PSG

Ein Programmable Sound Generator ist ein integrierter Schaltkreis, der Audiowellen unter digitaler Kontrolle synthetisiert. Anstatt gespeicherte Samples oder Aufnahmen wiederzugeben, erzeugt ein PSG Töne in Echtzeit, indem er grundlegende Wellenformen, Rauschkanäle und Hüllkurvenverstärker kombiniert. Der Bedienende oder das Host-System sendet Befehle an den Chip, die Frequenz, Amplitude, Dauer und Klangfarbenparameter angeben, woraufhin der PSG Audio in analoger oder digitaler Form an einen Lautsprecher oder Verstärker ausgibt.

Die meisten PSG-Designs enthalten drei oder vier unabhängige Tongeneratoren, von denen jeder Rechteckwellen mit programmierbaren Tonhöhen erzeugen kann. Viele verfügen auch über einen eigenen Rauschgenerator, der mit den Tönen gemischt werden kann, um Schlag-, Wind- und Effekt-Sounds zu erzeugen. Die Lautstärkeregelung erfolgt entweder über einen im Chip integrierten analogenen Hüllkurvengenerator oder über Register zur digitalen Abschwächung. Die Yamaha-OPN-Familie und der AY-3-8910 sind bekannte Beispiele, die in den 1980er und 1990er Jahren in Arcade-Automaten, Heimcomputern und Synthesizern auftauchten.

Die Steuerung erfolgt über einen kleinen Satz von Ein-/Ausgabe-Anschlüssen oder speicherverwaltete Register. Ein Mikroprozessor oder dedizierter Sequenzer schreibt Frequenzwerte, Wellenformauswahlen und Lautstärkepegel in diese Register; der PSG behält dann diese Töne eigenständig bei, bis neue Werte eintreffen. Diese Anordnung machte PSGs wirtschaftlich attraktiv für Spiel-Audio und Hintergrundmusik-Generierung, da ein einzelner IC komplexe, anhaltende Töne handhaben konnte, ohne Prozessortakte für die Sample-Wiedergabe zu verbrauchen.

In der Praxis zeigen sich schnell Grenzen. PSG-Töne haben einen charakteristisch hellen, brummenden Klang, da Rechteckwellen harmonisch reich sind, aber weit entfernt von natürlichen akustischen Klangfarben. Die festgelegte Anzahl von Stimmen beschränkt die Polyphonie; gleichzeitige Noten konkurrieren um verfügbare Generatoren. Die Frequenzauflösung bei frühen Chips war gering, was sanfte Tonhöhenwechsel erschwerte. Entwickler kompensierten häufig durch schnelle Notenwechsel, automatisierte Lautstärken-Hüllkurventricks und großzügige Nutzung des Rauschkanals, um die synthetische Rauheit zu verbergen.

Der Begriff "programmierbar" beschreibt den Gegensatz zu älteren zweckgebundenen Tongeneratoren und zu analogen Synthesizer-Modulen, die physikalische Regler oder Patch-Kabel erforderten. Moderne Systeme haben PSGs großenteils durch Sample-Wiedergabe und Software-Synthese ersetzt, aber die Architektur lebt in Retro-Gaming-Hardware, Chiptune-Musikproduktion und eingebetteten Sound-Systemen weiter, wo CPU-Ressourcen oder Speicher stark begrenzt sind.