интерфейса звуковой карты

 

Вы приобрели MIDI-клавиатуру, решили подключить ее к звуковой карте и не находите на звуковой карте стандартные разъемы интерфейса MIDI. В чем дело? Как быть?

Да, на музыкальной аппаратуре, соответствующей стандарту MIDI, обязательно должны присутствовать разъемы MIDI IN. MIDI OUT соединителей типа СГ-5 (отечественных) или 5-PIN по стандарту DIN41524 (импортных). Гнездовая часть разъема имеет вид цилиндра с фланцем ("ушками") для крепления. Диаметр этого цилиндра около 16 мм, а поперечный размер прорези в задней стенке компьютера, сквозь которую выглядывают разъемы различных карт расширения, составляет 11 мм. И это тоже стандарт, введенный производителями компьютеров. Незыблемы несколько первоначально заложенных в конструкцию компьютеров принципов, среди которых есть и принцип стандартизации размеров ряда элементов конструкции. Поэтому любой, даже не очень хорошо подготовленный в техническом отношении человек, может быть уверен, что, купив новейший модем или звуковую карту, с помощью отвертки он установит эти штуки в свой PC. Все отверстия совпадут, все контакты надежно сомкнутся. На этом зиждется процветание фирм, производящих компьютеры. Наличие или отсутствие MIDI-интерфейса, вероятно, пока принципиального влияния на их доходы не оказывает. Поэтому размер прорези в стенке компьютера остается прежним. А разъемы MIDI-интерфейса сквозь прорези не проходят.

Итак, мы выяснили, что стандартных MIDI-разъемов на звуковой карте компьютера, устанавливаемой в виде платы расширения, не может быть в принципе. Правда, какой-то пятнадцатигнездный разъем там все же имеется. Для того чтобы разобраться в назначении этого разъема, неплохо бы иметь описание звуковой карты. Для многих это тоже может оказаться серьезной проблемой.

Действительно, начиная с некоторого времени, схема разъема почему-то из описаний исчезла. Вероятно, подразумевается, что разъем, о котором идет речь, стал общеизвестным элементом. Поскольку только этот разъем и может связать звуковую карту с MIDI-интерфейсом (он сам является частью MIDI-интерфейса), нам без него не обойтись. И разобраться в нем придется.

На рис. 1 схематично показан его вид. Для правильной ориентации в номерах контактов нужно учесть, что разъем показан таким, каким он представлялся бы наблюдателю, сидящему внутри компьютера. Не очень удобная точка наблюдения, но именно ей соответствует рисунок, приведенный в описании звуковой карты. Чтобы не запутать тех компьютерных музыкантов, у кого имеется описание звуковой карты, на рис. 1 мы не стали менять направления взгляда. В описании указано назначение контактов разъема. Большее число контактов служит для подключения джойстика. Но есть среди контактов этого разъема и крайне важные для наших целей.

Рис. 1. Назначение контактов разъема на звуковой карте

Следует обратить внимание на контакты:

  • 4, 5 - соединенные с общим проводом блока питания компьютера или, как иногда говорят: с корпусом, с землей (на схемах зарубежного происхождения это соединение обозначают тремя буквами: GND)
  • 1, 8, 9 - соединенные с зажимом источника питания +5 В

Эти контакты понадобятся в дальнейшем, когда Вы, возможно, решитесь на доработку звуковой карты.

Но особенно важны в нашем случае:

  • Контакт 15, на который из внешних цепей должен поступать сигнал, называемый MIDI RXD (Receiver Data )
  • Контакт 12, с которого во внешнюю цепь снимается сигнал MIDI TXD (Transmitter Data )

Именно наличие этих двух контактов и этих двух сигналов позволяет производителям и продавцам утверждать, что данная звуковая карта снабжена интерфейсом MIDI. Правда, они сильно лукавят. Сигналы MIDI TXD и MIDI RXD следует рассматривать разве что, как полуфабрикаты настоящих MIDI-сигналов. С их помощью можно принимать и передавать информацию, представленную стандартными для компьютеров значениями напряжения (говорят: уровнями транзисторно-транзисторной логики - TTL). И даже если заменить один из пятиштырьковых разъемов MIDI-кабеля на разъем, соответствующий тому, что показан на рис. 1, то подключить через этот кабель MIDI-клавиатуру к звуковой карте не удастся. Дело в том, что под воздействием сигнала MIDI TXD не будет правильно работать светодиод, с помощью которого в интерфейсе MIDI передают полезные сообщения и предотвращают проникновение помех с одного MIDI-устройства на другое.

Если Вы уже успели приобрести синтезатор или MIDI-клавиатуру со стандартным MIDI-интерфейсом, то для совместного со звуковой картой использования любого из этих двух устройств придется раскошелиться еще и приобрести небольшой довесок к звуковой карте - согласующий кабель. Правда, его цена сравнима с ценой простой звуковой карты.

Если рассмотренный вариант Вас чем-то не устраивает, то мы можем предложить техническое решение проблемы, которое, однако, потребует от Вас или от кого-то из Ваших друзей наличия некоторых радиолюбительских навыков. Это решение не только в условных единицах, но и в рублях обойдется недорого.

До того, чтобы быть настоящим MIDI-устройством, звуковой карте, как правило, не хватает: а) стандартных MIDI-сигналов, б) стандартных MIDI-разъемов. Когда бы дело было только в разъемах, то можно было бы спаять переходной кабель и тем самым решить проблему. Но вот сигналы. С ними надо что-то делать. Что делать с сигналами, лучше всего описывается на языке принципиальных схем. Мы могли бы привести 5-6 различных вариантов, но поскольку Ваша цель - исполнять и записывать музыку, а не учиться радиотехнике, то ограничимся единственной схемой.

Устройство, которое мы Вам предлагаем изготовить (возможно с посторонней помощью) представляет собой блок согласования сигналов и разъема звуковой карты со стандартным MIDI-интерфейсом. На рис. 2 представлена его электрическая принципиальная схема.

Рис. 2. Принципиальная схема блока согласования

Для тех, кто окажется в состоянии изготовить это устройство, есть смысл пояснить, что схема представляет собой два преобразователя. Первый из них преобразует стандартные TTL-сигналы, формируемые на выходе микросхемы VART, находящейся на звуковой карте, в стандартные сигналы так называемой "токовой петли". Второй преобразователь играет противоположную роль: сигналы, циркулирующие в "токовой петле", преобразует в TTL-сигналы. Блок содержит три основных части: MIDI-передатчик, MIDI-приемник и MIDI-ретранслятор.

На вход передатчика MIDI-интерфейса (передающей части "токовой петли") с контакта 12 разъема звуковой карты через соответствующий контакт разъема X1 поступает сигнал MIDI TXD. а его выходом служит разъем MIDI OUT (разъем X2), к которому и подключается стандартный MIDI-кабель. Схема на инверторах DD1.2 и DD1.4 не только формирует из стандартных TTL-сигналов перепады тока, необходимые для нормальной работы оптрона в MIDI-приемнике внешнего устройства, но и служит буфером, защищающим микросхемы дорогостоящей звуковой карты от выхода из строя при случайном замыкании в соединительном кабеле.

Приемник MIDI-интерфейса (приемная часть "токовой петли") содержит:

  • Оптрон U1
  • Полупроводниковый диод VD1, защищающий оптрон от выхода из строя при неверной распайке кабеля
  • Усилитель на транзисторе VT1
  • Схему формирования сигналов в TTL-уровнях на инверторах DD1.1 и DD1.3

На вход приемника поступает сигнал с разъема MIDI IN (разъем X3). На выходе приемника формируется сигнал структуры, которая соответствует входу MIDI RXD звуковой карты (контакт 15 разъема X1).

MIDI-ретранслятор содержит инвертор DD1.5, который совместно с уже упоминавшимися оптроном U1, транзистором VT1 и инвертором DD1.3 составляет схему регенерации искаженного в кабеле сигнала, поступающего с выхода MIDI OUT внешних синтезатора или MIDI-клавиатуры на вход MIDI IN блока согласования (разъем X3). Восстановленный сигнал подается на выход MIDI THRU блока согласования (разъем X4).

Резисторы R3 и R5 задают режим работы транзистора, резисторы R1, R2, R4, являются нагрузочными для буферных инверторов с открытыми коллекторами DD1.1, DD1.2, DD1.3, входящих в состав интегральной микросхемы К155ЛН5. Остальные резисторы служат для ограничения величин токов в токовых петлях до необходимого значения.

Напряжение питания +5В в блок согласования (контакт 8 разъема X1) поступает через цепи звуковой карты и ее разъем с блока питания компьютера. Устройство потребляет столь ничтожный ток, что эта дополнительная нагрузка совершенно не обременяет компьютер.

Конденсаторы C1 и C2, включенные между шиной питания +5В и общим проводом (корпусом), служат для ослабления помех, наведенных в проводниках кабеля, соединяющего звуковую карту с блоком согласования, и сглаживания бросков тока, возникающих в цепи питания в процессе работы микросхемы.

Незадействованные контакты разъемов X1, X2, X3 и X4 на схеме не показаны.

Если схема блока согласования собрана без ошибок и из исправных деталей, то она работает без каких-либо действий по ее настройке.

Приведем полный перечень деталей, необходимых для сборки блока согласования:

  • DD1 - микросхема К155ЛН5 (6 буферных инверторов с открытыми коллекторами)
  • U1 - оптрон АОД101А (оптопара, состоящая из светоизлучающего диода и фотодиода)
  • VD1 - полупроводниковый диод Д220 или любой другой близкий к нему по параметрам кремниевый диод
  • VT1 - транзистор КТ3102В
  • C2 - конденсатор электролитический емкостью 50-200 мкФ
  • C1 - конденсатор керамический емкостью 0,22-0,47 мкФ (рабочее напряжение обоих конденсаторов должно быть не менее 6,3 В)
  • Резисторы мощностью 0,125 Вт с сопротивлениями: R1, R2, R3, R4 - 1кОм; R6, R7, R9, R10 - 200Ом; R5 - 56кОм; R8 - 100Ом
  • Разъемы X2, X3, X4 типа СГ-5 (гнездовые), всего 3 штуки
  • Разъем X1 типа РП15-15ШК (штыревой)
  • Отрезок экранированного четырехжильного кабеля длиной до 1 метра

Кроме перечисленных деталей, понадобится кусочек фольгированного стеклотекстолита, на котором будет собрана схема, и корпус (коробочка).

Нам бы очень не хотелось, чтобы после стольких усилий Вы испытали чувство разочарования из-за того, что собранная схема не захотела работать. А это не исключено. И дело не в ошибках, которые Вы вполне могли допустить при изготовлении устройства. За последствия Ваших ошибок мы ответственности не несем. Есть такая неприятность, от которой могли бы не уклониться и некоторые опытные радиолюбители. Дело в том, что, строго говоря, для подключения устройства согласования к звуковой карте требуется не отечественный разъем РП15-15ШК, а импортный DB-15F. Наш найти легче и он, конечно, дешевле. Разъемы полностью одинаковы за исключением одного пустячка, из-за которого и могут случиться неприятности: нумерация контактов разъемов должна бы совпадать, но не совпадает.

Хуже того: нам встречались отечественные разъемы, нумерация контактов которых не совпадала с нумерацией контактов разъема DB-15F, и встречались отечественные разъемы, которые оказывались полностью идентичными импортным. Будьте очень внимательны!

Еще раз обратим Ваше внимание на то, что на схеме рис. 2 нумерация выводов разъема X1 дана такая, что она совпадает с нумерацией выводов разъема, установленного на звуковой карте, который, в свою очередь, соответствует разъему DB-15F.

На рис. 3 схематично показан вид этих отечественного и импортного производства штыревых разъемов с той стороны, где производится припайка проводников к их контактам.

Рис. 3. Нумерация контактов разъемов

Опасаемся, что уже слишком сильно запутали и запугали Вас. На самом деле все не так уж и страшно. Похоже, что разработчики разводки сигналов звуковой карты на контакты разъема предвидели всю эту путаницу. В результате их удивительной прозорливости оказывается, что ничего страшного не произойдет, если даже состыкованными окажутся импортная и отечественная части разъемов.

Действительно. Сигнал MIDI TXD при любом раскладе поступает туда, куда надо, так как 12-й контакт находится на одном и том же месте в разъемах обоих типов. Контакты 4 и 5 меняются местами, но на них все равно один и тот же сигнал (GND - общий провод). Контакты 1 и 8 также меняются местами, но и на них - одно и то же напряжение +5В.

Единственное критическое место - это контакты 9 и 15. Они не равноценны. Если из-за несоответствия частей разъемов поменяются местами сигналы этих контактов, то звуковая карта просто не будет воспринимать сигналы со входа MIDI IN. Поэтому до тех пор, пока Вы не поменяете местами проводники кабеля, идущего к разъему X1 от блока согласования, подпаянные к контактам 9 и 15, сыграть во всеуслышанье на MIDI-клавиатуре не удастся. Но, благодаря наличию защитных резисторов в цепи "токовой петли", после устранения недоразумения все кончится хорошо, ничего не сгорит.

Для того чтобы избавить Вас от поиска MIDI-кабеля, на рис. 4 приведем схему соединения его проводников с контактами штыревых разъемов СШ-5.

Из схемы можно видеть, что сигнальные проводники кабеля соединяют: первый проводник - контакт 5 одного разъема с контактом 5 другого разъема; второй проводник - контакт 4 одного разъема с контактом 4 другого разъема. Оплетка кабеля соединяет контакты 2 разъемов. В целях упрощения рисунка на схеме это почти не показано, но на самом деле желательно сигнальные проводники, находящиеся внутри экранирующей оплетки кабеля, выполнять в виде так называемой "витой пары". Такая мера предпринимается в целях дополнительного ослабления и различных нежелательных наводок на сигнальный кабель, и излучаемых им электромагнитных волн. Длина кабеля не должна превышать 15 м.

Рис. 4. Схема распайки разъемов MIDI-кабеля

Обращаем Ваше внимание на то, что и в отдельных книгах, и на некоторых сайтах в Internet встречаются ошибочные схемы соединения проводников MIDI-кабеля с контактами разъемов.

Дополнение к статье

 



  • На главную