MIDI

Музыкальный диапазон стандарта MIDI

MIDI ( англ. Musical Instrument Digital Interface , Цифровой интерфейс музыкальных инструментов) - стандарт передачи информации между электронными музыкальными инструментами, разработанный в 1983 году, что делает коммуникацию электромузыкальных инструментов, компьютера и другого MIDI-совместимого оборудования, осуществлять с одного инструмента управления другими.

MIDI не передает звуковой информации - вместо MIDI работает с "сообщениями", такими как высота и динамика взятой на инструменте ноты, контрольные сигналы для таких параметров как громкость, панорама, сигналы отсчета времени для синхронизации темпа и т.д.. Как электронный протокол, MIDI отмечается чрезвычайно широким распространением.


1. Принципы функционирования

MIDI описывает аппаратный интерфейс, который позволяет соединять синтезаторы и компьютеры разных производителей, описывает протоколы связи для передачи данных от одного устройства к другому. MIDI-устройства могут взаимодействовать с программным секвенсером, и посылать информацию на синтезатор звуковой карты компьютеру. Запись и воспроизведение MIDI базируется на пакетах данных, каждый из которых отвечает MIDI-сообщению ( англ. MIDI-events ).

Устройство для записи и редактирования MIDI-сообщений называется секвенсером (от англ. sequence - Последовательность). MIDI-сообщения можно вводить через MIDI-клавиатуру (в реальном времени или в пошаговом режиме), или различными способами с клавиатуры или мышью в программе-секвенсер. Последовательность MIDI-сообщений может быть сохранена как MIDI-файл ( файл имеет расширение *. mid) на любом цифровом носителе информации.

При воспроизведении MIDI-секвенсор посылает MIDI-сообщения на звуковой модуль - внешний синтезатор, синтезатор звуковой карты, или другой программный синтезатор т.п., воспроизводит это сообщение как звук согласно записанных параметров этого сообщения.


2. Коммутация

разъем для подключения MIDI

Физический MIDI-интерфейс использует DIN 5/180 ? разъемы. Оптроны разъемы используются для предотвращения Замыкание из-за земли между Подключение устройств. Логическая схема функционирования MIDI представляет собой кольцевую топологию с трансивером внутри каждого устройства. Физически и логически трансиверы отделяют входящий и исходящий контуры, благодаря чему MIDI сообщения, которые получает устройство из сети не предназначены для их ретрансляции в выходной контур (MIDI-OUT). Такая технология вызывает задержку, ощутимой на слух в достаточно больших MIDI-сетях.

Современные MIDI-устройства имеют три разъема - входной разъем MIDI-IN, через который устройство получает сообщение снаружи и два выходных разъема - MIDI-OUT и MIDI-THRU. Разница между MIDI-OUT и MIDI-THRU портами заключается в том, что сигнал с MIDI-OUT генерируется непосредственно в самом инструменте, тогда как MIDI-THRU порт выдает точную копию сигнала, который получает устройство через входной порт MIDI-IN.

Интерфейс с тремя разъемами имеют также некоторые звуковые карты, все остальные требуют внешнего интерфейса, это может быть игровой порт, разъем DA-15, USB -порт, FireWire или ethernet.


3. Кодировка MIDI сообщений

Формат MIDI разработан таким образом, чтобы любой секвенсор мог сохранять в файлах как стандартизированные команды, так и специфические для той или иной программы. При этом при загрузке файлов MIDI непонятная другим программам-приложениям информация не приводит к недоразумениям, а просто игнорируется.

Каждая MIDI команда состоит из статусного байта и байта данных, или, в залеежности от типа команды - нескольких байтов данных. Для того, чтобы устройство могло безошибочно отличить статусный байт от байта данных - принято, что каждый старший бит статусного байта имеет значение "1", а каждый старший бит байта данных - "0". В байте данных остальные 7 бит отведено для кодирования значения того или иного параметра, позволяющего закодировать 128 различных значений. В статусной байте следующие три бита кодируют тип сообщения, а последние 4 бита - один из 16 каналов сообщения или тип системного сообщения.



4. Виды MIDI сообщений

Различают два основных вида MIDI-сообщений - канальные и системные.

4.1. Канальные сообщения

Канальные сообщения непосредственно влияют на характер звучания. Таких сообщений 7:

код MIDI-сообщения Значение Параметры
1001 Note-on Нажатие клавиши Номер клавиши (0-127),
сила нажатия (0-127)
1000 Note-off Отпускания клавиши Номер клавиши (0-127)
1100 Program Change Включение инструмента Номер инструмента (0-127)
1110 Pitch Bend Смещение по высоте звука (wheel)
(Використовуэться для эффектов glissando, частотного вибрато и т.п.)
Величина смещения (-8191-8191)
1011 Control Change Изменение контроллера Номер контроллера (0-127) и значения (0-127)
1010 Key Pressure Давление на клавишу Сила давления на клавишу
1101 Channel Pressure Давление на клавиатуру Сила давления на клавиатуру

MIDI-сообщения Note-on и Note-off определяют нотный текст музыкального произведения и могут быть отражены в виде музыкальной партитуры. MIDI-сообщения Control Change используют для программирования тонких исполнительских нюансов, всего их предусмотрено 128, однако используются, как правило, лишь несколько. Употребляемыми являются следующие:


название назначения значение
1 Modulation амплитудное вибрато 0 - полностью отключает вибрато
127 - максимальное вибрато
5 Portamento Время глисандування (работает при включении режиме глисандування (контроллер № 65) 0 - минимальное,
127 - максимальное значение
7 Volume громкость звука 0 - полностью выключает звук
127 - максимальная громкость
10 Pan пространственная локализация звука 0 - локализация слева
64 - локализация по центру
127 - локализация дело
11 Expression Выразительность исполнения
(Как правило действует аналогично контроллеру № 7)
0 - минимальное,
127 - максимальное значение
64 Sustain Задержка звука (Эффект, аналогичный правой педали фортепиано) 127 - эффект включено
0 - эффект исключено
65 Portamento Switch Режим глисандування
(Воспроизведение начинается от звука предыдущей нажатой клавиши, постепенно глисандуючы к нажатой в это время клавиши
Время глисандування определяется контроллером № 5
127 - эффект включено
0 - эффект отключен.
72 Release time Время затухания звука 0 - минимальное,
127 - максимальное значение
73 Attack time Время атаки звука 0 - минимальное,
127 - максимальное значение
74 Brightness Яркость звука (как правило, коррелирует частоту среза фильтра)
121 All controlers off Восстанавливает значения всех контроллеров по умолчанию

Время реализации того или иного MIDI-сообщение может быть представлен в формате реального времени - SMTPE (минуты: секунды: доли секунды) и в формате музыкального времени (такты: доли такта: "Тики"), которые связаны между собой значением музыкального темпа. С точки зрения музыкальной практики удобным для использования является формат музыкального времени. Величина PQRN определяет количество "тикив" - мелкой единицы времени в судьбе.

MIDI-сообщение может передаваться по одному из 16 MIDI-каналов, или по всем каналам одновременно. Наличие 16 MIDI-каналов дает возможность одновременного независимого управления 16 различными инструментами.


4.2. Системные сообщения

В статусной байте системных сообщений 4 старшие байты имеют значение "1", 4 младшие определяют тип системного сообщения. Системные сообщения служат главным образом для управления работы программе, они не делятся на каналы и касается всей системы и имеют более высокий приоритет чем канальные.

Всего предусмотрено 16 системных сообщений, однако используемые из них только 11:


название назначения
F0 System Exclusive SysEx, эксклюзивное сообщение
F1 резерв
F2 Song Position Pointer указатель места в пьесе
F3 Song Select выбор пьесы
F4 резерв
F5 резерв
F6 Tune Request запрос подстройки
F7 EOX Конец SysEx, конец системного исключительного сообщения
F8 Timing Clock синхронизация по времени
F9 резерв
FA Start запуск игры по партитуре
FB Continue продолжение игры по партитуре
FC Stop остановка игры по партитуре
FD резерв
FE Active Sensing проверка соединений MIDI-сети
FF System Reset сброс всех устройств сети

5. Стандарт GM

Стандарт General MIDI (GM) разработан в 1991 году (MMA) с целью унификации музыкальных инструментов, которые определяются сообщению Program Change. Этот стандарт содержит 128 инструментов и 47 звуков ударных инструментов на 10-м MIDI канале.

Поддержка стандарта General MIDI предусматривает также соответствие инструмента следующим требования:

  • Поддержка одновременного звучания до 24-х голосов (минимум 16 мелодических и 8 ударных)
  • Поддержка динамики (velocity)
  • Поддержка одновременно до 16 независимых каналов (10-й зарезервировано для ударных)
  • Поддержка полифонии на каждом канале

Расширенным стандартом является так называемый GS стандарт, позволяющий подключать до 128 банков звуков, теоретически предусматривает использование до 16 384 инструментов.


Литература

  • Николенко Д. В. MIDI - язык богов. - СПб.: Регата, 2000. - 144 стр.
  • В. Белунцов. Новейший самоучитель работы на компьютере для музыкантов - Москва: "ТехБук", 2003. - 560 с., Илл. ISBN 5-93650-035-7