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코복스 스피치 싱

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목차

1. 개요

코복스 스피치 싱은 병렬 포트를 통해 디지털 오디오를 아날로그 신호로 변환하여 스피커로 재생하는 하드웨어 DAC(Digital-to-Analog Converter)이다. R-2R 저항 사다리 회로를 사용하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하며, 음질 향상을 위해 소프트웨어 디더링을 사용한다. 코복스 스피치 싱 외에도 디즈니 사운드 소스, DIGIBLASTER와 같은 변형 제품이 존재하며, 688 어택 서브, 킹스 퀘스트, 듀크 뉴켐 3D 등의 게임에서 지원되었다. 또한, 다양한 음악 트래커와 에뮬레이터, 운영체제 드라이버를 통해 활용되었다.

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코복스 스피치 싱
기본 정보
코복스 스피치 싱
종류오디오 디지털-아날로그 변환기
용도컴퓨터 병렬 포트에 연결하여 사용
발명가코복스
연결 방식병렬 프린터 포트
제조업체코복스 (원래 '코복스 스피치 싱')
디즈니 ('디즈니 사운드 소스' 변형)
Faster Than Light ('FTL 사운드 어댑터' 변형)
SiliconSoft ('사운드Jr' 변형)
DIY 변형
기타 정보
상표 등록https://tsdr.uspto.gov/#caseNumber=73714260&caseType=SERIAL_NO&searchType=statusSearch
가격 (1987년)약 $70 (현재 가치로 환산)
기술 방식저항 사다리
관련 특허https://patents.google.com/patent/US4812847/en

2. 기능

널리 사용되는 변형


코복스 플러그는 병렬 포트에서 각 디지털 오디오 샘플에 해당하는 8비트 디지털 바이트를 입력받아, 고 임피던스 특성을 가진 모노 아날로그 출력 신호를 생성한다. 이 신호는 미니 전화 커넥터를 통해 출력되며, 외부 앰프와 스피커를 연결하여 소리를 재생할 수 있었다.

내부적으로는 R-2R 사다리 회로를 사용하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 이때 사용된 저항(특허 명세서에 따르면 100 kΩ 및 200 kΩ)은 의도적으로 높은 값을 사용하여 신호가 과도한 전기적 부하를 주지 않도록 설계되었다. 덕분에 코복스 플러그를 병렬 포트에 연결한 상태에서도 프린터를 함께 연결하여 정상적으로 사용할 수 있었다.

코복스 플러그 자체에는 순차 논리 회로나 클럭 신호가 없기 때문에 이론적으로는 모든 샘플링 속도에서 작동할 수 있다. 하지만 실제로는 병렬 포트의 전송 속도와 CPU의 처리 능력 한계 때문에 높은 샘플링 속도를 구현하기 어려웠다. 예를 들어, 1980년대의 일반적인 80286 시스템에서는 약 12 kHz 정도의 샘플링 속도를 처리할 수 있었고, 1991년에 출시된 33 MHz 486SX 정도의 빠른 CPU가 되어서야 표준 CD 음질인 44.1 kHz를 처리할 수 있었다.

또한, R-2R 저항 사다리 회로 뒷단에는 15 kΩ의 부하 저항과 5 nF 용량의 커패시터가 병렬로 연결되어 있다. 이는 약 3 kHz 이상의 고주파 신호를 걸러내는 수동 RC 저역 통과 필터 역할을 하여 최종 출력되는 소리의 아날로그 대역폭을 제한한다. 직접 제작된(DIY) 코복스 플러그 중에는 다른 종류의 저항 사다리 회로나 다른 값의 부품을 사용하는 경우가 많았는데, 이 때문에 원본과 다른 음색을 내기도 했다.[6]

성능상의 또 다른 제약 요인은 오디오 데이터를 출력하기 위해 CPU가 샘플링 속도에 맞춰 계속 인터럽트를 처리해야 했다는 점이다. 즉, 매 샘플 데이터마다 컨텍스트 전환이 발생하여 CPU에 부담을 주었다. 이는 코복스 플러그가 데이터 버퍼나 직접 메모리 접근(DMA) 방식을 사용하지 않았기 때문이다.

소프트웨어적으로 디더링 기법을 적용하여 음질을 개선할 수 있었다. 디더링은 귀에 거슬리는 앨리어싱 노이즈를 줄이고 소리의 다이내믹 레인지를 넓히는 효과가 있다. Inertia Player나 FastTracker 2 같은 프로그램에서는 보간 옵션의 형태로 이 기능을 제공했다.

3. 상용 제품


  • '''코복스 스피치 싱'''(Covox Speech Thing): 원래 음성 합성 및 인식 시스템의 일부로 광고되었으며, 음성 합성 소프트웨어와 함께 번들로 제공된 가장 단순한 형태의 하드웨어 DAC이다.[38][7] R-2R 저항 DAC 방식을 사용했고, 병렬 포트 패스 스루(pass-through) 기능을 지원했다.[7]

  • '''디즈니 사운드 소스'''(Disney Sound Source): 1990년대 초 디즈니 소프트웨어가 마케팅한 제품으로, 코복스 스피치 싱의 아이디어를 기반으로 했지만 다른 방식으로 설계되었다.[39][8] 표면적으로 유사한 케이스에 병렬 포트 패스 스루를 지원했다.[8]
  • * FIFO 버퍼와 DAC가 하나의 집적 회로( "ICS1453"으로 표기)에 통합된 형태로[13], 병렬 포트에 연결되어 작동했다. 아날로그 오디오 신호는 등록된 잭을 통해 별도의 증폭기/스피커 박스로 전송되었다.[8] 가격은 14USD로 저렴하게 책정되었고[9], 많은 게임에서 지원했다. 외부 전원(9볼트 배터리)을 사용했으며, 소프트웨어를 통해 전원을 켜고 끌 수 있었다.[8]
  • * 코복스 스피치 싱과 달리 16바이트 FIFO 버퍼를 내장하여 자동 감지 및 흐름 제어가 가능했으며, 7 kHz ±5%의 고정된 샘플 속도로 DAC에 디지털 출력을 전달했다.[10] 이는 수동적인 R-2R 저항 방식의 코복스 스피치 싱과는 확연히 다른 설계였다.[13]
  • * 인쇄 회로 기판에는 포레스트 S. 모저(Forrest S. Mozer)의 초기 특허 번호(U.S. 4,384,170)가 표기되어 있다.[11][12]
  • * 2015년에는 하드웨어가 리버스 엔지니어링되어, 쉽게 구할 수 있는 부품으로 호환 회로를 만들 수 있게 되었다.[14] 또한, DOSBox 에뮬레이터에서도 지원된다.

4. 호환성

코복스 스피치 싱은 병렬 포트를 이용하는 간단한 구조 덕분에 다양한 소프트웨어 환경에서 지원되었다. 여러 게임과 음악 트래커에서 사운드 출력 장치로 코복스를 선택할 수 있었으며, 이는 특히 고가의 사운드 카드를 구매하기 어려웠던 사용자들에게 유용했다.

또한 에뮬레이터를 통해 호환성을 확장할 수 있었다. 예를 들어, 실제 코복스 장치를 사용하여 사운드 블라스터나 탠디 1000 사운드를 에뮬레이션하는 소프트웨어가 개발되었고, 반대로 DOSBox와 같은 에뮬레이터 환경에서는 실제 하드웨어 없이도 코복스(및 디즈니 사운드 소스)를 가상으로 구현하여 당시 소프트웨어를 실행할 수 있다.[15]

윈도우 초기 버전(Windows 3.1x, Windows 95, Windows 98)이나 리눅스 등 여러 운영 체제에서도 코복스용 드라이버를 제공하여[16][17][18][19] 시스템 사운드 출력 등 더 넓은 범위에서 활용될 수 있었다.

4. 1. 게임

코복스 플러그는 당시 인기 있었던 사운드 카드(AdLib, 사운드 블라스터, Gravis UltraSound 등)를 직접적으로 대체할 수는 없었지만, 여러 게임과 플랫폼에서 지원되었다. 이 카드는 공식적으로는 음악 카드였으나 샘플 오디오 처리 모드로 전환할 수 있었는데, 샘플 오디오와 음악을 동시에 재생할 수 없었기 때문에 일반적으로 AdLib 사운드 카드와 함께 사용되었다. 주요 지원 게임은 다음과 같다.

  • ''688 어택 서브'' – 타이틀 음악, 음향 효과 지원
  • ''조로'' – 음성 샘플 지원
  • ''배틀 버그'' – 음성 지원, 확장 메모리 필요
  • ''스타 컨트롤 II'' – 사운드 지원
  • ''코복스 래밍스'' – 코복스 사운드 카드와 함께 출시된 ''래밍스''의 특별 프로모션 에디션으로 특별 레벨 포함 (ISA 버스용 코복스 사운드 카드에서만 작동)
  • ''핀볼 판타지''
  • ''킹스 퀘스트'' 및 ''스페이스 퀘스트'' 시리즈와 같은 대부분의 구형 시에라 엔터테인먼트 게임
  • 빌드 엔진 기반 게임 (''듀크 뉴켐 3D'', ''레드넥 램페이지'', ''섀도우 워리어'' 등 포함)

4. 2. 음악 트래커

데모신에서 인기를 끌었던 DOS 기반의 여러 음악 트래커들이 코복스(Covox)를 지원했다. 주요 지원 트래커는 다음과 같다.

  • Modplay (ModEdit, DMP, VP 등 1990년대 초반의 다른 모드 플레이어 포함): 최대 4채널 코복스 출력 또는 사용자 장치를 위한 사용자 지정 어셈블러 루틴을 지원했다.
  • Inertia Player: 모노 및 스테레오-온-1 코복스를 지원했으며, 디더링 옵션도 제공했다.
  • Multiplayer: 이탈리아의 DGS 소프트웨어 회사에서 개발했다.
  • Galaxy Music Player: 인텔 8088 프로세서 환경에서도 MOD 파일 재생이 가능했다.
  • 스크림 트래커: 버전 2.3에서 직접 지원했으며, 버전 3.21에서는 가상 사운드 블라스터 드라이버를 통해 지원했다.
  • 패스트트래커: 모노, 스테레오, 스테레오-온-1 모드를 지원했으며, 디더링 기능도 포함했다.
  • 임펄스 트래커

4. 3. 에뮬레이션

에뮬레이터를 사용하여 실제 코복스를 다른 사운드 카드처럼 작동하게 할 수 있다.

  • Virtual SoundBlaster: 코복스에서 사운드 블라스터를 에뮬레이션한다.
  • Covoxer: 탠디 1000/2000 음악 신시사이저를 에뮬레이션한다.
  • TEMU: 탠디 1000/2000 음악 신시사이저와 디즈니 사운드 소스를 에뮬레이션한다.


또한, DOSBox 및 Fake86 에뮬레이터는 실제 코복스 장치가 없는 컴퓨터에서 가상의 코복스(디즈니 사운드 소스)를 에뮬레이션할 수 있다.[15]

4. 4. 운영 체제

코복스(Covox)용 드라이버를 설치할 수 있는 운영 체제는 다음과 같다.

  • Windows 3.1x, Windows 95, Windows 98
  • 리눅스
  • "리눅스 2.x용 대체 사운드 드라이버"(pcsndrv): 하나의 lp-포트를 사용하는 "모노 DAC"와 두 개의 lp-포트를 사용하는 "스테레오 DAC"를 지원한다.[16]
  • covox-music-player: 커널 드라이버가 아닌, 현대 리눅스 배포판에서 포트 매핑 I/O를 통해 코복스에 사운드를 출력하는 사용자 공간 프로그램이다. ''outb''(출력 바이트) 명령어 래퍼 함수를 사용한다(사용자 공간에서 호출 가능).[17][18][19]
  • MenuetOS
  • CSI-DOS

5. 변형 제품


  • '''코복스 스피치 싱(Covox Speech Thing)''' – R-2R 저항 DAC 방식으로, 음성 합성 소프트웨어와 함께 묶여 판매되었다. 병렬 포트 패스 스루(프린터 등을 함께 연결할 수 있는 기능)를 지원하며, 원래는 음성 합성 및 인식 시스템의 일부였다.[7]

  • '''디즈니 사운드 소스(Disney Sound Source)''' – 겉모습은 비슷하지만 코복스 스피치 싱과는 다른 방식으로 설계된 장치다. 1990년대 초 디즈니 소프트웨어에서 판매했으며, 병렬 포트 패스 스루를 지원했다.
  • * FIFO 버퍼와 DAC로 구성되어 있으며, 병렬 포트에 연결된다. 소리는 등록된 잭을 통해 별도의 증폭기/스피커 박스로 전달되었다.[8] 가격은 14USD 정도로 저렴했으며[9], 많은 게임에서 지원되었다.
  • * 외부 전원(9볼트 배터리)을 사용했으며, 소프트웨어로 전원을 켜고 끌 수 있었다. 코복스 스피치 싱과 달리 16바이트 FIFO 버퍼를 내장하여 데이터 전송을 더 안정적으로 관리할 수 있었고(자동 감지 및 흐름 제어 가능), 약 7 kHz ±5%의 고정된 샘플링 속도로 작동했다.[10]
  • * 인쇄 회로 기판에는 포레스트 S. 모저(Forrest S. Mozer)의 초기 특허[12]를 나타내는 "Ⓟ (1983) U.S. 4,384,170 and others"[11]라는 문구가 적혀 있다. 기판에는 "ICS1453"이라고 표시된 집적 회로 하나만 있으며, 회로도[13]를 보면 이 칩 하나가 FIFO와 DAC 기능을 모두 수행하는 것으로 보인다. 이는 저항만으로 구성된 코복스의 수동적인 설계와는 크게 다른 점이다.
  • * 2015년에는 이 하드웨어를 리버스 엔지니어링하여 쉽게 구할 수 있는 부품으로 동일한 기능을 하는 회로를 만들 수 있게 되었다.[14] 또한, DOSBox 에뮬레이터에서도 지원한다.

  • '''앙드레 라모스의 DIGIBLASTER''' – 1995년에 출판된 앙드레 라모스의 저서 "3D 게임 프로그래밍의 흑마법"에 소개되었다.[20] 책에서는 '코복스'라는 이름을 직접 언급하지는 않지만, 사실상 스테레오 기능을 가진 코복스의 복제품 제작법을 설명한다. 두 개의 병렬 포트에 연결되는 저항 사다리 방식의 하드웨어이며, 제작을 위한 회로도와 MS-DOS 환경에서 이를 제어하는 C 언어 코드도 함께 제공한다.

  • '''심플 LPTsnd(Simple LPTsnd)'''[21] – 코복스 스피치 싱뿐만 아니라 사운드JR, FTL 사운드 어댑터와도 호환되어 더 많은 게임을 즐길 수 있도록 만들어졌다.

  • '''CVX-4'''[22] – DIP 스위치를 사용하여 저역 통과 필터에 사용되는 커패시터를 선택하여 소리의 특성을 조절할 수 있으며, 결합 커패시터를 거치지 않도록 설정할 수도 있다.

  • '''디즈니 사운드소스 2015 리메이크'''[23] – 원본 디즈니 사운드 소스를 리버스 엔지니어링하여 만든 복제품이다. 이를 통해 별도의 소프트웨어 에뮬레이터 없이도 원본 하드웨어가 필요한 소프트웨어를 사용할 수 있게 되었다.[14]

  • '''베네딕트의 리메이크''' – 개인이 제작한 여러 호환 장치들이다.
  • * 제네릭 8비트 오디오 DAC[24] – 프린터 연결을 위한 병렬 포트 패스 스루 기능을 포함하며, 원본 코복스와 더 유사하게 설계되었다.
  • * 병렬 포트 헤드폰 DAC[25] – 1990년대 실리콘소프트(Siliconsoft)의 사운드JR 장치를 복제한 것으로,[26] 병렬 포트에서 직접 전원을 공급받아 헤드폰을 연결해 사용할 수 있다.
  • * 병렬 포트 오디오 및 조이스틱 어댑터[27] – FTL 사운드 어댑터와 호환된다.

  • '''ISA LPT DAC r0'''[28] – 컴퓨터 내부의 ISA 버스 슬롯에 꽂는 방식의 듀얼 채널(스테레오) 사운드 카드다.
  • * 각 채널은 정밀한 저항 네트워크가 내장된 아날로그 디바이스의 AD7524[29] 8비트 래치형 DAC CMOS 칩을 사용한다.

6. 기타 코복스 제품


  • '''코복스 보이스 마스터''' – 1984년 초 코모도어 64용으로 출시된 음성 합성 보드이다. BASIC 명령어를 사용하여 메모리에 저장된 64개의 단어를 재생할 수 있었으며, 디스크나 테이프를 이용해 단어 용량을 확장할 수 있었다.[30]
  • * '''코복스 보이스 마스터 주니어''' – 이후 출시된 더 저렴한(39.95USD) 변형 제품이다. 아타리 조이스틱 포트에 연결되며, 사운드 녹음 및 재생을 위한 일렉트릿 마이크와 스피커가 포함되어 있었다.[31][32]
  • '''코복스 사운드 마스터''' – 1984년에 애플 II용으로, 1989년에 MS-DOS용으로 출시되었다.[33]
  • '''코복스 보이스 마스터 시스템 II''' – 1990년에 출시되었다.[33]
  • '''코복스 MIDI 마에스트로''' – 1990년에 출시되었다.[33]
  • '''코복스 사운드 마스터 II''' – 1990년에 출시되었다.[33]

참조

[1] 웹사이트 Speech Thing trademark https://tsdr.uspto.g[...]
[2] 웹사이트 Phonomenal! Covox Speech Thing / Disney Sound Source (1986 / 199x) https://www.crossfir[...] 2023-01-23
[3] 간행물 Duke University Press
[4] 특허 Parallel port pass-through digital to analog converter https://patents.goog[...] 1989-03-14
[5] 서적 Adding a multimedia capability: a Covox device http://kb.gr8bit.ru/[...] GR8BIT 2012-10-19
[6] 웹사이트 The Covox years https://scalibq.word[...] 2023-06-25
[7] 서적 Build Your Own Multimedia PC https://archive.org/[...] McGraw-Hill
[8] 웹사이트 Some notes on programming for the Disney Sound Source http://thorkildsen.n[...]
[9] 웹사이트 The Oldskool PC Carnival Sideshow http://www.oldskool.[...] 1999
[10] 웹사이트 The Sound Source Programmer's Guide http://www.vgmpf.com[...] 2023-06-25
[11] 웹사이트 Disney Sound Source Pinout \ VOGONS https://www.vogons.o[...] 2023-06-26
[12] 특허 Method and apparatus for speech synthesizing https://patents.goog[...] 1983-05-17
[13] 서적 Programmer's Guide to the Disney Sound Source http://archive.org/d[...]
[14] 웹사이트 Reversing the Disney Sound Source http://www.vogons.or[...] 2015-02-01
[15] 웹사이트 Sound – Disney Sound Source http://www.dosbox.co[...] 2017-08-06
[16] 웹사이트 Alternate Sound Driver for Linux 2.x Version 1.3 (pcsndrv-1.3.readme) http://fresh.t-syste[...] 2005-01-23
[17] 웹사이트 A Science Project: Bringing the Covox Speech Thing to 2017 https://yeokhengmeng[...] 2017-01-02
[18] 웹사이트 Covox-music-player https://github.com/y[...] 2021-08-10
[19] 웹사이트 outb(2) - Linux manual page https://man7.org/lin[...] 2023-11-23
[20] 서적 Black Art of 3D Game Programming http://archive.org/d[...] 1995-09-01
[21] 웹사이트 Simple LPTSND – Covox Speech Thing https://www.retrokit[...]
[22] 웹사이트 CVX4 Vogons Tuning Edition https://www.serdasho[...]
[23] 웹사이트 Reversing the Disney Sound Source https://www.vogons.o[...]
[24] Citation Generic 8 bit audio DAC https://github.com/r[...] 2023-06-08
[25] Citation Parallel Port Headphone DAC https://github.com/r[...] 2023-06-08
[26] 웹사이트 SoundJr Digital Audio Modules by SiliconSoft.Com http://www.siliconso[...] 2023-06-26
[27] 웹사이트 Parallel port audio and joystick adapter https://github.com/r[...]
[28] 웹사이트 Dual ISA DAC r0 – Covox Speech Thing on ISA Bus https://www.retrokit[...]
[29] PDF https://www.analog.c[...] 2024-08
[30] 웹사이트 Micros prick up their ears https://books.google[...] 1984-09-13
[31] 웹사이트 COVOX Voice Master Junior User Manual https://archive.org/[...] 1988-12
[32] 웹사이트 8-Bit Product Reviews: Covox Voice Master Jr., SSI's Shilob, Panasonic KX-PL09LI Printer https://www.atarimag[...] 2023-06-25
[33] 웹사이트 COVOX: Company Profile (from Covox BBS) https://groups.googl[...] 2023-06-25
[34] 웹인용 Speech Thing trademark registration http://tsdr.uspto.go[...] 2019-11-17
[35] 뉴스 Phonomenal! ... a retrospective view the sound card history http://www.crossfire[...] 2003-03-12
[36] 저널 Duke University Press
[37] 웹인용 Adding a multimedia capability: a Covox device http://kb.gr8bit.ru/[...] AGE Labs 2014-01-20
[38] 서적 Build Your Own Multimedia PC https://archive.org/[...] McGraw-Hill
[39] 웹인용 Some notes on programming for the Disney Sound Source http://thorkildsen.n[...]


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