Âm nhạc kỳ diệu từ chiếc loa 1-bit của ZX Spectrum

Chiếc máy tính ZX Spectrum ra đời năm 1982 chỉ được trang bị một loa piezo đơn giản, đủ để phát ra tiếng bíp. Vậy mà bằng cách bật tắt loa với tốc độ cực nhanh, các lập trình viên tài ba đã tạo nên những bản nhạc chiptune đa kênh khiến người nghe sửng sốt.

Khi phần cứng tối giản không cản nổi sáng tạo

ZX Spectrum vốn nổi tiếng với âm thanh nghèo nàn, ngay cả theo tiêu chuẩn của năm 1982. Hai phiên bản 16K và 48K chỉ có một loa piezo có thể phát tiếng bíp — không có chip âm thanh chuyên dụng như AY-3-8912 trên model Spectrum 128 sau này.

Thế nhưng, với một bit duy nhất, người ta vẫn có thể làm được rất nhiều thứ nếu bật tắt nó đủ nhanh.

Michael Martin, qua website Bumbershoot Software, đã thực hiện những phân tích chuyên sâu về nhiều hệ máy tính đã lùi vào dĩ vãng. Ông dành hẳn một loạt bài về việc lập trình game trên ZX Spectrum, bắt đầu từ tháng 5 với bài Giving the ZX Spectrum a Fair Shake. Gần đây hơn, Martin chuyển sự chú ý sang khả năng âm thanh hạn chế của Spectrum trong bài viết mới nhất mang tên Experimenting With 1-Bit Sound.

Ngay cả với những người hâm mộ Spectrum cuồng nhiệt, chúng tôi cũng không ngờ một bài viết về phần cứng âm thanh hạn chế của chiếc máy này lại mang đến hàng giờ nghe nhạc thú vị đến vậy.

Từ đoạn nhạc Mahler đến kiệt tác chiptune

ZX Spectrum có thể phát nhạc ngay từ khi ra mắt. Cuốn Spectrum BASIC Manual gốc của Steven Vickers đã kèm theo đoạn mã cho một trích đoạn nhỏ trong tác phẩm của Mahler.

Năm 2015, dự án Mahler Project của Matt Westcott đã sử dụng một mạng lưới các máy Spectrum nguyên bản để biểu diễn tất cả các bè của bản giao hưởng số 1 của Mahler.

Tại Bumbershoot Software, Martin quan tâm đến việc lập trình trên phần cứng cực kỳ hạn chế của những chiếc máy tính gia đình thời kỳ đầu. Bài viết về âm thanh của ông bàn sâu về các phương pháp mã hóa âm thanh, điều chế độ rộng xung (PWM) và nhiều kỹ thuật khác. Cuối bài, ông dẫn liên kết đến một bản demo âm nhạc đáng chú ý có tên We are Vocoders.

Tim Follin — người làm nên điều không tưởng

Một cuộc thảo luận giữa những người hâm mộ Spectrum trên Hacker News đã dẫn người đọc đến tác phẩm kinh ngạc của Tim Follin thập niên 1980.

Follin tự tay viết mã cho phần nhạc của nhiều game Spectrum như:

• Agent X và Agent X II của Mastertronic
• Raw Recruit
• Future Games
• Nhạc tiêu đề của Chronos

Đáng kinh ngạc hơn, Follin đạt được thành quả này mà không cần phần cứng bổ sung như RAM Music Machine — thiết bị từng gây ấn tượng với cả huyền thoại Aphex Twin.

Ngoài ra còn có những bản demo rất ấn tượng khác, chẳng hạn Dark Fusion của cố nghệ sĩ Ben Daglish.

Rich "Tufty" Hollins thậm chí đã tạo ra cả một album dài nửa tiếng chỉ với âm thanh 1-bit mang tên ON and OFF. Album này có thể nghe trọn vẹn trên Bandcamp hoặc trên YouTube với phần đồ họa đậm chất Spectrum.

Bài học cho ngành công nghệ hôm nay

Câu chuyện về ZX Spectrum nhắc nhở chúng ta một điều quen thuộc trong giới lập trình: giới hạn phần cứng không quyết định giới hạn sáng tạo. Khi tài nguyên khan hiếm, kỹ sư buộc phải hiểu sâu về hệ thống và tìm ra những giải pháp thông minh mà điều kiện dư dả khó có thể thúc đẩy.

Với cộng đồng yêu công nghệ và retro tại Việt Nam, đây cũng là dịp để nhìn lại một thời kỳ mà lập trình viên phải "vắt kiệt" từng bit. Những kỹ thuật như mã hóa âm thanh 1-bit, PWM hay tối ưu hóa ở mức chu kỳ máy vẫn còn nguyên giá trị giáo dục, đặc biệt với những ai đang học về hệ thống nhúng và lập trình hiệu năng cao.