Los chips de sonido que dieron forma a los videojuegos

El sonido está presente desde que los videojuegos son tal. Desde pequeños bips hasta los complejos sistemas de audio digital posicional de hoy día. Los efectos de sonido y la música en el entretenimiento digital han recorrido un largo camino, y así lo ha hecho la maquinaria necesaria para generarlos.

Entre los circuitos que han hecho posible el aspecto sonoro del entretenimiento digital se cuentan algunos realmente notables. Por las melodías que se han compuesto, por su impacto en la cultura, por sus capacidades o simplemente por el salto que han supuesto. Como buen aficionado a hacer listas chorra, voy a enumerar los que, a mi juicio, son más interesantes y merecen ser recordados.

Los albores del sonido

Los primeros computadores, enormes máquinas dedicados a investigación y cálculos militares, eran esencialmente mudos. Algunos daban algún que otro pitido, pero en 1961 llegó un paso de gigante y oímos al IBM 7094 no sólo tocar música, sino cantar. No fue sin embargo hasta 1971 que por fin aparecieron los videojuegos comerciales con Spacewar! (Steve Rusel), que incluía entre sus circuitos algunos generadores de ruido para amenizar el programa.

Tras esto, recordemos que se comenzaron a comercializar las consolas (empezando por la Magnavox Odyssey en 1972) que o bien eran mudas o con un sencillo buzzer como audio. En 1977 Atari lanzó al mercado su VCS, conocida más tarde como Atari 2600. Entre sus tripas encontramos el chip TIA, creado por el tito Jay Miner más tarde mejorado en sus ordenadores Atari 400 y 800.

Cualquiera que haya tenido una recordará su sonido crudo y desafinado. Tenía una salida mono, con dos osciladores con varios modos, cada uno con 32 niveles de tono y 16 de volumen. Era un generador de sonido programable (PSG) bastante pobre, pero fue uno de los primeros en ser reconocibles, fabricado en grandísimas cantidades y con varias revisiones. En los 80 derivó en el chip POKEY, usado en arcades famosos como Tetris (Atari, 1988) o incluido en algunos cartuchos de consola para ampliar sus capacidades de audio.

TIA, POKEY y muchos otros no eran un hardware dedicado realmente. Estos chips normalmente cumplían varios propósitos, como generar señales de video, caso del TIA; o servir de muestreador de potenciómetros y otras señales analógicas, caso del POKEY.

Texas Instruments SN

Uno de los primeros chips dedicados al audio que pudimos ver en un porrón de consolas fueron los de la familia SN de Texas Instruments. Nacidos a principios de los 80, estos chips contaban con unas características modestas: tres generadores de onda cuadrada y uno de ruido blanco, pero esta vez era más fácil modular el tono y el volumen.

La lista de sistemas que usan los SN es muy grande: Game Gear, Master System, Mega Drive, Sega SG-1000, Tandy 1000, IBM PCjr, Coleco Adam, BBC Micro, NeoGeo Pocket, multitud de recreativas… y muchos otros. Las consolas de SEGA, salvo la SG-1000, integraron este chip en sus procesadores de audio/vídeo. Se usaron en tantos sitios que fue uno de los sonidos más reconocibles de los 80, aunque era fácil confundirlo con su competidor directo: el General Instrument AY.

General Instrument AY

Este chip de audio nació un par de años antes que los SN, su competidor directo. Sus características son calcadas: tres osciladores de onda cuadrada y un canal de ruído.  No obstante, y aunque no es una característica para la que fue diseñado, es posible reproducir sonido digital PCM mediante técnicas por software, con un alto consumo de CPU. Además, al ser sus registros de mayor tamaño, era posible ajustar de forma más fina las frecuencias y otras características del audio de salida.

Las principales plataformas que usaron chips AY para reproducir sonido fueron el Amstrad CPC, Intellivision, Vectrex y Atari ST. Caso de este último todo un pesar de sus usuarios al ser comparado con las capacidades de audio del Amiga. 😊

Yamaha YM (OP)

La familia YM de Yamaha es variopinta y prolífica, y se ha usado en multitud de ordenadores y consolas, entre ellos multitud de tarjetas de sonido de principios de los 90. En general se trata de chips con capacidad de síntesis de audio modulado por frecuencia y varios canales PCM o ADPCM.

La serie OPL fue usada en cartuchos de expansión para ordenadores como el Commodore 64 y los MSX, pero sobre todo en las tarjetas de sonido para PC. Comenzando con la AdLib, y luego en casi todas las Sound Blaster de Creative Labs desde finales de los 80 a mediados de los 90. Caso de esta última acompañando a uno o varios DAC, pero conservando el sonido característico de los sintetizadores FM de Yamaha. De hecho, la gran mayoría de juegos de PC de esta época daban soporte a estos chips para reproducir música en sus juegos.

La familia OPN, en cambio, fue usada mayoritariamente en consolas de videojuegos,  aunque también en ordenadores japoneses de NEC, conocida como PC-88. También fue usada en alguno de los teclados de la época, con compatibilidad parcial con alguno de sus modelos más altos de gama, como la serie DX de Yamaha. El uso principal, no obstante, fue en consolas de videojuegos como la Mega Drive o la NeoGeo. En caso de la consola de SEGA con un sólo canal PCM y en el de la de SNK con varios ADPCM.

Otros sistemas se apoyaron en el audio digital, pero en la Mega Drive, así como en arcades de SEGA de 16 bit, se apostó fuerte por la síntesis FM en su chip Yamaha YM2612. Esto hizo que los sonidos de los juegos fueran menos realistas, pero que la música sonara como un sintetizador propiamente dicho. En las manos apropiadas se hicieron auténticas virguerías.

El resto de sus chips, con denominaciones mucho más variadas (OPN, OPP, OPZ, RYP4, PCMD8, SCSP…) fueron usadas en consolas como la Sega Saturn, pero la mayoría eran el corazón de sus famosos teclados y cajas de ritmos.

SPC700

La Super Nintendo era un sistema muy capaz en el aspecto sonoro. Esto era debido a un subsistema de audio particularmente bien diseñado y potente, el S-SMP. Este sistema incluía un DAC, una memoria SRAM de 64KB, una ROM de 64 bytes, un DSP y el chip SPC700, cerebro del sistema de audio. Fue diseñado por el ingeniero Ken Kutaragi, conocido por ser el padre de PlayStation.

Al contrario de muchos chips contemporáneos no se trataba de un generador programable de sonido, ni un sintetizador FM: era todo un motor wavetable de 8 canales digitales de 16 bit y 32KHz. Además se trataba de todo un sistema programable, ejecutando estos programas desde su memoria estática. El SPC no era capaz de leer la memoria RAM de la Super Nintendo, pero era posible transferir de la RAM principal a la SRAM del sistema de audio mediante la CPU, de modo que algunos juegos aprovecharon esto para intercambiar samples al vuelo y superar la barrera de los 64K.

En plena guerra de las consolas de 4ª generación el SPC700 supuso uno de los grandes argumentos a favor para la SNES. Con sólo un canal digital la Mega Drive difícilmente podía ofrecer efectos sonoros convincentes e instrumentos como baterías al mismo tiempo, algo que la Super Nintendo manejaba con solvencia. Al coste, eso sí, de no tener una síntesis de audio real, por lo que muchas veces 64Kb de SRAM se quedaban muy cortos para sonidos más largos, modulados o dinámicos.

APU

1983 eran unos tiempos convulsos para la industria de los videojuegos. Nintendo entonces hizo una gran apuesta con su NES, entre ellas encargar a Ricoh un chip de audio programable a un precio muy competitivo, y unas características superiores al AY y al SN. Cinco osciladores de ondas triangulares, sinusoidales y cuadradas, un generador de ruido y un canal en el que era posible reproducir audio PCM. Al no tener un canal DMA moderno era necesario el uso activo del procesador, cuando se reproducía audio de esta manera no era posible hacer mucho más.

Al principio, Ricoh era reticente a proporcionar estos chips al precio que Nintendo quería, pero tras la promesa de comprar grandes cantidades aceptaron con acierto, ya que se venderían muchísimos millones de consolas. Así nació el 2A03, designación comercial del Audio Processing Unit. (Por si el intrépido lector no se ha dado cuenta, APU no tiene nada que ver con Los Simpsons)

Aunque la Master System era un sistema más potente la consola de Nintendo se llevó el gato al agua, y hoy muchas personas identifican el particular sonido de su APU como el de la estética 8 bit. Además resulta evidente las capacidades superiores de este chip, más moderno y más enfocado a videojuegos.

Paula

Llegados a la época de los Amiga, éstos no tenían rival en cuanto a capacidades multimedia. En 1985 competía incluso contra maquinaria musical profesional, gracias a sus increíbles capacidades de audio. Gracias a una arquitectura orientada a multimedia y, por supuesto, de un chip llamado Paula.

Este chip era encargado de controlar la disquetera, las comunicaciones del puerto paralelo y por supuesto del audio. Sus capacidades eran asombrosas para la época: cuatro canales digitales de 8 bit o dos de 14 bit controlados por DMA. Gracias a este hardware comenzó la popularidad de los ficheros mod, que aprovechaban todas las características de audio del sistema.

El funcionamiento de este chip era más parecido a las tarjetas de sonido modernas que a lo visto hasta ahora. En lugar de que la CPU tuviera que ir mandando información al procesador de audio, sencillamente se le decía al chip Paula dónde estaba almacenado el sonido en la RAM, cómo queríamos reproducirlo y a qué volumen, cuándo parar… y él solito hacía su trabajo. Gracias a ello teníamos disponible la CPU completa para los juegos mientras sonaba música digital multicanal que barría a todo lo visto hasta entonces.

Otra característica de este chip, aunque poco usada, era usar un canal como modulador de otro, permitiendo una rudimentaria síntesis de audio modulado por frecuencia o filtrando los canales digitales, pero no fue muy utilizado porque sus resultados no eran tan impresionantes. Sí que se usó mas la mezcla por software, popularizándose los reproductores de audio de 8 canales digitales, pero consumía tanta CPU que no era práctico hacerlo en mitad de un juego.

SID

Para el final, y como siempre, mi superfavorito. El Sound Interface Device, más conocido como SID, es el chip de audio del ordenador más vendido de todos los tiempos: el Commodore 64. No es un sofisticado reproductor de audio digital ni nada de eso, sino un humilde sintetizador de audio programable mono de tres voces que sonaba como el diablo. Se le considera uno de los artífices de que en este ordenador naciera la demoscene.

Cada una de las tres voces tiene su propio oscilador programable, con curva ADSR (attack-decay-sustain-release) independiente y también puede controlarse con la CPU directamente.  También incluye partes analógicas externas como filtros de paso bajo, de ranura y de anillo independientes en cada canal, lo cual lo convierte en un verdadero sintetizador de audio moderno, todo en 1982 e incluido en un ordenador de precio más que competitivo.

Este chip, además, tiene más trampas que una película de chinos. Por ejemplo, resulta que al modificar uno de los registros a la frecuencia adecuada es posible reproducir sonidos digitales, a baja resolución, eso sí. Lamentablemente esto no estaba contemplado en el diseño, y fue “corregido” en la segunda revisión del chip haciéndolo casi inaudible. Por fortuna también era posible programar esta segunda versión de una forma particular para hacerlo reproducir audio digital, bajo coste de perder una de las tres voces.

En el papel este chip no parece gran cosa, y de hecho en los primeros años no fue explotado como se mereció. A lo largo de los años, autores como Jeroen Tel o Ron Hubbard exprimieron el potencial del SID en los juegos dotándolos de unas de las músicas más memorables de la época. La demoscene hizo el resto, sacando un sonido que rivalizaría con sintetizadores profesionales. Todo ello contribuyó a que incluso hoy día se le considere un sonido de culto, y aún sea muy valorado entre músicos y coleccionistas. También ayuda que sea una de las partes más delicadas del ordenador, requiriendo una línea de 12V AC (9 en el segundo modelo) dedicada y jodiéndose a la primera de cambio si la fuente de alimentación no hacía bien su trabajo.

El autor de este chip fundó la empresa Ensoniq, dedicándose a la fabricación de teclados sintetizadores. El segundo de ellos, el ESQ-1, fue lo que sus autores quisieron haber hecho del SID.

Alguno que otro más

Fue muy interesante que la PC-Engine, una modesta consola de 8 bits, tuviera unas capacidades gráficas y sonoras tan interesantes en 1987. Gracias a su CPU (que hacía el trabajo de audio también) poseía unas capacidades de audio muy buenas, mezcla de síntesis PSG y wavetable. Teniendo en cuenta el alcance de esta consola de 8 bits es para quitarse el sombrero.

En PlayStation pudimos oír audio digital de CD, pero no hay que olvidar el trabajo de PSU, Playstation Sound Unit. Este chip permitió 24 canales de audio digital ADPCM en calidad CD y música MIDI. Sí, el audio CD estaba muy bien, pero seguro que recuerdas las músicas de los Final Fantasy y similares… aquí Nintendo y su poderosa CPU de 64 bits no tuvieron mucho que hacer. PlayStation 2 incorporaba una mejora de este chip con más canales, más calidad, más efectos… y en fin, más de todo.

Sí que fue un gran contendiente el YMF295 de Sega Saturn, que permitía esto y más: síntesis FM, filtros mediante DSP, y una RAM dedicada. Todo ello además de un microprocesador Motorola 68EC000 para liberar a la CPU del trabajo. Por desgracia este complejo conjunto de tecnología no tenía capacidad de descomprimir audio.

Notas finales

En el mundo de la síntesis de audio ocurre algo curioso. Me encanta el sonido cálido de los sintetizadores analógicos antiguos como el Minimoog, y el poderío de los modernos sintetizadores digitales actuales. No obstante, de los 80 a los 90 tenemos un vacío de música pop mediocre. Pese a esto, una de mis aficiones es la música de los videojuegos de esta época, usando precisamente esa clase de tecnología.

Bueno, esto puede haber ayudado a que el estereotipo de música de videojuego (al menos de los clásicos) sea el de melodías muy pasadas de moda, o directamente pueriles. Pero los jugadores veteranos estaremos de acuerdo en que son una parte inseparable de la cultura digital.

No he querido entrar en el tema de las tarjetas de audio (Sound Blaster, Covox Speech Thing, etc) o de sistemas de propósito general dedicados al audio (MT-32) ya que no serían chips de audio propiamente dichos, pero sí que merecen un artículo largo y tendido. Tendrá que ser en otra ocasión.

He tratado de reunir y describir los mejores ejemplos (y los que más me gustan) de chips que dieron forma al sonido de los videojuegos en su mejor época, aunque reconozco que es raro hacerlo de una forma tan técnica. Quizá un día me anime y escriba algo sobre esta jerigonza de siglas y tecnologías incomprensibles. Oh, por supuesto aquí faltan muchísimos chips de todas las formas, colores y sabores, pero eso lo dejo de deberes.

14 opiniones en “Los chips de sonido que dieron forma a los videojuegos”

    1. Same thing con el MSX… El PSG AY-8910 era muy parte de su ADN.

      (Luego Konami le sumaría 5 voces digitales más con el SCC en algunos cartuchos)

      1. Sí, yo también he echado en falta el SCC de MSX. La primera vez que lo escuché fue en 1987, y flipé en colores incluso habiendo escuchado el Amiga.

        Genial el artículo.

  1. Muy buen reportaje y muy muy interesante!!!

    Echo de menos una mención al Atari Ste, que tan buenos ratos me hizo pasar!!! Tenía el chip de audio YM2149F de Yamaha, que aunque un poco limitado se consiguieron hacer virguerías con el (sobre todo a traves de los trakers).

    El pique entre Atari y Amiga era brutal en aquellos años, y cuando me decían que el Amiga sonaba mejor yo decia… Pero el mío tiene MIDI!!!

    Y Atari St, en edición musical vía MIDI mano a mano con el Cubase, era el que mandaba en su terreno.

    Un saludo!!

  2. Muy chulo el artículo, la verdad. Es cierto que se te habrán quedado cosas en el tintero, pero es comprensible; será que no hay chips de sonido para investigar. XD
    Si no recuerdo mal, el de la Neo Geo tenía 15 canales; toda una brutalidad para ser hardware de 1990. Otro que me mola es el de la placa arcade CPS-1 de Capcom, el YM2151, si no me equivoco.
    Y mención especial a aquellos compositores que cogieron chips con fama de sonar a lata, pero que sacaron bandas sonoras brutales, como Yuzo Koshiro, famoso por sus trabajos en Game Gear, Master System y Mega Drive.

    Un saludo, y enhorabuena por el currazo del artículo 😉

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