Las capacidades de audio de esta consola están, en líneas generales, a la par con otros equipos de los años 80. Dentro del chip VDP encontramos una versión ligeramente personalizada del Texas Instruments SN76489 , que es un Generador de Sonido Programable (PSG, del inglés 'Programmable Sound Generator'). Se trata del mismo tipo que empleaba la NES/Famicom, aunque con funciones distintas.
Funcionalidad
Un PSG solo puede sintetizar un conjunto limitado de formas de onda, con cada canal asignado a una sola. Ya introduje algunos PSGs en los artículos de la NES y la Game Boy, si te interesa este tipo de síntesis sonora.
En la SMS, el PSG se programa modificando su conjunto de registros a través de los mencionados puertos de E/S.
Veamos ahora cada tipo de waveform que el SN76489 puede sintetizar:
Pulso
Video - Osciloscopio de Sonic The Hedgehog (1991), con los canales de pulso.
Las ondas de pulso producen ese sonido icónico de la generación de 8 bits. La onda sonora se genera elevando el voltaje, manteniéndolo constante y después dejándolo caer. Repetir esto a una velocidad constante produce un tono.
El periodo de la onda define la frecuencia del sonido (la nota musical), mientras que su ciclo de trabajo afecta al timbre.
El SN76489, en concreto, puede producir tres ondas de pulso simultáneamente. Además, expone un contador de 10 bits en cada canal, que se emplea internamente para bloquear la salida, generando así ondas de pulso con frecuencias programables.
Ruido
Video - Osciloscopio de Sonic The Hedgehog (1991), con el canal de ruido.
El ruido es un tipo de señal asociada a la interferencia. Cuando se envía esta señal a un altavoz, suena como estática.
El SN76489 contiene un Registro de Desplazamiento de Retroalimentación Lineal (LFSR, del inglés 'Linear Feedback Shift Register') que se alimenta de una señal inicial y cicla para generar una señal pseudoaleatoria. Este puede alternar entre ruido blanco y ruido periódico.
El oscilador ofrece tres frecuencias seleccionables que determinan el tono del ruido . Existe también una cuarta opción en la que la salida del tercer canal de pulso modula el canal de ruido. Algunos juegos combinaron esta opción con el modo periódico para producir sonidos graves (similares a un pulso cuatro octavas más bajo).
En general, los juegos suelen usar el canal de ruido para percusión o efectos de sonido.
Mezclado
Video - Osciloscopio de Sonic The Hedgehog (1991), con todos los canales de audio.
Hasta ahora hemos visto qué hace cada canal de forma individual. En la práctica, el televisor recibe una señal mono con todos los canales mezclados por el PSG.
Por último, el chip también incluye atenuadores programables que reducen los decibelios de cada canal, que actúan en la práctica como un control de volumen.
Secretos y limitaciones
Al igual que el VDP, el PSG puede parecer trivial, pero esconde funciones interesantes:
Expansión FM
PSG:
Click to listen
FM:
Click to listen
Reproductor interactivo disponible en la edición moderna
Muestras de audio
Double Dragon (1987).
La versión japonesa de la Master System incorporaba un chip adicional de Yamaha llamado YM2413. Este es radicalmente diferente del PSG, ya que emplea modulación de frecuencia para generar sonido. Expliqué brevemente cómo funciona en el artículo sobre la Mega Drive, por si te interesa.
Este chip añade nueve canales de audio. Cada canal puede seleccionar uno de los 16 instrumentos predefinidos o definir uno personalizado programando el portador y el modulador. Por desgracia, solo se permite un instrumento personalizado a la vez. Por otro lado, el instrumento personalizado ofrece funciones interesantes, como parámetros de la envolvente ADSR y retroalimentación.
El YM2413 también dispone de un segundo modo de operación llamado Rhythm mode, que proporciona seis canales complementados con cinco canales adicionales exclusivos para instrumentos de ritmo.
La salida de audio final la genera el YM2413, que mezcla sus canales con los del PSG.
La variante Mark III no incluía este chip, aunque la funcionalidad FM estaba disponible como unidad de expansión denominada FM Sound Unit. Las Master Systems europeas y americanas, en cambio, tuvieron que conformarse con el PSG, aunque con el tiempo surgieron algunas modificaciones de terceros.
Precisión en la emulación
Comparación de formas de onda de pulso en emuladores.
La de la NES muestra cierta caída mientras que la de la SMS tiene forma cuadrada.
Al consultar SMS Power (una web que recopila información técnica exhaustiva sobre el sistema), encontré una sección llamada 'The imperfect SN76489' , que aborda ciertas discrepancias surgidas al redactar este artículo.
Si vuelves al vídeo de ejemplo de la onda de pulso, notarás que se visualiza como una onda cuadrada casi perfecta. El generador de pulso funciona bloqueando el voltaje para generar el tono. Sin embargo, en los circuitos eléctricos, los componentes no pasan de cero a uno (ni al revés) de forma instantánea; siempre existe un período transitorio, principalmente por los filtros presentes en el circuito eléctrico.
Para grabar, uso emuladores que capturan los canales por separado y evitan interferencias. No obstante, los emuladores no siempre tienen en cuenta el factor transitorio, por lo que su resultado puede acercarse más al 'escenario ideal' que al comportamiento real de la electrónica de los 80. Observa la imagen de ejemplo: ambas muestras proceden de emuladores, pero la de la NES podría mostrar un comportamiento más próximo al mundo analógico.
Por el momento no dispongo de las herramientas necesarias para confirmar si la SMS debería mostrar un comportamiento similar. En cualquier caso, si así fuera, no significaría que lo que escuchaste fuera incorrecto; solo que podría estar a un volumen ligeramente diferente, algo apenas perceptible.
Reproducción de muestras
Video - Osciloscopio de Alex Kidd - The Lost Stars (1986), con la muestra PCM de 1 bit.
Aunque el SN76489 carece de un canal PCM para reproducir muestras, existen ciertos trucos que permiten simular esta funcionalidad.
Estos trucos se basan en los canales de pulso: se descubrió que si el nivel de tono se fija en 1, el nivel de volumen (que altera la amplitud) condiciona la forma de la waveform.
smspower.org describe varios diseños que permiten reproducir muestras PCM de 1, 4 y 8 bits. No obstante, los requisitos de almacenamiento se disparan con resoluciones y tasas de muestreo más altas, por lo que estas técnicas se aprovechan mejor en juegos homebrew.
Cabe señalar que la transmisión de muestras consume una cantidad considerable de ciclos de CPU y, dado que este sistema solo tiene un procesador, es posible que el juego deba detenerse brevemente.