Este desarrollo arranca en 2005 cuando empiezo a hacer experimentos con sintesis de voz en un microcontrolador PIC, al principio los resultados fueron mediocres pero lo suficientemente prometedores como para continuar, aunque el desarrollo fue muy erratico y le dedicaba poco tiempo. Esto recien cambio alrededor de 2010, cuando lo rescato del olvido y me propongo hacer una segunda version practicamente desde cero, desde entonces avanza, aunque no siempre todo lo rapido que quisiera. En 2011 se produce un gran salto cuando decido que el sintetizador va a ser controlado por RS232 y con un lenguaje ASCII fonetico, de manera de poder adaptarse a distintas pronunciaciones y que pudiera ser utilizado desde una terminal serie. Esta segunda version es la que hoy se llama HR2, y con diferencias de calidad y de funciones que se fueron agregando, es mas o menos la base de las versiones actuales.
Antes de continuar con la historia, explico en que consiste lo que esta funcionando hoy. Actualmente hay 3 sintetizadores en desarrollo: HR4, HR6 y HD1.
HR4 y HR6 estan implementados con un PIC16F648A de 18 pines, corriendo a 20MHz, el PIC recibe los comandos desde una entrada serie a 4 velocidades seleccionables por jumpers: 1200, 9600, 19200 o 57600 bps. Estas velocidades fueron elegidas pensando en soportar una variedad de ordenadores/controladores, por ejemplo 1200 bps es la maxima velocidad a la que puede conectarse un Commodore 64 con las rutinas serie de la ROM, 9600 bps es la maxima velocidad normalmente disponible en un puerto serie de PC XT, 19200 bps es la maxima velocidad del RS232 de la Interface 1 de Spectrum, y 57600 bps es la maxima velocidad estandar que puede manejar el PIC con ese cristal (la maxima absoluta es de alrededor de 76Kbps). El sintetizador puede funcionar con una entrada serie TTL, un filtro RC (una resistencia y un capacitor) para la salida de audio, el cristal de 20MHz y dos capacitores de 22pF para el oscilador. El resto son cables para configurar los jumpers, y opcionalmente se pueden conectar leds para observar el estado de funcionamiento.
Hasta el momento pude conectar el sintetizador a Commodore 64/128 (por el puerto del usuario), Commodore Plus/4 (por el puerto del usuario), MSX (por el puerto de joystick), Epson HX-20 y PC (por RS232).
El hard necesario para conectarlo depende de la plataforma, por ejemplo este es el esquema para la conexion a MSX:
El sintetizador esta diseñado para solo necesitar una entrada serie, la salida serie solo es util en tres casos, el primero es cuando arranca, ya que reporta el nombre del sintetizador y la version, el segundo es cuando se controla el chip desde una terminal serie, activando el jumper de eco devuelve cada caracter recibido, una opcion util para que podamos ver lo que tipeamos en la terminal. Y el tercero es cuando se estan probando secuencias de comandos, ya que el chip devuelve un asterisco por cada caracter no valido, lo que se puede usar para depuracion.
El chip procesa los comandos apenas los recibe, y tiene un buffer interno, lo que permite enviarle una frase a alta velocidad y luego dejarlo procesando sin intervencion del ordenador. La salida PLAYING indica si se esta reproduciendo sonido, aunque sean comandos de silencio, esto es util para sincronizar el programa con la reproduccion de sonido. Si el buffer se llena, se activara la salida CTS, indicando esto. Si se quiere usar esta caracteristica y se conecta el chip por RS232, debera configurar el puerto para usar RTS/CTS. En el caso del montaje para el MSX, se tiene disponibles estas señales en el puerto de joystick.
En este video se puede ver como se utiliza:
Se prueba una aventura conversacional, que como se ve sincroniza la impresion del texto con la voz, lo mismo pasa con el juego R.E.C, que originalmente utilizaba la orden PLAY del MSX-BASIC para generar los sonidos, y tambien para saber cuando se terminaba de reproducir cada nota, Mis modificaciones al programa reemplazan las ordenes PLAY por llamadas a una rutina escrita en asm (el driver) que simula un puerto RS232 a 19200 bps utilizando la salida en el puerto de joystick, y se encarga de enviar los comandos de nota e instrumento al sintetizador. Tambien, en lugar de usar PLAY para saber cuando se termina la reproduccion de sonido, se lee la entrada correspondiente en el puerto (PLAYING). De esta manera, el juego esta sincronizado con el chip, y no necesita temporizar nada.
El sintetizador dispone de 3 instrumentos musicales incluidos (bajo, organo y guitarra electrica), mas un generador de ruido, y la posibilidad de cargar un instrumento definido por el usuario en RAM.
La salida de audio en estos sintetizadores es PCM de 8 bits, con un muestreo de 8680 Hz, los instrumentos musicales se definen como "wavs" de 66 muestras. No se puede reproducir mas de un sonido a la vez, puede ser voz, ruido o cualquiera de los 4 instrumentos posibles.
El generador de sonido fue un agregado de ultimo momento, y por lo tanto sujeto a las limitaciones de memoria de programa, se tuvo que compartir el codigo para cambiar de nota musical, para ajustar la duracion del sonido, y para generar envolventes, por lo que no es tan simple de utilizar.
En este video se pueden ver las caracteristicas del generador de voz y sonido, en este caso el chip esta controlado por el RS232 de la Interface 1 en un CZ Spectrum 48K:
El sintetizador HR4 tuvo algunas mejoras desde que se grabo el video, pero esa es la calidad general a 8680 Hz.
La desventaja de la version para Spectrum es que requeria una conexion RS232, y eso no estaba disponible en un 48K a menos que se tuviera una interfaz con ese puerto, como la IF1.
Pero eso quedo resuelto hace unos dias, cuando logre convertir la salida MIC en un puerto RS232, con ayuda de un pequeño amplificador y una rutina en asm, que envia datos a 19200 bps.
En este video se puede ver funcionando, con el sintetizador mas avanzado, el HD1:
El esquema de conexion en este caso es el siguiente:
Ya que en este caso no tenemos retornos de las lineas PLAYING o CTS, el agregado de esos leds es fundamental. En todas las pruebas que hice con Spectrum, se envian los comandos a ciegas, es decir sin saber si el buffer esta lleno, para esto hay que agregar pausas al programa para asegurarse de no enviar todo el texto junto. Tengo que ver si es posible implementar algo con la entrada EAR para que el Spectrum pueda detectar alguna de esas dos señales.
Como funciona la aventura conversacional en el Spectrum? Con limitaciones, ya que al no poder detectar cuando finaliza la reproduccion de sonido, debe temporizarse todos los envios:
Para finalizar, por ahora, porque este tema es largo, dejo un video del juego donkey.bas programado por Bill Gates, corriendo en un Fujitsu Poqet PC (un XT con NEC V30) y luego en DOSBox, con dos sintetizadores distintos, HR6 y HD1.
Solo sirve para mostrar el uso de efectos de sonido en un juego, el juego de Bill no da para mucho.
