Android-устройства в качестве миди-контроллера. MIDI

Что такое MIDI?

Musical Instrument Digital Interface - цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Создан в 1982 году ведущими производителями электронных музыкальных инструментов - Yamaha, Roland, Korg, E-mu и др. Изначально был предназначен для замены принятого в то время управления музыкальными инструментами при помощи аналоговых сигналов управлением при помощи информационных сообщений, передаваемых по цифровому интерфейсу. Впоследствии стал стандартом де-факто в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза.

MIDI представляет собой так называемый событийно-ориентированный протокол связи между инструментами. Всякий раз, когда исполнитель производит какое-либо воздействие на органы управления (нажатие/отпускание клавиш, педалей, изменение положений регуляторов и т.п., инструмент формирует соответствующее MIDI-сообщение, в тот же момент посылаемое по интерфейсу. Другие инструменты, получая сообщения, отрабатывают их так же, как и при воздействии на их собственные органы управления. Таким образом, поток MIDI-сообщений представляет собой как бы слепок с действий исполнителя, сохраняя присущий ему стиль исполнения - динамику, технические приемы и т.п. При записи на устройства хранения информации MIDI-сообщения снабжаются временнЫми метками, образуя своеобразный способ представления партитуры. При воспроизведении по этим меткам полностью и однозначно восстанавливается исходный MIDI-поток.

Спецификация MIDI состоит из аппаратной спецификации самого интерфейса и спецификации формата данных - описания системы передаваемых сообщений. Соответственно, различается аппаратный MIDI-интерфейс и формат MIDI-данных (так называемая MIDI-партитура); интерфейс используется для физического соединения источника и приемника сообщений, формат данных - для создания, хранения и передачи MIDI-сообщений. В настоящее время эти понятия стали самостоятельными и обычно используются отдельно друг от друга - по MIDI-интерфейсу могут передаваться данные любого другого формата, а MIDI-формат может использоваться только для обработки партитур, без вывода на устройство синтеза.

Аппаратная спецификация MIDI

Интерфейс - старт-стопный последовательный "токовая петля" (активный передатчик, 5 мА, токовая посылка - 0, бестоковая - 1), скоростью передачи 31250 ±1% бит/с и протоколом 8-N-1 (один стартовый бит, 8 битов данных, один бит стопа, без четности). Передатчики и приемники должны обеспечивать длительность фронтов менее 2 мкс.

Каждый инструмент имеет три соединительных разъема: In (вход), Out (выход) и Thru (копия сигнала с In через буфер). Все разъемы - типа female DIN-5 (СГ-5), вид с наружной стороны (стороны соединения):

Контакты 4 и 5 - сигнальные, контакт 2 - экран. Полярность сигналов дается относительно источника тока: контакт 4 - плюс (ток вытекает из вывода), контакт 5 - минус (ток втекает в вывод). Таким образом, для разъемов Out и Thru назначение то же, для разъема In - обратное. Для соединения используется двужильный экранированный кабель длиной до 50 футов (около 15 м). Экран необходим только для защиты от излучаемых помех - кабель практически нечувствителен к наводкам извне. Соединение разъемов на двух концах кабеля - прямое (2-2, 4-4, 5-5).

Один MIDI-передатчик допускает подключение до четырех приемников.

Описанная схема позволяет создавать сеть MIDI-устройств, подключая их по цепочке и нескольким направлениям:

В этой схеме устройство 1 служит источником сообщений, которые получает устройство 2 и через его ретранслятор - устройство 3. Устройство 4 получает сообщения, посылаемые устройством 2 (они могут как включать, так и не включать получаемые самим устройством 2) и ретранслирует их на вход устройства 5.

Спецификация формата данных MIDI

MIDI-данные представляют собой сообщения, или события (events), каждое из которых является командой для музыкального инструмента. Стандарт предусматривает 16 независимых и равноправных логических каналов, внутри каждого из которых действуют свои режимы работы; изначально это было предназначено для однотембровых инструментов, способных в каждый момент времени воспроизводить звук только одного тембра - каждому инструменту присваивался свой номер канала, что давало возможность многотембрового исполнения. С появлением многотембровых (multi-timbral) инструментов они стали поддерживать несколько каналов (современные инструменты поддерживают все 16 каналов и могут иметь более одного MIDI-интерфейса), поэтому сейчас каждому каналу обычно назначается свой тембр, называемый по традиции инструментом, хотя возможна комбинация нескольких тембров в одном канале. Канал 10 по традиции используется для ударных инструментов - различные ноты в нем соответствуют различным ударным звукам фиксированной высоты; остальные каналы используются для мелодических инструментов, когда различные ноты, как обычно, соответствуют различной высоте тона одного и того же инструмента.

Поскольку MIDI-сообщения представляют собой поток данных в реальном времени, их кодировка разработана для облегчения синхронизации в случае потери соединения. Для этого первый байт каждого сообщения, называемый также байтом состояния (status byte), содержит "1" в старшем разряде, а все остальные байты содержат в нем "0" и называются байтами данных (data bytes). Если после получения всех байтов данных последнего сообщения на вход приемника поступает байт, не содержащий "1" в старшем разряде - это трактуется как повторение информационной части сообщения (подразумевается такой же первый байт). Такой метод передачи носит название "Running Status" и широко используется для уменьшения объема передаваемых данных - например, передается один байт команды "Controller Change" с нужным номером канала, а затем - серия байтов данных с номерами и значениями контроллеров для этого канала.

MIDI- сообщения делятся на канальные - относящиеся к конкретному каналу, и системные - относящиеся к системе в целом. Кодировка MIDI-сообщений (шестнадцатеричная, n в первом байте обозначает номер канала):

Канальные сообщения:

• 8n nn vv - Note Off (выключение ноты)
• 9n nn vv - Note On (включение ноты)
• An nn pp - Key Pressure (Polyphonic Aftertouch, давление на клавишу)
• Bn cc vv - Control Change (смена значения контроллера)
• Cn pp - Program Change (смена программы (тембра, инструмента))
• Dn pp - Channel Pressure (Channel Aftertouch, давление в канале)
• En ll mm - Pitch Bend Change (смена значения Pitch Bend)

Системные сообщения:

• F0 - System Exclusive (SysEx, системное исключительное сообщение)
• F1 - резерв
• F2 ll mm - Song Position Pointer (указатель позиции в партитуре)
• F3 ss - Song Select (выбор партитуры)
• F4 - резерв
• F5 - резерв
• F6 - Tune Request (запрос подстройки)
• F7 - EOX (End Of 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)

На основе MIDI позднее был разработан стандарт GM (General MIDI - единый MIDI), устанавливающий условия обязательной совместимости инструментов и интерпретации номеров программ и контроллеров, а затем и другие стандарты (GS, XG), расширяющие GM. Однако общность инструментов внутри каждого стандарта подразумевает только основные звуковые характеристики. "Одинаковые" тембры на различных инструментах почти всегда имеют различную окраску, динамику, яркость, громкость по умолчанию и другие особенности, а "синтетические" тембры могут совершенно отличаться друг от друга. Кроме этого, у разных инструментов различается зависимость характера звука от силы удара по клавише, динамика работы MIDI-контроллеров, положения контроллеров по умолчанию и прочие "тонкие" параметры. Поэтому MIDI-партитура, подготовленная для конкретного инструмента, на других инструментах (даже внутри стандарта) часто звучит совершенно по-другому, и это необходимо учитывать при переносе партитур с между инструментами различных моделей.

Инструменты, поддерживающие стандарты GM и GS, почти всегда имеют дополнительные средства управления синтезом и обработкой звука, расширяющие рамки стандарта. При этом используемые способы управления, как правило, сохраняются внутри одной линии инструментов и внутри инструментов одного производителя.

Описание работы контроллеров

Контроллеры Bank Select

Многие устройства могут работать с большим количеством встроенных и дополнительных тембров (инструментов) и звуковых эффектов, которые для удобства объединены в банки. В каждый момент времени в одном канале может использоваться только один банк; для переключения банков служат контроллеры:

• 0 - Bank Select MSB (выбор банка, старший байт)
• 32 - Bank Select LSB (выбор банка, младший байт)

Одни устройства требуют для переключения банков только один из этих контроллеров, другие требуют оба. Поведение некоторых устройств в этом отношении может изменяться в различных режимах работы.

По умолчанию устанавливается нулевой банк. После смены банка обязательна посылка сообщения Program Change для выбора тембра (инструмента).

Обработка устройством команды смены банка и инструмента может занять значительное время (десятки миллисекунд и более). Некоторые устройства при получении команд смены банков и инструментов гасят звучащие ноты в канале.

Контроллер Modulation

Задает глубину частотной модуляции в канале. Управление абсолютное. Значение 0 отключает модуляцию, значение 127 устанавливает максимальную глубину. Стандартное значение - 0. Действует на последующие и уже звучащие ноты.

Контроллер Portamento Time

Задает время плавного скольжения от частоты предыдущей ноты до частоты очередной ноты. Управление абсолютное. Значение 0 соответствует минимальному времени, 127 - максимальному. Стандартное значение не определено.

Контроллер Main Volume

Задает громкость звучания внутри канала. Управление абсолютное. Стандартное значение - обычно 100. Действует на последующие и уже звучащие ноты.

Контроллер Pan

Задает соотношение уровня стереоканалов (точку стереопанорамы) для канала. Управление абсолютное. Значение 0 - крайняя левая позиция, 64 - средняя, 127 - крайняя правая. Стандартное значение - 64. Действует на последующие и уже звучащие ноты.

Контроллер Expression

Задает степень выразительности звука. Управление абсолютное. На простых инструментах дублирует контроллер Main Volume и действует и на последующие, и на уже звучащие ноты. На инструментах с развитым синтезом управляет более тонкими параметрами выразительности, и действует только на последующие ноты. Стандартное значение - обычно 127.

Контроллер Harmonic Content

Задает добротность (глубину резонанса) фильтра канала, позволяющего подчеркнуть высокочастотные гармоники тембра. Увеличение добротности увеличивает крутизну характеристики фильтра в области среза, усиливая частоты, лежащие непосредственно ниже частоты среза. Управление относительное (0..64..127). Стандартное значение - 64.

Контроллер Release Time

Задает время концевого затухания звучания нот с момента отработки Note Off (явного или автоматического) до полного исчезновения звука. Управление относительное (0..64..127). Стандартное значение - 64.

Контроллер Attack Time

Задает время начальной атаки - нарастания громкости звучания нот с момента отработки Note On до максимального значения громкости. Управление относительное (0..64..127). Стандартное значение - 64.

Контроллер Brightness

Задает частоту среза фильтра канала, управляющую ослаблением высоких частот звука. Управление относительное (0..64..127). Стандартное значение - 64.

Контроллер Portamento Control

Задает номер ноты, от которой выполняется плавная перестройка частоты в режиме Portamento, и позволяет установить исходную высоту, отличную от определяемой последним сообщением Note On.

Контроллер Reverb Level

Задает глубину выбранного эффекта типа реверберации (основанного на постоянной задержке сигнала) - Room, Hall, Delay, Echo и т.п. Управление - абсолютное или относительное в зависимости от инструмента.

Контроллер Chorus Level

Задает глубину эффекта типа хорового (основанного на переменной задержке сигнала) - Chorus, Flanger, Phaser и т.п. Управление - абсолютное или относительное в зависимости от инструмента.

Контроллер Variation Level

Задает глубину эффекта, выбранного в качестве Variation. Управление - абсолютное или относительное в зависимости от инструмента.

Контроллер-переключатель Sustain

Во включенном состоянии вызывает удержание звучания для всех клавиш, отпущенных во время действия контроллера - по аналогии с правой педалью фортепиано. Иными словами, в режиме Sustain канал задерживает отработку последнего поступившего для каждой ноты сообщения Note Off. В момент отключения одновременно отрабатываются все задержанные таким образом Note Off; на явно удерживаемые в этот момент клавиши (для которых последним поступившим сообщением является Note On) отключение режима не влияет.

Контроллер-переключатель Sostenuto

Действует подобно Sustain, но удерживает звучание только тех нот, которые были нажаты на момент включения контроллера. Последующие нажатия и отпускания отрабатываются в обычном порядке. Иначе говоря, откладывается отработка Note Off только для тех нот, Note On для которых поступили до включения режима.

Контроллер-переключатель Soft

По аналогии с левой педалью фортепиано, вызывает смягчение звучания для нот, нажатых во время действия режима. Способ реализации - простое уменьшение громкости или более тонкое управление - определяется инструментом.

Контроллер-переключатель Portamento

При выключенном режиме каждая нажатая нота начинает звучать на частоте, определяемой высотой ноты и установленными на данный момент значениями контроллеров управления высотой (Pitch Bend Change и Coarse/Fine Tune и т.п.). При включенном режиме очередная нота начинает звучать на частоте, определяемой последним сообщением Note On или контроллером Portamento Control, затем ее высота плавно изменяется до нужной со скоростью, определяемой контроллером Portamento Time. Вне зависимости от того, было ли скольжение выполнено до конца или прервано по отпусканию ноты, последнее сообщение Note On всегда фиксируется в качестве исходной высоты для последующих нот. Это означает, что если, например, после ноты C2 была нажата нота C7, а затем - нота C4, то высота второй ноты будет плавно повышаться от C2 до C7, а высота третьей в то же время - понижаться от C7 до 50, и в качестве исходной для последующих нот будет принята нота 50. В момент нажатия C7 эта нота зазвучит в унисон с C2 и начнет скользить в сторону C7, а в момент нажатия ноты C4 та зазвучит с высотой C7 и начнет скользить к C4. Все скольжения выполняются независимо.

Контроллеры RPN, NRPN и Data Entry

Дополнительно для расширенного управления синтезом введены зарегистрированные (Registered Parameter Number - RPN) и незарегистрированные (Non-Registered Parameter Number - NRPN) номера параметров, передаваемые при помощи контроллеров:

• 98 - NRPN LSB (младший байт NRPN)
• 99 - NRPN MSB (старший байт NRPN)
• 100 - RPN LSB (младший байт RPN)
• 101 - RPN MSB (старший байт RPN)

Устройство запоминает однажды переданные ему RPN или NRPN, после которых могут передаваться значения выбранного параметра при помощи контроллеров:

• 6 - Data Entry MSB (ввод данных, старший байт)
• 38 - Data Entry LSB (ввод данных, младший байт)
• 96 - RPN Increment (увеличение RPN на 1, значение игнорируется)
• 97 - RPN Decrement (уменьшение RPN на 1, значение игнорируется)

Таким образом, механизм представляет собой "контроллер в контроллере". Стандартом General MIDI определена интерпретация только трех RPN, значения которых задаются старшими байтами параметров Data Entry:

• RPN 0 - Pitch Bend Sensitivity (чувствительность Pitch Bend)
• RPN 1 - Fine Tuning (точная подстройка)
• RPN 2 - Coarse Tuning (грубая подстройка)

Чувствительность Pitch Bend определяет количество полутонов, на которое смещается высота тона при получении сообщения Pitch Bend Change с предельным верхним или нижним значением параметра. По умолчанию принимается диапазон в два полутона в любую сторону.

RPN подстройки позволяют сместить строй инструмента в канале на заданное количество полутонов при грубой, или центов (сотых долей полутона) - при точной подстройке. За относительный нуль принимается значение 64.

Интерпретация остальных параметров стандартом GM не определена. В ряде инструментов для раздельной подстройки отдельных инструментов в различных банках используются также два дополнительных RPN:

• RPN 3 - Tuning Program Select
• RPN 4 - Tuning Bank Select

Стандартом GS введен набор NRPN для управления генераторами огибающих и резонансными фильтрами (номера NRPN даны в виде значений старшего и младшего байтов):

• NRPN 1/8 - Vibrato Rate (частота вибрато)
• NRPN 1/9 - Vibrato Depth (глубина вибрато)
• NRPN 1/10 - Vibrato Delay (задержка до включения вибрато)
• NRPN 1/32 - Filter Cutoff Frequency (частота среза фильтра)
• NRPN 1/33 - Filter Resonance (глубина резонанса фильтра)
• NRPN 1/99 - Attack Time (длительность атаки)
• NRPN 1/100 - Decay Time (длительность первичного спада)
• NRPN 1/102 - Release Time (длительность концевого затухания)

а также - для раздельной настройки параметров ударных инструментов (nn - номер ноты инструмента):

• NRPN 24/nn - Drum Pitch Coarse Tune (грубая подстройка высоты)
• NRPN 26/nn - Drum TVA Level (уровень громкости)
• NRPN 28/nn - Drum Pan (панорамная позиция)
• NRPN 29/nn - Drum Reverb Send Level (глубина эффекта reverb)
• NRPN 30/nn - Drum Chorus Send Level (глубина эффекта chorus)
• NRPN 31/nn - Drum Delay Send Level (глубина эффекта delay)

Значения параметров задаются старшими байтами Data Entry.

Стандартом XG введены дополнительные NRPN для ударных:

• NRPN 20/nn - Drum Filter Cutoff (частота среза фильтра)
• NRPN 21/nn - Drum Filter Resonance (глубина резонанса фильтра)
• NRPN 22/nn - Drum Attack Time (длительность атаки)
• NRPN 23/nn - Drum Decay Time (длительность первичного спада)
• NRPN 25/nn - Drum Pitch Fine Tune (точная подстройка высоты)

Специальные канальные сообщения

Задаются контроллерами 120..127 и управляют обработкой сообщений в каналах:

• 120 - All Sounds Off
• 121 - Reset All Controllers
• 122 vv - Local Control
• 123 - All Notes Off
• 124 - Omni Off
• 125 - Omni On
• 126 nn - Mono
• 127 - Poly

Обязательными к реализации в General MIDI определены только контроллеры 121 и 123; реализация остальных перечисленных контроллеров определяется производителем. Кроме этого, многие устройства требуют, чтобы неиспользуемые значения контроллеров были нулевыми.

Сообщение All Notes Off имитирует выключение всех включенных нот и полностью эквивалентно посылке сообщения Note Off для каждой звучащей ноты; будет ли при этом прекращено звучание ноты - зависит от состояния режимов Sustain и Sostenuto. Сообщение All Sounds Off действует так же, но не зависит от режимов Sustain/Sostenuto; кроме того, оно немедленно прекращает звучание всех нот, находящихся в стадии концевого затухания (Release). Состояние самих режимов Sustain/Sostenuto эти сообщения не затрагивают.

Сообщение Reset All Controllers устанавливает все контроллеры в значения по умолчанию, и используется для начальной установки устройства перед проигрыванием партитуры.

Сообщение Local Control служит для запрета/разрешения управления устройством с локальной панели. Нулевое значение параметра запрещает управление с панели (устройство управляется только по MIDI), значение 127 разрешает его.

Сообщения Omni On/Off служат для включения/выключения режима Omni - реакции устройства на канальные сообщения. При включенном режиме Omni устройство обрабатывает сообщения для всех каналов, при отключенном - только сообщения для выбранного канала (Basic Channel). Это позволяет разделить устройства между каналами. Канал назначается устройству либо с его панели управления, либо при помощи сообщений SysEx. Режим Omni имеет смысл в основном для старых инструментов, имеющих один MIDI-канал и не поддерживающих разделение тембров.

Сообщения Mono/Poly служат для переключения одноголосного и многоголосного (полифонического) режимов. В одноголосном режиме в каждый момент времени может звучать только одна нота; включение новой ноты приводит к принудительному отключению предыдущей. В полифоническом режиме включение каждой новой ноты запускает очередной свободный генератор, а при исчерпании генераторов новые ноты либо игнорируются, либо приводят к принудительному выключению наиболее "старых" нот.

Значение nn в сообщении Mono воспринимается некоторыми устройствами, как количество MIDI-каналов, по которым, начиная с Basic Channel, распределяются ноты в одноголосном режиме при выключенном режиме Omni. Смысл этой группы каналов различен для передающих и принимающих устройств. Передающее устройство направляет первую ноту в Basic Channel, следующую за ней - в Basic Channel + 1, и так далее, затем очередная нота снова направляется в Basic Channel, и цикл повторяется. Приемное устройство воспринимает канальные сообщения только внутри заданной группы каналов, каждый из которых работает в одноголосном режиме. Такой прием позволяет реализовать многоголосное исполнение на синтезаторах, имеющих жесткую привязку голосов (генераторов) к MIDI-каналам.

Контроллеры Omni, Mono и Poly вызывают также отработку контроллера All Sounds Off.

От различных сочетаний режимов Omni, Poly и Mono происходят четыре основных режиме работы (mode) MIDI-устройств:

• 1 - Omni On, Poly
• 2 - Omni On, Mono
• 3 - Omni Off, Poly
• 4 - Omni Off, Mono

Большинство современных устройств работает в mode 3 - полифонический режим с независимой работой каналов.

Program Change (pp - номер тембра или инструмента)

Служит для смены инструмента в канале. Параметр задает номер инструмента (0–127) в текущем выбранном банке. Стандартом General MIDI определены 128 основных мелодических и 47 ударных инструментов, собранных в нулевом банке; устройства с расширенным набором инструментов имеют дополнительные банки, а также могут иметь частично измененный основной набор.

Стандартные мелодические инструменты General MIDI разделены на 16 групп по 8 инструментов в каждой группе:

Piano	Chrom Percussion
0 Acoustic Grand Piano	8 Celesta
1 Bright Acoustic Piano	9 Glockenspiel
2 Electric Grand Piano	10 Music Box
3 Honky-tonk Piano	11 Vibraphone
4 Electric Piano 1	12 Marimba
5 Electric Piano 2	13 Xylophone
6 Harpsichord	14 Tubular Bells
7 Clavinet	15 Dulcimer
Organ	Guitar
16 Drawbar Organ	24 Acoustic Guitar (nylon)
17 Percussive Organ	25 Acoustic Guitar (steel)
18 Rock Organ	26 Electric Guitar (jazz)
19 Church Organ	27 Electric Guitar (clean)
20 Reed Organ	28 Electric Guitar (muted)
21 Accordion	29 Overdriven Guitar
22 Harmonica	30 Distortion Guitar
23 Tango Accordion	31 Guitar Harmonics
Bass	Strings
32 Acoustic Bass	40 Violin
33 Electric Bass (finger)	41 Viola
34 Electric Bass (pick)	42 Cello
35 Fretless Bass	43 Contrabass
36 Slap Bass 1	44 Tremolo Strings
37 Slap Bass 2	45 Pizzicato Strings
38 Synth Bass 1	46 Orchestral Harp
39 Synth Bass 2	47 Timpani
Ensemble	Brass
48 String Ensemble 1	56 Trumpet
49 String Ensemble 2	57 Trombone
50 Synth Strings 1	58 Tuba
51 Synth Strings 2	59 Muted Trumpet
52 Choir Aahs	60 French Horn
53 Voice Oohs	61 Brass Section
54 Synth Voice	62 Synth Brass 1
55 Orchestra Hit	63 Synth Brass 2
Reed	Pipe
64 Soprano Sax	72 Piccolo
65 Alto Sax	73 Flute
66 Tenor Sax	74 Recorder
67 Baritone Sax	75 Pan Flute
68 Oboe	76 Bottle Blow
69 English Horn	77 Shakuhachi
70 Bassoon	78 Whistle
71 Clarinet	79 Ocarina
Synth Lead	Synth Pad
80 Lead 1 (square)	88 Pad 1 (new age)
81 Lead 2 (sawtooth)	89 Pad 2 (warm)
82 Lead 3 (calliope)	90 Pad 3 (polysynth)
83 Lead 4 (chiff)	91 Pad 4 (choir)
84 Lead 5 (charang)	92 Pad 5 (bowed)
85 Lead 6 (voice)	93 Pad 6 (metallic)
86 Lead 7 (fifths)	94 Pad 7 (halo)
87 Lead 8 (bass + lead)	95 Pad 8 (sweep)
Synth Effects	Ethnic
96 FX 1 (rain)	104 Sitar
97 FX 2 (soundtrack)	105 Banjo
98 FX 3 (crystal)	106 Shamisen
99 FX 4 (atmosphere)	107 Koto
100 FX 5 (brightness)	108 Kalimba
101 FX 6 (goblins)	109 Bagpipe
102 FX 7 (echoes)	110 Fiddle
103 FX 8 (sci-fi)	111 Shanai
Percussive	Sound Effects
112 Tinkle Bell	120 Guitar Fret Noise
113 Agogo	121 Breath Noise
114 Steel Drums	122 Seashore
115 Woodblock	123 Bird Tweet
116 Taiko Drum	124 Telephone Ring
117 Melodic Tom	125 Helicopter
118 Synth Drum	126 Applause
119 Reverse Cymbal	127 Gunshot

Стандартные ударные инструменты General MIDI доступны в канале 10:

35 Acoustic Bass Drum	59 Ride Cymbal 2
36 Bass Drum 1	60 High Bongo
37 Side Kick	61 Low Bongo
38 Acoustic Snare	62 Mute High Conga
39 Hand Clap	63 Open High Conga
40 Electric Snare	64 Low Conga
41 Low Floor Tom	65 High Timbale
42 Closed High-Hat	66 Low Timbale
43 High Floor Tom	67 High Agogo
44 Pedal High Hat	68 Low Agogo
45 Low Tom	69 Cabasa
46 Open High Hat	70 Maracas
47 Low-Mid Tom	71 Short Whistle
48 High-Mid Tom	72 Long Whistle
49 Crash Cymbal 1	73 Short Guiro
50 High Tom	74 Long Guiro
51 Ride Cymbal 1	75 Claves
52 Chinese Cymbal	76 High Wood Block
53 Ride Bell	77 Low Wood Block
54 Tambourine	78 Mute Cuica
55 Splash Cymbal	79 Open Cuica
56 Cowbell	80 Mute Triangle
57 Crash Cymbal 2	81 Open Triangle
58 Vibraslap

Pitch Bend Change (ll - младший, mm - старший байт значения)

Задает смещение высоты тона для всех нот в канале - как звучащих, так и последующих. Значение, образованное двумя 7-разрядными величинами, изменяется в диапазоне 0–16383; среднее значение - 8192 - принимается за относительный нуль, что дает условный диапазон изменения -8192–8191. Чувствительность Pitch Bend может изменяться при помощи RPN 0; по умолчанию принимается предельное смещение на два полутона в любую сторону.

Системные сообщения

System Exclusive (SysEx)

Служат для передачи специальной информации определенным устройствам. В сообщении SysEx может передаваться любое количество байтов. Признаком конца сообщения служит байт F7. Первые три байта SysEx обычно содержат идентификатор производителя устройства (присваивается Ассоциацией Производителей MIDI-устройств - MMA), номер устройства в сети (задается с пульта) и код модели устройства (присваивается производителем). В остальном формат сообщений определяется производителем - это могут быть команды, параметры, оцифрованные инструменты, партитуры и т.п.

Шестнадцатеричные идентификаторы наиболее известных производителей:

Sequential Circuits		01
Big Briar		02
Octave / Plateau		03
Moog		04
Passport Designs		05
Lexicon		06
PAIA		11
Simmons		12
Gentle Electric		13
Fairlight		14
Bon Tempi		20
S.I.E.L.		21
SyntheAxe		23
Kawai		40
Roland		41
Korg		42
Yamaha		43

SysEx "General MIDI On" (переключение в режим GM для устройств, поддерживающих дополнительные стандарты): F0 7E 7F 09 01 F7.

SysEx "General Synth On" (переключение в режим Roland GS для устройств, поддерживающих этот стандарт): F0 41 10 42 12 40 00 7F 00 41 F7.

SysEx "XG System On" (переключение в режим Yamaha XG для устройств, поддерживающих этот стандарт): F0 43 1n 4C 00 00 7E 00 F7, где n - номер устройства в сети (устанавливается по-разному для разных устройств, по умолчанию 0).

Ряд устройств требует, чтобы включение режимов GS и XG выполнялось из режима GM. Переключение между режимами обычно занимает несколько десятков миллисекунд и вызывает также полный сброс MIDI-системы устройства.

Tune Request

Предписывает выполнить автоматическую подстройку устройствам, нуждающимся в ней. Обычно это относится к аналоговым синтезаторам, строй которых может смещаться из-за нестабильности управляющих элементов.

Song Position Pointer (ll - младший, mm - старший байт)

Служит для установки позиции в партитуре для устройств, имеющих встроенный секвенсор, автоаккомпанемент или ритм-блок. Задается номером четвертной (quarter) ноты с начала партитуры.

Song Select (ss - условный номер партитуры)

Определяет, какая из существующих партитур будет проигрываться при получении сообщения Start.

Start

Запускает прогрывание или запись выбранной партитуры с начала.

Stop

Останавливает проигрывание или запись партитуры.

Continue

Запускает проигрывание или запись партитуры с прерванного места, либо с позиции, установленной с помощью Song Position Pointer.

Timing Clock

Служит для синхронизации устройств и передается с частотой 6 сообщений на четвертную ноту. Генерация этого сообщения не является обязательной для передающего устройства.

Active Sensing

Используется для проверки наличия связи внутри MIDI-сети. Генерация сообщения не является обязательной для передающих устройств. В случае получения этого сообщения каждое приемное устройство переходит в режим слежения за MIDI-потоком, и в случае отсутствия любых сообщений в течение 300 мс автоматически отрабатывает контроллеры All Notes Off, All Sounds Off и Reset All Controllers. Это позволяет прекратить работу в случае нарушения связи в сети. Однако до первого прохождения этого сообщения по сети устройства не следят за длительностью пауз между сообщениями.

Применения MIDI

Основное применение MIDI - хранение и передача музыкальной информации. Это может быть управление электронными музыкальными инструментами в реальном времени, запись MIDI-потока, формируемого при игре исполнителя, на носитель данных с последующим редактированием и воспроизведением (так называемый MIDI-секвенсор), синхронизация различной аппаратуры (синтезаторы, ритм-машины, магнитофоны, блоки обработки звука, световая аппаратура, дымогенераторы и т.п.).

Устройства, предназначенные только для создания звука по MIDI-командам, не имеющие собственных исполнительских органов, называются тон-генераторами. Многие тон-генераторы имеют панель управления и индикации для установки основных режимов работы и наблюдения за ними, однако создание звука идет под управлением поступающих MIDI-команд.

Устройства, предназначенные только для формирования MIDI-сообщений, не содержащие средств синтеза звука, называются MIDI-контроллерами. Это может быть клавиатура, педаль, рукоятка с несколькими степенями свободы, ударная установка с датчиками способа и силы удара, а также - струнный или духовой инструмент с датчиками и анализаторами способов воздействия и приемов игры. Тон-генератор с достаточными возможностями по управлению может весьма точно воспроизвести оттенки звучания инструмента по сформированному контроллером MIDI-потоку.

Для хранения MIDI-партитур на носителях данных разработаны форматы SMF (Standard MIDI File - стандартный MIDI-файл) трех типов:

• 0 - непосредственно MIDI-поток в том виде, в каком он передается по интерфейсу.
• 1 - совокупность параллельных "дорожек", каждая из которых обыч- но представляет собой отдельную партию произведения, исполняемую на одном MIDI-канале.
• 2 - совокупность нескольких произведений, каждое из которых сос- тоит из нескольких дорожек.

В основном применяется формат 1, позволяющий хранить одно произведение в файле.

Кроме MIDI-событий, файл содержит также "фиктивные события" (Meta Events), используемые только для оформления файла и не передаваемые по интерфейсу - информация о метрике и темпе, описание произведения, названия партий, слова песни и т.п.

В настоящее время появилось много различных периферийных устройств, подключаемых по миди-интерфейсу. И естественно, что многие начинают интересоваться: а что это вообще за такой миди-интерфейс и с чем его кушать? Многие энциклопедии дают чисто техническое объяснение, но этого часто бывает мало для общего понимания сути процесса. Многие не до конца понимают, для чего он нужен, некоторые догадываются, но не до конца, и только немногие, видевшие рождение этого формата знают, что это такое. Так что же это за зверь такой - МИДИ?

MIDI - это аббревиатура от Music Instrument Digital Interface (он же МИДИ) - цифровой протокол передачи данных между электромузыкальными инструментами (ЭМИ). ЭМИ это инструмент, звучащий в результате электронного синтеза (в народе — синтезатор).
Впервые был реализован на инструменте с фортепианной клавиатурой. Позже на этой основе появились кнопочные инструменты (электро-баяны) и некоторые духовые (флейта, саксофон).

Суть формата.

Не все знают, что формат MIDI создавался вовсе не для звукового сопровождения в играх или как способ передачи музыки между компьютерами. Изначально он был придуман для того, чтобы электромузыкальные инструменты (синтезаторы) разных производителей могли управлять звуками друг друга. А синтезаторы это ведь те же компьютеры: есть клавиатура, есть куча кнопок, есть процессор, есть генератор звука и есть приборы вывода результата (на экран и на аудиовыход). И внутри этого компьютера постоянно передаётся определённая информация от клавиатуры и управляющих кнопок в процессор и потом передаётся генератору для последующей обработки. Не вся информация передаётся генератору: есть информация от клавиатуры и регуляторов, а есть некоторая информация только для визуального графического отображения на дисплее.

Задача клавиатуры - максимально честно и качественно передать все нюансы игры на клавиатуре. Т.е. какая клавиша была нажата, сколько времени она была нажатой, с каким характером (нюансом) нажалась и как именно отпустилась, каким инструментом это всё игралось… и т.д. и т.п.
Задача генератора - всю эту информацию оперативно принять и качественно выдать на выходе.

История формата.

MIDI как отдельный протокол (пока ещё не стандарт) был задуман фирмами Roland и Sequential Circuits для своих синтезаторов.

До момента создания стандарта MIDI каждая фирма-производитель синтезаторов имела свою систему хранения всех этих данных (секвенцеры). Тогда были в моде дискеты (да и щас они ещё есть). Их объёма в 1,5 Мб (а HDD = 2 Мб) с лихвой хватало как для сохранения всех параметров регуляторов и кнопок, так и для полноценного хранения информации о целых композициях, сыгранных на этом синтезаторе. В целом на одну дискету можно было поместить до 30 отдельных полномасштабных композиций.

Но вся проблема оказалась в том, что эта информация читалась только на том синтезаторе, на котором она и была создана. Даже в рамках одной фирмы её синтезаторы имели различные, несовместимые между собой, системы хранения данных.. Т.е. определённой системы как стандарта ещё не было, и каждый производитель придумывал свои фишки и особенности. И поэтому когда ломался синтезатор, или надо было срочно менять его на другой (например, на концерте), информация со старого не читалась в новом.

В 80-х годах эта проблема выросла достаточно сильно: многие музыканты были вынуждены покупать синтезаторы разных фирм только из-за пары фишек на их синтезаторе, возить всё это хозяйство становилось накладно, каждый синтезатор (а тогда они были ещё аналоговыми) были каждый размером с холодильник, а подключения перед концертами больше походили на фронтовые бои с выжившими и побеждёнными…

Тогда ведущие производители Roland, Sequential Circuits,Yamaha и Oberheim собрались и договорились о некоторых стандартах в плане формата сохранения данных. Так появился General MIDI первого поколения (GM1). Был создан типовой генератор и типовой протокол передачи данных для этого генератора. И теперь синтезатор с аббревиатурой GM мог уже более-менее сыграть то, что было сделано на другом GM-совместимом синтезаторе. В силу тогдашнего ограничения пропускной способности IBM PC компьютеров в данный стандарт вошло описание 2 банков звуков в 8 категориях по 8 инструментов в каждой (всего 128 стандартных звуков), и 127 контроллеров для каждого инструмента (громкость, панорама, эффект и т.д) со шкалой от 0 до 127. Но на деле этих контроллеров оказалось не более 20ти: остальные ячейки остались незанятыми (т.е. при передаче определённого сигнала в эти ячейки ничего не происходило).

Первая звуковая карта для PC компьютера была разработана фирмой Roland и называлась MPU-401 (MPU — Music Processing Unit). Этот интерфейс стал стандартом для подобного рода устройств на долгие годы и остается таковым и по сей день. В любой современной звуковой карте поддерживается режим эмуляции MPU-401. Если у вас Windows, то в «Информации о системе» в разделе «Звуковые, Видео и Игровые Контроллеры» вы наверняка найдете для своей звуковой карты эмуляцию MPU-401.

В 1988 году по предложению фирмы Opcode был принят формат Standard MIDI File (SMF) для полной совместимости синтезаторов с компьютерами. Этот файл с расширениями.mid или.smf и есть тот самый стандартный МИДИ файл . Модифицированная его версия используется для передачи букв и слов (то есть содержит и музыку и текст к ней), и имеет расширение.kar поскольку такие файлы широко используются в караоке.

Для поддержания стандарта и его дальнейшего расширения была учреждена независимая организация - MIDI Manufacturer’s Association (MMA). Позже, с развитием компьютерных технологий, в 1998 году стандарт General MIDI был доработан до 2 поколения. В новом стандарте расширили полифонию и палитру доступных инструментов до 256, добавили ряд новых контроллеров. С тех пор, для совместимости синтезаторов и появившихся компьютеров, в звуковые карты последних стали ставить банки звуков стандарта GM1 и GM2. Так стало возможным без самого синтезатора прослушать на компьютере то, что было сочинено на синтезаторе. Качество звуков стандарта GM естественно было далеко (и сейчас уже очень далеко) от реального звука, но тогда это было лучше, чем совсем ничего.

Возможности этого стандарта всё-таки не совсем удовлетворяли запросам многих производителей: у многих были свои фишки и маркетинговые ходы для своих покупателей. Так у Yamaha появился XG (Xtended General, по сути добавленный к GM ряд фирменных ямаховских звуков и улучшенная их обработка) и такой же фирменный GS (General Synth) у Roland. Таким образом формат GM формально был соблюдён: во многих синтезаторах Yamaha игрались дискеты от Roland. И наоборот.
Но с родным форматом XG (GS) звук был лучше. Так фирмы привязывали своих покупателей к продукции только своей фирмы.

Технологии.

В 90-е годы некоторые производители поняли, что технология MIDI применима не только к ЭМИ:
во-первых, клавиатура может быть не только аналогичной музыкальному инструменту, но и любой другой (в том числе, компьютерной). Так появились многочисленные контроллеры, пады (как ручные, так и ножные), электронные ударные установки, семплеры, секвенсеры…
во-вторых, оказалось, что через MIDI можно передавать не только информацию от клавиатуры к генератору, но и любую другую техническую информацию для совершенно разных устройств. Так, вдобавок к разъёмам IN и OUT, добавился «транзитный» разъём THRU, через который можно было передать информацию с первого синтезатора третьему синтезатору через второй транзитом. Т.е. можно было к двум синтезаторам подключить третий, который реагировал только на команды, предназначенные именно для него. Первые два синтезатора на них не реагировали.

Технически MIDI представляет собой последовательный интерфейс передачи данных со скоростью 32,25 килобод. Используются 5-контактные DIN-разъемы и экранированный кабель с двумя проводниками. На большинстве современных синтезаторов существует три MIDI-порта - IN, OUT и THRU.

Назначение первых двух понятно из названия (вход и выход), на порт THRU (от английского through, через) в неизменном виде подается информация, приходящая на вход (IN) устройства. Это позволяет каскадировать приборы один за другим.

По одному физическому MIDI-соединению передается 16 «виртуальных» MIDI-каналов. На синтезаторе для каждого из MIDI-каналов устанавливается нужный тембр и инструмент может играть одновременно разные музыкальные партии (каждая на отдельном канале) несколькими звуками.

Для того чтобы некоторая нота зазвучала на определенном MIDI-канале, синтезатор должен получить сообщение «Note On». Оно состоит из трех байтов - в первом кодируется тип сообщения (Note On) и номер канала (0-15), во втором высота ноты (128 ступеней по полтона), а в третьем громкость взятой ноты (тоже 128 ступеней). Почти такое же сообщение (только с типом Note Off) необходимо для того, чтобы инструмент прекратил воспроизводить данную ноту. Такая простая организация позволяет довольно эффективно использовать не очень высокую пропускную способность MIDI, при этом иметь до 16 каналов в одном последовательном интерфейсе. Из-за «последовательности» в MIDI невозможно сделать так, чтобы две ноты звучали абсолютно одновременно. Однако задержки между одновременно взятыми нотами в аккорде минимальны (единицы миллисекунд) и становятся заметны только в очень насыщенных произведениях.

Кроме команд «Note On» и «Note Off» в MIDI предусмотрено множество других сообщений. Прежде всего это контроллеры, с их помощью можно в реальном времени изменять звучание тембра (если последний это поддерживает). Например, можно плавно менять высоту взятой ноты, создавать эффект вибрато и делать множество других вещей. Вообще живучесть MIDI (почти 30 лет) объясняется тем, что разработчики заложили в стандарт возможности к расширению. В MIDI существует множество не стандартизированных команд, которые каждый производитель может использовать по своему усмотрению (при этом не понимающий этих команд прибор их просто проигнорирует или передаст третьему через THRU), а кроме того до сих пор возможно расширение формата при помощи стандартизации новых команд по предложению производителей (этим и занимается MMA в настоящее время). Сейчас формат MIDI используется не только по своему прямому назначению (игра на синтезаторах), но и во многих смежных областях, таких как синхронизация аудио/видеоустройств и даже управление световыми эффектами (DMX технологии).

Бум подобного подключения синтезаторов между собой пришёлся на пик творчества Жана Мишеля Жарра: именно он впервые в мире смог подключить (и запрограммировать) более 10 синтезаторов в одну MIDI-цепь, где каждый из синтезаторов имел свою чётко написанную программу включения/выключения заданных параметров в заданное время (т.е. мог менять звук на синтезаторе в заданное время без вмешательства со стороны исполнителя: последний мог спокойно продолжать играть на инструменте, только уже другим звуком и с другими параметрами.
Тогда многие поняли, что за миди-технологией большое будущее: ведь только эта технология на зарождавшихся тогда свето-звуковых шоу могла точно, секунда в секунду, поменять звук на синтезаторе и сдетонировать залп фейерверка и ещё много чего сделать в эту секунду. Что практически невозможно сделать вживую, живым оператором.

Перспективы.

В настоящее время на рынке миди-устройств наблюдается всё более и более глубокое разделение по классам:
1. появились отдельные миди-клавиатуры (как фортепианного типа, так и баянного), это те же синтезаторы, только без встроенного генератора, с различным количеством всевозможных регулировок и механикой, от обычной до максимально приближенной к реальности (молоточковая клавиатура и прочие фишки),
2. появились отдельные миди-интерфейсы, призванные обеспечить совместимость форматов USB-to-MIDI и передачу информации от одного устройства в другой (компьютер) и обратно,
3. появились звуковые модули (тот же синтезатор, только без клавиатуры) с огромными библиотеками звуков и с возможностью размещения модуля в студийной рэковой стойке,
4. появились многочисленные миди-контроллеры (тот же синтезатор, только без клавиатуры и генератора), призванные облегчить жизнь оператора и имеющие возможность аппаратной регулировки практически любого параметра звукового модуля (№3) либо компьютерного звукового редактора (DAW),
5. появились драм-машины (разновидность того же синтезатора, только с клавиатурой в виде падов (pad) и набором семплов),
6. появились сэмплеры (бывшие секвенсоры), позволяющие запрограммировать на любую клавишу любой звук, реально записанный с оригинала (звуки природы, людей, машин, реальных музыкальных инструментов),
7. появились электронные барабанные установки (сочетание падов и миди-контроллера с генератором)
8. появились мобильные миди-рекордеры (те же секвенсоры) - приборы для совместной работы с клавиатурами (№1), контроллерами (№4) и модулями (№3) , записывающие в своей памяти в реальном времени всю историю манипуляций с клавиатуры и регуляторов, с целью сохранения/редакции и повторного использования/воспроизведения, но уже без исполнителя и без участия компьютера…

Настоящее.

Сегодня самое большое распространение технология MIDI получила в живых концертах, в виде отдельных семплеров. Например, активно использует семплеры группа Linkin Park. С помощью семплера многие барабанщики сейчас могут сыграть любым звуком, который можно заранее загрузить в семплер. Суть проста: к пластику каждого барабана крепится миди-триггер, который при ударе по пластику передаёт сигнал семплеру. В итоге получается два звука - звук самого пластика и звук из семплера. Смесь этих звуков может дать фантастические краски и драйв, чем многие барабанщики и пользуются повсеместно (и так же скрывают истинную природу звучания барабанов на концерте). Точно так же можно говорить и о гитаристах: миди-триггеры на гитаре уже не редкость. Да и педаль не нужно так часто нажимать для переключения звука: если смена этого звука запрограммирована заранее в тайм-коде звучащей композиции, то семплер может сам переключить нужный звук в нужное время в нужном месте. Именно благодаря технологии МИДИ сейчас стали возможны потрясающие и грандиозные свето-звуковые шоу многих исполнителей…

Сейчас при прямом подключении устройств к компьютеру наличие разъёмов именно MIDI абсолютно не обязательно: эти миди-сигналы спокойно можно передавать и через обычную шину USB, что ещё более удобно. Тем более что сейчас подобных миди-устройств с USB выпускается довольно много. Хотя при подключении двух независимых совместимых устройств, наличие родных миди-разъёмов пока обязательно.

Ошибки.

Самая распространённая ошибка многих пользователей - они пытаются подключить аудио-аппаратуру между собой через миди-разъёмы, не понимая, что звук (потоковое аудио) никаким образом не может передаваться по миди-каналу. По миди передаётся ТОЛЬКО ИНФОРМАЦИЯ о нажатом (повёрнутом) контроллере. Миди это не оцифрованный звук, это набор стандартизированных команд для генератора.

Точно так же бессмысленно говорить о «плохом или хорошем звучании миди-музыки». MIDI-файл - не музыка, это набор команд по управлению электронными музыкальными инструментами и ничего более. Вспомним классический духовой орган. Здесь исполнитель посредством сложнейшей механики управляет подачей воздуха в комбинации звучащих труб. MIDI - электронный аналог такой механики. Это просто инструмент, при помощи которого исполнитель реализует свои замыслы. Поэтому совершенно бессмысленно говорить о качестве MIDI в плане музыки, имеет место лишь разговор о возможностях управления, предоставляемого этим цифровым интерфейсом.

Сейчас для реализации всех возможностей технологии миди в домашней студии достаточно 4 вещей:
1) компьютер с установленным редактором (DAW) и VST-плагинами,
2) миди-интерфейс, который может быть в звуковой карте (PCI, USB, FireWire), либо реализован на шине USB (отдельный кабель),
3) миди-контроллер для управления DAW (чтобы многочисленные регуляторы не крутить мышкой) тоже бывает на USB-шине,
4) миди-клавиатура, обычно фортепианного типа, для наигрывания мелодий (рисовать мелодию мышкой не очень удобно).

Дополнительно можно подключить электронные ударные, либо драм-машину, либо отдельный звуковой модуль и управлять ими по миди.
Функционал и ценовой диапазон современных миди-устройств поражает воображение: от обычного кабеля до монстра …

Практические примеры и настройки будут в

MIDI (от англ. Musical Instrument Digital Interface) - стандарт цифровой звукозаписи. В основе стандарта - обмен информацией между электронными музыкальными инструментами и компьютерами. MIDI появился в 1983 году, навсегда изменив музыкальную индустрию: технология позволила отделить игру музыканта от воспроизводимых инструментом звуков. Музыканты получили возможность использовать любые звуки, вне зависимости от используемого оборудования.

Для использования стандарта не требуется наличие технических знаний. Достаточно соединить между собой устройства с поддержкой MIDI, чтобы извлекать любые звуки. MIDI всегда остается дружелюбным к пользователю, позволяя в любой момент изменять воспроизводимый звук.

Создание виртуальных инструментов и смелые эксперименты со звуком требуют знаний о MIDI-событиях (англ. MIDI messages) . События разделены на семь видов, в зависимости от предназначения.

Что такое MIDI-события?

Структурная схема MIDI-событий.

MIDI-событие - это инструкция, управляющая аспектом работы принимающего устройства. События состоят из комбинаций байтов, в которых на устройство поступают определенные параметры. В качестве приемников служат любые студийные и музыкальные инструменты с поддержкой MIDI: синтезаторы, MIDI-клавиатуры, электропианино, электророяли, электронные ударные, диджейские консоли.

MIDI-события делятся на два вида:

• Канальные (Channel). Такие события отправляют информацию на определенный канал устройства-приемника. Услышать канальное событие можно только при прослушивании канала, на который они отправлены. В случае, если эти каналы деактивированы, событие не услышать. Канальные события бывают двух видов: голосовые (Voice) и режимные (Mode);
• Системные (System). Эти события влияют на работу всех компонентов приемника и передаются на все MIDI-каналы одновременно. Системные события бывают трех видов: общие (Common), реального времени (Real-Time) и эксклюзивные (Exclusive).

Каждое MIDI-событие состоит из трех байт информации. Первый байт (Status Byte) содержит специальный идентификатор события, передающий основные данные о воспроизведении звука. Второй байт (Data Byte 1) сообщает информацию о воспроизводимой ноте, ее высоте и положении в октаве. Третий байт (Data Byte 2) передает параметр Note Velocity - силу извлечения звука.

Что такое Note Velocity и зачем это нужно?

Note Velocity - аналог атаки при игре на реальном инструменте, то есть информация о том, с какой силой или скоростью извлекается звук при работе с MIDI-инструментами.Чем сильнее нажатие на клавишу MIDI-клавиатуры или удар по электронному пэду барабанов, тем выше параметр Note Velocity.

Параметр принимает значения от 0 до 127, где 0 - извлечения ноты не было, а 127 - звук извлечен с максимальной силой. Представление этой информации виртуальным инструментом или синтезатором зависит только от задумок разработчиков. Тем не менее, в 99% случаев виртуальный инструмент реагирует на параметр Note Velocity так же, как и реальный инструмент. Благодаря этому, MIDI может передавать особенности игры и звукоизвлечения.

Удобство в том, что у музыканта сохраняется возможность исправить огрехи слишком слабой или сильной игры во время записи и устранить недочеты хорошо записанной партии.

MIDI-события System Common

Общие системные MIDI-события активно применяются в синтезаторах для передачи общей информации о воспроизводимых MIDI-файлах.

Среди информации, передаваемой общими системными событиями, выделяют:

• Информацию о тональности (Tune Request). Когда музыкант изменяет тональность демо или MIDI-файла, на устройство передаются данные Tune Request;
• Информацию о выбранной песне (Song Request). Выбрав файл для воспроизведения, на MIDI-устройство отправляется специальный набор байтов, указывающий на этот файл;
• Информацию о позиции для воспроизведения (Song Pointer Position). Если пользователь хочет начать воспроизведение с определенной отметки, переход по файлу осуществляется при помощи этого подсобытия.
• Информацию о длительности файла (MIDI Time Code). MIDI Time Code кодирует и передает данные о длительности проигрываемого файла.

MIDI-события System Real-Time

Системные MIDI-события реального времени помогают управлять воспроизведением MIDI-файлов. Такие события отвечают за запуск и остановку проигрывания файлов. Дополнительно к этой категории относятся события, отвечающие за полный сброс настроек устройства.

MIDI-события System Exclusive

Системные эксклюзивные события отведены под передачу информации об используемом MIDI-устройстве. При помощи этих событий MIDI-инструменты выводят данные о производителе и модели устройства, его серийном номере и другой системной информации.

MIDI-события Channel Mode

Канальные режимные изменяют параметры работы MIDI-устройства во время игры. Так, здесь передаются данные о включении моно- и полифонии, отключении звуков и нот, а также активации приема MIDI-данных на всех каналах устройства (Omni Mode).

MIDI-события Channel Voice

Большая часть информации, генерируемой музыкантом при игре, относятся к канальным голосовым событиям (Channel Voice). События Channel Voice делятся на два типа: связанные со звуками и непрерывные. Группа Channel Voice состоит из 7 подсобытий:

1. Note On - активация ноты, начало звука;
2. Note Off - деактивация ноты, окончание звука;
3. Monophonic (Channel) Pressure/Aftertouch - параметры силы нажатия клавиши или силы извлечения монофонического звука (эффект послекасания);
4. Polyphonic (Key) Pressure/Aftertouch - параметры силы извлечения полифонического звука (эффект послекасания);
5. Pitch Bend - изменение высоты звука;
6. Program Change - изменение программы;
7. Control Change/Continuous Controller - события потокового управления (127 штук), участвующие в управлении извлеченным звуком и обозначаемые при помощи сокращения CC.

Обычно разработчики стараются расположить активацию этих параметров на неиспользуемых клавишах. Если речь идет о виртуальной гитаре, чей диапазон меньше, чем у фортепиано, активацию MIDI-событий обычно присваивают на те клавиши, которые находятся за пределами используемого диапазона.

Состав передаваемой на MIDI-устройство информации на примере канальных голосовых событий

MIDI-событие	Первый байт (Status Byte)	Второй байт (Data Byte 1)	Третий байт (Data Byte 2)
Note On	Начало воспроизведения ноты	Какая нота будет извлечена	Сила нажатия
Note Off	Окончание воспроизведения ноты	Какая нота будет извлечена	Сила нажатия
Monophonic (Channel) Pressure		Сила давления на клавишу	-
Polyphonic (Key) Pressure	Активация функции послекасания	Какая нота будет извлечена	Сила давления на клавишу
Pitch Bend	Активация функции изменения высоты звука	Значение, на которое повышается или понижается звук	Исходное значение звука
Program Change	Активация изменения программы	Номер программы	-
Control Change	Активация потокового управления	Вызов подсобытия CC	Значение CC#

MIDI-события, связанные с нотами и звуками

С точки зрения MIDI, любая нота имеет начальную и конечную позицию, в рамках которой воспроизводится звук. Когда на приемник MIDI-информации поступает событие Note On, устройство или редактор воспроизводит звук. Чтобы воспроизведение ноты прекратилось, на приемник поступает событие Note Off - сами по себе MIDI-устройства не знают, как долго должен издаваться звук.

Обычно событие Note On привязано к зажатию клавиши MIDI-клавиатуры, а Note Off - к отпусканию клавиши. Тем не менее, иногда для большей правдоподобности звучания инструментов разработчики сдвигают событие Note Off, чтобы оно появлялось через некоторое время после отпускания клавиши.

Первое описание стандарта MIDI (скан документа).

Непрерывные MIDI-события

К непрерывным относятся подсобытия Pitch Bend, Control Change и два вида Aftertouch. Непрерывные сообщения объединяют информацию о том, как было сгенерировано MIDI-событие.

Эта информация поступает на MIDI-приемник постоянно, а значения параметров Pitch Bend, Control Change и Aftertouch изменяются постепенно во время генерации звука. В потоке информации непрерывных событий передаются сведения о громкости, высоте, тембре, резкости, ясности и других особенностях извлеченного звука.

Имитация эффекта вибрато на гитаре, звучание звука с определенным количеством сустейна, нарастание громкости звука и другие подобные сложные эффекты создаются при помощи Pitch Bend, Control Change и Aftertouch.

Aftertouch или эффект послекасания

Два параметра Aftertouch генерируются в зависимости от силы нажатия клавиши и длительности зажатия. Благодаря событиям Aftertouch современные MIDI-клавиатуры и электронные пианино имитируют эффект послекасания, который передает ощущения от игры на реальном инструменте.

События Aftertouch работают в связке со специальными датчиками, реагирующими на силу нажатия. Датчики устанавливаются под клавишами и непрерывно генерируют события послекасания, передавая сведения о давлении, с которым производится извлечение ноты. Эффект послекасания добавляет извлекаемым звукам экспрессии.

Если Aftertouch-событие относится к типу Channel (Monophonic) Aftertouch, то на всю клавиатуру приходится один датчик давления, а параметры послекасания применяются сразу ко всем нотам. События Channel (Polyphonic) Aftertouch применяются к каждой клавише по отдельности.

Несмотря на то, что стандарту MIDI уже более 20 лет, клавиатуры с полифоническими независимыми датчиками давления не стали популярными из-за дороговизны производства. Вместо этого производители используют сложные алгоритмы работы одного датчика, которые имитируют работу в полифоническом режиме.

Pitch Bend

Генерацию сведений об изменении высоты звука выполняют специальные колеса модуляции и питча. Это событие полностью игнорирует длительность звука, а влияние параметра Pitch Bend на высоту звука зависит только от разработчиков софта или настроек, заданных музыкантом. Самым распространенным вариантом изменения является повышение или понижение звука на целый тон, хотя никто не запрещает запрограммировать изменение на октаву или две.

У параметров Pitch Bend отсутствует нулевое значение: 0 не заглушает звук, а указывает на отсутствие изменения его высоты.

MIDI-события изменения программы

События Program Change отвечают за смену наборов инструментов, звуков и патчей. Несмотря на то, что подобные события официально не признаны устаревшими, разработчики используют их очень редко.

MIDI-события в окне Piano Roll в Logic Pro X.

MIDI-события потокового управления

Сообщения потокового управления (CC) - обширная категория из 127 разных типов событий. Все CC-события непрерывны и постепенно изменяют собственные значения для управления динамикой извлеченного звука.

Несмотря на большое количество CC-событий, активно используются далеко не все. Одни подсобытия заранее определяются разработчиками, другие доступны пользователям для свободного использования, третьи - не используются никогда. Среди самых популярных обычно выделяют пять подсобытий - CC#1, CC#7, CC#10, CC#11 и CC#64 (см. полный список событий потокового управления на сайте midi.org).

СС#1 привязано к колесу модуляции, хотя в теории привязать к нему можно любую функцию изменения звука. Чаще всего на это подсобытие назначают добавление автоматического эффекта вибрато. В более редких случаях за ним закрепляют функции управления тембром инструмента.

CC#7 и CC#10 отвечают за параметры громкости и панорамы. MIDI-устройства с поворотными регуляторами могут изменять громкость и значение панорамы в окне DAW через эти события. Во всех остальных случаях CC#7 и CC#10 не нужны.

Подсобытие CC#11 обозначается «Expression» и контролирует громкость исполнения. Самыми распространенными устройствами, поддерживающими это подсобытие, являются педали экспрессии (громкости) синтезаторов, MIDI-контроллеров, электропианино и электроорганов.

MIDI-событие CC#64 отведено под педаль демпинга MIDI-клавиатуры или синтезатора. Подсобытие реагирует на положение педали, присваивая ноте значение в пределах 0-63, если педаль поднята, и 64-127, если педаль опущена (зажата). Некоторые продвинутые MIDI-контроллеры, педали и виртуальные инструменты расширяют возможности подсобытия CC#64, позволяя применять техники игры с полуоткрытой педалью.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) - проще говоря, цифровой интерфейс музыкальных инструментов . Если все равно не понятно, то слушайте мой рассказ.
Когда в музыку стали проникать компьютеры, то разработчики электронных инструментов подумали: "А не возложить ли нам часть сложного управления электромузыкальными инструментами (ЭМИ) на ЭВМ?" Что это сулило? Как Вам известно, составы музыкальных команд с течением времени все уменьшались в своем количестве и уменьшались. Это, конечно, дает свободу творчеству, но композитор хочет использовать при аранжировке своей песни не один, а пару десятков разных инструментов. Кроме того он не хочет ждать репитиции большого оркестра, чтобы услышать свою новую идею. Зачастую у него и нет никакого оркестра. Значит неплохо было бы поиметь возможность запрограммировать партитуры, а потом автоматически их воспроизвести.
Всяких разных ЭМИ к тому времени было просто валом. Даже к некоторым из них можно было проводом подключить "электрического музыканта" (этакий ящичек с лампочками и кнопочками, называемый секвенсером ) специальным проводом, который посылал команды типа "нажать определенную ноту". Но главная проблема была в том, что "музыкант" от одной модели инструмента не подходил к другой.
Тогда было решено, создать единый интерфейс (заранее оговоренный набор команд управления и способ соединения между устроиствами) подключения электронных музыкальных инструментов к секвенсерам и между собой. Таким интерфейсом и стал MIDI. Теперь мы можем присоединить синтезатор Yamaha к секвенсеру Roland, и это будет работать. Кстати сейчас в основном в качестве секвенсера применяют компьютер.

Теперь рассмотрим, что еще позволяет нам делать MIDI, кроме передачи команд на нажатие нот.

В синтезаторе имеется куча различных ручек и кнопочек (фильтры, модуляция, вибрато, уровень реверберации), чтобы повысить выразительность исполнения, их приходится постоянно крутить во время игры. В набор MIDI-команд входят команды управления контроллерами (этими самыми ручечками и кнопочками, а также ножными педалями типа фортепианных). Это значит, что компьютер при проигрывании музыки может посылать синтезатору команду "под каким углом (на какую позицию) повернуть ручку" или "нажать/отжать кнопку", включить звук рояля или скрипки.

Например, мы создавали-создавали звуки на нашем синтезаторе и заполнили всю его память. Что нам теперь делать? По MIDI мы сможем передать содержимое памяти инструмента (или любого другого MIDI-устройства) в компьютер в виде блока данных (MIDI bulk dump ) и сохранить на жестком диске. По MIDI-же мы сможем загрузить данные с машины обратно в синтезатор.

Есть еще проблема. MIDI - общие для всех инструментов команды. Но все возможные команды предусмотреть при разработке этого стандарта было невозможно, да и отведенного количества количества контроллеров может не хватить, поэтому была оставлена лазейка - SYSX (System Exclusive Messages - эксклюзивные -особые - для каждой модели MIDI-устройств сообщения неопределенной длины). Они имеют только стандартное начало (заголовок, header) и окончание, а в середине каждый разработчик пишет, что хочет.

Наверное Вы не раз уже встречали термин GENERAL MIDI ? Это стандарт, в котором оговорены номера контроллеров (ручка громкости у всех инструментов, отвечающих этому стандарту, всегда имеет номер 7, ручка "ревербератор" - 91 и т.д.), набор и порядок следования патчей (patch , звуков - например пианино имеет всегда номер 1, а церковный орган -20). Это не значит, что все синтезаторы, сделанные по стандарту General MIDI, будут играть одинаковыми звуками. Нет. На разных инструментах патч под номером 1 будет содержать пианино, но с разным качеством звучания. Иногда настолько плохим, что даже экспертам в этом вопросе трудно догадаться, что это за звук. В основном этот стандарт применяется для создания музыкального сопровождения к играм.
Кроме того, еще есть более расширенные по набору звуков стандарты GENERAL SOUND и XG .

Если мы имеем компьютер и несколько синтезаторов, на которых хотим играть в одной песне разные партии (ударные, соло, бас, фон), то все они должны быть подключены к одному MIDI-кабелю. Секвенсер (программа работающая на компьютере) передает в этот кабель команды для всех инструментов. Каким-же образом, спросите Вы, каждый из синтезаторов будет отличать команды, предназначенные лично ему? Для этого и существуют MIDI-каналы (MIDI channel).
Принцип действия, примерно, как в радиоприемнике. Ваш приемник принимает только ту радиостанцию, на которую Вы его настроите. Вот и представьте, MIDI-канал - это частота радиостанции (типа 104 и 4 FM), на которую настраивается приемник. В компьютере стоит 16 радиостанций с разными частотами, каждая из которых передает партию только своего инструмента, а в каждом синтезаторе - приемник, настроенный на радиостанцию, которая передает его партию. Радиоволны же идут не по воздуху, а через провод.
В общем-то, можно передавать любую партию по любому каналу. Правда в General MIDI принято для партии ударных использовать 10-й MIDI-канал.
В действительности же MIDI-каналы создаются безо всякого участия радиоволн. Мы присваиваем синтезатору адрес (номер MIDI-канала). А в начале каждой MIDI-команды передается номер канала синтезатора, которому она предназначена. Синтезатор принимает все команды, но выполняет только те, которые содержат номер его канала.

Что же это такое - MIDI? Для начала скажем так: MIDI (Musical Instrument Digital Interface - Цифровой Интерфейс Музыкальных Инструментов) - это то, что позволяет вам нажать клавишу на одном синтезаторе и воспроизвести при этом звук другого.

И хотя MIDI может еще очень многое, мы начнем с этого простого примера.

MIDI разъемы

Когда вы нажимаете клавишу C 3 (нота До третьей октавы) на одном синтезаторе, ваши действия переводятся в MIDI сообщение, которое поступает на MIDI Выход (MIDI Out) этого инструмента. Если его MIDI Выход соединен с MIDI Входом (MIDI In) другого инструмента, то тот принимает это сообщение и выполняет те же действия, как будто клавиша была нажата на его клавиатуре, т. е. воспроизводит звук C 3!

Представим себе, что мы имеем три синтезатора (во всяком случае, попытаемся), и хотим с одного из них управлять двумя другими. Здесь вступает в действие третий разъем с веселым названием MIDI Thru (Сквозной). Его задача - дублировать все сообщения, которые поступают на MIDI Вход данного инструмента. Таким образом, мы берем еще один MIDI кабель, подключаем его к MIDI Thru второго синтезатора (так как именно на его MIDI Вход поступают сообщения) и к MIDI In третьего. Теперь вся информация, выходящая из MIDI Выхода первого инструмента, поступает на MIDI Вход второго, и дублируется через Сквозной MIDI разъем на MIDI Вход третьего. Теоретически вы можете подключать бесконечное число инструментов таким образом, но на практике при соединении более трех происходят задержки сигнала и прочие неприятности. Если вам все же необходимо подключить несколько MIDI инструментов, следует воспользоваться специальными устройствами: MIDI Thru Box или MIDI Patch Bay.

MIDI каналы

Теперь у нас возникает первая проблема. Если мы нажмем клавишу на первом инструменте, нота будет звучать одновременно на всех трех. Если это и была наша цель, то она достигнута. А если мы хотим, чтобы звучал только один синтезатор? Кроме того, большинство современных синтезаторов - мультитембральные, то есть могут воспроизводить несколько тембров (звуков) одновременно.

Чтобы отделить MIDI сообщения, предназначенные для одного синтезатора (или для одного тембра на этом синтезаторе), от сообщений другого, существуют 16 MIDI каналов. Вы устанавливаете на первом синтезаторе звук пианино на MIDI канале 2 (о том, как это делается, следует прочитать в руководстве пользователя для каждого инструмента), на втором синтезаторе - звуки баса и струнных на MIDI каналах 5 и 8, а на третьем - барабаны на канале 10 (каналы можно устанавливать в любом порядке). Теперь вам надо переключать MIDI каналы, по которым передает информацию первый синтезатор - включили на канал 2 - звучит пианино с первого синтезатора, на канал 10 - барабаны с третьего и т. д.

Собственно говоря, при таком раскладе нам вообще не нужны клавиатуры на втором и третьем синтезаторах. Это соображение и привело к широкому распространению звуковых модулей - синтезаторов без клавиатуры, а также к появлению отдельных клавиатур для управления несколькими инструментами (MIDI Master Keyboard).

Запись MIDI событий

Внимание, дамы и господа, сейчас самое интересное. MIDI события можно не только передавать и принимать, но и записывать. Для этого существуют специальные устройства - секвенсеры.

В отличии от магнитофона, секвенсер записывает не звук, а управляющую MIDI информацию (например: на второй доле первого такта по MIDI каналу 10 передано сообщение о нажатии клавиши C 3). Вы можете затем изменить звук на 10 MIDI канале и воспроизвести записанную информацию с новым звуком! Вы можете даже заменить синтезатор на другой и, если вы установите один из его звуков на MIDI канал 10, то сможете воспроизвести вашу игру со звуками нового инструмента.

Кроме того, секвенсеры позволяют вам редактировать записанную информацию способами, немыслимыми на магнитофоне. Вы можете стирать, копировать и перемещать части вашей песни; транспонировать партии или отдельные ноты, изменять ритмическую позицию событий (квантизировать) и многое, многое другое.

Синхронизация

Скажем, мы записали все синтезаторные партии для нашей песни. Теперь неплохо бы что-нибудь спеть и может быть сыграть на акустических инструментах, типа гитары или саксофона. Можно, конечно, включить наш многоканальный магнитофон, запустить секвенсер и записать все, что он воспроизведет, на пленку. Но, во-первых, это займет минимум две дорожки, а если мы хотим в последствии изменять громкость или панораму отдельных партий, то по дорожке на каждый звук (а если звук стерео?); а во-вторых мы уже не сможем изменить звуки.

Намного более элегантным решением была бы синхронизация секвенсера и магнитофона. Вы записываете на одну дорожку магнитофона некий временной код, который содержит информацию о том, в каком месте секвенсер должен начать воспроизведение и с какой скоростью. Это можно сделать с помощью специального устройства под названием синхронизатор (некоторые аппаратные секвенсеры имеют встроенную систему синхронизации, впрочем некоторые многоканальные магнитофоны тоже). С помощью протокола MIDI Machine Control (Управление Устройствами по MIDI) можно не только синхронизировать секвенсер с магнитофоном, но и управлять магнитофоном (перемоткой, включением записи и воспроизведения) с секвенсера.

После записи всех необходимых партий пора приступить к окончательному сведению. Здесь MIDI может помочь вам в управлении громкостью, панорамой и другими параметрами звуков различных MIDI инструментов. Многие компьютерные секвенсеры имеют для этих целей специальные редакторы, воспроизводящие реальные движки и ручки на экране монитора (например MIDI Manager в Steinberg Cubase). Некоторые пульты (например Soundcraft Spirit Auto или Mackie CR 1604 с системой OTTO) позволяют вам аналогичным образом управлять громкостью своих каналов, таким образом контролируя обычные инструменты.

Что еще может MIDI?

На MIDI-совместимых процессорах эффектов вы можете не только переключать программы, но и изменять их параметры в реальном времени. Например вы можете назначить колесо модуляции на управление временем задержки, а уровень реверберации установить в зависимости от номера ноты. Повернули колесо модуляции во время игры на синтезаторе - время задержки увеличилось, играете в верхней части клавиатуры - уровень реверберации выше, чем при игре в нижней части.

Если у вас есть два инструмента (чаще всего семплеры), соответствующие стандарту MIDI Sample Dump, вы можете передавать между ними семплы по MIDI. Это происходит довольно медленно, и вы не сможете передать программы полностью (область клавиш, динамическое реагирование, огибающую), а только сами семплы. Тем не менее и это может быть очень полезно.

MIDI продолжает развивать и упрощать управление и передачу данных между различными музыкальными устройствами. Стандартные MIDI Файлы (SMF - Standard MIDI Files) позволяют вам записать информацию на одном секвенсере, сохранить ее на дискету в этом формате, а потом загрузить с этой дискеты в другой секвенсер.

Если вы когда-нибудь записывали песню с одним звуковым модулем, а воспроизводили с другим, то вы уже поняли о чем речь. Дело в том, что номера звуков и расположение барабанов на клавиатуре не совпадает в разных инструментах. Решить эту проблему призвано General MIDI. Инструмент, соответствующий этой системе, должен быть минимум 24-голосным, 16-ти мультитембральным, иметь 128 звуков, которые должны быть одинаково организованы по номерам. То есть звук номер 001 всегда акустическое фортепиано, номер 036 - безладовый бас, номер 126 - вертолет и т. д. Кроме того, барабаны должны находиться на MIDI канале 10, и их звуки должны соответствовать определенным MIDI номерам нот.

Надо отметить, что управляющие MIDI контроллеры не обязательно должны быть клавишными инструментами. Это могут быть электронные барабаны, MIDI гитары и бас-гитары, MIDI фейдеры, MIDI саксофоны, тромбоны, аккордеоны, мандолины и т. д. На выставке музыкального оборудование NAMM фирмой WaveAccess был представлен революционный продукт - WaveRider. Он подсоединяется к вашему телу, снимает данные мышечной, сердечной, кожной активности и биотоки мозга, и переводит их в MIDI данные (например ритм сердца - в темп песни). Похоже настало время отрешиться от грешных мыслей перед сочинением музыки!