El SID ( dispositivo de interfaz de sonido ) MOS Technology 6581/8580 es el chip generador de sonido programable incorporado de las computadoras domésticas Commodore CBM-II , Commodore 64 , [1] Commodore 128 y MAX Machine .
Junto con el chip gráfico VIC-II , el SID jugó un papel decisivo en hacer del C64 el ordenador doméstico más vendido de la historia, [2] y se le atribuye en parte el mérito de iniciar la escena de demostración .
El SID fue ideado por el ingeniero Bob Yannes , quien más tarde cofundó la empresa de sintetizadores y samplers digitales Ensoniq . Yannes encabezó un equipo que lo incluía a él mismo, dos técnicos y un operador de CAD , que diseñó y completó el chip en cinco meses en la segunda mitad de 1981. Yannes se inspiró en trabajos anteriores en la industria de los sintetizadores y no quedó impresionado por el estado actual de chips de sonido de computadora. En cambio, quería un chip de instrumento de alta calidad, razón por la cual el SID tiene características como el generador de envolvente , que antes no se encontraban en los chips de sonido de las computadoras domésticas. [3] [4] : 235
Pensé que los chips de sonido del mercado, incluidos los de las computadoras Atari , eran primitivos y obviamente habían sido diseñados por personas que no sabían nada de música. [4] : 235
— Robert Yannes, Al límite: el espectacular ascenso y caída de Commodore
Durante el diseño del chip se hizo hincapié en el control de frecuencia de alta precisión, y el SID se diseñó originalmente para tener 32 voces independientes, compartiendo un esquema de búsqueda de tabla de ondas común que sería multiplexado en el tiempo. [4] : 235 Sin embargo, estas características no se pudieron terminar a tiempo, por lo que el trabajo de máscara para un determinado oscilador en funcionamiento simplemente se replicó tres veces en la superficie del chip, creando tres voces, cada una con su propio oscilador. Otra característica que no se incorporó en el diseño final fue una tabla de búsqueda de frecuencias para las notas musicales más comunes, una característica que se eliminó debido a limitaciones de espacio. [4] : 236 El soporte para un pin de entrada de audio fue una característica que Yannes agregó sin preguntar, lo que en teoría habría permitido que el chip se usara como un procesador de efectos simple . Las máscaras se produjeron con tecnología de 7 micrómetros para obtener un alto rendimiento; el estado del arte en ese momento eran las tecnologías de 6 micrómetros. [4] : 236
El chip, al igual que el primer producto que lo utilizó (el Commodore 64), se terminó a tiempo para el Consumer Electronics Show el primer fin de semana de enero de 1982. Aunque Yannes estaba en parte disgustado con el resultado, su colega Charles Winterble dijo: "Este "Esto ya es 10 veces mejor que cualquier cosa que exista y 20 veces mejor de lo que necesita ser". [4] : 237
Las especificaciones del chip no se utilizaron como modelo. Más bien, se escribieron a medida que avanzaba el trabajo de desarrollo y no todas las funciones planificadas llegaron al producto final. Yannes afirma que tenía una lista de características de las cuales tres cuartas partes llegaron al diseño final. La revisión posterior (8580) fue revisada para que coincida más con las especificaciones. Por ejemplo, el 8580 mejoró ligeramente la capacidad de realizar un AND binario entre dos formas de onda, lo que el SID sólo puede hacer de una manera extraña e ilógica que resulta en formas de onda confusas y, en algunos casos, casi silenciosas. Las combinaciones de ondas en el 8580 dan como resultado formas de onda más limpias que en el 6581, aunque todavía hay irregularidades. Otra característica que diferencia entre las dos revisiones es el filtro, ya que la versión 6581 está muy lejos de la especificación. [ cita necesaria ]
El SID es un circuito integrado de señal mixta , que presenta circuitos digitales y analógicos. Todos los puertos de control son digitales, mientras que los puertos de salida son analógicos. El SID presenta tres voces, con cuatro tipos de formas de onda que se pueden seleccionar por voz: onda de pulso (con ciclo de trabajo variable ), onda triangular, onda de diente de sierra y ruido pseudoaleatorio (llamado ruido blanco en la documentación). Se pueden seleccionar múltiples tipos de formas de onda simultáneamente, lo que produce ciertas formas de onda complejas/combinadas. Los osciladores de cada voz están construidos sobre un acumulador de fases de 24 bits . Una voz que reproduce una forma de onda triangular puede ser modulada en anillo con una de las otras voces, donde los bits de la forma de onda triangular se invierten cuando se establece el MSB del acumulador de la voz moduladora, produciendo una discontinuidad y una inversión de dirección con la rampa del triángulo. Las voces también pueden sincronizarse entre sí, donde el oscilador de la voz sincronizada se reinicia cada vez que aumenta el MSB del acumulador de la voz sincronizada. Si tanto la modulación en anillo como la sincronización completa están configurados para afectar la misma voz, los dos efectos se combinan. La voz que suena modula y/o sincroniza una determinada voz afectada está determinada por el siguiente patrón: la voz 1 afecta a la voz 2, la voz 2 afecta a la voz 3 y la voz 3 afecta a la voz 1.
Cada voz puede enrutarse a un filtro multimodo analógico de 12 dB/octava común, controlado digitalmente , que se construye con la ayuda de condensadores externos al chip. El filtro tiene salidas de paso bajo, paso de banda y paso alto, que se pueden seleccionar individualmente para la amplificación de salida final a través del registro de volumen maestro. Los modos de filtro también se pueden combinar. Por ejemplo, el uso de un estado combinado de paso bajo y paso alto da como resultado una salida de muesca (o paso de banda invertida). [5] El programador puede variar la frecuencia de corte y la resonancia del filtro. Un puerto de entrada de audio externo permite pasar audio externo a través del filtro.
La modulación en anillo, el filtro y las técnicas de programación como el arpegio (ciclo rápido entre frecuencias para producir sonidos similares a acordes) producen en conjunto la sensación y el sonido característicos de la música SID.
Debido a las imperfectas tecnologías de fabricación de la época y a la mala separación entre las partes analógicas y digitales del chip, la salida del 6581 (antes de la etapa amplificadora) siempre estuvo ligeramente sesgada desde el nivel cero. Cada vez que se modificaba el registro de volumen, se producía un clic audible. Al ajustar rápidamente la ganancia del amplificador a través del registro de volumen principal de 4 bits, esta polarización podría modularse como PCM , lo que resultaría en un cuarto canal "virtual" que permitiría la reproducción de muestras digitales de 4 bits. El fallo fue conocido y utilizado desde el principio, primero por Electronic Speech Systems para producir muestras de voz en juegos como Impossible Mission (1984, Epyx ) y Ghostbusters (1984, Activision ). El primer ejemplo de samples utilizados en composiciones musicales reales fue el de Martin Galway en Arkanoid (1987, Imagine), aunque había copiado la idea de un paquete de sintetizador de batería anterior llamado Digidrums. La duración de la reproducción del sonido muestreado estaba limitada primero por la memoria y luego por la técnica. Kung Fu Fighting (1986), una de las primeras muestras populares, tiene una duración de reproducción medida en segundos. c64mp3 (2010) y Cubase64 (2010) demuestran duraciones de reproducción medidas en minutos. Además, consumía enormemente la CPU : había que generar las muestras muy rápido (en comparación con la velocidad de la CPU 6510 ).
La mejor tecnología de fabricación del 8580 utilizada en las revisiones posteriores del Commodore 64C y el Commodore 128 DCR hizo que el sesgo desapareciera casi por completo, lo que provocó que las muestras de sonido digitalizadas se volvieran muy silenciosas. Afortunadamente, el nivel de volumen podría restaurarse en su mayor parte con una modificación del hardware (polarizando el pin de entrada de audio) o, más comúnmente, con un truco de software que implica el uso de la forma de onda Pulse para recrear intencionalmente la polarización requerida. El truco del software generalmente inutiliza temporalmente una voz, aunque las composiciones musicales inteligentes pueden hacer que este problema sea menos notorio. Un excelente ejemplo de esta mejora de la calidad que reduce notablemente un canal muestreado se puede encontrar en la introducción al juego Skate or Die (1987) de Electronic Arts. El riff de guitarra que se toca prácticamente falta cuando se toca en el Commodore 64c o el Commodore 128.
En la fiesta de demostración X'2008, se reveló un método completamente nuevo para reproducir muestras digitalizadas. El método permite una cantidad sin precedentes de cuatro canales (mezclados por software) de muestras de 8 bits con filtrado opcional además de todas las muestras, así como dos canales de sonido SID ordinarios. [6] [7] El método funciona reiniciando el oscilador usando el bit de prueba del generador de forma de onda, aumentando rápidamente la nueva forma de onda con la forma de onda Triángulo seleccionada y luego deshabilitando todas las formas de onda, lo que hace que el DAC continúe generando el último valor. -cuál es la muestra deseada. Esto continúa durante dos líneas de escaneo, lo cual es tiempo suficiente para obtener una salida de muestra arbitraria y sin fallas. Sin embargo, consume más CPU que el truco DAC de registro de volumen de 4 bits descrito anteriormente. Debido a que el filtrado en un chip SID se aplica después de los generadores de formas de onda, las muestras producidas de esta manera se pueden filtrar normalmente.
El manual original del SID menciona que si se habilitan varias formas de onda al mismo tiempo, el resultado será un AND binario entre ellas. Lo que sucede en realidad es que la entrada a los pines del DAC de forma de onda recibe varias formas de onda a la vez. Por ejemplo, la forma de onda triangular se crea con un circuito XOR separado y un circuito de desplazamiento a la izquierda. El bit superior determina si el circuito XOR invierte el valor del acumulador visto por el DAC. Por lo tanto, habilitar el triángulo y el diente de sierra simultáneamente hace que se mezclen los bits del acumulador adyacentes en la entrada del DAC. (El circuito XOR no entra en juego porque siempre está desactivado cuando se selecciona la forma de onda de diente de sierra). La forma de onda de pulso se construye uniendo todos los bits del DAC a través de una larga tira de polisilicio, conectada a la lógica de control de pulso que compara digitalmente valor actual del acumulador al valor de ancho de pulso. Por lo tanto, seleccionar la forma de onda del pulso junto con cualquier otra forma de onda hace que cada bit del DAC se mezcle parcialmente y el volumen de la forma de onda se ve afectado por el estado del pulso.
El generador de ruido se implementa como un LFSR de Fibonacci de 23 bits de longitud (polinomio de retroalimentación: x^22+x^17+1). [8] [9] Cuando se utiliza la forma de onda de ruido simultáneamente con cualquier otra forma de onda, el menú desplegable a través del selector de forma de onda tiende a reducir rápidamente el registro de desplazamiento XOR a 0 para todos los bits que están conectados al DAC de salida. Como los ceros se desplazan en el registro cuando se sincroniza el ruido y no se producen bits 1 para reemplazarlos, puede surgir una situación en la que el registro de desplazamiento XOR se ponga completamente a cero. Afortunadamente, la situación se puede remediar usando el bit de prueba de control de forma de onda, que en esa condición inyecta un 1 bit en el registro de desplazamiento XOR. También se sabe que algunos músicos utilizan formas de onda combinadas del ruido y bits de prueba para construir sonidos inusuales.
El 6581 y el 8580 se diferencian entre sí en varios aspectos. El 6581 original se fabricó utilizando el proceso NMOS más antiguo , que utilizaba 12 V CC para funcionar. El 6581 es muy sensible a las descargas estáticas y si no se manipularan adecuadamente los filtros dejarían de funcionar, lo que explica la gran cantidad de 6581 muertos en el mercado. El 8580 se fabricó mediante el proceso HMOS-II, que requiere menos energía (9 V CC) y, por lo tanto, hace que el IC funcione a menor temperatura. Por lo tanto, el 8580 es mucho más duradero que el 6581. Además, debido a los generadores de formas de onda más estables, los efectos de mezcla de bits son menos perceptibles y, por lo tanto, las formas de onda combinadas se aproximan a la especificación SID original (que establecía que se combinarían como un AND binario). El filtro también es muy diferente entre los dos modelos. El rango de corte del 6581 se asemeja a una función sigmoidea en una escala logarítmica y varía enormemente entre chips, mientras que el rango de corte del 8580 es una línea recta en una escala lineal y es más consistente entre chips y cercano a las especificaciones reales de los diseñadores. El filtro 8580 también puede lograr resonancias más altas. Además, una mejor separación entre los circuitos analógicos y digitales hizo que la salida del 8580 fuera menos ruidosa y distorsionada. El ruido en los sistemas de la serie 6xxx se puede reducir desconectando el pin de entrada de audio.
La versión para consumidores del 8580 fue rebautizada como 6582, a pesar de que el chip del chip es idéntico al chip 8580 original, incluida la marca '8580R5'. Dr. Evil Laboratories lo usó en su cartucho de expansión SID Symphony (vendido a Creative Micro Designs en 1991), y también se usó en algunos otros lugares, incluida una tarjeta de sonido de PC.
A pesar de sus deficiencias documentadas, muchos músicos SID prefieren el chip 6581 defectuoso al chip 8580 corregido, y algunos incluso ven los defectos como "características" reales que hacían que el chip SID fuera distinto de otros chips de sonido en ese momento. La razón principal de esto es que el filtro produce una fuerte distorsión que a veces se utiliza para producir simulación de instrumentos como una guitarra eléctrica distorsionada. Además, el componente de paso alto del filtro se mezcló en 3 dB atenuado en comparación con las otras salidas, haciendo que el sonido sea más grave. Además de las no linealidades en el filtro, el circuito D/A utilizado en los generadores de formas de onda produce aún más distorsión adicional que hizo que su sonido fuera más rico en carácter.
Nunca llegó al mercado ninguna instancia que dijera "6581 R1". De hecho, Yannes ha afirmado que "[el] chip SID salió bastante bien la primera vez, emitió sonido. Todo lo que necesitábamos para el espectáculo estaba funcionando después de la segunda pasada". Las fotografías de alta resolución del prototipo C64 de Charles Winterble muestran las marcas "MOS 6581 2082", siendo el último número un código de fecha que indica que su prototipo de chip SID se produjo durante la semana 20 de 1982, que sería dentro de los 6 días posteriores al 17 de mayo. mil novecientos ochenta y dos.
Estas son las revisiones conocidas de los distintos chips SID: (los códigos de fecha están en formato WWYY w=semana y=año)
El chip SID (Sound Interface Device), notable por su fusión de tecnologías digitales y analógicas, fue una piedra angular en la arquitectura del sistema del Commodore 64, entre otros modelos. El chip contaba con tres voces distintas, cada una con opciones de forma de onda precisas y variables; también incluía un filtro multimodo de 12 dB/octava. A lo largo de los años, el diseño de este filtro difirió con cada revisión posterior del chip, otorgando a cada uno su huella sonora única.
Uno de los primeros modelos del chip SID, el 6581, llegó inicialmente a las computadoras Commodore 64 entre 1982 y alrededor de 1986. Este modelo pasó por varias revisiones notables, incluido el 6581 R1, un modelo prototipo que solo se vio en máquinas y desarrollo CES. prototipos y tenía un código de fecha de 4981 a 0882. [11]
Este modelo era famoso por su rango completo de corte de filtro de 12 bits y, aunque se desconoce el número exacto de modelos producidos, se estima que tiene entre 50 y 100 chips, empaquetados en cerámica.
Después del R1, estaban el 6581 R2, 6581 R3, 6581 R4 AR y, finalmente, el 6581 R4. La evolución de las iteraciones 6581 vio cambios menores en la protección/amortiguación de los pines de entrada, ajuste del grado de silicio y cambios en su empaque. Sin embargo, no se realizaron modificaciones sustanciales en la sección de filtro a lo largo de estas progresiones. [12]
Pasando a los últimos modelos, el chip 8580 SID actualizado marcó su introducción en las versiones más nuevas de las máquinas Commodore 64. Técnicamente compatible con el software 6581, el 8580 trajo consigo un carácter de sonido único debido a ajustes específicos en la estructura del filtro. [13]
Las diferencias sonoras observadas entre los dos modelos, 6581 y 8580, se atribuyeron en términos generales a los matices de los filtros analógicos y a las distorsiones intrínsecas del diseño. Estas características de sonido estuvieron fuertemente influenciadas por las actualizaciones en los circuitos y las diferencias de calidad en los lotes de materiales utilizados en las distintas tiradas de producción de los chips.
El chip SID abarcó un recorrido continuo de especificaciones que evolucionaron junto con el proceso de diseño del chip. No todas las características iniciales llegaron al plano final. Sin embargo, las iteraciones posteriores, como el modelo 8580, se revisaron meticulosamente para que coincidieran más con las especificaciones originales, centrándose específicamente en las combinaciones de formas de onda y la funcionalidad del filtro.
Algunos de estos chips están marcados como "CSG" (Commodore Semiconductor Group) con el logotipo de Commodore , mientras que otros están marcados como "MOS". Esto incluye chips producidos durante la misma semana (y, por lo tanto, que reciben el mismo código de fecha), lo que indica que al menos dos líneas de fábrica diferentes estuvieron en funcionamiento durante esa semana. Las marcas de los chips variaban según la fábrica, e incluso según la línea dentro de una fábrica, durante la mayor parte del proceso de fabricación del chip.
Dado que los circuitos integrados SID 6581 y 8580 ya no se producen, se han vuelto muy buscados. A finales de 2007, varios chips defectuosos empezaron a aparecer en eBay como supuestamente "nuevos". [14] [ ¿ fuente poco confiable? ] Algunos de estos SID comentados tienen un filtro defectuoso, pero algunos también tienen canales/generadores de ruido defectuosos, y algunos están completamente muertos. Se supone que los chips comentados son rechazos de fábrica de cuando el chip aún se producía, o posiblemente "extracciones de rechazo" de una de las operaciones de extracción de chips que se utilizaron para suministrar los chips utilizados en las tarjetas HardSID . [ ¿investigacion original? ]
También se han suministrado chips SID falsos a compradores involuntarios de fabricantes sin escrúpulos en China; Los chips suministrados están grabados con láser con marcas completamente falsas y el chip dentro del paquete no es un SID en absoluto. [ cita necesaria ]
La mayoría de los juegos producidos para el Commodore 64 utilizaban el chip SID, con sonidos que iban desde simples clics y pitidos hasta complejas extravagancias musicales o incluso pistas de audio digitales completas. Debido al dominio técnico necesario para implementar música en el chip y sus características versátiles en comparación con otros chips de sonido de la época, los compositores del Commodore 64 han descrito el SID como un instrumento musical por derecho propio. [15] Sin embargo, la mayoría del software no utilizó todas las capacidades de SID porque las especificaciones publicadas incorrectamente causaron que los programadores solo usaran funcionalidades bien documentadas. Por el contrario, algunos de los primeros programas se basaban en las especificaciones, lo que daba como resultado efectos de sonido inaudibles. [3]
Los compositores de música de juegos más conocidos para este chip son Martin Galway , conocido por muchos títulos, incluidos Wizball y Times of Lore , Rob Hubbard , conocido por títulos como ACE 2 , Commando , Delta , International Karate , IK+ y Monty on the. Correr . Otros notables incluyen a Jeroen Tel ( Cybernoid , Turbo Outrun , Robocop 3 y Myth ), Ben Daglish ( The Last Ninja , Jack the Nipper , Firelord , Gauntlet ), David Dunn ( Finders Keepers y Flight Path 737 ), David Whittaker ( Speedball , BMX Simulator , Glider Rider ) y Chris Hülsbeck ( R-Type , Turrican y The Great Giana Sisters ).
El hecho de que muchos entusiastas prefieran el sonido del chip real a los emuladores de software ha llevado a varios proyectos de grabación con el objetivo de preservar el sonido auténtico del chip SID para el hardware moderno.
El proyecto sid.oth4 [16] tiene más de 380 canciones de MP3 de alta calidad disponibles grabadas en hardware hardsid y el proyecto SOASC= [17] tiene toda la colección High Voltage SID (HVSC) publicada con 49 (más de 35.000 canciones) grabadas en formato real. Commodore 64s en un archivo MP3 de alta calidad . Ambos proyectos enfatizan la importancia de preservar el sonido auténtico del chip SID. En 2016, se lanzó la colección Unepic Stoned High SID (USHSC) [18] . Es un canal de YouTube con más de 50.000 melodías SID cargadas como vídeos individuales. El USHSC se basa tanto en SOASC= como en HVSC, pero también carga grabaciones de música SID reciente publicada en el sitio Commodore Scene Database (CSDb). El canal presenta listas de reproducción que contienen aproximadamente 5000 canciones cada una.
Un archivo SID contiene el código del programa 6510 y los datos asociados necesarios para reproducir la música en el SID. Los archivos SID tienen el tipo de medio MIMEaudio/prs.sid .
El formato de archivo real de un archivo SID ha tenido varias versiones. El estándar más antiguo es PSID (versión actual V4). El estándar más nuevo, RSID, está destinado a música que requiere una emulación más completa del hardware Commodore 64. [19]
El formato de archivo SID no es un formato nativo utilizado en Commodore 64 o 128, [19] sino un formato creado específicamente para reproductores de música asistidos por emuladores como PlaySID , Sidplay y JSidplay2 . [20] Sin embargo, existen cargadores como RealSIDPlay y convertidores como PSID64 [21] que permiten reproducir una parte sustancial de archivos SID en computadoras Commodore originales.
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