Artículo publicado en el número 2 de RetroWiki Magazine
El sonido
Para nosotros el sonido consiste
en ondas que producen oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas
en oscilaciones mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro.
Como cualquier onda, el sonido tiene varios parámetros que lo definen,
los dos principales son la longitud de onda (ancho de un ciclo completo) y
la amplitud (altura de la onda), estos parámetros
se aprecian bien en la imagen adjunta. Normalmente en lugar de hablar de
longitud de onda, se habla de frecuencia, que es el número de ciclos por
segundo, lo que depende directamente de la longitud de onda. La frecuencia
indica el tono del sonido (agudo, bajo, medio), mientras que la amplitud indica
el nivel sonoro (susurro, suave, fuerte). Además de estos parámetros,
consideraremos la Potencia acústica, que es la cantidad de energía radiada, y
es la que nos da sensación de volumen.
Un sonido complejo es la mezcla de varios sonidos simples, y aquí
interviene la fase que es la posición de una onda con respecto a otra, dos
ondas están en fase cuando comienzan y acaban en el mismo punto, y están
desfasadas cuando una está en el valle y la otra en la cresta. Cada una de las
ondas se mezcla en el oído, sumándose su efecto, por lo que un sonido complejo
tiene una forma de onda muy desigual, lo que posibilita su reproducción por un
generador, que puede reproducir un sonido complejo.Música y armónicos
La música es una forma de escribir en un papel los sonidos, para lo
que cada frecuencia se asocia a una nota musical. Esto se fijó a finales de la
edad media, para poder fijar las voces del canto gregoriano principalmente, e inicialmente
se definieron 7 notas, lo que produce 8 intervalos de frecuencia desde el DO-RE-MI-FA-SOL-LA-SI
hasta el siguiente DO. Esto se denomina octava. La distancia entre dos notas era
suficientemente amplia para que el oído las aprecie como sonidos diferentes (y
no sean difíciles de cantar), pero posteriormente se añadieron notas
intermedias (los sostenidos y bemoles), para mejorar el sonido con la evolución
de los instrumentos.
Como el oído humano tiene un
rango más amplio de apreciación sonora que una sola escala, hay 11 octavas posibles,
no todos pueden oír las primeras y últimas, especialmente los de más edad, por
lo que se usan normalmente solo 8 octavas. La octava central se suele nombrar
como la tercera octava, o la cuarta para los anglosajones.
La nota base del sistema musical moderno es el LA3, el LA
de la tercera octava, para la que se fijó una frecuencia de 440Hz. El LA4
tiene el doble de frecuencia, y el LA2 tiene la mitad, y así en
todas las notas y todas las octavas. La frecuencia del DO3 es de
261’626Hz, y el SI3 es de 493’883Hz.
Cuando en un instrumento musical genera
una nota, sea cual sea esta, genera siempre la misma frecuencia, por lo que no
se distinguiría el sonido de uno a otro intrumento. Pero cuando se genera el
sonido, a su vez se generan una serie de ondas complementarias, con frecuencias
mitad, cuarto, octavo, etc. Estas ondas complementarias se denominan armónicos.
Cada instrumento musical genera diferentes armónicos, cada uno con una
intensidad, que se suman a la nota generada, y eso es lo que diferencia
realmente el sonido de un instrumento de otro.El sonido en la música tiene 4 parámetros que lo definen, altura (frecuencia o tono), intensidad (amplitud o intensidad), duración (tiempo que permanece la nota en el aire), timbre (instrumento con que se toca, relacionado con sus armónicos). A esto se añade una quinta que se denomina textura, que solo una apreciación de la calidez del sonido (aterciopelado, áspero, metálico, etc.).
Generadores de sonido
Un generador de sonido puede
funcionar de tres maneras principalmente, digital, analógica o sampler.
Un generador digital es el más sencillo de todos, calcula la frecuencia
que desea emitir, y mediante un conversor analógico a digital, genera una
señal. Esta señal no puede ser fiel al 100% a la que desea generarse, ya que la
conversión solo puede generar ciertos valores escalonados, pero si los
escalones son muy pequeños, la calidad sonora es muy buena, comparable a la de
los otros medios de generación. La ventaja es que la conversión es muy rápida,
instantáneamente se puede adaptar a cualquier nivel.
El generador analógico es el más
usado, mediante un transistor se puede generar una frecuencia cualquiera, con
la ventaja de que puede ser variada por una señal externa. Esto permite generar
una señal sonora de igual frecuencia que la que desea reproducir. El problema
de los generadores es que tienen un rango limitado de frecuencias que pueden
variar, antes de empezar a distorsionar, por lo que se suelen montar varios
generadores de frecuencias juntos, cada uno encargado de un rango. El otro
problema es que tienen algo de inercia en el cambio, no es instantáneo, pero
esto realmente no es un problema, ya que los instrumentos musicales también
tienen dicha inercia.
El tercer sistema más usado es
del de los sampler. Lo que hacen es almacenar el sonido que desea reproducir,
cuantos más mejor, y se limitan a reproducir el sonido grabado. La gran ventaja
es que producen el sonido más realista del instrumento que desean reproducir,
el inconveniente es que el rango de sonidos queda limitado a los que puede
almacenar.
Voces y ruido blanco
Los generadores de sonido pueden producir un solo sonido, o generar varios
simultáneamente, cada canal de generación de sonido se denomina una voz.
Cuantas más voces o canales tengan, mejor será el resultado del sonido
generado. Los generadores de los ordenadores de 8 bits más habituales generan 3
voces simultáneas.
El ruido blanco es una señal completamente
aleatoria, se puede aplicar a un sonido completamente aleatorio, o a la
distorsión que se genera en una imagen visual al aplicar ciertos filtros. Los
generadores suelen incluir un generador de ruido blanco, ya que con ellos se
sintetizan muy bien los sonidos de percusión.
Otros componentes habituales en
los generadores son los filtros, que permiten eliminar partes del sonido
generado, y también son necesarios los amplificadores de la señal, que permiten
aumentar el volumen sonoro, los mejores usan amplificadores separados para cada
canal, lo que permite un control preciso del sonido generado.
MIDI
El MIDI (Musical Instruments
Digital Interface, o
Interfaz
Digital de
Instrumentos Musicales), no es un generador
real de sonido, sino un sistema que permite a los ordenadores y los
dispositivos musicales electrónicos comunicarse y compartir información, para controlar
la generación de sonidos. Generalmente el ordenador envía a los periféricos la
nota que desea que generen, y estos la producen. La ventaja del sistema es que la
información que se intercambia es muy liviana, e independiente de la fuente y
el destino. Un sistema puede controlar hasta 16 canales MIDI, cada uno
generando uno o varios sonidos, por lo que un ordenador con interface MIDI
puede llegar a general muchos canales de sonido.
Evolución del sonido
Los primeros ordenadores
personales como el Altair o el Imsai (y las primeras consolas como la Odisey)
no tenían posibilidad de generar sonido, aunque mediante el bus S-100 se les podría
dotar. El Apple II aportó la novedad de incorporar un altavoz interno, y como
estaba conectado al procesador, este podía generar algunas señales sonoras, lo
que se conoce habitualmente como pitidos.
Pero el sonido donde más se
necesitaba era en las consolas, un juego sin sonidos pierde mucho, los primeros
usaban el mismo sistema de conectar el altavoz al procesador, hasta que Atari
incluyó en su exitosa consola 2600 un chip específico, la TIA, que controlaba
la generación de video y de sonido, con dos canales mono de salida. De este
desarrollo surgió el que está considerado el primer chip de sonido, el POKEY de
Atari.
Posteriormente surgieron el General Instrument AY-3-8910, y desarrollados por Commodore y MOS el VIC (nombre usado en el famoso VIC-20), el SID y el TED. Otros chips muy difundidos fueron el 2A03 de Nintendo, el Philips SAA1099, los de Texas Intruments de la serie SN764, y los Yamaha de la serie YM.
Los primeros basados en Sampler fueron el "Paula" de MOS, usado en los Amiga, el Sony SPC700, o el National LMC 1992.
Pequeña cronología
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| 1973 |
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| 1979 |
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| 1980 |
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| 1981 |
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| 1984 |
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| 1985 |
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| 1986 |
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| 1988 |
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En la segunda entrega repasaré las
características de los principales chips generadores de sonido.
Jose Antonio
Vaqué Urbaneja, podéis contactar conmigo en javu61@gmail.com
o ver más cosas en old8bits.blogspot.com
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