Música de 8-bits. ¿Puede superar a la de PC?

Una serie de elementos de hardware pueden probar que la música generada por computadoras de los buenos viejos tiempos tendría una mejor calidad que la de las máquinas modernas. Así lo sostiene nuestro amigo Kamil "Gorgh" Trzaska, autor del blog Upcoming & New 8 bit Games.

Últimamente, he estado leyendo mucho sobre teoría musical, la conversión de audio digital a analógico y también sobre cuestiones de clocking en las PC de nuestro tiempo y otras máquinas modernas; y puedo decir que esos son temas muy interesantes, e incluso desconocidos.

Este artículo se divide en dos capítulos: en el primero, me gustaría describir la teoría detrás del procesamiento de sonido digital y las diferencias entre lo analógico y lo digital; y en el segundo, voy a introducir la teoría básica de overclocking, además de mostrarles cómo el sonido es producido por las computadoras modernas en contraste con las antiguas.

¿Qué es lo digital?

Por digital entendemos que todo -entrada y salida- se empaqueta en bits. Sabemos que un bit es como un "interruptor" que puede tener dos estados -cero y uno. En las máquinas digitales, dichos estados se presentan por el voltaje -los bits son enviados dentro de la máquina en forma de señales cortas de corriente que tienen longitud similar, pero uno de los dos estados. Cuando se examina con un osciloscopio, la señal digital se parece a la de la primera imagen.

Onda de sonido analógico

Por su parte, las máquinas analógicas también utilizan corriente, pero la amplitud de la misma es similar a la onda sinusoidal o más a menudo diferentes ondas sinusoidales empaquetadas en una sola señal. Un tornamesa es uno de los ejemplos de máquina analógica. La entrada y la salida analógicas no se consisten de bits, sino de diferentes voltajes.

Onda de sonido digital

Con el fin de convertir la señal analógica a formato digital tenemos que usar un software ADC (convertidor analógico a digital). Su mecanismo puede ser descrito de una manera que divide la señal en pequeñas porciones (por muestreo) y controla el nivel de tensión. La salida de este mecanismo se almacena en bytes. Dependiendo de la frecuencia de muestreo, la salida será más o menos similar a la suave onda de entrada, pero conformada por elementos que distinguen una de la otra. En otras palabras, la onda sinusoidal se vería como una especie de escalera que sube y baja. Actualmente, el estándar para el muestreo de sonido es de 24 bit / 192 khz (nivel de estudios de grabación profesionales).

Reloj del cuarzo. El corazón de la máquina digital.

Con el fin de trabajar en forma periódica, las computadoras se sincronizan mediante osciladores -fabricados por lo general a base de cuarzo sintético- que proporcionan una señal estable en un amplio rango de frecuencias. Los ordenadores modernos utilizan cuarzo con una frecuencia de 14 MHz, tal como algunas de las máquinas de los años 70. Las frecuencias de cuarzo pueden variar desde cientos de kilohertz a cientos de megahertz. La forma física del cuarzo sintético tiene un gran impacto en la frecuencia con la que va a enviar la señal. En las máquinas antiguas (me refiero a los ordenadores de los años 70 y 80) la señal del reloj de base estaba dividida: en otras palabras, el mecanismo sólo tomaba uno del par de pulsos y lo enviaba a la máquina como un ciclo de reloj. Hoy en día, las computadoras utilizan el denominado bucle PLL, que aumenta la frecuencia de base cientos de veces. Esos componentes de las máquinas modernas son bastante complicados, lo que trajo consigo un nuevo inconveniente: el jitter. Este se traduce como "en electrónica, la desviación de la verdadera periodicidad de una señal que se asume periódica" (Wikipedia). Dicha fluctuación puede ser causada por el comportamiento inestable del reloj, un campo electromagnético, etc. En caso de máquinas más simples, la vibración se origina principalmente por los cables; pero en las nuevas computadoras ésta tiene muchas fuentes. Probablemente el bucle PLL tiene un impacto en la fluctuación. He aquí un charla muy interesante de Ted Smith relacionada con el jitter y calidad de sonido.

Sonido de 8 bits vs. 64 bits

Las PC modernas utilizan algo que se llama Spread Spectrum Signal Generation (Generación de Señal de Espectro Ensanchado) que se usa para ampliar el campo electromagnético. Este simplemente cambia la velocidad de los ciclos de la computadora en un determinado período de tiempo, más o menos al azar; la mayoría de las computadoras modernas utilizan esta técnica.

En cristiano, significa que los ciclos tienen una longitud ligeramente diferente y, por supuesto, tiene mayor o menor impacto en el sonido generado. De igual modo, el jitter, en el caso de muestras de alto nivel (pero también aplica a las frecuencias más bajas) puede cambiar la calidad del sonido debido a que en la más básica teoría de sonido las notas diferentes tienen frecuencias diferentes (por ejemplo C nota tiene 263 hz de frecuencia) y generar tales notas debe ser muy preciso. En el caso de las máquinas antiguas, el sonido generado por los chips SID / AY / POKEY (que a veces, como SID, también tienen partes analógicas) es menos afectado por las distorsiones de la computadora, y pueden proporcionar vibraciones más limpias.

Resumen

En mi opinión netamente personal, el sonido generado por las computadoras de antaño tiene una gran calidad y está formado por vibraciones puras que nunca he podido escuchar en emulador alguno. Creo que la debilidad de los emuladores no significa que emulen -valga la redundancia- mal a los chips de sonido. En cambio, podría indicar simplemente que el sonido de las computadoras originales no puede ser emulado correctamente en maquinas con diferentes características de sonido, reloj y distorsión.

Agradecemos a "Gorgh" Trzaska por permitirnos traducir su artículo original.