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Le fonctionnement d'une Megadrive - partie 4 : le son (dossier)

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fafy

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Témoin de Nintendovah
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0- Introduction :

Pour cette dernière partie des dossiers techniques consacrés à l'étude du fonctionnement d'une console de jeu basée sur le hardware de la Megadrive, nous allons partir aujourd'hui à la découverte du circuit sonore de la machine.

À la différence d'une platine CD, vinyle,..., la Megadrive (et toutes les consoles de l'époque) générait ses sons à partir d'un ensemble de composants formant une sorte de synthétiseur interne pour économiser la place sur les cartouches de jeu à la contenance limitée.

En effet, si aujourd'hui les musiques sont stockées et lues directement depuis les CD ou DVD des jeux, à l'époque, il était impossible de faire tenir un tel volume de données sur un support média. Un fichier son de qualité CD (soit 16bits/44Khz) prendrait 10Mo de la minute en stéréo la ou la plage de capacité d'une cartouche Megadrive s’entendait de 512Ko à 4Mo maximum...

C'est donc autours de 3 composants majeurs que le son sera produit en live par la console :

- Un générateur de son FM Yamaha YM2612.
- Un générateur de son programmable Texas Instruments SN76489.
- Un contrôleur basé sur un processeur Zilog Z80.

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1- Le YM2612 :

Le Yamaha YM2612 est un générateur de son FM (FM pour frequency modulation). Sa fonction est de produire des sonorités grâce à la technologie de la modulation de fréquence qui fut très utilisée dans les années 80 pour les productions musicales pop, avec pour fer de lance le célébrissime synthétiseur DX7 de Yamaha.


Le principe de fonctionnement de cette synthèse se base sur l'utilisation d’opérateurs FM composés chacun de :

- un oscillateur (composant chargé de produire une forme d'onde).
- un générateur d'enveloppe (qui permet de modeler le son).
- un VCA (amplificateur commandé en tension).

La puce de Yamaha se compose de 6 canaux composés chacun de 4 de ces opérateurs (soit 24 formes d'ondes indépendantes et simultanées). Dans chaque canal, ces opérateurs peuvent être agencés entre eux comme bon vous semble de manière à ce que le premier puisse, par exemple, moduler le second puis que cette résultante de modulation puisse moduler le quatrième qui sera à nouveau modulé par le troisième...bref, ce sont 256 possibilités (4^4) d’agencement qui s'offrent à vous pour une seule voix !

256 possibilités, cela ne vous dit rien? Et oui, si vous avez bien suivi depuis le début, c'est le nombre maximum que l'on peut atteindre en comptant sur 8bits ! Rien n'est du au hasard !

Nous allons maintenant étudier le fonctionnement d'un opérateur un peu plus dans le détail :


L'oscillateur, premier élément important de notre module, est un circuit électronique chargé de produire une forme d'onde oscillante. Il existe une multitude de formes d'ondes mais, nous nous concentrerons que sur 4 majeures : la sinusoïdale, la carrée, la triangulaire et la "dent de scie".


Le signal produit par l'oscillateur entre directement dans le VCA qui n'est rien d'autre qu'un "bouton de volume" contrôlé, non pas par votre main mais, par une tension électrique (ce qui lui permet d'être automatisé). Cette tension qui est sous la forme d'une onde est fournie par le générateur d'enveloppe que l'on nomme très communément ADSR (pour Attack, Decay, Sustain et Release).


Pour expliquer le générateur d'enveloppe ADSR, prenons par exemple une touche de piano. Si vous appuyez doucement (Attack), que vous maintenez la touche (Sustain) puis que vous la relâchez (Release), vous obtenez un son qui met un certain temps à arriver à son niveau nominale (après le Decay qui permet de lisser l’impacte du marteau sur la corde du piano), qui est maintenu quelques instants et qui, s'estompe plus ou moins doucement une fois la touche relâchée (voir même naturellement sans relâcher). L'enveloppe est donc la pour "simuler" un comportement naturel du son produit par oscillation. Dans le cadre d'un synthétiseur, l'ADSR est entièrement programmable, ce qui explique que certaines sonorités sont très synthétiques et non plus recréées pour ressembler à un instrument connu.

La forme d'onde produite par l'enveloppe sert donc à moduler l'entrée du VCA pour produire une sonorité spécifique (ou un effet).


Un exemple concret de VCA modulé par une enveloppe peut se trouver dans la vie de tous les jours avec les circuits de protection des amplificateurs audio :

Imaginons que vous démarriez votre système home-cinéma après avoir lancé votre film. Il existe un petit temps très rapide ou le son monte progressivement jusqu'à son niveau nominale (pour éviter un "pop" dans les enceintes). C'est donc l'Attack. Durant toute l'utilisation de votre ampli, le son est maintenu; c'est le Sustain. Quand vous décidez d’arrêter l'ampli, le son disparaît progressivement : c'est le Release (pour éviter encore une fois un "pop" dans les enceintes).


Voilà donc comment fonctionne un opérateur FM dans les grandes lignes. Vous comprendrez donc l'infinité de possibilité qu'il puisse exister pour un seul opérateur couplé à 256 configurations possibles issues de l’agencement avec ses 3 autres compères...


Dernière petite information concernant le YM2612 : ce composant est une version lowcost du YM2413 utilisé dans le module FM add-on de la Mark III/Master System.

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2- Le SN76489 :

Ce second composant électronique, que l'on retrouvera dans toutes les consoles de Sega jusqu'à la Saturn, est un générateur de sons programmable. Il permet, entre autre, de générer des bruitages simple comme ceux qu'on pouvait entendre sur les vieilles consoles de jeux tels que les Atari ou les SG-1000 par exemple. Même s'il possède la capacité de produire de la musique (c'était sa fonction sur les consoles cités précédemment), il sera utilisé principalement pour gérer tous les sons qui ne sont pas de la musique. Explosions, tirs et bruitages divers seront donc sa raisons d'être même si très souvent, on le retrouvera quand même dans sa fonction première en appuie du YM2612 pour permettre une bande son plus étendue en pistes (cf la vidéo en conclusion avec la déconstruction d'une des musiques de Sonic).

C'est un composant très basique est directement intégré au VDP (sujet de la première partie de ces dossiers) de la Megadrive. Il possède 3 oscillateurs de formes d'ondes carrées modulables à différentes fréquences et un générateur de bruit "blanc" (utilisé pour faire des effets de son de vagues, de vent, d'explosions,...) avec chacun 16 niveaux de volume possible. Il permet un mode polyphonique (nombre de notes jouées en même temps) de 3 notes et un mode monophonique avec glissé.

Cette puce offre également la possibilité de lire des éléments digitalisés (comme des voix, des boucles audio ou encore des effets impossibles à synthétiser) ce qui fait qu'il sera très souvent sollicité pour jouer, par exemple, toutes les lignes de batteries dans les jeux !


Tout comme le YM2612, le SN76489 est 8bits ce qui expliquera l'utilisation du contrôleur dont nous allons parler immédiatement...  

3- Le Z80 :

Le Z80 est un processeur 8bits très utilisé dans les ordinateurs et consoles de jeu du début des années 80. Le passage au processeurs 16bits le reléguera au rang de contrôleur sonore également dans beaucoup de machines (arcade ou consoles) comme, par exemple, les système NeoGeo ou Capcom CPS.

Dans l’architecture de la Megadrive, il sert principalement à adresser les données sonores (numériques) contenues dans la RAM à qui de droit. Il aura également pour fonction de contrôler le mixage les différentes sorties audio des puces et de gérer les effets et le comportement stéréo. C'est un peu l’ancêtre du DSP en somme.

Son fonctionnement n'a rien de différent d'un processeur comme le 68000 (objet de la seconde partie de ce dossier). Il accède à des données en mémoire par le biais d'adresses, aiguille des informations par le biais de ses bus, réalise des calculs et des opérations logiques par l’intermédiaire de son jeu d'instruction,...bref, c'est un processeur quoi !

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4- conclusion :


Nous voici donc arrivé au terme de la découverte du hardware de la Megadrive avec sa partie sonore. On comprendra ici que les capacités en génération de sons sont presque illimitées. Avec 6 pistes musicales et 4 de bruitages/musiques, couplées à la possibilité de parfaire le tout avec des effets stéréo, la Megadrive offre donc une grande étendue de variations sonores. La technologie utilisée (le FM) ainsi que la réutilisation de composants d'anciennes génération en feront une console auditivement très reconnaissable et mythique (le fameux son Megadrive).



Dernière édition par fafy le Lun 18 Mai 2015 - 9:13, édité 3 fois

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fafy

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Témoin de Nintendovah
Allé, masturbation de cerveau dominicale Bonne lecture et, comme d'habitude, n'hesitez pas à poser des questions si vous ne comprenez pas

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Kawet

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Chat-Bits
Merci pour ces explications, très bien documenté !

As-tu des exemples à faire écouter, ça illustrerait encore mieux ?

Pour ma part j'ai du mal avec le son synthétique de la Megadrive, je préfère une sonorité plus "chip" avec la génération précédente ou un son plus qualité CD avec la SNES et supérieurs



Dernière édition par Kawet le Dim 17 Mai 2015 - 14:03, édité 1 fois

Sake C. Buenos

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Maudit du Forum

Merci encore Fafy ! Beau boulot

C'est vrai qu'avec des exemples, ça serait cool Smile

Sinon, juste pour exemple, Kavinsky utilise beaucoup le DX7. Voilà, j'ai contribué

fafy

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Témoin de Nintendovah
Oué, j'essayerais d'aller au studio cette semaine pour faire des exemples sonores directement depuis mon DX7

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ange_dechu_lucifer

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Administrateur

C'est trop un BG le Fafy. Je vais lui laisser ma place sur le site, et moi je me casse aux Bahamas.

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gatsuforever

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Adorateur du Pal
Laisse lui ta place en admins ^^ et laisse aussi tes ventes pour qu'il te les gere a ta place. Je lirai le dossier tout à l'heure fafy Wink

fafy

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Témoin de Nintendovah
Garde bien ta place d'admin va Smile c'est pas encore pour demain les bahamas

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Odmius

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Maudit du Forum

Chouette dossier fafy, c'est très sympa à lire... et ça me donne envie de me mettre au synthé

Kawet

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Chat-Bits
@odmius a écrit:Chouette dossier fafy, c'est très sympa à lire... et ça me donne envie de me mettre au synthé

Mais vas-y

fafy

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Témoin de Nintendovah
Ah oui la synthese sonore c'est vraiment passionant! Si tu veux faire du synthé je te conseil de passer sur de la modelisation analogique et de creer toi meme tes sons grace aux oscillateurs, lfo et autres enveloppes! C'est vraiement le pied

Bon, sinon je vais regrouper les 4 topics dans un seul d'ici peu pour que tout soit au même endroit! Smile

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ange_dechu_lucifer

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Administrateur

Y'a ça qui claque pas mal d'ailleurs pour faire du son MD : http://www.alyjameslab.com/alyjameslabfmdrive.html

^^

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Sake C. Buenos

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Maudit du Forum

Merci Mange, je ne le connaissais pas

fafy

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Témoin de Nintendovah
Quelques ajouts intéressants à ce dossier :

3 vidéos pour faire office d'exemples sonores plus intéressant que de sampler mon DX7 car directement centrées sur les composants de la Megadrive :

- 1 vidéo sur le YM2612 montrant bien la génération sonore de la puce en fonction de la réception de données (donc en fonctionnement réel).

- 1 vidéo sur le SN76489 montrant les possibilités de synthèse programmable de la puce.

- 1 vidéo proposant la déconstruction détaillée d'une musique de Sonic en décrivant quelle est la puce qui génère les sons entendus.

J'ai également amené quelques précisions sur un oubli majeur de ma part à propos du SN76489 sur sa capacité à générer des digits!

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Esperluette

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Démon Gamer

Très intéressant ! Merci pour ce dossier Fafy.

fafy

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Témoin de Nintendovah
Merci Smile

Pour info, j'ai concentré les dossier sur un seul topic ici

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kenminido

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Damné du Stick

Merci pour cet article très clair et tout ton dossier en général, je me suis bien cultivé

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