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AY-3-8912. Las tripas del sonido Spectrum

Manu Sevilla - martes, 7 de abril de 2015

Cualquier aficionado al Spectrum conoce el chip AY-3-8912. Sin embargo profundizar en sus tripas resulta muy complejo si no somos especialistas en electrónica, música y, afinando el tiro, en música electrónica. Es necesario un pequeño esfuerzo para comprender algunas de sus complejidades así que, si os pica la curiosidad, os invito a un pequeño viaje a este peculiar órgano de "la bestia".

El diseño del hardware Spectrum, obra del ingeniero Richard Francis Altwasser (un personaje que merece por sí mismo un artículo) fue relativamente generoso en el aspecto gráfico, muy relativamente, pero en lo que se refiere al sonido el ahorro llegó al extremo. Los juegos primitivos, en una máquina que no fue concebida para ese fin, se limitaban a chasquidos con diferentes tonos o sencillas melodías que acaparaban la escasa potencia del procesador Z80.

Sonidos del que podría ser el primer juego para ZX Spectrum (es el primero no programado en Basic): Spectral Invaders (1982).


Hizo falta el ingenio de cierto maniaco personaje para poder oír verdadera música simultanea con el desarrollo del juego. Aquí Manic Miner (1983).


Y todo ello empleando el pequeño altavoz incorporado en la placa del speccy. Inicialmente, se podían producir sonidos en un rango de 10 octavas, con un canal. Los trucos de software llegaron a simular más canales. Aquí la ficha del Star Tip2, una rutina para ¡3 canales simulados!, cortesía de otro joven talento de la época: Tim Follin.

http://www.worldofspectrum.org/infoseekid.cgi?id=0024221

Para mi es sorprendente pero aquí os dejo un ejemplo de música para modelos de 48K, con 3 canales simulados que, en todo caso, es una proeza técnica (de la ficha del Star Tip2).

http://www.worldofspectrum.org/pub/sinclair/music/mp3/StarTip2.mp3.zip

Tras el descalabro de la compañía, adquirida por Alan Sugar en 1986 -nunca se dio mejor uso a 5 millones de libras-, el ZX Spectrum se entregó de lleno al mundo de la diversión. Lejos ya de la filosofía mezcla de idealismo y feroz corporativismo de Sinclair, Alan Sugar ofreció ordenadores personales actualizados y ajustados a lo que el mercado pedía. Pero para entender cómo se lavó la cara al diseño original, es necesario aclarar algunos detalles sobre las directrices que seguían las empresas de informática personal. Son pioneros que trazaron las ideas que aun hoy imperan, aunque por suerte para todos nosotros, aun no habían afinado esa detestable premisa que se llama "obsolescencia programada".

Los primitivos ordenadores personales empleaban tecnología concebida años antes; no diría obsoleta, ni pasada de moda, sino más bien comercialmente amortizada y de eficacia probada. Siempre más barata que los últimos modelos. Un ejemplo es el procesador Z80, desarrollo del 8080, de la compañía californiana Zilog, que se producía desde julio del 76. Llegó a emplearse años después en la SNK-NeoGeo como chip de sonido y coprocesador.

Anuncio del procesador Z80.

Alan Sugar y sus ingenieros pronto fueron conscientes de que el sonido Sinclair era menos atractivo que el de sus competidores. El mismo Richard F. Altwasser, que dejó Sinclair en mayo del 82 -poco después del lanzamiento del "gomas"- para embarcarse en la fallida aventura del Jupiter, estuvo involucrado en el proceso como jefe de ingenieros de Amstrad en 1986. Tuvieron que decidir entre sustituir el mítico procesador Z80A a 3,5 Mhz por alguno más potente, o asistirle de algún modo para las tareas de sonido. La solución más barata y que menos problemas técnicos les planteó la ofreció un ingenio bien conocido por los compositores de la época: el chip de sonido AY-3-8912, producido por General Instruments. La familia AY-3-891X se producía desde finales de los setenta.


General Instruments es una empresa con una historia algo peculiar. Fijaos:

Fue fabricante de productos electrónicos, con sede en Horsham, Pennsylvania. Se dedicó a producir chips y equipos de televisión por cable. La empresa estuvo activa hasta 1997, cuando se escindió en General Semiconductor, CommScope y Sistemas NextLevel (la división de cable y TV por satélite, que más tarde volvió a tomar el nombre de General Instrument). Moisés Shapiro, padre del ex director de Monsanto Robert B. Shapiro (una de las empresas más agresivas del mundo en el campo de la biolotecnología), fue presidente de 1969 a 1975. Frank G. Hickey fue director ejecutivo de 1975 a 1990 -también en la era Spectrum/Alan Sugar-, y cierto personaje muy conocido en la política americana, llamado Donald Rumsfeld dirigió la compañía de 1990 a 1993.

Este señor, de cuyo nombre no quiero acordarme, fue secretario de defensa con Gerald Ford del 75 al 77, y del 2001-2006 con George W. Bush (ha sido el más joven y el más viejo ministro de defensa de EEUU). Ostentaba cargos políticos desde 1957, incluyendo un periodo como congresista al servicio de Nixon, pero entre 1977 y 2001 tuvo una fructífera carrera en el campo de los negocios.

Rumsfeld en 1973 con su hijo y Nixon en el despacho oval.

Sobre su carrera en el campo de los negocios, quisiera ofreceros una pequeña pincelada. De 1997 a 2001 dirigió Gilead Sciences, que desarrolló el Tamiflu (Oseltamivir) ¿os acordáis de la gripe aviar que "asoló" el mundo al final de su periodo como ministro de defensa en EEUU?. En fin, que se hizo más rico.

Es un dato curioso que no me hace especialmente feliz, pero al menos por mi parte de forma totalmente involuntaria, los spectrumeros hemos contribuido a la fortuna de este señor vía AY-3-8912, ya que la producción del ZX Spectrum llegó a 1992. La conexión de la empresa con Monsanto es algo endeble, aunque tampoco me gusta, qué queréis que os diga...

Pero no nos dispersemos más de lo necesario. Este chip llegó a nuestros Spectrums de la mano de aquel primer modelo de 128k (con teclado numérico incluido) creado conjuntamente con Investrónica en nuestro país e incluido posteriormente, como era de esperar, en los modelos de Amstrad (ZX Spectrum +2, +2A, +2B, +3A y +3B). Destacar pues que en 1986 era un producto ampliamente distribuido y aun lo sería más en los años siguientes. A continuación, los ordenadores y consolas en los que estaba presente: Intellivision, Vectrex, Amstrad CPC, Oric1, Colour Genie, Elector TV Games Computer, la Mockingboard (tarjeta de sonido para los Apple2); la variante de este chip producida por Yamaha YM2149F iba montada en el Atari ST.

El AY-3-8912 es una máquina de estado, con el estado establecido en una serie de dieciséis registros de 8 bits. ¿Qué demonios significa esto?...

Una máquina de estado es un modelo de computación para implementar programas o secuencias lógicas. Se trata de un mecanismo electrónico que, recibiendo una o varias instrucciones, devuelve un estado.
Si queréis profundizar en las funciones de cada componente del chip, os invito a revisar la siguiente página:

http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/166798/ETC1/AY-3-8912.html

Primera página del datasheet.

http://www.ym2149.com/ay8910.pdf

Aquí el manual original completo.

http://www.vgmpf.com/Docs/AY-3-891x%20-%20Programmer's%20Manual.pdf

El chip tiene tres salidas analógicas para un total de 4096 tonos. También se puede regular el volumen de cada salida analógica. Además existe un generador de ruido, que puede manipularse para hacer ritmos. No está diseñado para manejar datos de música digitalizada (sampleada); sin embargo, manipulando la mezcla de ruido con tonos, a costa de recursos de procesador, el efecto se podía simular. El resultado eran esos sonidos rarillos, como mezclados con tierra removida en una lata, que nos sonaban estupendos. "El spectrum habla", y nosotros nos lo creíamos. Ciertos sistemas con más potencia conseguían que el efecto fuese más refinado, y reproducían con más éxito sonidos sampleados. Seguro que un especialista destila más información del datasheet, pero personalmente estos son los datos técnicos que más me interesan.

http://www.vgmpf.com/Wiki/index.php?title=AY-3-8910

Aquí el Yucan, con algunos efectos sonoros (ver 0 min. 30Seg, donde el spectrum dice "suerte"; hay otros, pero yo no me entero bien... https://www.youtube.com/watch?v=ZSkYOp_jp0s )

Tim Follin trabajó para generar rutinas que simulasen la multiplicación de estos tres canales, ya de por sí bastante versátiles. Fijaos en este texto, tomado de las instrucciones del Star Tip2:

"Tim is currently working on a brilliant
new routine for 6-channel sound with
chorus bass, 128K snare drum, echo on /
off / delay time, portamento, and full
ADSR! This fabby routine is to appear on
a brand new game called Red 5, by Peter
Gough, so keep a look out for it in the
near future.".


Por desgracia, este título no llegó al Spectrum, ni hasta lo que he podido averiguar, a ningún otro sistema.
No ser experto en algo tiene sus ventajas. Una de ellas es la candidez con la que valoras lo que tienes delante; en este caso yo he oído, equipado con mis pobres aptitudes musicales, varias de las obras de Tim Follin posteriores a Star Tip2.
Aquí la búsqueda en WOS para que echéis un ratillo si os apetece:

http://www.worldofspectrum.org/infoseekpub.cgi?regexp=^Tim+Follin$&loadpics=1

Entiendo que ya había perfeccionado esa rutina que simulaba los 6 canales de sonido. Os pongo un ejemplo en una de las melodías que más me gustan de aquellos locos años. Puedo juraros que a mi me parece, en algún momento, que se oyen por lo menos 4 líneas melódicas simultáneas:

http://www.worldofspectrum.org/pub/sinclair/music/mp3/GhoulsNGhosts.mp3.zip

Aquí alguno más (en estas melodías, me jugaría diez pavos que a veces suenan más de tres canales)...

http://www.worldofspectrum.org/pub/sinclair/music/mp3/BionicCommando.mp3.zip
http://www.worldofspectrum.org/pub/sinclair/music/mp3/LEDStorm.mp3.zip
http://www.worldofspectrum.org/pub/sinclair/music/mp3/PsychoPigsU.X.B..mp3.zip

Hoy aun se comercializa el chip. ¿Cuánto vale?: echad un vistazo vosotros mismos...

https://www.westfloridacomponents.com/IC443PD12/AY-3-8912+AY38912+Programmable+Sound+Generator+IC+General+Instruments.html

Pero se puede encontrar desde unos 3 dólares/unidad si se hacen pedidos grandes.

Si queréis saberlo todo sobre la actualidad del AY-3-8912, os dejo una página monográfica:

http://bulba.untergrund.net/main_e.htm

También os dejo enlaces con algunos compositores actuales e interesantes proyectos.

Aquí el AY-project, una banda dedicada por completo al spectrum:

http://ay-riders.speccy.cz/

Y, por supuesto, Neil Parsons (Ignacio Prini) con su 8bits Bach...

http://neilparsons1.bandcamp.com/album/8-bit-bach-reloaded

El AY-3-8912 va camino de los cuarenta. Se ha exprimido hasta la saciedad, y su sonido ha quedado en nuestros recuerdos hasta hacerlo sinónimo de una época. Resulta imposible ya mencionar todos los autores, melodías y trucos que forman su universo; así que seguramente muchos echen de menos en este artículo una u otra referencia, y con toda probabilidad lo considerarán imperdonable. Mea culpa. Para colmo siempre que escribo algo intento hacerlo señalando datos curiosos, quizás poco conocidos, sobre el tema que investigo. En este caso tampoco a mi me hizo feliz saber que contribuí a que Donald Rumsfeld fuese más rico aún, o que pagué al padre del presidente de Monsanto con mis ilusiones de pequeño. Por suerte, ni yo pretendo escribir la obra definitiva sobre nada en absoluto, ni creo que vosotros esperéis de este artículo más que aprender alguna cosilla curiosa sobre nuestro querido speccy. Más bien me encantaría que, como ha ocurrido en otras ocasiones, alguien añada en el hilo de comentarios de EMS más y más datos que completen al artículo.

Acabo ya con una melodía que sé que a muchos os embrujó de niños...

Saludos Spectrumeros de Manu Sevilla.

16 comentarios


Hay actualmente 16 comentarios


radastan 07/04/2015 a las 21:06:13

Con todos mis respetos, pero no fué Amstrad el que introdujo el AY en los ZX Spectrum. El 128k+ ya lo tenía.

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zx81 07/04/2015 a las 22:17:40

Por completar la información, añadiré que además de los tres canales de tono y el generador de ruido tiene también un generador de envolventes que es capaz de producir 8 formas de onda diferentes jugando con los 16 niveles de volumen que permite para cada canal de tono. Aunque, eso sí, el generador de envolventes es único para los tres canales (lo mismo que el generador de ruido).

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Manu Sevilla 07/04/2015 a las 23:16:36

Pues gracias por la aclaración Rastadan. Sé que por aquí se hila fino y cuesta no equivocarse con tantas fuentes y datos de aquí y allá. Arreglo (parche :) ) in progress

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radastan 08/04/2015 a las 15:57:44

Es que lo gracioso, para remate, es que el 128K+ fue desarrollado en colaboración entre Sinclair e Investrónica. Es decir, a saber si la decisión del sonido no se tomó aquí.

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Manu Sevilla 08/04/2015 a las 18:18:36

Rastadan, fíjate lo que he encontrado: resulta que este chip ¡ya lo montaba Timex desde el 83!.
http://es.wikipedia.org/wiki/Timex_Sinclair_2068
Lo cierto es que hay fuentes en internet que dicen que la "idea" fue de Amstrad; también del 128+ pero por lo visto Ambos copiaron este recurso de un clon anterior (tanto como del 83)
Es lo que comentaba al final del artículo. Es muy valioso sumar conocimientos para llegar a la verdad. :) :)

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Manu Sevilla 08/04/2015 a las 18:47:42

Perdón, Radastan. Me he confundido escribiendo tu nombre y la página no me deja arreglarlo :p

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radastan 08/04/2015 a las 21:10:31

Sin problemas Numa.

xD

Ya fuera coñas, el AY se empleaba con antelación en otros 8 bits (MSX, AmstradCPC, etc). La elección no fue a la ligera, era la opción más económica con cierta calidad.

Lo de que la idea era de Amstrad sólo se refleja en los CPC, no tiene nada que ver con los ZX Spectrum. Por mucho que Amstrad comprara Sinclair no tuvo nada que ver con el desarrollo del 128K+. Sólo Investrónica tuvo ese mérito, aparte de la propia Sinclair.

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Manu Sevilla 08/04/2015 a las 22:01:51

Esta dislexia me tiene frito XD.
Es chulo esto de ir reconstruyendo la historia. Además van surgiendo detalles de donde uno no espera. Fíjate que a mi lo que más me impactó fue el asunto de Donald Rumsfeld y ahora gracias a este intercambio de ideas tengo un par de temas en la recámara... ;)

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Rockafu 10/04/2015 a las 11:14:40

Fantástico artículo.
Hace un año hice una recopilación de lo que a mi entender son algunos de los mejores temas musicales que se crearon para el Spectrum. Tim Follin tiene un lugar destacado en la lista y gracias a vuestro artículo he descubierto la banda sonora del Bionic Commando que es otra joya de este prolífico autor que desconocía.
http://8tracks.com/rockafu/load-los-sonidos-del-spectrum

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Manu Sevilla 10/04/2015 a las 21:54:41

Rockafu, muchas gracias por la recopilación. Una pasada que pusieses cada melodía con su autor, me parece un trabajo alucinante, de verdad. Os recomiendo el enlace a todos.

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alejandro 10/04/2015 a las 22:25:09

Rockafu, excelente trabajo. Me servirá de inspiración para los temas musicales de los próximos podcast ;) muy buenas selección!

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Kidsaguf 11/04/2015 a las 21:28:55

Me ha gustado mucho el artículo. Gran trabajo! Ahh y gran aportación la de rockafu.

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Psy 04/09/2015 a las 05:41:41

Excelente como siempre.

@Manu Sevilla la Timex no sólo tenía el chip, sinó también títulos que hacían uso de él (un asco el video pero se escucha el sonido https://www.youtube.com/watch?v=Chr8b-llRNU). No eran muchos, yo creo que llegué a tener 4 o 5 solamente donde se podría apreciar una diferencia sonora. Tenía también el basic modificado para incorporar los comandos para poder programar el chip.

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Manu Sevilla 09/10/2015 a las 19:56:18

Gracias, PSI por el aporte. Timex es poco conocidaa este lado del Atlántico. Ser you ;)

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Manu Sevilla 09/10/2015 a las 19:57:19

(Perdón, maldito corrector, jeje. Quería decir see you! :p )

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Psy 03/12/2015 a las 13:43:35

@Manu Sevilla :)
Yo machaco siempre con el tema de la Timex porque es mi máquina favorita de todos los tiempos, pero también porque estaba adelantada a la plus y 128k como "Spectrum potenciada", tanto en fechas como en hardware (salvo los 128k), presentación y marketing.

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