Який інформації не містять повідомлення midi. MIDI - це стандарт цифрового звукозапису на формат взаємодії та обміну даними між музичними інструментами електронного типу

Перша частина циклу статей, докладно розповідають про протокол MIDI.

Майже з самого свого народження протокол MIDI (Musical Instrument Digital Interface - цифровий інтерфейс музичних інструментів) став стандартом для всієї електромузичний промисловості з небаченою до того ступенем сумісності. Такий сумісності досі немає навіть у електричних лампочок, мережевих і телефонних розеток. Ситуація зараз така, що якщо випускається електромузичний пристрій, несумісне з MIDI, воно приречене бути відірваним від решти світу.

Причина, по якій MIDI протягом двадцяти років має приголомшливий успіх, проста - протокол був дуже ретельно розроблений, перш ніж постати перед публікою. У ньому немає "дірок", а вимоги до апаратної реалізації і взаємодії пристроїв чітко визначені і не можуть бути трактовані двояко. Крім того, MIDI не належить одній компанії, а є продуктом цілої асоціації виробників.

Основна передумова до появи MIDI полягала в нагальної потреби музикантів того часу управляти з одного клавіатури декількома синтезаторами одночасно. При цьому від розробників потрібно, щоб з'єднання інструментів було простим, а сам інтерфейс надійним і недорогим. Зараз, через двадцять років, можна впевнено заявити: ці умови для свого часу були виконані розробниками ідеально.

Протокол MIDI розроблявся як просте, недороге і надійне засіб для управління одним синтезатором з іншого.

Це потрібно згадувати щоразу, коли виникають питання і здивування "а чому в MIDI це зроблено саме так?". Тим більше, згадувати основне призначення MIDI потрібно перед тим, як критикувати протокол. А критикували MIDI з самого його народження і критикують досі, особливо з приводу занадто повільної передачі даних і ритмічною неточності. Тим більше в світлі сучасних технологій. Переваги та недоліки протоколу, способи їх подолання та альтернативи MIDI - настільки велика тема для обговорення, що цьому буде присвячена окрема стаття.

Незважаючи на всі недоліки, MIDI і сьогодні цілком успішно виконує своє призначення. І не тільки - сфера застосування протоколу давно вже не обмежується управлінням синтезаторами. За MIDI управляються багато процесори ефектів, мікшерні пульти, навіть освітлювальні, піротехнічні прилади та димові машини. Що вже говорити про персональні комп'ютери і пов'язаної з ними індустрії мультимедіа! Зараз вже в порядку речей скачати з інтернету MIDI-файл як дзвінок для мобільного телефону. Не здивуюся, якщо незабаром можна буде завантажити MIDI-файл для управління кухонним комбайном ...

Світ до MIDI
Середина 60-х - початок 70-х років минулого століття були часом появи і бурхливого розквіту заварних інструментів. На сцені і в студії до вже широко використовуваним електрогітар і електроорганов додався принципово новий тип музичних інструментів - синтезатор. Перші синтезатори були дуже складні в налаштуванні, перевезення та обслуговуванні, але вони дали музикантам то, що не можна було отримати ніяк інакше, - нові, свіжі звуки.

Всі синтезатори тих років були монофонічні, тобто могли робити тільки одну ноту одночасно. Для відтворення декількох звуків або музичних партій одночасно доводилося ухіщряются. По суті, були тільки два способи зробити це: або використовувати кілька синтезаторів (а в разі модульних синтезаторів купувати для кожного голосу окремий генератор), або записувати партію кожного голосу на багатодоріжковий магнітофон.

Синтезатори в той час були повністю аналогові, все внутрішні їх блоки (звукові генератори, генератори обвідної, фільтри) управлялися напругою. Наприклад, звуковий генератор інструменту при подачі напруги в 1 В міг давати висоту тону 100 Гц, 2 В - 200 Гц, 3 В - 400 Гц і так далі. Очевидно, що для зовнішнього управління таким приладом міг використовуватися тільки аналоговий інтерфейс. Він мав назву CV / Gate. На вхід CV подавалося напруга, що управляє (Control Voltage), пропорційне висоті ноти, на вхід Gate - імпульс (trigger), від якого стартувала і вимикалася нота.

Існувало кілька варіантів CV / Gate-інтерфейсу. Найбільш широко використовувався варіант, запропонований фірмою Roland. У ньому CV-напруга збільшувалася на 1 В при збільшенні висоти тону на октаву. Gate-сигнал, званий Voltage Trigger (V-Trigger), представляв собою позитивний імпульс з шириною, що дорівнює часу утримання ноти в натиснутому стані. Цей варіант поряд з Roland використовували в своїх інструментах фірми Sequential Circuits і ARP. У синтезаторах Moog використовувався інший тип Gate-сигналу, який називався S-Trigger. Існували інструменти і з іншими параметрами CV / Gate-сигналів. Часто керуюча напруга змінювалося за законом 1,2 В на октаву.

Застосовувався також сигнал під назвою Trigger, який представляв собою короткий імпульс. Багато синтезатори з арпеджиатором мали спеціальний вхід для таких сигналів (clock input). Як тільки на вхід надходив імпульс, запускалася чергова нота арпеджіо. Генерували сигнал Trigger багато драм-машини і аналогові секвенсори (найчастіше кожну 8-ю або 16-ю ноти, але іноді відстань між імпульсами можна було ставити довільно). Сигнал Trigger міг бути поданий і на вхід Gate синтезатора.

Головний недолік CV / Gate-інтерфейсу полягав у тому, що за допомогою нього в кожен момент часу можна було управляти витяганням тільки однієї ноти. Для поліфонічних інструментів необхідно було стільки CV / Gate-інтерфейсів, скільки голосів поліфонії мав інструмент. Крім того, інформація про дії виконавця в CV / Gate-системах дуже скупа, практично - це тільки висота взятої ноти і сам факт її взяття / зняття.

В середині 70-х компанія Oberheim випустила перший доступний за ціною поліфонічний синтезатор Two Voice. Інструмент був простий у використанні, мав вбудовану клавіатуру, поліфонію в два голоси і нескладний набір органів управління, за допомогою яких можна було швидко створювати красиві, багаті звуки. Інструмент мав, на відміну від своїх попередників, невеликі розміри і простий спосіб програмування. Незабаром після цього почали з'являтися поліфонічні інструменти інших фірм: Sequential Circuits, Yamaha, Moog, Roland, ARP. Вони стали дуже популярні в зростаючої маси електронних музикантів.

Після поліфонії, наступним найбільш важливим нововведенням стала програмована пам'ять. У синтезаторі з'явився невеликий комп'ютер, який дозволяв зберегти в пам'яті інструменту положення всіх ручок і кнопок на передній панелі, що відкрило нові можливості для живого виконання. Крім того, комп'ютер відстежував натискання клавіш і передавав висоту взятих нот на звукові генератори. Це як раз і дозволило надалі застосувати цифрові інтерфейси управління.

До появи пам'яті кожен інструмент потрібно було програмувати заздалегідь, а під час концерту він міг робити тільки один звук. Тому на концертах таких музикантів, як Keith Emerson і Rick Wakeman, можна було побачити величезні "стелажі" з клавіатур. Для підготовки всього цього добра до концерту і об'єднання в робочий ансамбль були потрібні години роботи. Коли пам'ять стала доступна, один інструмент міг бути запрограмований на кілька звуків, а потрібний звук вибирався натисненням однієї кнопки прямо під час концерту.

Але скільки різних синтезаторів - стільки характерів. Одні виробляли чудові звуки труби, інші - звуки струнних, треті - спецефекти. Музикантам хотілося взяти найкраще з кожного інструменту і отримати єдину, прекрасно звучить систему.

У той час була поширена техніка гри на двох клавіатурах одночасно, що дозволяло створювати багатошарові звуки. Наприклад, одну і ту ж партію можна було грати обома руками, правою рукою на інструменті, який сильний в струнних, лівої - на інструменті з прекрасною секцією мідних духових. Це було досить складно, розроблялася навіть своя техніка гри під систему з конкретних моделей синтезаторів.

Всі ці прийоми служили одній меті - вичавити максимум з нових інструментів. Нашарування звуків різних синтезаторів стало одним з виконавських прийомів, візитною карткою багатьох музикантів того часу.

В кінці 70-х років в синтезаторах початку широко застосовуватися цифрова електроніка, що було викликано здешевленням мікропроцесорів і масовим виробництвом інтегральних схем. Багато блоки синтезаторів було вигідніше виробляти з компактних, дешевих і більш стабільних у часі цифрових компонентів. Природно, питання про управління інструментами виник з новою силою: аналогові CV / Gate інтерфейси зовсім вже не підходили під нові цифрові технології формування звуку. В результаті, на початку 80-х синтезатори стали оснащуватися цифровим інтерфейсом.

З'явилися такі інструменти, як Oberheim OB-X (1981) і Rhodes Chroma (1982), які могли бути приєднані до іншого інструменту тієї ж моделі і фірми. Наприклад, Oberheim OB-X можна було підключити до іншого Oberheim OB-X (всього до трьох інструментів одночасно). Коли музикант грав на клавіатурі одного з них, обидва інструменту звучали одночасно. Це був величезний прогрес - адже для отримання багатошарових звуків можна було грати на одній клавіатурі. Однак головна проблема як і раніше не була вирішена: як поєднати один з одним інструменти різних виробників і різних моделей.

Herbie Hancock, наприклад, намагався вирішити це питання власними силами. Він допрацьовував свої синтезатори цифровими інтерфейсами, виконаними на замовлення. І вони працювали!

У той же час все більше і більше музикантів зверталося до виробників синтезаторів з проханням зробити для них власний цифровий інтерфейс. Масло у вогонь підлило і поява перших цифрових секвенсоров, таких як Roland MC 4 Micro Composer і Oberheim DSX. Якби інструменти різних виробників були сумісними, музикант міг би "забити" партії в ці секвенсори, а потім відтворити, використовуючи цілу групу синтезаторів. Але нажаль...

Незадовго до появи MIDI фірма Roland розробила цифровий інтерфейс DCB, який використовувався тільки в двох синтезаторах (Juno 60 і Jupiter 8) і секвенсорі MSQ 700. Інтерфейс DCB забезпечував базові можливості по вилученню звуків за допомогою команд взяття і зняття ноти.

Потрібно відзначити, що поряд зі спробами з'єднання синтезаторів один з одним, ще в 60-х роках були спроби підключення синтезатора до комп'ютера. Але вони не приводили до помітних практичних результатів через колосальну вартості комп'ютерів. В кінці 70-х - початку 80-х існувало кілька несумісних між собою інтерфейсів, вироблених кустарно або дрібними фірмами. Тільки розробник такої комп'ютерної системи міг написати програмне забезпечення для неї. зазвичай подібні системи створювалися шляхом додавання в комп'ютер спеціальних плат, які або безпосередньо генерували звук (порівняйте із сучасними віртуальними синтезаторами!), або генерували декілька каналів керуючого напруги для модульних синтезаторів.

народження MIDI
Отже, до початку 80-х років минулого століття потреба створення універсального інтерфейсу була усвідомлена багатьма провідними виробниками. Завдання стояло така: розробити стандарт передачі дій виконавця в цифровій формі між усіма типами заварних інструментів. Перший обмін думками на цю тему, в якому брали участь Ikutaro Kakehashi (президент Roland), Tom Oberheim (Oberheim) і Dave Smith (президент Sequential Circuits), стався в червні 1981 на виставці NAMM.

Dave Smith почав роботу з вивчення літератури по комп'ютерних мережах. при розробці мережевих протоколів складалися дві специфікації - апаратного з'єднання пристроїв і формату переданих по мережі повідомлень. При цьому внутрішня робота комп'ютера залишалася відокремленою, він представлявся для інших учасників мережі чимось на зразок "чорного ящика", який реагував на повідомлення відповідно до стандарту. Такий підхід був обраний і для з'єднання музичних інструментів. В результаті вдалося уникнути залежності мови спілкування інструментів від їх влаштування. Це основний принцип MIDI, і він залишився з тих пір незмінним. Саме завдяки йому протокол продовжує свою непомірно довге, з комп'ютерних мірками, життя.

До осені 1981 року Smith підготував першу версію свого протоколу під назвою USI (Universal Synthesizer Interface). У жовтні того ж року на виставці в Японії сталася зустріч представників фірм Sequential, Roland, Korg, Yamaha і Kawai, на якій USI була представлена \u200b\u200bяпонцям, а в листопаді на конгресі AES в Нью-Йорку Dave Smith офіційно представив специфікацію. Японські виробники працювали в той час над власним стандартом, який був складніше USI.

У січні 1982 року на виставці NAMM фірма Sequential Circuits організувала зустріч, яку відвідали більшість виробників синтезаторів. На зустрічі з'ясувалося, що інші американські компанії з різних причин не хочуть брати участь в створенні єдиного інтерфейсу. Після зустрічі, Sequential Circuits і японські фірми (Roland, Korg, Yamaha, Kawai) вирішили продовжувати спільну роботу незалежно від інших. П'ять місяців по тому, на червневій виставці NAMM були представлені плоди цієї міжнародної розробки. Прийшов час для офіційної назви інтерфейсу. USI було відкинуто, оскільки слово "universal" (універсальний, загальний) могло викликати юридичні проблеми. Японці запропонували UMII (Universal Music Instrument Interface). Але оскільки ця назва також містило слово "universal", Dave Smith запропонував виправити його на MIDI, з чим все і погодилися.

У жовтні 1982 року було закінчено попереднє специфікація MIDI. У грудні вийшов Sequential Circuits Prophet 600 - перший синтезатор, обладнаний MIDI-інтерфейсом. А в січні 1983 року на виставці NAMM відбулося з'єднання Prophet 600 і Roland Jupiter 6 по MIDI. У березні з'явився Roland JX 3 P, а в червні - Yamaha DX 7.

До появи MIDI синтезатори складалися з двох компонентів в "одному флаконі". Перший компонент - система звукоутворення, яка фактично виробляла звук. Другий компонент - контролер, зазвичай клавіатура, яка служила для перетворення дій виконавця в напругу і струм, тобто в мову, зрозумілу першому компоненту. Цьому процесу навіть придумали ім'я - "захоплення виконавських штрихів".

Протокол MIDI зробив відмінність між двома компонентами явним, по суті - розірвав їх взаємозв'язок. Тепер будь-який контролер міг керувати будь-яким звуковим генератором. Це мало величезне психологічне значення - музикант міг вільно підбирати необхідне обладнання, без боязні, що воно застаріє через півроку, як це відбувається з іншими електронними пристроями.

Хоча фірми спільно працювали над MIDI, на ринку вони як і раніше були конкурентами. Тому деякі фірми додавали власні специфікації до MIDI, в окремих випадках невірно інтерпретуючи існуючі параметри (як через непорозуміння, так і навмисне), в той час як все не пов'язані з MIDI компанії критикували цей інтерфейс. У той же час фірми, пов'язані з MIDI, не могли розкрити конкурентам всі таємниці. Наприклад, Sequential Circuits планували випуск мультітембральность інструменту (Six-Trak) і пропонували внести необхідні для цього можливості в специфікації, але найменше хотіли, щоб про їхні плани дізналися японські виробники.

Проте, було необхідно скоординувати роботи по MIDI інструментів, і в середині 1983 року в Японії був сформований комітет з MIDI-стандартам (JMSC). У серпні того ж року була оприлюднена специфікація MIDI 1.0. Також в 1983 році була сформована міжнародна група користувачів MIDI (IMUG - International MIDI Users Group), яка згодом перетворилася в IMA - міжнародну MIDI-асоціацію. Однак вона представляла користувачів, а не виробників, і не могла чинити на них серйозний вплив. Тому в червні 1984 року було сформовано асоціація MIDI-виробників (MMA - MIDI Manufacturers Association).

Організації MMA і JMSC спільно займаються всією діяльністю зі стандартизації та розширенню протоколу MIDI. Будь-який зареєстрований член цих організацій може запропонувати своє доповнення до протоколу, після чого воно буде винесено на голосування.

1983 - 2003
Протокол MIDI відкрив величезні можливості комп'ютерного синтезу і управління звуком. Комп'ютери почали використовуватися як засіб управління синтезаторами (як секвенсора або програми-композитора, що виробляє керуючі впливи на основі спеціальних алгоритмів).

У 1984 році Jim Miller випустив програму Personal Composer для IBM PC, яка представляла собою MIDI-секвенсор і дозволяла роздруковувати ноти. Фірми Passport Designs і Sequential Circuits представили чотирьох-і восьмідорожечние програми-секвенсори для комп'ютерів Apple II і Commodore 64. Фірма Roland випустила гітарний MIDI-контролер GR 700, а також синхронізатор і SMPTE-інтерфейс SBX 80, який зробив революцію в справі синхронізації драм-машин і секвенсоров з аналоговими магнітофонами. Yamaha представила цифрову затримку D 1500 - перший процесор ефектів, пресети якого можна було змінювати за допомогою MIDI-повідомлення Program Change. У приладі Emulator II фірми Emu вперше поєднуються MIDI-, SMPTE- і комп'ютерне управління.

1985 рік ознаменувався захопленням європейського ринку комп'ютерами Atari, що мають вбудовані MIDI-порти. Фірми MOTU і Opcode випускають програмні MIDI-секвенсори під Macintosh. В цей же час Yamaha розробляє апаратний секвенсор QX 1 з пам'яттю на 80000 нот і можливістю редагування списку MIDI-подій. У наступному році комп'ютери PC починають завойовувати ринок. Для PC з'являється безліч програм, що використовують MIDI. Фірма Lexicon випускає ревербератор PCM 70 - перший процесор ефектів, параметрами пресетів якого можна управляти по MIDI.

Сам протокол також не стоїть на місці. Розроблений з урахуванням на подальше розширення, він поповнюється новими можливостями. У березні 1987 року доданий MIDI Time Code (синхросигнал для взаємодії MIDI-пристроїв з магнітофонами та іншим обладнанням, що працюють з таймкодом SMPTE), в травні 1987 - Sample Dump Standard (протокол передачі семплів по MIDI). У грудні 1988 з'являється повідомлення Reset all controllers (обнулити всі контролери), в квітні 1990 - повідомлення Bank Select (вибір банку).

У 1990 році фірма Opcode випускає MIDI-аудіосеквенсор Studio Vision для Macintosh, а також програму Galaxy - універсальний редактор / бібліотекар MIDI-пристроїв. У травні 1991 протокол поповнюється повідомленням All sounds off (зняти всі звуки), в липні 1991 - командами управління світловими і піротехнічними приладами MIDI Show Control, а також форматом стандартних MIDI-файлів (SMF - Standard MIDI Files) для платформо-незалежного зберігання та обміну даними секвенсоров. У жовтні 1991 з'являється стандарт General MIDI, в якому визначені деякі мінімальні вимоги до GM-сумісних пристроїв і назви звуків закріплені за номерами петчей. З'являється і перший GM-сумісний звуковий модуль Roland SC 55 Sound Canvas. Фірма Opcode випускає MIDI-розширення OMS (Opcode Music System) для операційної системи комп'ютера Macintosh.

У грудні 1991 виходить MIDI Tuning Specification - спосіб тонкого управління строєм інструментів. У січні 1992 протокол MIDI остаточно інтегрується в студію звукозапису - з'являється стандарт MIDI Machine Control, який дозволяє управляти по MIDI транспортними функціями записуючих пристроїв.

З приходом Microsoft Windows 3.1 у користувачів PC з'являється підтримка MIDI на рівні операційної системи. Виходить програма Cakewalk для Windows, програма Cubase, раніше випускалася для Atari і Macintosh, стає доступна на PC. 1993 рік - початок буму мультимедіа. Для PC з'являються звукові плати з MIDI-інтерфейсом. MIDI-технологія активно експлуатується в двох секторах ринку: професійному та аматорському.

Починають свій розвиток віртуальні студії на базі персонального комп'ютера. Віртуальні синтезатори, процесори ефектів і інші програми взаємодіють з MIDI з зовнішнім світом (І навіть один з одним, всередині одного комп'ютера, з'єднуючись віртуальним MIDI-кабелем).

У травні 1996 року виходить специфікація Downloadable Sounds (DLS) Level 1, яка дозволяє доповнювати власними звуками набори наявних в пристрої петчей General MIDI.

За останні п'ять років організація MMA випустила більше десятка нових специфікацій. Січень 1998 - SMF Lyrics Specification (текст до пісень в стандартних MIDI-файлах), січень 1999 - MIDI Tuning Bank and Dump Extensions (нові повідомлення для тонкого налаштування інструментів) і специфікація DLS Level 1 версії 1.1, червень 1999 - SMF Language and Display Extensions (зберігання і відображення символів в MIDI-файлах), повідомлення SMF Device Name and Program Name (відтворення MIDI-файлу на декількох пристроях одночасно), листопад 1999 - General MIDI 2.

У лютому 2000 року запропонований новий формат RMID, який дозволяє об'єднати в одному файлі дані стандартного MIDI-файлу і DLS-файлу. У жовтні 2000 - MIDI Media Adaptation Layer for IEEE-1394 (спосіб передачі MIDI-повідомлень по протоколу FireWire), в серпні 2001 - специфікація DLS Level 2.1, в листопаді 2001 - General MIDI Lite (для мобільних застосувань і портативних пристроїв), а також специфікація XMF (eXtensible Music Format), яка пропонується замість формату RMID.

Останнім доповненням (травень 2002) є Scalable Polyphony MIDI Specification - спосіб, що дозволяє відтворювати один і той же MIDI-файл максимально коректно незалежно від доступної поліфонії.

Незважаючи на всі ці додавання, MIDI специфікація як і раніше має версію 1.0.

основи
MIDI - це протокол зв'язку між пристроєм управління, генеруючим команди, і підлеглим пристроєм, який виконує ці команди. Якщо дуже сильно звузити це визначення, то можна привести типовий приклад: MIDI дозволяє виконавцю натиснути клавішу на одному інструменті, а отримати при цьому звук іншого або навіть декількох. Будь-які дії виконавця на органи управління (натискання клавіш, педалей, зміна положень регуляторів і т. П.) Можуть бути перетворені в команди, які можна передати по MIDI-кабелю на інші інструменти. Ці інструменти, отримуючи команди, обробляють їх так само, як і при впливі на їх власні органи управління.

Насправді протокол MIDI не конкретизує склад взаємодіючих пристроїв і не вимагає наявності живого виконавця. Суть протоколу в тому, що в якійсь системі, що складається з декількох пристроїв, один пристрій (майстер) генерує команди управління, а всі інші пристрої (підлеглі) виконують ці команди. Якщо підлеглі пристрої є джерелами звуку (синтезатори, звукові модулі, семплери, драм-машини, одним словом, тон-генератори), то вони керуються командами, пов'язаними зі звукоутворення: наприклад, "взяти ноту До першої октави" або "перемкнути тембр на номер 5 ". Якщо підлеглі пристрої виконують інші функції, наприклад, обробку аудіосигналу, то і команди для них будуть дещо іншими. Як би там не було, прилад, отримує команди управління через свій MIDI-вхід (MIDI In).

Як майстер-пристрою може виступати будь-який прилад, який має MIDI-вихід (MIDI Out) і здатний посилати на цей вихід команди управління. Майстер-пристрої можна розділити на два типи: пристрої, на які безпосередньо впливає виконавець (наприклад, синтезатор) і пристрої, які генерують керуючі команди автоматично (без участі виконавця), на основі раніше введених даних. Типовим прикладом пристрою останнього типу є секвенсор.

Секвенсор нагадує магнітофон, тільки записує він не звук, а команди управління, і не на стрічку, а в пам'ять комп'ютера (в широкому сенсі слова, це може бути і вбудований комп'ютер синтезатора). Секвенсор дозволяє записати дії виконавця (включаючи динаміку виконання, стиль, штрихи і т. П.), А потім відтворити їх в первозданному вигляді, точно так же, як якби виконавець знову сів за інструмент і зіграв те ж саме. Крім того, в секвенсорі можна редагувати записану інформацію способами, нездійсненними на магнітофоні: транспонувати партії або окремі ноти, змінювати ритмічну позицію подій або тембр, яким синтезатор буде відтворювати партію.

Протокол MIDI розроблявся для управління синтезаторами, а в них, як відомо, найголовніший орган управління - клавіатура. Тому не дивно, що розробники MIDI для опису дій виконавця обрали принцип клавішного інструмента.

MIDI є вираженим клавишно-орієнтованим протоколом.

Це не означає, що управляти тон-генератором можна тільки з клавіатури - існують безліч інших способів введення, наприклад, електронні педи і цілі ударні установки, гітарні або духові контролери (про них ми поговоримо окремо і більш детально). Однак, хоч би яке засіб введення не використовувалося, повідомлення від нього перетворюються в клавишно-орієнтовані.

Прийоми звуковидобування, нехарактерні для клавішного інструмента, можуть бути лише зімітовані засобами MIDI з тим або іншим ступенем достовірності.

комутація
Як же з'єднуються пристрої в MIDI? Уявімо себе на місці розробників. У нас є два синтезатора, і ми хочемо, щоб при натисканні клавіші на одному з них другий синтезатор зіграв ту ж ноту, але своїм звуком. Очевидно, для цього потрібно зробити на першому синтезаторі вихідний MIDI-роз'єм, а на другому - вхідний MIDI-роз'єм і з'єднати інструменти MIDI-кабелем. Перший синтезатор при натисканні клавіші повинен генерувати повідомлення про взяття ноти і посилати його на свій вихід, а другий синтезатор - отримувати це повідомлення через вхід і відтворювати звук (рис. 3).

Musical Instrument Digital Interface (MIDI)

Почнемо зі слова "інтерфейс". Інтерфейс (Interface) - система уніфікованих зв'язків і сигналів, за допомогою яких пристрої або програми взаємодіють між собою.

Musical Instrument Digital Interface (MIDI) - цифровий інтерфейс музичних інструментів. Стандарт на інтерфейс створений провідними виробниками музичних інструментів: Yamaha, Roland, Korg, E-mu і ін.

Розрізняють апаратний MIDI-інтерфейс і формат MIDI-даних. Апаратний інтерфейс використовується для фізичного з'єднання джерела і приймача повідомлень, формат даних - для створення, зберігання та передачі MIDI-повідомлень. Питання, пов'язані з форматом даних, ми розглянемо в розд. 1.2, а зараз познайомимося з апаратної складової MIDI-інтерфейсу.

MIDI-інтерфейс - це старт-стопи послідовний асинхронний інтерфейс "струмова петля".

Словосполучення "старт-стопи" означає, що в кожному переданому повідомленні обов'язково повинні міститися ознаки того, що процес передачі розпочато (сигнал "Старт") і завершено (сигнал "Стоп").

У послідовному інтерфейсі двійкові дані передаються не одночасно, а по черзі (послідовно).

Асинхронність інтерфейсу полягає в тому, що початок передачі даних в ньому не прив'язане до якогось певного моменту часу. Передача здійснюється тоді, коли в цьому виникає необхідність. Натиснули на клавішу - в інтерфейсі з'явилося повідомлення про це. Передає сторона інтерфейсу активна, на ній є джерело струму і коммутирующий елемент (в кінцевому рахунку, вимикач), а приймальня - пасивна, на ній розташований тільки прилад-приймач струму. Принцип струмового петлі полягає в тому, що як тільки ланцюг вимикача буде замкнута, струм через неї потече від позитивного полюса джерела (на передавальній стороні) через "прямий" з'єднувальний провідник кабелю, далі через приймач струму (на приймальній стороні) і по "зворотного" провіднику кабелю повернеться на приймальню бік ( "втечеть" в негативний полюс джерела). Ось вам і струмова петля. Проходячи крізь приймач, ток виконає вказану йому роль: пустить у хід чутливий елемент, в результаті чого в приймальнику і буде зафіксований прийшов сигнал.

Структура елементарного MIDI-сигналу

Активний передавач формує струмовий посилку з силою струму 5 мА. Струмова посилка відповідає логічному нулю, безструмової - логічній одиниці. Структура елементарного MIDI-сигналу (рис. 1.1) характеризується наступними ознаками: 7 бітів даних, один біт (старший) статусний, один біт старту, один біт стопа. Перевірка на парність відсутня.

Ви бачите, що столовий біт - одиничний, а не нульовий. Тобто в стані "Стоп" струм в ланцюзі не тече. Це дуже розумно. Економиться енергія і ресурси елементів інтерфейсу. Адже основну частину часу в M1DI-системі ніяких подій не відбувається: в середньому протяжність пауз значно більше, ніж протяжність тих інтервалів часу, коли ви граєте на MIDI-клавіатурі. Правда, струм може бути відсутнім в ланцюзі не тільки тому, що немає повідомлень, а й з-за її обриву. Для своєчасного виявлення несправного стану MIDI-мережі передбачена періодична передача спеціального тестового сигналу. Якщо після певного часу приймач його не виявить, то це буде вважатися аварією, після чого MIDI-система відпрацює заздалегідь обумовлену послідовність дій.

Мал. 1.1.Структура елементарного MIDI-сигналу:

Пропускна здатність MIDI-каналу 3,125 кбайт / с. Команди можуть бути одно-, дво- і трехбайтнимі. Перший байт - статусний. Він визначає дію команди. За ним можуть слідувати 1 - 2 байта даних. Старший біт статусного байта 1, а байта даних - 0.

Сполучні MIDI-роз'єми і MIDI-кабель

Повноцінне MIDI-пристрій має три сполучних роз'єму: MIDI In (вхід), MIDI Out (вихід) і MIDI Thru (на роз'єм MIDI Thru через буфер ретранслюється копія сигналу, що надходить із зовнішнього MIDI-пристрої на вхід MIDI In). Всі роз'єми - пятіконтактний. Контакти 4 і 5 - сигнальні, контакт 2 - екран. Полярність сигналів визначається щодо джерела струму: контакт 4 - плюс (струм випливає з висновку), контакт 5 - мінус (струм втікає в висновок). Таким чином, для роз'ємів MIDI Out і MIDI Thru призначення контактів один і той же, для роз'єму MIDI In - зворотне.

Мал. 1.2. Схема розпаювання роз'ємів MIDI-кабелю:

Для з'єднання використовується двожильний екранований кабель. З'єднання роз'ємів на двох кінцях кабелю - пряме (2-2, 4-4, 5-5). Схема розпаювання роз'ємів MIDI-кабелю представлена \u200b\u200bна рис. 1.2.

Принцип з'єднання MIDI-пристроїв

Принцип з'єднання двох MIDI-пристроїв показаний на рис. 1.3. Контакт передавача, з якого в зовнішній ланцюг знімається сигнал, називається MIDI TXD (Transmitter Data). Контакт приймача, на який із зовнішнього ланцюга повинен надходити сигнал, - MIDI RXD (Receiver Data).

Мал. 1.3. Принцип з'єднання двох MIDI-пристроїв:

Апаратна частина інтерфейсу MIDI чудова тим, що розробники передбачили в ній кілька заходів, спрямованих на зниження рівня шуму і перешкод. До простих, але досить ефективних заходів відноситься обов'язкове екранування кабелів, що з'єднують MIDI-пристрої. Екран являє собою дротяну оплетку, яка захищає провідники від проникнення в них електромагнітних хвиль, що несуть перешкоди. І, що не менш важливо, екран запобігає випромінювання електромагнітних хвиль в навколишній простір самим MIDI-кабелем. Через екран перешкоди не проникають з одного інструмента на інший, так як відповідно до стандарту MIDI виключено електричне з'єднання екрану з корпусами одночасно двох MIDI-пристроїв. Найголовніше, перешкоди не можуть потрапити з одного інструмента на інший ще й тому, що навіть сигнальні дроти не мають безпосереднього (кажуть: гальванічної) зв'язку одночасно і з приладом-передавачем, і з приладом-приймачем MIDI-повідомлень. Зрозуміло, тут немає парадоксу: якщо по дротах передається інформація, значить, зв'язок є, але цей зв'язок насправді не гальванічна, а оптична. У вхідному ланцюзі інтерфейсу MIDI включена пара оптоелектронних приладів. Світлодіод починає світитися, коли по кабелю передається логічний нуль, і гасне, якщо передається логічна одиниця. Світло спрямований на фотодіод, струм через який тим сильніше, чим сильніше цей прилад освітлений. Ланцюжок перетворення сигналів така: електричний струм - світло - електричний струм. Таким способом створюється нездоланна перешкода на шляху протікання струмів, що несуть в собі перешкоди (величини цих струмів недостатньо, щоб світлодіод став випромінювати світло), в той же час цифрові сигнали проходять абсолютно вільно.

Стандартом передбачено, що в мережі MIDl-пристроїв в один і той же час тільки одне з них може бути передавачем MIDI-повідомлень, а всі інші - тільки приймачами. Один MIDI-передавач допускає підключення до чотирьох приймачів. На рис. 1.4 представлений варіант підключення MIDI-пристроїв до MIDI-інтерфейсу звукової карти, Встановленої в комп'ютер.

Мал. 1.4. Підключення MIDI-пристроїв до звукової карти:

MIDI-сигнали в роз'ємі ігрового порту звукової карти

Слід зауважити, що у звукових карт, як правило, відсутні стандартні MIDI-роз'єми. Це пов'язано з тим, що габарити не дозволяють розмістити їх в прорізах на задній стінці комп'ютера, призначених для закріплення плат розширення. "Напівфабрикати" MIDI-сигналів (MIDI RXD і MIDI TXD) виводяться на контакти роз'єму ігрового порту (рис. 1.5).

Для правильної орієнтації в номерах контактів потрібно врахувати, що роз'єм показаний таким, яким він видавався б спостерігачеві, що сидить всередині комп'ютера. Не дуже зручна точка спостереження, але саме їй відповідає малюнок, зазвичай приводиться в описі звукової карти. Щоб не заплутати вас, на рис. 1.5 ми не стали змінювати напрямку погляду.

Мал. 1.5. Призначення деяких контактів роз'єму ігрового порту:

Більшість контактів призначене для підключення джойстика, однак, вони нас зараз не цікавлять. Зверніть увагу на наступні контакти:

• 4, 5 - з'єднані із загальним проводом блоку живлення комп'ютера або, як іноді кажуть, з корпусом, з землею (на схемах це з'єднання позначають GND);
• 1, 8, 9 - з'єднані з висновком +5 В джерела живлення комп'ютера;
• 15 - на який із зовнішніх ланцюгів повинен надходити сигнал MIDI RXD (Receiver Data);
• 12 - з якого в зовнішній ланцюг знімається сигнал MIDI TXD (Transmitter Data).

Для підключення звукової карти до MlDI-пристроїв необхідний перехідний кабель-адаптер, що містить оптронна розв'язку. При з'єднанні MIDI-пристроїв потрібно дотримуватися нескладного правила: кабель не повинен з'єднувати однойменні роз'єми двох пристроїв, т. Е. Не можна з'єднувати MIDI Out одного пристрою з MIDI Out іншого, також MIDI In з MIDI In. Однак якщо ви випадково помилилися, нічого страшного не трапиться: в схемі MIDI-інтерфейсу є необхідний захист.

А ось один кабель або два слід протягувати між MlDI-пристроями, залежить від того, що це за пристрої і з якою метою вони використовуються.

Спочатку розглянемо найбільш ймовірну ситуацію. Припустимо, ви придбали MIDI-клавіатуру і хочете підключити її до звукової карти, скориставшись MIDI-інтерфейсом. Немає нічого простішого, проте спочатку необхідно розібратися, чим же відрізняється MIDI-клавіатура від клавішного електронного музичного інструменту (синтезатора). Останній містить і клавіатуру, і блок синтезу, тому в змозі самостійно формувати звуки. Всі сучасні синтезатори оснащені MIDI-інтерфейсом. MIDI-клавіатура не має здатність синтезувати звук. Вона призначена лише для того, щоб за допомогою MIDI-інтерфейсу управляти роботою зовнішнього (по відношенню до неї) синтезатора. Це, перш за все, найбільш дешевий варіант спільного використання декількох синтезаторів. У цьому випадку вони можуть не мати власних клавіатур, чим і визначається їх відносно низька вартість. Синтезатор, який не має власної клавіатури, прийнято називати тон-генератором.

Підключення до звукової карти MIDI-клавіатури і MIDI-синтезатора

Повернемося до питання про підключення MIDI-клавіатури до звукової карти (рис. 1.6). Дійсно, зробити це дуже просто: в гніздо MIDI Out клавіатури вставте вилку MIDI In адаптера, а 15-контактний роз'єм MIDI-адаптера з'єднайте з роз'ємом ігрового порту, розташованим на звуковій карті. MIDI-клавіатура тут буде грати роль провідного MIDI-пристрої, а звукова карта - веденого.

Мал. 1.6. Підключення MIDI-клавіатури до звукової карти:

Якщо у вас вже є сучасна, з широкими функціональними можливостями звукова карта і ви хочете виконувати музику не за допомогою миші, а перевіреним дідівським способом, перебираючи білі і чорні клавіші, то MIDI-клавіатура - це вихід з положення. Зауважимо, що в продажу є музичні синтезатори з клавіатурою і MIDI-інтер-фейсом. Деякі з них (відносно прості) трохи дорожче MIDI-клавіатур. У режимах виконання і запису композиції синтезатор можна використовувати в якості MIDI-клавіатури. Для цього слід виконати таке ж з'єднання, як і в разі підключення MIDI-клавіатури: MIDI Out синтезатора з'єднати з входом MIDI In адаптера.

При програванні композиції зовнішній синтезатор з клавіатурою можна використовувати як доповнення до звукової карти і отримувати з нього звуки тих інструментів, які відсутні в палітрі звукової карти. Для реалізації цієї можливості вихід MIDI Out адаптера слід з'єднати з входом MIDI In синтезатора (рис. 1.7).

Мал. 1.7. Схема підключення зовнішнього синтезатора до звукової карти:

Рішення проблеми самозбудження MIDI-системи

При некоректному виборі режиму роботи музичного редактора з'єднання за схемою, наведеною на рис. 1.7, може викликати неприємний ефект: подане з клавіатури повідомлення, наприклад натискання клавіші, надійде на звукову карту, а звідти знову в синтезатор, а з синтезатора знову на звукову карту ... І так до нескінченності. Система зациклиться, збудиться і перевантажиться. Звуки будуть чутні нецікаві. Що слід зробити, щоб уникнути цього?

З рис. 1.7 випливає, що обидва пристрої - і звукова карта і синтезатор - одночасно виявляються і MIDI-приймачами і MIDI-передавачами. Це недопустимо. Тривіальний вихід - відключити другий кабель на час використання синтезатора в якості MIDI-клавіатури і підключити його при відтворенні записаної раніше мелодії, - вкрай незручний. Всі ці відключення, підключення, повірте, закінчаться погано. Простіше і безпечніше для апаратури і вашого гаманця виконати необхідну комутацію на логічному рівні. Робиться це або безпосередньо в синтезаторі (вимикачем Local Off), або в музичному редакторі.

Однак було б правильніше вирішити проблему зациклення, маніпулюючи опціями ретрансляції MIDI-повідомлень. Суть справи полягає в тому, що MIDI-інформація, яка надходить на вхід пристрою (або програми, в нашому випадку Cubase SX), транслюється на його вихід. Розглянемо класичний приклад, коли синтезатор звукової карти використовується спільно з зовнішнім синтезатором, який, в свою чергу, ще й виконує функції MIDI-клавіатури. Зациклення неминуче виникне в тому випадку, якщо ви виберете трек, у якого в якості портів введення / виводу задані порти, фізично підключені до зовнішнього синтезатора. Послідовність виникнення небажаного ефекту зациклення така:

1. Ви натискаєте на синтезаторі клавішу, синтезатор відтворює відповідну ноту.
2. MIDI-повідомлення типу Note On (див. Розд. 1.2.1) надходить в звуковий редактор.
3. У звуковому редакторі, завдяки ретрансляції MIDI-повідомлень, це ж повідомлення передається на вхідний порт синтезатора.
4. Синтезатор, отримавши повідомлення Note On, відпрацьовує його, відтворюючи відповідну ноту (зауважте, вже не в перший раз).
5. У синтезаторі теж працює ретрансляція MIDI-повідомлень (чи можна її відключити і як це зробити - шукайте в керівництві користувача), тому далі див. П. 2.

Щоб розірвати цей ланцюжок, слід відключити ретрансляцію MIDI-повідомлень або в синтезаторі, або в програмі (як правило, в музичних редакторах ця опція за замовчуванням включена). У Cubase SX слід вчинити так: відкрийте меню File, Виберіть команду Preferences. Відкриється діалогове вікно Preferences. У дереві, що знаходиться в лівій частині вікна, виберіть гілку MIDI. На вкладці MIDI скиньте прапорець MIDI Thru Active. Тепер зациклення не буде. Переконатися в цьому можна, натиснувши ОК, Після чого діалогове вікно Preferences закриється. Можна також натиснути кнопку Apply, вікно Preferences залишиться відкритим, а зміни, внесені вами, будуть застосовані.

При скинутому прапорці MIDI Thru Active втрачається можливість використовувати зовнішній синтезатор як MIDI-клавіатури для управління вбудованим синтезатором звукової карти.