелчки в канале EMU8000.

CT3600 - SB 32 PnP, на микросхеме 2502. Субъективно считается лучшей
по звучанию в серии SB 32.

CT3620 - SB 32 PnP, на классическом наборе микросхем 1741/1745.

CT3670 - SB 32 PnP, разработанный на основе AWE64 (микросхемы
8903/1745T).

CT4380, CT4381 - AWE64 до переименования в Value (микросхемы
8903/1745T).

CT4500, CT4501 - AWE64 Value, первый вариант (микросхемы 8903/1745T).

Во всех версиях карт установлено одно и то же ПЗУ с базовым набором самплов (General MIDI) объемом 1 Мб.

- Каковы структура и возможности синтезатора EMU8000?

Микросхема EMU8000 (CT1971) разработана фирмой E-mu Systems, впоследствии вошедшей в состав Creative, и применяется также в популярной модульной рабочей станции E-mu Emulator 4x.

EMU8000 представляет собой специализированный DSP, имеющий 32 виртуальных звуковых канала (голоса). Каждый канал состоит из генератора звука, выбирающего отсчеты самплов из ПЗУ или ОЗУ, двух 6-стадийных генераторов огибающей (delay, attack, hold, decay, sustain, release), двух генераторов низкой частоты (LFO), управляемого резонансного фильтра и блока эффектов reverb/chorus. Для модуляции сигнала по амплитудемогут использоваться LFO1 и Env2, по частоте - Env1 и оба LFO, для управления частотой среза фильтра - Env1 и LFO1. Тип эффекта (reverb, chorus, delay) устанавливается общим для всех, глубина каждого из эффектов устанавливается отдельно для каждого голоса.

В EMU8000 используется адресное пространство 16-разрядных слов общим объемом 32 Мб; первые 4 Мб зарезервированы для ПЗУ, поэтому ОЗУ может иметь объем не более 28 Мб. В памяти хранятся монофонические 16-разрядные самплы в формате Intel (младшие байты имеют меньший адрес).

Для каждого сампла задан основной тон - высота, на которой он звучит при дискретизации с частотой 44.1 кГц. Если сампл записан на этой же частоте - его основной тон совпадает с естественной высотой, в противном случае основной тон задается ниже или выше собственной высоты, позволяя использовать самплы с большей или меньшей частотой дискретизации.

Генератор звука последовательно считывает отсчеты сампла из ПЗУ или ОЗУ с фиксированной скоростью 44100 отсчета в секунду. Для воспроизведения самплов на высоте, отличной от основного тона, изменяется шаг выборки с применением 4-точечной интерполяции для вычисления промежуточных значений отсчетов.

Шестистадийные генераторы Env работают следующим образом (параметр Sustain имеет размерность уровня, остальные - времени):

Генераторы LFO выдают синусоидальный выходной сигнал. Работа каждого генератора начинается с момента старта ноты, с возможной задержкой от момента старта.

Все виды модуляции могут быть реализованы одновременно - Env1/Env2 и LFO1/LFO2 работают независимо друг от друга, и для каждого из них могут быть заданы независимые коэффициенты воздействия на частоту и амплитуду сигнала, а также на частоту среза фильтра.

Физически 32 канала, как и в других микросхемах этого типа, реализованы попросту в виде наборов данных, описывающих состояния генераторов и фильтров, которые последовательно обрабатываются DSP. За один период вывода звука (1/44100 с) процессор последовательно обрабатывает все каналы с помощью необходимых математических операций и формирует для каждого голоса очередное цифровое значение амплитуды.

Полученные в каждом такте выходные отсчеты всех 32 каналов суммируются и подаются на выходной ЦАП. Для снижения вероятности переполнения выходного сумматора самплы в ОЗУ/ПЗУ перед загрузкой должны быть обработаны эквалайзером с ослаблением частот 3..4 кГц; в стандартном комплекте программного обеспечения под Windows эти функции выполняет AWE Manager (aweman.dll). Цифровой эквалайзер EMU8000 выполняет обратное преобразование.

- Какие модули памяти устанавливаются в карты AWE?

В AWE32 и SB 32 устанавливаются пары одинаковых 30-контактных SIMM объемом 256 кб, 1, 4 или 16 Мб каждый, со временем выборки не более 70 нс (модели выпуска до 1995 года допускают 80 нс). Некоторые модели неявно поддерживают SIMM объемом по 512 кб и 2 Мб. В AWE64 устанавливаются специальные модули памяти Creative.

При установке памяти в AWE32 необходимо переставить перемычку DRAM_EN, которая находится возле разъемов SIMM - эта перемычка переключает встроенную микросхему объемом 512 кб и дополнительные SIMM; вместе их использовать невозможно. В AWE64 Gold объем устанавливаемых модулей добавляется к внутреннему 4-мегабайтному ОЗУ.

Поскольку объем ОЗУ EMU8000 не может превышать 28 Мб - при установке 32 Мб последние четыре из них не используются. Модули меньшего объема используются полностью.

Владимиром Барчуковым из Москвы разработаны переходники для установки вместо 30-контактных SIMM и специальных модулей более распространенных 72-контактных SIMM (FPM/EDO) объемом до 32 Мб:

Игорем Ивановым из Твери разработана альтернативная схема переходника, найти которую можно по адресу: ftp://spider.nrcde.ru/pub/sound/awe/docs/awe_sch.zip. Там же в файле awe_pcb.zip находится разводка печатной платы, разработанная Alex Kokaiko (Ужгород).

Это выход звука в цифровом виде с эквалайзера EMU8000 (в AWE64 Gold - также с общего цифрового канала) - в 20-разрядном (для AWE64 Gold) или 18-разрядном (для остальных моделей) формате на частоте 44.1 кГц, который можно подать на вход внешнего ЦАП или усилителя со входом S/PDIF, получив более качественный звук с WT-синтезатора. На картах AWE32 с этого выхода снимается также сигнал FM-синтезатора.

Сигнал S/PDIF есть только на микросхеме CT1971; с микросхем CT8903 и CT8920 цифровой сигнал снимается во внутреннем формате, а в AWE64 Gold для формирования S/PDIF-выхода имеется специальный преобразователь. Таким образом, на картах AWE64 Value и поздних SB 32, не содержащих
микросхемы CT1971, сигнал S/PDIF недоступен. В последних моделях SB 32 на CT1971 разъем S/PDIF не впаян, однако есть разводка для него.

В большинстве моделей AWE выход сделан в виде двухконтактного внутреннего разъема (сигнальный + общий) с амплитудой ТТЛ (5 В). В AWE64 Gold амплитуда сигнала приведена к стандарту (0.5 В) и в комплект включена дополнительная планка с разъемом типа RCA.

При наличии ТТЛ-выхода его можно нагрузить на инфракрасный или красный светодиод (например, АЛ307БМ, АЛ336) через токоограничительный резистор порядка 300 Ом, получив таким образом излучатель, вставляемый в оптический цифровой вход бытовой или студийной аппаратуры.

Архитектура и формат банков загружаемых инструментов для EMU8000. Различаются две разновидности:

SoundFont 1: Три уровня - Sample, Layer и Instrument. Sample - сампл с собственной частотой дискретизации, основным тоном и точками зацикливания; Layer (слой) - сампл, воспроизводимый в заданном диапазоне нот, с собственными установками модуляторов (Env/LFO, высота/амплитуда/фильтр) Instrument - совокупность слоев, которые могут как стыковаться по высоте нот, так и перекрываться для одной ноты. При запуске звучания ноты запускаются все слои, относящиеся к данной ноте - каждый на своем голосе, с собственными параметрами звучания и модуляции. Уровень Instrument непосредственно "виден" по MIDI в виде номеров программ, или патчей. Тип файла - SBK.

SoundFont 2: Уровень Sample остался без изменения, уровням Layer и Instrument соответствуют Instrument и Preset, для которых введен дополнительный уровень Zone - совокупность самплов (для Instrument) или
инструментов (для Preset) в пределах диапазона нот или скоростей удара, с индивидуальными характеристиками звучания и модуляции для каждого сампла. Соответственно, Instrument состоит из набора зон с самплами, а Preset - из набора зон с инструментами; плюс каждый из наборов зон может содержать глобальную зону, определяющую параметры по умолчанию для остальных зон. При задании параметров для уровня, уже имеющего подобный параметр, возможна как замена параметра нижнего уровня, так и его относительное изменение. Тип файла - SF2.

В SoundFont используются монофонические 16-разрядные самплы с частотой дискретизации 44.1 кГц. Однако с целью экономии памяти в банк могут включаться самплы с более низкими частотами дискретизации, принудительно описанные как 44.1, с последующим заданием более высокого основного тона.

Каждый файл SoundFont может содержать определения одного или более банков инструментов, использующих как собственные самплы, так и ссылки на стандартные самплы из ПЗУ.

Для создания и редактирования банков SoundFont служит программа Vienna SoundFont Studio: версии 1.x - для SoundFont 1 и 2.x - для обеих версий SoundFont, а также программа EsBeeKay - для SoundFont 1.

Загрузка банков SounFont выполняется при помощи AWE Control Panel из стандартного комплекта программ, либо программ AWE Piano, AWEPC, EsBeeKay и других, работающих с интерфейсом AWE Manager. В память EMU8000 загружаются только сами самплы - все остальные параметры загружаются в системную память драйвера. В случае использования только самплов из ПЗУ банк не занимает места в памяти EMU8000, и может загружаться даже в карты без ОЗУ (SB 32).

Драйвер AWE32 различает два вида банков: основной, или банк синтезатора (Synthesizer Bank) и дополнительные, или пользовательские банки (User Banks). Это отвечает системе банков, принятой в MIDI: основной банк имеет номер 0 и всегда должен быть загружен - он используется по умолчанию, когда банк явно не указан; дополнительные банки имеют номера 1..127 и могут загружаться в любой момент, до фактического использования. Для каждого загружаемого дополнительного банка нужно указать номер, под которым он будет использоваться, и SBK/SF2-файл. При последующих запусках Windows эти банки будут загружаться автоматически, пока не будут очищены.

Чтобы подключить новый банк в качестве основного, нужно установить его в закладке "Synth" AWE Control Panel, желательно - в режиме "User Synth".

Разместить в файле MIDI-команды смены банка и тембра (Bank/Patch Change). Драйвер AWE использует для смены банка только контроллер 0 (опция Controller 0 only в Cakewalk).

Перед проигрыванием MIDI-файла нужно загрузить используемые им банки любым доступным способом, соблюдая соответствие номеров загружаемых и используемых в файле банков.

Cakewalk с версии 6.01 поддерживает закрепление за WRK-файлами для AWE банков SoundFont, которые автоматически загружаются в нужные банки синтезатора при открытии WRK-файла (меню File -> SoundFonts).

- Как преобразовать банки других синтезаторов в SoundFont?

Это можно сделать с помощью программ Convert, AWave, EsBeeKay и нескольких менее известных, однако после преобразования может понадобиться ручное редактирование банка, поскольку из-за различий в архитектурах синтезаторов точное преобразование в общем случае невозможно.

- Возможно ли в AWE кэширование инструментов, как в GUS?

Стандартный драйвер этого не поддерживает. Существуют программы, позволяющие выборочно загружать инструменты из банков: AWEVBank - общего назначения, реализующая идею "виртуального банка", содержащего только ссылки на инструменты в реальных банках, и AWEPC, самостоятельно проигрывающая MIDI-файл, предварительно загрузив в память нужные инструменты. Сделать полную поддержку кэширования можно только доработкой драйвера или созданием драйвера более высокого уровня.

В AWE используется программная интерпретация MIDI-сообщений. Сообщения получает драйвер, расшифровывает их и управляет работой EMU8000 для достижения нужного эффекта. Например, при получении сообщения Note On драйвер запускает по одному генератору EMU8000 на каждый слой ноты, при Note Off - отключает все генераторы этой ноты, по сообщению Pitch Bend - перестраивает частоту генераторов, и т.п. Программная интерпретация MIDI позволяет сделать MIDI-синтезатор достаточно гибким, однако затрудняет реализацию некоторых видов управления в реальном времени.

- Как переадресовать вывод в MPU-401 на синтезатор EMU8000?

При работе под DOS для этого служит перемычка MFBEN (MIDI FeedBack Enable - разрешение перехвата MIDI-сообщений). Кроме этого, нужно резидентно (с ключом /EM) загрузить MIDI-интерпретатор AWEUTIL, который будет перехватывать сообщения, выводимые во внешний MIDI-порт (которые в норме направляются на внешний MIDI-интерфейс и разъем для дочерней платы), и отрабатывать их на синтезаторе EMU8000; при этом сообщения уже не будут проходить ни на внешний выход, ни на дочернюю плату.

Под Windows 95 перехватом сообщений из DOS-сеансов занимается виртуальный драйвер (VxD), которому безразлично положение перемычки MFBEN. Перехват управляется через AWE Control Panel -> Device -> Allow MPU-401 Emulation. Этот пункт относится только к выводу в MPU-401 из DOS-сеансов, и никак не влияет на вывод стандартными средствами Windows.

Для этого служат NRPN (Non Registered Parameter Number - незарегистрированные номера параметров), передаваемые по MIDI при помощи контроллеров 99, 98, 6 и 38:

99 (NRPN MSB) - 127
98 (NRPN LSB) - номер параметра
6 (Data Entry MSB) - старшая часть значения параметра
38 (Data Entry LSB) - младшая часть значения параметра

Значение параметра может быть в пределах от -8192 до 8191; старшая и младшая части вычисляются следующим образом:

MSB = (V + 8192) / 128 (целое частное)
LSB = (V + 8192) % 128 (целый остаток)

Иначе говоря, старшая и младшая части представляют собой семь старших и семь младших разрядов значения, увеличенного на 8192. Для значений в диапазоне 0..127 старшая часть равна 64, а младшая - самому значению.

При изменении значения параметра достаточно передать только те контроллеры, значения которых отличаются от предыдущей посылки. Например, для начальной установки параметра 8 нужно передать все четыре контроллера; для его последующего изменения достаточно передавать только контроллер 38, пока не потребуется изменить другой параметр. Контроллер 99 достаточно передать один раз в начале работы.

Параметры делятся на установочные и управляющие. Установочные действуют только на ноты, взятые после установки параметра, а управляющие - и на звучащие ноты. Управляющие параметры н