MIDI 1.0 - MIDI 1.0

Poznámka : Některé informace v této části se odchylují od oficiálních specifikací MIDI Manufacturing Association / AMEI MIDI v terminologii a v technických detailech. Vývojářům, kteří se zajímají o maximalizaci interoperability, se doporučuje pracovat přímo z oficiálních specifikací MMA / AMEI.

MIDI 1.0 má dvě strany : specifikace přenosu hardwaru popisující elektrické a mechanické připojení a specifikace formátu zprávy.

Přeprava hardwaru (elektrické a mechanické připojení)

MIDI porty a kabel.

Standard MIDI se skládá z protokolu komunikačních zpráv určených pro použití s ​​hudebními nástroji a standardu fyzického rozhraní . Skládá se z fyzicky jednosměrný ( simplex ) digitální proudová smyčka připojení k elektrické síti vysílající asynchronní sériové komunikace dat na 31,250 bitů za sekundu . Je použit formát 8-N-1 , tj. Jeden počáteční bit (musí být 0), osm datových bitů, žádný paritní bit a jeden stop bit (musí být 1), takže lze odeslat až 3 125 bajtů za sekundu.

Pouze jeden konec smyčky je odkazován na zem, přičemž druhý konec je „plovoucí“, aby se zabránilo zemním smyčkám, které by jinak mohly způsobit rušení a bzučení analogových zvukových signálů. Proudová smyčka na straně vysílače pohání LED diody optického izolátoru na straně přijímače. Proudová smyčka je specifikována jako 5 mA. Optický izolátor musí být vysokorychlostního typu s životností méně než 2 μs. Protože většina optoizolátorů má asymetrické kladné a záporné otáčky , mírně mění pracovní cyklus signálu . Pokud je připojeno několik MIDI zařízení do série pomocí řetězení na MIDI THRU do dalšího zařízení MIDI-IN, signál dostane více a více zkreslené , dokud se vyskytují chyby přijímat kvůli pulsní zúžení.

Na fyzické vrstvě (kabel MIDI) nese MIDI signál dvojice vodičů. Rozdíl napětí je normálně 0 voltů (oba při kladném potenciálu vztaženém k zemi) v klidovém stavu, což je v logickém inverzi optického izolátoru považováno za „1“ u MIDI přijímače . Počáteční bit MIDI zprávy (0) způsobí rozdíl napětí na páru vodičů (proudová smyčka), který je na přijímači MIDI viděn jako „0“. 8 datových bitů může být buď „0“ (nízká) nebo „1“ (vysoká), přičemž stop bit (1) je na MIDI přijímači viděn jako „1“. Shrnout:

  • Logika 1 → Vysoká → Žádný proud → LED optoizolátoru nesvítí → MIDI přijímač vidí Vysoký, logická „1“ (datové bity, stop bit nebo nečinnost)
  • Logika 0 → Nízká → tok proudové smyčky → LED optoizolátoru svítí → MIDI přijímač vidí Nízká, logická „0“ (datové bity, počáteční bit)

MIDI konektory jsou standardní 5kolíkové 180 ° DIN konektory, které byly najednou de facto evropským standardem pro audio propojení. Postupem času jednodušší americký RCA phono jack opustil MIDI jako jediné místo, kde se DIN běžně vyskytuje v moderním vybavení. Pouze dva z pěti pinů (piny 4 a 5) jsou použity pro přenos MIDI signálu.

Některé počítače nebo jejich zvukové karty mají 15kolíkové konektory D-subminiatury , nazývané herní porty , které lze použít pro MIDI IN / MIDI OUT. Konektor podporuje funkce MIDI i analogového joysticku . Přístup k MIDI signálům zajišťuje krátký kabel adaptéru, který převádí D-subminiaturní pinout na DIN konektory. Doporučený způsob připojení dvou 5kolíkových kabelů DIN k 15kolíkovému portu D-subminiaturního počítače lze nalézt na webu MIDI.org . Specifikace MIDI velmi konzervativně uvádí, že maximální vzdálenost, kterou může MIDI přenášet, je 15 metrů (50 stop), ale za normálních okolností může jít mnohem dále .

Existuje standard připojení USB a standard pro MIDI přes Ethernet a internet s názvem RTP MIDI vyvíjený IETF , dostupný ze standardních stránek RFC.

Většina nástrojů schopných MIDI obsahuje MIDI IN, MIDI OUT a občas MIDI THRU připojení ve formě pětikolíkových DIN konektorů. Aby bylo možné vytvořit obousměrné fyzické spojení mezi dvěma zařízeními, je nutné použít pár kabelů. Konektor MIDI THRU jednoduše odráží signál vstupující do zařízení při MIDI-IN. To umožňuje ovládat několik zařízení z jednoho zdroje.

Atari ST z roku 1985 byl prvním domácím počítačem, který sportoval původní pětikolíkový formát DIN, což z něj dělá velmi populární platformu pro běh softwaru MIDI sekvenceru . Většina zvukových karet PC z konce 90. let měla schopnost ukončit MIDI připojení, obvykle prostřednictvím převaděče MIDI IN / MIDI OUT na herním portu. Herní port byl v moderním počítači nahrazen zařízeními USB, a tak si vlastník počítače obvykle bude muset pro použití MIDI zakoupit rozhraní MIDI, které se připojuje k portu USB nebo FireWire na jejich stroji. Většina současných digitálních zvukových rozhraní je vybavena porty MIDI.

Formát zprávy

Každé připojení MIDI je jednosměrné připojení z konektoru MIDI Out odesílajícího zařízení do konektoru MIDI In přijímacího zařízení. Každé takové připojení může nést proud MIDI zpráv, přičemž většina zpráv představuje běžnou událost hudebního vystoupení nebo gesto, jako je nota zapnutá , nota vypnutá , změna hodnoty ovladače (včetně hlasitosti , pedálu , modulačních signálů atd.), Pitch bend , změna programu, aftertouch , tlak v kanálu . Všechny tyto zprávy obsahují číslo kanálu . V protokolu je 16 možných kanálů. Kanály se používají k oddělení „hlasů“ nebo „nástrojů“, něco jako stopy ve vícestopém mixéru.

Schopnost multiplexovat 16 „kanálů“ na jeden vodič umožňuje ovládat několik nástrojů najednou pomocí jediného MIDI připojení. Když je MIDI nástroj schopen produkovat několik nezávislých zvuků nebo „hlasů“ současně ( multitimbral instrument), MIDI kanály se používají k nezávislému adresování těchto sekcí. (To by nemělo být zaměňováno s „ polyfonní “; schopnost hrát několik not současně stejným „hlasem“.)

Podrobněji MIDI 1.0 definuje několik základních typů zpráv kanálu:

  • Poznámka zprávy mohou představovat jakékoliv vědomí z ‚‘ 'C (tj pět oktávy pod středem C nebo 8.176 Hz ve společném západní hudebního ladění , označené jako MIDI Poznámka 0) až g (tj pět oktávy nad G nad středem C nebo 12,544 Hz; určený jako MIDI nota 127) s přesností až na půltón . Zpráva s poznámkou zahájí poznámku a k jejímu ukončení je zapotřebí samostatná zpráva s poznámkou. Pokud je spuštěný stav „aktivní“, použije se místo zprávy s poznámkou poznámková zpráva s nulovým bajtem rychlosti nastaveným na nulu.
  • Pitch-bend zprávy se pohybují v rozmezí ± 2 půltónů (někdy nastavitelné pomocí registrovaných čísel parametrů ), s přesností 1/8192 půltón ( Lidské ucho neslyší rozdíl mezi sousedními čistými tóny, které se liší o méně než 1/20 půltón). Většina syntetizérů umožňuje upravit rozsah výšky tónu v průběhu několika oktáv.
  • Zprávy „Control Change“ (často nesprávně nazývané Continuous Controller ) jsou velmi univerzální; obvykle jsou generovány hudebníkem pomocí knoflíků, posuvníků, nožních spínačů nebo tlaku na fyzický MIDI ovladač (nebo MIDI vybavený nástroj). Zatímco reakce na tyto zprávy je obecně zcela na přijímacím zařízení, obvykle se používají ke změně tónu, zabarvení nebo hlasitosti zvuku nástroje. V nehudebních aplikacích MIDI lze zprávy Control Change použít k pohybu motorizovaných faderů, ke ztlumení světla nebo dokonce k pohybu motorizovaného kloubu v animatronické figuře.
  • Zprávy o změně programu se odesílají do přístroje na konkrétním kanálu, aby jej instruovaly, aby vyvolal další patch nebo program. Protokol MIDI používá pro tuto zprávu 7 bitů a podporuje pouze 128 programů, na které se má přepnout. Mnoho zařízení, která jsou modernější než specifikace MIDI, obsahuje mnohem více než 128 programů. K překonání omezení byla do specifikace přidána metoda přepínání bank (Každá banka 128 programů může být vybrána pomocí dvou zpráv řadiče pro MSB a LSB, což umožňuje přístup k 16 384 bankám 128 programů, nebo celkem 2 097 152 programů) .
  • V některých nástrojích jsou odesílány zprávy Aftertouch (známé také jako zprávy Poly Pressure ), které indikují změny tlaku v notě během přehrávání. Podobně tlak v kanálu mění tlak pro celý nástroj, nejen pro jednu notu. Zprávy o tlaku v kanálu jsou běžněji implementovány ve většině syntetizátorů, zatímco jednotlivé snímače tlaku, které vyžadují aftertouch zprávy, jsou vyhrazeny hlavně pro drahé špičkové syntetizátory.

Kromě zpráv založených na kanálech existují i ​​zprávy týkající se systému, které nejsou adresovány žádnému konkrétnímu kanálu. Tyto zahrnují:

  • Zprávy výrobce exkluzivní pro systém (známé také jako výrobce SysEx, Manuf Sysx atd.) Jsou definovány výrobcem sekvenceru / syntetizátoru a mohou mít libovolnou délku. Tyto zprávy se běžně používají k odesílání jiných než MIDI dat přes MIDI připojení, jako je nastavení patchů, zvukový vzorek nebo výpis paměti sekvenceru. Protože jsou definovány výrobcem zařízení, používají se hlavně pro účely zálohování a jsou zřídka (pokud vůbec) užitečné v jiném zařízení MIDI.
  • Zprávy systému Real Time Exclusive zahrnují významné rozšíření MIDI Show Control, které umožňuje všem druhům zábavního vybavení snadno komunikovat mezi sebou prostřednictvím procesu ovládání show .
  • Systémové zprávy obsahují metadata o jiných zprávách MIDI. Například sekvencer často posílá během přehrávání zprávy MIDI hodin, které odpovídají časovému kódu MIDI, takže zařízení přijímající zprávy (obvykle syntetizátor) bude schopno udržet čas. Některá zařízení také budou odesílat zprávy Active Sense, které se používají pouze k udržení spojení mezi odesílatelem a přijímačem po ukončení veškeré komunikace MIDI.

MIDI lze použít k zajištění zařízení pro hraní v hudebních laděních odlišných od 12 tónů na oktávu, vyrovnaného ladění používaného ve většině západních hudebních tradic. Kromě použití pitch-bend k ovládání každé noty však tyto funkce nebyli implementováni všemi výrobci nástrojů.

Nízká šířka pásma

MIDI zprávy jsou extrémně kompaktní, kvůli nízké šířce pásma připojení (je to kvůli přijetí pevné přenosové rychlosti 31250 baudů ve standardu) a potřebě přesnosti v reálném čase . Většina zpráv se skládá ze stavového bajtu (číslo kanálu v dolních 4 bitech a operační kód v horních 4 bitech), následovaný jedním nebo dvěma datovými bajty. Nicméně, sériový charakter MIDI zprávy znamená, že dlouhé řetězce MIDI zpráv trvat značný čas odeslání, někdy dokonce způsobit slyšitelné zpoždění, a to zejména pokud se jedná o hustě hudebních informací, nebo když jsou velmi aktivní mnoho kanálů.

K další optimalizaci datového proudu pomáhá konvence umožňující vynechání stavového bajtu, pokud by byl stejný jako v předchozí zprávě, stav běhu, do určité míry zmírnit problémy se šířkou pásma.

Viz také

Reference

  1. ^ Sdružení výrobců MIDI
  2. ^ Asociace hudebního elektronického průmyslu
  3. ^ Dr. Sebastian Anthony Birch MIDI fyzická vrstva