El sonido del Spectrum sigue vivo

Chip AY-3-8912. Imagen
tomada de la Wikipedia.

La intención de esta entrada es explicar de forma divulgativa, aunque es difícil no recurrir a tecnicismos, qué es el circuito integrado AY-3-891X y su influencia hasta nuestros días más allá de los videojuegos que muchos de nosotros disfrutamos de pequeños. No es por tanto un artículo con pretensión nostálgica.

El chip de sonido  AY-3-891X es un PSG (Generador de Sonido Programable). Este tipo de circuitos integrados fueron diseñados en los años 80's cuando los ordenadores domésticos apenas disponían de memoria y su capacidad de procesar información era limitada comparada con la actual. Se convirtieron por tanto en la única opción rentable de añadir sonidos medianamente complejos a los equipos de la época. Entre los ordenadores domésticos más populares que lo incluyeron en su diseño estuvieron el Spectrum, el Amstrad y el MSX.

El  AY-3-891X es básicamente una máquina de estados finitos. Esto quiere decir que tiene un conjunto de registros que toman determinados valores concretos e independientes los unos de otros. De manera que hay un conjunto limitado de estados posibles. Se puede pensar en una bicicleta con marchas donde los platos son un registro con tres valores y los piñones otro registro con seis valores y en total hay únicamente 18 velocidades (estados) posibles. El chip genera un tipo de sonido para cada estado y también lo sigue generando ininterrumpidamente mientras no se modifique . Sin esos cambios tendríamos un sonido monótono que apenas parecería música.

Detalle del interior de un ZX Spectrum +2A. Foto propia.

El encargado de ir cambiándolos es generalmente otro tipo circuito integrado llamado procesador (CPU), y lo hace a través de ciertos buses de datos y protocolos,  todo esto requeriría un estudio muchísimo mas detallado. Un valor típico de cambio son 50 Hercios, es decir, 50 veces por segundo, aunque no siempre es necesario ni conveniente hacerlo tan rápidamente pues sería desperdiciar la apreciada capacidad de cálculo. Estamos por tanto ante un chip pasivo, es decir, que no procesa ninguna información, solo se limita a generar sonido según el estado en el que se encuentre.

Ahora veamos qué sonidos puede producir y cómo lo hace. El chip tiene algunos de sus pines (las patas) con salida analógica en contrapartida a los de de entrada que son digitales. Esto por otra parte es algo totalmente predecible pues todo sonido es  en si mismo analógico. La potencia de esta señal es bastante baja, hasta el punto de que apenas se escucha si se conecta directamente a unos auriculares. Es por esto que necesita ser amplificada en el mismo ordenador o a través de amplificadores externos, por ejemplo una televisión.

Diagrama con ejemplo configuración típica. Extraído de la documentación original.

El chip consiste simplificando mucho en tres osciladores que son un tipo de circuito que produce en este caso una onda cuadrada, también llamada pulso. Cada oscilador funciona de manera independiente para luego ser mezclado con los demás. Las ondas cuadradas tienen un sonido áspero al oído que rápidamente identificamos como sonido de videojuego o pitidito, si bien también están muy presentes en cualquier tipo de música electrónica. Esta elección se hizo por cuestiones técnicas de diseño. Otros chips de la época como el SID de la marca Commodore incluyeron ademas otras formas de onda como triángulos y dientes de sierra, pero no es el caso que nos ocupa.

A estos tres pulsos se les puede controlar el volumen y el tono modificando los registros de los que antes habíamos hablado. El volumen está escalonado en 16 valores, siendo 0 el silencio y 15 el máximo. El tono, que es el que permite crear las notas musicales, presenta una variación lineal con la frecuencia, esto quiere decir que va también por escalones sumándole la misma cantidad. Nuestra percepción de la música sin embargo no es lineal sino geométrica y eso hace que los graves del chip tengan mas resolución que los agudos.... y me estoy desviando del tema, es algo parecido a una guitarra donde los trastes se van juntando más hacia la boca, o la curva que forma la cola de un piano. Aun así la resolución es suficiente como para afinar casi a la perfección unas seis o siete octavas.

Pulso en AY-3-8910 by Saw Square n' Noise
 

Además de los pulsos el chip es capaz de generar ruido a través de ciertas fórmulas matématicas. En resumidas cuentas suena "parecido" al viento. También se puede alterar el volumen y el tono con valores muy similares a los explicados arriba. El ruido es muy útil a la hora de hacer percusiones y efectos

Ruido en AY-3-8910 by Saw Square n' Noise
 

Por ultimo una funcionalidad, y bendita sea, que también incluye el diseño del chip es la capacidad de crear envolventes de volumen, un concepto tan importante como el timbre del sonido y que los músicos electrónicos conocen bien pero no suele estar presente en los libros de las escuelas, en fin que me desvío otra vez...., las envolventes son el comportamiento del volumen de un instrumento musical, poniendo ejemplos: una palmada es casi instantánea, una guitarra o un piano empiezan fuerte y se van apagando, un gong, sin embargo, también se apaga pero sigue sonando durante mucho más tiempo, o el de una flauta que es moldeable según los pulmones y la presión que aplique el intérprete. A continuación una representación gráfica de las envolventes presentes en el chip y un ejemplo sonoro donde se pueden escuchar en el mismo orden, usando ruido a modo de separación.

Representación gráfica de las envolventes. Extraído de la documentación del  Spectrum  +2

Envolventes en AY-3-8910 by Saw Square n' Noise 

Esta capacidad, sin embargo, está implementada de manera primitiva pues ya vienen prefijados y no corresponden con las envolventes más comunes que realmente tienen sentido en el mundo de los sintetizadores. Por suerte años más tarde las mentes inquietas de los artistas y programadores aprovecharon esta característica, no tan útil en principio, para crear efectos interesantes. Así al chip se le añadió la posibilidad de generar ondas tipo diente de sierra y una especie de onda casi triangular, que por problemas de resolución solo se podían afinar a frecuencias bajas. ¡Qué pena!. Pero por suerte las ondas diente de sierra son frecuentemente usadas en música electrónica para crear bajos ya que los hacen más audibles. También añadió la posibilidad de crear sonidos vocales o ácidos.

Efectos con Envolventes en AY-3-8910 by Saw Square n' Noise
 

Dejando la parte técnica, y centrándonos ya en la música, se puede empezar por los videojuegos  donde es posible encontrar bandas sonoras desde lo más infernal y dañino para los oídos hasta autenticas joyas. Hay tantas canciones y tantos efectos que igualmente habría que escribir un artículo entero dedicado a ellos y si estás leyendo esto posiblemente ya tengas tus favoritas. Como ejemplo actual se puede echar un vistazo a "La corona encantada" un videojuego hecho en España en 2009 con banda sonora  de corte épico a cargo de Beyker.

Pero no todo acabó con los videojuegos. En la década de los noventa en Rusia y en los países del este de Europa el Spectrum y especialmente sus diversos clones gozaban aún de bastante popularidad. Sus entusiastas comenzaron a usarlos para crear efectos gráficos y música por puro amor al arte en un movimiento llamado demoscene, cuya explicación también queda larga para este artículo. Desde música de videjuegos hasta jazz, IDM, versiones de temas conocidos, y un estilo propio de techno con uso y abuso de cualquier característica que pudiera exprimirse tanto a nivel gráfico como musical.

Hola me llamo CEBEP-48/002 y soy un clon ruso del ZX Spectrum. No soy el más popular pero sí muy fotogénico. Imagen de www.8bit-museum.de

En esta especie de Época de Oro del Spectrum se crearon obras, llamadas demos,  que a mi juicio bien podrían estar expuestas en los museos de arte. Algunas hechas con el simple afán de demostrar ser los mejores programadores y otras con pretensiones más artísticas y conceptuales tratando temas como las drogas o la política. Aparecieron herramientas para la composición musical entre las cuales los trackers se convirtieron en las más populares. 

Así se ve el Pro Tacker 3 en el Spectrum.

Un tracker es básicamente un programa que permite crear música escribiendo las notas y los parámetros directamente en una plantilla de estructura fija con lo cual te puedes centrar sólo en lo que quieres hacer y olvidarte de los detalles técnicos. Entre los más populares estaba el Pro Tracker 3, el mostrado en la imagen, el cual terminó creando el estándar PT3 que aún sigue vigente.  Un poco más tarde salió el Vortex Tracker II, un tracker para Windows que además de ser capaz de cargar los archivos de todos sus predecesores permite también trabajar con el mismo formato en cualquier PC actual, a la vez que  se escucha el resultado sin necesidad de tener el chip. Esto último se logra mediante una técnica conocida como emulación.

El siguiente vídeo muestra la demo melange de los grupos 4th Dimension y light future. Es un ejemplo corto pero intenso de este movimiento.

Paralelamente y entre los miembros de esta demoscene se creo un grupo exclusivamente musical llamado  AY Riders, que está integrado por autores de diversas nacionalidades. A día de hoy siguen en activo sacando discos y reuniéndose para dar conciertos a lo largo de la geografía europea. El siguiente video muestra un extracto de un concierto que dieron en Bratislava en el año 2009, sonando una canción de Factor6.

En España también tenemos bastante variedad de software y cada uno con su propia filosofía. Así Fela Borbone programó el Brasatron para Amstrad. Una aplicación que además de crear melodías es capaz de controlar los puertos paralelo y de impresora del propio ordenador a modo de autómata. De este modo permite añadir instrumentos acústicos externos a la carcasa en sincronía con los pitiditos de la maquina. Tenemos también el WYZTracker de AugustoRuiz, que es un tracker para Windows, y junto a él su reproductor: el WYZplayer de jvicentemz . Ambos tienen por finalidad generar el sonido sin consumir excesivamente los limitados recursos de la máquina. Con esto se consigue guardar más capacidad para otras tareas como los gráficos.  Otro ejemplo, esta vez más interactivo, lo encontramos en el PSGed de aorante que es un software para MSX enfocado a tocar en directo y que permite cambiar los registros en tiempo real con un aspecto similar a una caja de ritmos.

Así se ve el PSGed de aorante en el MSX.

Y como ya estamos cambiando de plataforma decir que el Amstrad también tiene su propia demoscene, si bien no ha sido tan intensa como la de Spectrum es cierto que muy recientemente ha experimentado un renacimiento, especialmente tras la aparición de la demo Batman Forever de los españoles Batman Gruop y con música, de nuevo,  del compositor checo Factor6.  Igualmente se han ido creado trackers para esta maquina. Así están, entre otros, el STarKoS para Amstrad y el Arkos Tracker , clon del anterior para Windows. También es posible reproducir los archivos PT3 originales del Spectrum gracias a una adaptación del código original hecha por el francés Grim.

Este verano de 2011 parte de sus miembros celebraron en Francia la reunión ReSeT #0 en la cual hubo una competición de música que ganó el español McKlain con su tema Take Off!. 

Take Off! by McKlain
 

También se puede encontrar el AY formando parte de eventos y conciertos internacionales de música electrónica relacionados con la estética 8bit. Así se pudo ver al músico francés Ultrasyd  tocando en directo con su Amstrad en el Blip Festival 2011 celebrado en Nueva York. Un poco mas cerca tenemos el Familiar Fest que se celebra bianualmente en Sevilla y donde este año 2011 dos artistas hicieron acto de presencia con el chip en cuestión: rolemusic (el menda que escribe) que dio un concierto integramente con un Amstrad y Koji Kanuto que hizo otro show con la misma máquina usando el Brasatron. El siguiente vídeo es un extracto de la actuación de Koji donde puede verse el característico monitor verde corriendo el software de Fela Borbone.

Otro escenario mucho más amplio donde el chip que nos ocupa también se prodiga de vez en cuando son los Netlabels. Estos son básicamente sellos discográficos que aprovechan Internet para distribuir y promocionar música de forma gratuita y libre. Aunque este tema también es extenso se pueden poner algunos ejemplos en donde es posible encontrar discos hechos al cien por cien con el AY: el Netlabel portugués Enough Records, el estadounidense 8bitpeoples y el ruso Ubiktune. Este último comenzó totalmente centrado alrededor del Spectrum y aunque últimamente ha ido abriéndose a otros estilos aún conserva parte de esa esencia.

Hasta ahora hemos estado hablando de ordenadores de 8bits, quien haya tenido uno de estos sabrá que no son precisamente pequeños. Es un engorro tener que transportarlos para usar exclusivamente su chip de sonido. Es hora de entender al AY como lo que es, un sintetizador. Hay proyectos que como tal lo tratan. Tenemos el caso del hard plAYer de tolaemon que consiste en un circuito diseñado para insertarle el chip y generar sonidos a traves de los códigos previamente grabados en una tarjeta de memoria SD, la misma que usan muchas cámaras de fotos. Todo empaquetado en una bonita caja verde con su pequeña pantalla. ¡Un sintentizador en toda regla!. El siguiente vídeo muestra a su autor hablando del proyecto, si no se te saltan las lagrimas es que no corre ni una pizca de fluzo 8bits en tu sangre.

En cuanto al futuro todo apunta a que al chip aún le quedan muchos años por delante. Actualmente no es ni difícil ni caro conseguir uno debido a que hay abundante stock. No por eso deja de ser un recurso limitado pues su producción cesó el siglo pasado. En tiempos venideros pienso que la emulación, que por otra parte es ya casi perfecta, ira cobrando importancia a la par que las unidades vayan escaseando. A mí esto personalmente no me preocupa teniendo en cuenta que los archivos fuente se almacenan de manera digital y por tanto su conservación y distribución están prácticamente garantizados. Y pongo punto final antes de empezar filosofar sobre el futuro y divagar sobre otros asuntos que, de nuevo, son temas que quedan fuera de la intención de este artículo.

SOFTWARE DE COMPOSICIÓN

• Programs de Morgan Lean, excelente y bien presentada recopilación de software. Entre otros Amstrad, Spectrum,y MSX.
• Pro Tracker 3.X  de Alone Coder. Posiblemete el más usado en Spectrum. Creó el formato PT3 el cual explota todas las características del AY. Es casi el estandar. No se puede usar en los modelos españoles porque el necesita el TR-DOS. El reproductor de PT3 ha sido portado a las plataformas Amstrad y MSX posteriormente.
• Vortex Tracker II  de Sergey Bulba . Es un tracker para Windows/Wine. Esta concebido como un clon del anterior. Trabaja con el mismo formato de archivos PT3 que se escuchan emulados o reproducidos en maquinas reales.
• STarKos de Targhan. Posiblemente el mas usado en Amstrad.
• Arkos de Targhan. Tracker para Windows basada en el STarKos del Amstrad Cpc. Igualmente saca todo el partido al chip. Tiene una filosofía mas gráfica que el Vortex Tracker II. Requiere tener instalado el entorno .NET. Los archivos se pueden escuchar por emulacion, en el propio Cpc o ser exportados a formatos genéricos como el YM.
• WYZTracker de AugustoRuiz, tracker para Windows. Una vez creados los archivos se pueden reproducir indistintamente en Spectrum /Amstrad /MSX. Aunque no tan amigable al principio tiene la ventaja de estar muy optimizado con lo cual es una buena opción para videjuegos o demos,
• ayFX editor de shiru, programa para Windows que permite crear efectos de sonido.
• Brasatron de Fela Borbone. Aplicacion para Amstrad CPC 6128 o emulacion. Permite componer y reproducir melodías a la vez que controla los puertos de extensión e impresora. Esta funcionalidad a modo de autómata permite añadir más canales virtuales según la imaginación que se le quiera echar.
• PSGed de aorante. Programa para MSX que permite secuenciar y modificar los registros del chip en tiempo real. Enfocado para usarse en directo. Tiene una interfaz parecida a una caja de ritmos.

SOFTWARE DE REPRODUCCIÓN

• Ay Emul de Sergey Bulba. El mejor reproductor para Windows/Wine. Reproduce la totalidad de formatos y permite exportarlos a Wav.
• PT3 en Spectrum de Sergey Bulba. El archivo PTxTools.7z contiene el codigo en asm para reproducir los PT3 en cualquier Spectrum.
• PT3 en Amstrad adaptacion del del anterior hecha por  Grim para reproducir PT3 en Amstrad.
• PT3 en MSX otra adaptación del reproductor PT3 hecha por Alfonso D. C., esta vez para MSX. Una modificación con posibilidad de ejecutarse desde rom puede encontrarse en Z80ST-Software.
• AyFX replayer de Z80ST, permite reproducir los efectos creados con ayFX en MSX. Se integra con el player de PT3. Muy útil para la creación de videojuegos con banda sonora y efectos sonando al mismo tiempo. 
• WYZplayer de jvicentemz, permite reproducir los archivos creados con el WYZtracker indistintamente en Spectrum /Amstrad /MSX. 

UTILIDADES PARA PC

• WinApe emulador de Amstrad CPC para Windows. Tiene un debugger y ensamblador cruzado que permite compilar binarios nativos. Util para programar los players de música. Tiene también un editor de .dsk (Archivos de disco).
• Bluemsx emulador de MSX par Windows.
• O.T.L.A utilidad para Windows/Wine que convierte ficheros que estan PC en archivos de audio para cargarlos posteriormente en Spectrum/Amstrad/Msx. Aprovecha las capacidades de los reproductores actuales con lo que es capaz de reducir el tiempo de carga a un promedio de 20 segundos.

PÁGINAS RELACIONADAS

• World of Spectrum lanzada por Martijn van der Heide en 1995. Aun a día de hoy sigue siendo el mayor archivo online de recursos para Spectrum. Una especie de biblia desde juegos hasta archivos técnicos pasando por cualquier cosa imaginable.
• Proyect AY proyecto colaborativo alojado en WoS. Contiene todas las herramientas y documentación para los archivos .AY.
• Ay Homepage  web de Sergey Bulba. Otra especie de biblia online. Abundante documentación técnica. Código fuente de casi todos los proyectos, así como la web para descargarse de primera mano el VortexTracker y el Ay Emul. 
• The CPC WIKI  wiki repleto de información del CPC.
• Grimware web de Grim, mas informacion técnica y el sitio para descargarse el replayer de PT3 para Amstrad.
• Speccy.org Foro en español sobre Spectrum y servidor donde se alojan muchas páginas de calidad en español.
• Amstrad.es Web de noticias y documentación, también con foro en español sobre el Amstrad CPC.
• raww.org originalmente lanzada por icabod y últimamente actualizada por Factor6 tiene noticias en ingles relacionadas con la escena Spectrum. También organizan anualmente la raww.orgy una party familiar en Inglaterra.
• Pusn n' Pop web de noticias y foro en ingles sobre el Amstrad. Centrado principalmente en la demoscene. 
• Pouet.net punto de encuentro de la demoscene en general. Se pueden econtrar todas las demos clasificadas y con enlaces de descarga.

DÓNDE ENCONTRAR MÚSICA

• ZXtunes base de datos extensa que pretende recoger la información de todos los compositores y sus obras. Tiene un reproductor propio con lo cual solo hay que darle al Play a cada canción y escuchar.
• ZX Spectrum Tracker Music de nuevo por la web de Sergey Bulba. En este archivo se encuentra casi la totalidad de música trackeada hecha jamás. Una fuente casi infinita para aprender y escuchar. Ultimamente no se actualiza mucho.
•  Explorando en World of Spectrum y Proyect AY se pueden encontrar los rips de la música de juegos.
• AY Riders grupo formado por músicos de varios países. Publican discos y regularmente se reúnen para dar conciertos. Los archivos fuente de sus canciones pueden descargarse en las webs de arriba.
• Demotopia por gasmam. Aunque lleva años sin actualizarse esta web recoge de manera estructurada por años y autores casi todas las canciones hasta 2006.