Evoluzione della sintesi e basi ritmiche campionate: FM e PCM/ADPCM

Le console, dunque, costringevano gli sviluppatori a fare i conti con le limitazioni del loro hardware, mentre i giochi arcade, in cui tipicamente l'evoluzione della componentistica era più rapida, potevano espandere le possibilità audio con maggiore flessibilità, velocità ed efficienza.

Già verso la metà degli anni ’80, molti giochi arcade utilizzavano diversi chip PSG, al fine di arricchire le musiche e gli effetti sonori, beneficiando così di una maggiore polifonia.
In quel periodo, inoltre, fu introdotta nel mercato dei videogames una "rivoluzionaria" tecnica audio: il chip audio FM (Frequency Modulator sound chip). Questa sorgente sonora aveva gli stessi principi di funzionamento dei sintetizzatori elettronici del tempo e avvicinava, così, il suono dei videogiochi agli standard della sintesi di qualità.

La sintesi FM, infatti, è stata alla base di alcune delle più vecchie generazioni dei sintetizzatori Yamaha, come il popolarissimo DX 7, delle prime schede audio per PC, AdLib e Sound Blaster, dotate del chip Yamaha YM3812, conosciuto anche come OPL2 (FM operator type-L 2) e di molti dei chip audio dei cellulari che, per le suonerie polifoniche, utilizzavano (e utilizzano), anche lo standard MIDI Yamaha SMAF (Small Mobile Audio File), ancora una volta FM integrata con campioni ADPCM.

Il vantaggio della sintesi FM stava, ancora una volta, nella maggiore flessibilità del suono.
Il PSG, infatti, consentiva un controllo assai limitato sull’onda audio che doveva essere necessariamente costituita basandosi su una singola wave modello. Tramite l’FM, invece, era possibile creare lo sviluppo di un suono a partire da un segnale portante, modificato nella sua frequenza da uno o più segnali modulanti. Tali segnali, denominati modulatori, aggiungono a quello portante dei modelli di diversa frequenza che possono essere combinati, dando luogo ad una più che discreta varietà di toni.
Le suddette combinazioni di frequenze modulate potevano essere memorizzate nella ROM come strumenti (con questo sistema saranno successivamente implementate le wavetable MIDI delle prime schede audio).



Questa tecnologia ebbe una diffusione molto ampia negli anni 1986-1990, quando la maggior parte delle schede arcade era dotata di un chip audio con 8 canali FM. L’FM era sì, come già detto, capace di generare un’ampia varietà di suoni sintetizzati, ma non aveva sufficiente versatilità, in quanto completamente sintetico e inadatto alla riproduzione acustica dei suoni naturali. Questi ultimi, infatti, sono caratterizzati da sviluppi complessi che cambiano continuamente e in modo irregolare e non possono, dunque, essere efficacemente emulati dalla sintesi FM che, in ogni caso, si basa su modelli più semplici e dotati di una matematica quanto innaturale regolarità.

Nel periodo in esame, e, in particolare tra il 1985 e il 1990, l’unico sistema alternativo alle tracce audio di un CD per ottenere un suono realistico digitale era l’ADPCM (Adaptive Pulse Code Modulation), comunemente assimilato al campionamento audio. Ad esempio un processore sonoro standard in dotazione ad un coin-op della seconda metà degli anni ’80 gestiva campioni fino a 8 bit e 22050 Hz.
Il suono PCM si basava su sequenze di campioni a 8 bit, la cui frequenza doveva essere variata, tenendo conto del volume disponibile per la loro memorizzazione. Il problema dei campionamenti, è, appunto, la loro memorizzazione, decisamente più onerosa rispetto a quella del suono FM, limitato a semplici sequenze numeriche.
Le console che utilizzavano le cartucce e misuravano la “taglia” delle stesse utilizzando i Megabit (1 Megabit corrisponde a 128 Kbyte), dovevano necessariamente imporre agli sviluppatori una drastica limitazione dello spazio a disposizione per i samples, che non potevano andare oltre brevi effetti sonori (come campionamenti vocali o FX più complessi) e altrettanto brevi digitalizzazioni di alcuni suoni di batteria (tipicamente singoli kick o crash) o altre percussioni da utilizzare per la base ritmica.

Le console dotate di sintetizzatori FM sono: Sega Mark III (formato audio emulato VGM), NEC PC Engine – Turbo Grafx 16 e SuperGrafx (formato HES), Sega Mega Drive – Genesis (formato VGM) e SNK Neo Geo.

Il Sega Mark III (1986) si avvale sì del PSG Texas Instrument SN74689 (3 canali squarewave e 1 noise/bass), il chip audio principale e l’unico utilizzato nella stragrande maggioranza dei titoli, ma utilizza anche il chip Yamaha YM2413 che aggiunge 9 canali FM mono ai 4 del PSG.
Nella console a 8 bit Sega la valorizzazione della sintesi FM è stata, in realtà, minima, limitandosi a pochi titoli; solo in un caso, poi, gli sviluppatori hanno utilizzato PSG e FM contemporaneamente: nella colonna sonora della conversione del classico arcade Sega Space Harrier.

Le consoles NEC (1987-1989) utilizzano 6 canali PSG stereo di cui 2 capaci anche di effettuare tra loro modulazioni FM (in sostanza un canale è utilizzato per modulare l’altro e ottenere così una qualità audio FM), 2 utilizzabili come generatori di rumore e 2 combinabili per riprodurre campioni audio a 8, 9 e 10 bit.
La PC Engine, inoltre, è stata la prima ad utilizzare il lettore CD-ROM, il popolare PC Engine CD-ROM2 che, già nel 1987, ha introdotto il Red Book audio CD nelle colonne sonore dei videogiochi e ha altresì incrementato le possibilità d’utilizzo dei campioni nei suddetti, grazie alla capacità del supporto ottico e ai 2 ulteriori canali ADPCM in dotazione.

La console a 16 bit Sega, il Mega Drive – Genesis (1988-1989), è dotata di due chip sonori, Yamaha YM2612 e Texas Instrument SN74689.
Il chip principale, l’YM2612, ha 6 canali FM stereo di cui 1 utilizzabile per campioni ADPCM a 8 bit e 4 kHz; il processore secondario, l’SN74689 è lo stesso PSG a 4 canali utilizzato sul Master System e ha anche la funzione di garantire la compatibilità audio con quest’ultima console, che poteva essere emulata dal Mega Drive.
La Sega, analogamente alla NEC, dotò il Mega Drive di un lettore CD-Rom, il Mega CD – Sega CD (1991), avente caratteristiche grafiche e audio più avanzate e potenzialmente capaci di migliorare la qualità tecnica dei giochi. Purtroppo errate scelte di marketing e alcuni punti deboli dell’hardware impedirono al Mega CD di riscuotere quel successo che pur doveva derivargli dalle specifiche tecniche all'avanguardia.
Tra queste ultime era inclusa l’aggiunta di ben 8 canali PCM stereo per l’audio campionato, utilizzati principalmente nei titoli basati sui filmati Full Motion Video e in pochi altri giochi di alto livello tecnico tra cui spiccano Sonic The Hedgehog CD e Silpheed.

Il Neo Geo (1990) ha a disposizione un totale di 15 canali di cui 4 PSG (i soliti 3 square + 1 noise), 4 FM e 7 ADPCM a 4 bit. Il processore montato sulla console SNK è uno Yamaha YM2610 a 8 Mhz, stereo con limite di sampling a 52 kHz, considerato al tempo il top di gamma della serie.

Il synth FM è infine alla base dell’hardware audio dell’home computer Sharp X68000 (formato audio emulato: MDX), 16 bit più comunemente conosciuto nel solo mercato giapponese come X68K (1987) e, in sostanza, l’"equivalente orientale potenziato" del Commodore Amiga.
L’X68k ha caratteristiche grafiche compatibili con i coin-op del periodo grazie ad una architettura molto simile a quella delle schede arcade. Le sue notevoli specifiche tecniche e il fatto che i titoli di grande richiamo vi fossero convertiti direttamente dalle case madri o da relativi team interni, ha garantito all’X68K quelle conversioni arcade-perfect (o quasi) che mancavano su Amiga, a causa soprattutto della non sufficiente perizia degli sviluppatori.
L’X68k utilizza gli 8 canali FM stereo del chip audio Yamaha YM2151 e il processore OKI MSN6258V per l’audio campionato ADPCM; è inoltre previsto, tramite scheda aggiuntiva System SACOM SX-68M, il supporto MIDI Roland SC-55 e MT-32, utilizzato, ad esempio, per la versione X68000 di Castlevania, Akumajo Dracula.

Come si nota dalle suddette specifiche tecniche, l’evoluzione dell’audio digitale porta ad un consistente aumento delle capacità dei chip sonori di gestire i campioni digitalizzati, tramite un sempre più alto numero di canali PCM/ADPCM: dal singolo canale PCM del Mega Drive (cui si aggiungeranno in seguito i 6 PCM stereo dello sfortunato Mega CD) e dai 2 ADPCM del PC Engine CD-ROM2, si è passati ai 7 canali ADPCM del Neo Geo.

La strada verso il completamento della rivoluzione digitale nell’audio dei videogiochi era dunque tracciata.

La sintesi FM, supportata dai campioni ADPCM, pur essendo riuscita, grazie alla perizia di alcuni musicisti e sound designer (da ricordare tra gli altri Yuzo Koshiro, Chris Huelsbeck, i musicisti della Technosoft, il Team Zuntata della Taito, gli autori Konami responsabili delle S.T. dei vari Castlevania, i sound designer della Hudson Soft e il Sega Sound Team), a esprimere ottime colonne sonore, era destinata ad essere progressivamente sostituita dall’utilizzo esclusivo dei samples e già trovava l’hardware che cominciava a consentire questo fondamentale passaggio evolutivo: il Commodore Amiga.

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Cenni di Storia della Chip Music - Capitolo 3
La chip music basata sui campioni sonori: musica da tracker e dintorni