News / Live Journal / Information / Soft / Music / Forum / Links / About project




Powered by Google
Информация

 Железо
 Сжатие звука
 Трекеры
 Мьюзиком
 Renoise
 Энциклопедия стилей
 Мастер-класс
 Словарик
 Мысли

Добавить в избранное

Железо

Описание интерфейса MIDI

Создано: 22.12.96

Последняя модификация: 04.07.98

Автор: Евгений Музыченко (Eugene Muzychenko)
2:5000/14@FidoNet, music@spider.nrcde.ru

Copyright (C) 1996-98, Eugene V. Muzychenko

Все права в отношении данного текста принадлежат автору. При воспроизведении текста или его части сохранение Copyright обязательно. Коммерческое использование допускается только с письменного разрешения автора.

Что такое MIDI?

Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Создан в 1983 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, или протокола — 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. Соединение экрана с корпусом желательно только со стороны выхода (Out и Thru). 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.

Виды MIDI-сообщений

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

Системные сообщения:

F0
F1
F2 ll mm
F3 ss
F4
F5
F6
F7
F8
F9
FA
FB
FC
FD
FE
FF
- System Exclusive (SysEx, системное исключительное сообщение)
- резерв
- Song Position Pointer (указатель позиции в партитуре)
- Song Select (выбор партитуры)
- резерв
- резерв
- Tune Request (запрос подстройки)
- EOX (End Of SysEx, конец системного исключительного сообщения)
- Timing Clock (синхронизация по времени)
- резерв
- Start (запуск игры по партитуре)
- Continue (продолжение игры по партитуре)
- Stop (остановка игры по партитуре)
- резерв
- Active Sensing (проверка соединений MIDI-сети)
- System Reset (сброс всех устройств сети)

Описание канальных сообщений




Note On (nn — номер ноты, vv — скорость (velocity) нажатия)
Note Off (nn — номер ноты, vv — скорость отпускания)

Сообщает о включении/выключении звучания ноты. MIDI-клавиатура генерирует эти сообщения при нажатии/отпускании клавиш, MIDI-синтезатор запускает или останавливает работу соответствующего генератора звука.

Номер ноты задается абсолютным номером полутона в диапазоне 0..127, при этом центральной фортепианной клавише — ноте "До" первой октавы — соответствует десятичный номер 60 (в MIDI принята нумерация октав с нуля, поэтому она обозначается как C-5).

Скорость нажатия/отпускания задается числом в диапазоне 0..127, отражающим скорость перемещения клавиши (обычно используется логарифмическая шкала). Скорость нажатия косвенно отражает силу удара по клавише. Чувствительная к скорости нажатия (динамическая) клавиатура выдает реальные значения, нечувствительная должна выдавать десятичные значения 64. Значение 0 в сообщении Note On полностью эквивалентно сообщению Note Off для этой же клавиши — это позволяет при передаче только нажатий и отпусканий использовать режим Running Status.

Простые синтезаторы используют скорость нажатия для управления громкостью извлекаемого звука, более сложные — также для управления фильтрами (более громким звукам соответствует более звонкое звучание) либо выбора разных самплов, пропорции смешивания нескольких самплов, и т.п.

При поступлении повторного сообщения Note On для уже нажатой ноты различные инструменты ведут себя по-разному: одни автоматически отрабатывают перед этим Note Off, прекращая звучание "зависшей" ноты; другие запускают отдельный генератор, оставляя зависшую ноту звучать. Звучание зависшей ноты в этом случае может быть прекращено только командами All Sounds Off или Reset.




Channel Pressure (pp — величина давления)
Key Pressure (nn — номер ноты, pp — величина давления)

Сообщает об изменении силы давления (After Touch — после прикосновения (нажатия)) на всю клавиатуру или отдельную клавишу. Наиболее простые клавиатуры не имеют датчика давления; клавиатуры средней сложности имеют общий датчик для всех клавиш, посылая сообщения Channel Pressure по результатам усреднения давления на все нажатые клавиши; наиболее сложные клавиатуры имеют отдельные датчики для каждой клавиши, посылая изменения в состоянии каждого датчика.

Поведение синтезатора в ответ на эти сообщения стандартом не определено. Обычно синтезаторы с поддержкой Aftertouch имеют команды для привязки сообщений к выбранным параметрам синтеза (громкости, модуляции, фильтрам, эффектам и т.п.).




Control Change (cc — номер, vv — значение контроллера)

Сообщает об изменении состояния органов управления (контроллеров). MIDI-контроллеры делятся на непрерывные (continuous) — рукоятки, движки, имеющие диапазон непрерывного изменения, и переключатели (switches) — педали, кнопки, тумблеры, имеющие два дискретных состояния (On/Off — включено/выключено). Значения 0..63 означают выключенное состояние переключателя, значения 64..127 — включенное.

Основным стандартом (MIDI level 1) принята следующая нумерация контроллеров:

0..31
32..63
64..95
96..121
120..127
- старшие байты значений непрерывных контроллеров 0..31
- младшие байты значений непрерывных контроллеров 0..31
- переключатели
- резерв
- специальные канальные сообщения

На самом деле практически никто не следует предложенной схеме распределения, за исключением контроллеров 120..127 (специальные канальные сообщения), которые везде имеют одинаковое значение.

Стандартом MIDI рекомендована следующая нумерация контроллеров:

0
1
2
4
5
6
7
8
10
11
16
17
18
19
32
38
64
65
66
67
80
81
82
83
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
- Bank Select MSB (выбор банка, старший байт)
- Modulation (глубина частотной модуляции)
- Breath Control (данные с духового контроллера)
- Foot Pedal (данные с ножной педали)
- Portamento Time (время скольжения от ноты к ноте)
- Data Entry MSB (ввод данных, старший байт)
- Main Volume (громкость всех звуков в канале)
- Balance (баланс)
- Pan (панорама — положение инструмента на стерепанораме)
- Expression (экспрессивность, выразительность звука)
- AC1 (Assignable Controller — назначаемый контроллер)
- AC2
- AC3
- AC4
- Bank Select LSB (выбор банка, младший байт)
- Data Entry LSB (ввод данных, младший байт)
- Sustain Pedal, Hold1 (удержание звучания всех отпущенных нот)
- Portamento (включение/выключение режима портаменто)
- Sostenuto Pedal (удержание звучания отдельных нот (аккорда))
- Soft Pedal (приглушение звука)
- AC5
- AC6
- AC7
- AC8
- External Effects Depth (глубина внешних эффектов)
- Tremelo Depth (глубина тремоло — амплитудного вибрато)
- Chorus Depth (глубина хорового эффекта)
- Detune Depth (глубина расстройки)
- Phaser Depth (глубина эффекта фейзера)
- Data Increment (увеличение значения)
- Data Decrement (уменьшение значения)
- NRPN LSB (номер незарегистрированного параметра, младший байт)
- NRPN MSB (номер незарегистрированного параметра, старший байт)
- RPN LSB (номер зарегистрированного параметра, младший байт)
- RPN MSB (номер зарегистрированного параметра, старший байт)

Поддержка устройством конкретных видов контроллеров определяется спецификацией устройства или стандарта, в рамках которого оно разработано.

Обычно, когда непрерывный контроллер используется для плавного управления каким-либо параметром звука, этот параметр пропорционально зависит от значения контроллера. Используются два основных способа управления параметрами звука: абсолютный и относительный. При абсолютном способе параметр полностью зависит от установленного значения контроллера; при относительном способе имеется некоторое стандартное значение параметра, соответствующее "нейтральному" значению контроллера — 64. Изменение значений контроллера вверх или вниз пропорционально изменяет значение выбранного параметра относительно стандартного значения, которое, вообще говоря, может быть различным для разных режимов, тембров и т.п. Для глобальных параметров, таких, как громкость или панорама в канале, используется абсолютный способ управления; для локальных — глубина реверберации, частота среза фильтра и т.п. — относительный, хотя интерпретация различными инструментами может не совпадать.

Специальные канальные сообщения

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

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

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)

Служит для смены программы синтеза (чаще называемой тембром или инструментом) в канале. Параметр задает номер тембра (0..127) в текущем выбранном банке. Последующие ноты будут исполняться выбранным тембром, тембр уже звучащих в канале нот не изменяется.



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

Специальные идентификаторы сообщений, помещаемые в первый байт SysEx:

7F — универсальное сообщение реального времени;
7E — универсальное сообщение для настройки.



    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.

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 (в устройствах, совместимых с General MIDI, он содержит мелодические тембры GM). 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 Breath Control

Передает воздействия на духовой контроллер, обычно выполняемый в виде мундштука — значение отражает силу воздушного потока, вдуваемого в мундштук. Духовой контроллер может быть как автономным, так и совмещенным с другим MIDI-устройством (MIDI-саксофон, MIDI-флейта).



Контроллер Foot Pedal

Передает воздействия на ножную педаль — значение пропорционально силе давления на педаль или глубине ее погружения.



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)

На сообщения, передающие значение старшего или младшего байта параметра, устройства реагируют немедленно, используя в качестве недостающего байта либо ранее переданное, либо установленное по умолчанию значение. Это можно использовать для передачи значений, отличающихся только одним байтом, передавая только изменившийся байт.

Для отмены ранее зафиксированных номеров RPN и NRPN служит резервный номер RPN 16383 — после посылки контроллеров 100 и 101 со значениями 127 контроллеры Data Entry отключаются от ранее назначенных RPN и NRPN.

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

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:

Стандарты MIDI-систем



Стандарт General MIDI (MMA)

Стандарт General MIDI (единый MIDI, GM) разработан ассоциацией MIDI-производителей (MMA) в 1991 году в целях обеспечения частичной совместимости выпускаемых MIDI-устройств и облегчения переноса партитур между устройствами различных производителей. Устройство, совместимое с GM Level 1, должно удовлетворять следующим требованиям:

- полифония не менее 24 голосов;
- наличие 128 мелодических и 47 ударных тембров;
- раздельный выбор тембров по всем 16 MIDI-каналам;
- поддержка специальных канальных контроллеров 121 и 123;
- выделение канала 10 для ударных тембров, остальных каналов — для мелодических тембров.

Мелодическим и ударным тембрам присвоены постоянные номера. Мелодические тембры распределены по 16 группам с 8 тембрами в каждой и выбираются сообщением Program Change в каналах 1-9 и 11-16:



0
1
2
3
4
5
6
7
Piano

Acoustic Grand Piano
Bright Acoustic Piano
Electric Grand Piano
Honky-tonk Piano
Electric Piano 1
Electric Piano 2
Harpsichord
Clavinet


8
9
10
11
12
13
14
15
Chrom Percussion

Celesta
Glockenspiel
Music Box
Vibraphone
Marimba
Xylophone
Tubular Bells
Dulcimer


16
17
18
19
20
21
22
23
Organ

Drawbar Organ
Percussive Organ
Rock Organ
Church Organ
Reed Organ
Accordion
Harmonica
Tango Accordion


24
25
26
27
28
29
30
31
Guitar

Acoustic Guitar (nylon)
Acoustic Guitar (steel)
Electric Guitar (jazz)
Electric Guitar (clean)
Electric Guitar (muted)
Overdriven Guitar
Distortion Guitar
Guitar Harmonics


32
33
34
35
36
37
38
39
Bass

Acoustic Bass
Electric Bass (finger)
Electric Bass (pick)
Fretless Bass
Slap Bass 1
Slap Bass 2
Synth Bass 1
Synth Bass 2


40
41
42
43
44
45
46
47
Strings

Violin
Viola
Cello
Contrabass
Tremolo Strings
Pizzicato Strings
Orchestral Harp
Timpani


48
49
50
51
52
53
54
55
Ensemble

String Ensemble 1
String Ensemble 2
Synth Strings 1
Synth Strings 2
Choir Aahs
Voice Oohs
Synth Voice
Orchestra Hit


56
57
58
59
60
61
62
63
Brass

Trumpet
Trombone
Tuba
Muted Trumpet
French Horn
Brass Section
Synth Brass 1
Synth Brass 2


64
65
66
67
68
69
70
71
Reed

Soprano Sax
Alto Sax
Tenor Sax
Baritone Sax
Oboe
English Horn
Bassoon
Clarinet


72
73
74
75
76
77
78
79
Pipe

Piccolo
Flute
Recorder
Pan Flute
Bottle Blow
Shakuhachi
Whistle
Ocarina


80
81
82
83
84
85
86
87
Synth Lead

Lead 1 (square)
Lead 2 (sawtooth)
Lead 3 (calliope)
Lead 4 (chiff)
Lead 5 (charang)
Lead 6 (voice)
Lead 7 (fifths)
Lead 8 (bass + lead)


88
89
90
91
92
93
94
95
Synth Pad

Pad 1 (new age)
Pad 2 (warm)
Pad 3 (polysynth)
Pad 4 (choir)
Pad 5 (bowed)
Pad 6 (metallic)
Pad 7 (halo)
Pad 8 (sweep)


96
97
98
99
100
101
102
103
Synth Effects

FX 1 (rain)
FX 2 (soundtrack)
FX 3 (crystal)
FX 4 (atmosphere)
FX 5 (brightness)
FX 6 (goblins)
FX 7 (echoes)
FX 8 (sci-fi)


104
105
106
107
108
109
110
111
Ethnic

Sitar
Banjo
Shamisen
Koto
Kalimba
Bagpipe
Fiddle
Shanai


112
113
114
115
116
117
118
119
Percussive

Tinkle Bell
Agogo
Steel Drums
Woodblock
Taiko Drum
Melodic Tom
Synth Drum
Reverse Cymbal


120
121
122
123
124
125
126
127
Sound Effects

Guitar Fret Noise
Breath Noise
Seashore
Bird Tweet
Telephone Ring
Helicopter
Applause
Gunshot


Ударные тембры выбираются номером ноты в канале 10:


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

Полифония в 24 голоса устанавливается либо общей для всех каналов, либо с разделением на 16 голосов для мелодических каналов и 8 — для ударных. Поведение системы при исчерпании свободных голосов стандартом не определено.

В GM обязательна поддержка следующих контроллеров:

1 — Modulation (глубина частотной модуляции)
7 — Main Volume (громкость всех звуков в канале)
10 — Pan (панорама — положение инструмента на стерепанораме)
11 — Expression (экспрессивность, выразительность звука)
64 — Sustain Pedal (удержание звучания всех отпущенных нот)

Контроллер Main Volume служит для долговременной установки громкости в канале, а Expression — для управления громкостью звучания отдельных нот или партий.

Для устройств, поддерживающих, кроме GM, другие стандарты синтеза, введен SysEx "General MIDI On" для переключения в режим GM: F0 7E 7F 09 01 F7.

Информация по GM выпускается MMA в печатном виде, краткие справки можно найти на www.mma.com и www.midi.com.

Стандарт General Synthesis (Roland)

Стандарт General Synthesis (единый синтез, GS) разработан фирмой Roland в 1991 году, практически одновременно с GM. Целью создания стандарта было обеспечение совместимости не только базового набора тембров и способов управления, но и более тонких методов воздействия на звук. Требования к устройству, поддерживающему GS:

- поддержка стандарта GM Level 1;
- поддержка 98 дополнительных тембров и 8 наборов ударных;
- приоритетное назначение голосов каналам — вначале 10, далее с 1;
- назначение дополнительных ударных каналов через SysEx;
- резервирование голосов в канале через SysEx;
- наличие управляемого резонансного фильтра в каждом канале;
- поддержка эффектов Reverb, Chorus и Delay.

Выбор банков осуществляется передачей старшего байта номера (контроллер 0). Младший байт (контроллер 32) при этом либо не используется, либо переключает режимы совместимости (например, SC55/SC88). Основной набор тембров (General MIDI) выбирается банком 0. Дополнительны мелодические тембры и звуковые эффекты распределены по 12 банкам, именуемым Variation Tones: 1..9, 16, 24 и 32. Дополнительные наборы ударных и набор звуковых эффектов имеют нумерацию (начиная с нуля):

8 Room Kit
16 Power Kit
24 Electronic Kit
25 TR-808 Kit
32 Jazz Kit
40 Brush Kit
48 Orchestra Kit
56 SFX Kit

Стандартом введены дополнительные контроллеры:

5 — Portamento Time (время скольжения от ноты к ноте)
6 — Data Entry MSB (ввод данных, старший байт)
65 — Portamento (включение/выключение режима портаменто)
66 — Sostenuto Pedal (удержание звучания отдельных нот (аккорда))
67 — Soft Pedal (приглушение звука)
84 — Portamento Control (номер ноты начала скольжения)
91 — Reverb Level (глубина реверберации)
93 — Chorus Level (глубина хорового эффекта)
98 — NRPN LSB (номер незарегистрированного параметра, младший байт)
99 — NRPN MSB (номер незарегистрированного параметра, старший байт)

а также — 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)

и 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 (контроллер 6).

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

Устройства, совместимые с GS, должны поддерживать SysEx "General Synth On" (переключение в режим Roland GS): F0 41 10 42 12 40 00 7F 00 41 F7.



Стандарт Extended General (Yamaha)

Стандарт Extended General (расширенный единый, XG) разработан фирмой Yamaha в 1994 году в виде расширения стандарта GS. Целью расширения ния стандарта было в первую очередь внесение развитого управления эффект-процессором и значительное увеличение количества тембров. Устройства, удовлетворяющие XG, способны самостоятельно создавать достаточно современное звучание без применения дополнительных тонгенераторов и модулей обработки, и к тому же гарантируют переносимость партитур с младших моделей на старшие практически без доработки. Требования к устройству, поддерживающему базовый уровень XG (Level 1):

- 32-голосная полифония;
- поддержка стандартов GM и GS;
- наличие 676 мелодических тембров и 21 набора ударных/эффектов;
- независимая подстройка высоты каждой ступени звукоряда;
- поддержка плавного скольжения высоты тона (портаменто);
- управление чувствительностью тембра к силе удара (Velocity);
- синхронное и независимое управление высотой и амплитудой звука, частотой среза фильтра от нескольких MIDI-контроллеров;
- наличие трех эффект-процессоров — Reverb, Chorus и Variation.

Возможные расширения XG:

- до 64 MIDI-каналов (до четырех раздельных MIDI-портов с возможностью управления всем устройством по любому из них);
- до 64 AD-каналов — аналоговых каналов с АЦП на входе, сигналы с которых поступают на обработку эффект-процессорами;
- дополнительный трехполосный эквалайзер;
- дополнительные эффект-процессоры — Distortion, Harmonizer и т.п.

Набор тембров состоит из двух перекрывающихся наборов: 480/10 в режиме XG и 579/11 в режиме TG300B (GS).

В режиме GM доступны 128 стандартных мелодических тембров, стандартный набор ударных и стандартные контроллеры/RPN. В режиме XG доступны дополнительные банки, контроллеры, NRPN и SysEx.

Выбор банков осуществляется передачей обоих байтов номера; при этом старший байт (контроллер 0) задает тип банка, а младший байт (контроллер 32) — номер банка указанного типа. В XG определено четыре типа банков:

0 Normal (мелодические)
64 SFX (звуковые эффекты с переменной высотой)
126 SFX (звуковые эффекты с фиксированной высотой)
127 Drums (ударные)

Любой MIDI-канал путем выбора банка может быть установлен в мелодический или ударный режим.

В режиме XG доступны 44 банка мелодических тембров:

0 Standard (General MIDI)
1 KSP (Key Scale Panning — панорамирование по клавиатуре)
3 Stereo (стереофонические)
6 Single
8 Slow (имитация медленного звукоизвлечения)
12 Fast Decay (с быстрым затуханием)
14 Double Attack (сдвоенные)
16-17 Bright (яркие)
18-19 Dark (тусклые)
20 Resonant (с резонансом)
24 Attack (с мягкой атакой)
25 Release (с послезвучием при отпускании клавиши)
27 Rezo Sweep (со скользящим резонансом)
28 Muted (приглушенные)
32 Detune 1 (с расстройкой слоев)
33 Detune 2
34 Detune 3
35 Octave 1 (слои настроены в октаву)
36 Octave 2
37 5th 1 (слои настроены в квинту)
38 5th 2
39 Bend
40-42 Tutti (слои из разных звуков)
43 Velo-Switch (с переключением по силе удара)
45 Velo-Xfade (с плавным переходом по силе удара)
64-72,
96-101 Other wave (прочие тембры)

9 банков ударных тембров:

0 Standard Kit 1
1 Standard Kit 2
8 Room Kit
16 Rock Kit
24 Electro Kit
25 Analog Kit
32 Jazz Kit
40 Brush Kit
48 Classic Kit

и 2 банка звуковых эффектов:

0 SFX 1
1 SFX 2

В режиме TG300B/GS раскладка банков и инструментов совпадает с GS.

Стандартом XG введены контроллеры, дополнительные к GS:

38 — Data Entry LSB (ввод данных, младший байт)
71 — Harmonic Content (содержание гармоник, добротность фильра)
72 — Release Time (время затухания звука после выключения ноты)
73 — Attack Time (время нарастания звука после включения ноты)
74 — Brightness (яркость, частота среза фильтра)
94 — Variation Level (глубина эффекта Variation)
96 — Data Increment (увеличение xRPN на 1, значение игнорируется)
97 — Data Decrement (уменьшение xRPN на 1, значение игнорируется)

Почти все контроллеры, стандартизированные в XG, до этого успели стать стандартом де-факто во многих инструментах.

Стандартом также введены дополнительные к GS 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)

Три эффект-процессора являются полностью независимыми, каждый из них может обрабатывать сигнал от произвольного количества каналов. Reverb и Chorus являются системными (System) эффектами — через них проходит сигнал от каждого канала с возможностью независимой регулировки глубины эффекта. Variation может работать в режиме как системного, так и выделенного (Insertion) эффекта, когда процессор обрабатывает сигнал только одного канала.

XG Level 1 определяет по 8 эффектов типа Reverb и Chorus и 36 эффектов типа Variation, в число которых также входит по 8 таких же типов Reverb и Chorus. Параметры каждого из трех выбранных эффектов управляются посредством набора SysEx.

Устройства, совместимые с XG, должны поддерживать SysEx "XG System On" (переключение в режим Yamaha XG): F0 43 1n 4C 00 00 7E 00 F7, где n — номер устройства в сети (устанавливается по-разному для разных устройств, по умолчанию 0). Для полной инициализации MIDI-системы необходима подача этого сообщения из режима GM.



Совместмость стандартов по звучанию

Общность инструментов внутри стандарта и между ними чаще всего подразумевает только совпадение номеров и основных звуковых характеристик. "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. Единственным исключением из этого является стандарт XG, специально ориентированный на повторение особенностей звучания тембров во всех моделях устройств.

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 обычно представляет собой отдельную партию произведения, исполняемую на одном MIDI-канале.

2 — совокупность нескольких произведений, каждое из которых состоит 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.


Большое спасибо всем приславшим ответы, рекомендации, замечания и советы для этого описания.

Текст описания в альтернативной кодировке доступен для FReq на 2:5000/14@FidoNet по имени MIDIDESC. Полный пакет FAQ и описаний доступен на ftp://spider.nrcde.ru/pub/text/tech/emhwfaqs.zip и через страницу FAQ на http://spider.nrcde.ru. Пакет распространяется также по FIDO fileecho XHRDDOCS.




Ударные тембры выбираются номером ноты в канале 10:


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

Полифония в 24 голоса устанавливается либо общей для всех каналов, либо с разделением на 16 голосов для мелодических каналов и 8 — для ударных. Поведение системы при исчерпании свободных голосов стандартом не определено.

В GM обязательна поддержка следующих контроллеров:

1 — Modulation (глубина частотной модуляции)
7 — Main Volume (громкость всех звуков в канале)
10 — Pan (панорама — положение инструмента на стерепанораме)
11 — Expression (экспрессивность, выразительность звука)
64 — Sustain Pedal (удержание звучания всех отпущенных нот)

Контроллер Main Volume служит для долговременной установки громкости в канале, а Expression — для управления громкостью звучания отдельных нот или партий.

Для устройств, поддерживающих, кроме GM, другие стандарты синтеза, введен SysEx "General MIDI On" для переключения в режим GM: F0 7E 7F 09 01 F7.

Информация по GM выпускается MMA в печатном виде, краткие справки можно найти на www.mma.com и www.midi.com.

Стандарт General Synthesis (Roland)

Стандарт General Synthesis (единый синтез, GS) разработан фирмой Roland в 1991 году, практически одновременно с GM. Целью создания стандарта было обеспечение совместимости не только базового набора тембров и способов управления, но и более тонких методов воздействия на звук. Требования к устройству, поддерживающему GS:

- поддержка стандарта GM Level 1;
- поддержка 98 дополнительных тембров и 8 наборов ударных;
- приоритетное назначение голосов каналам — вначале 10, далее с 1;
- назначение дополнительных ударных каналов через SysEx;
- резервирование голосов в канале через SysEx;
- наличие управляемого резонансного фильтра в каждом канале;
- поддержка эффектов Reverb, Chorus и Delay.

Выбор банков осуществляется передачей старшего байта номера (контроллер 0). Младший байт (контроллер 32) при этом либо не используется, либо переключает режимы совместимости (например, SC55/SC88). Основной набор тембров (General MIDI) выбирается банком 0. Дополнительны мелодические тембры и звуковые эффекты распределены по 12 банкам, именуемым Variation Tones: 1..9, 16, 24 и 32. Дополнительные наборы ударных и набор звуковых эффектов имеют нумерацию (начиная с нуля):

8 Room Kit
16 Power Kit
24 Electronic Kit
25 TR-808 Kit
32 Jazz Kit
40 Brush Kit
48 Orchestra Kit
56 SFX Kit

Стандартом введены дополнительные контроллеры:

5 — Portamento Time (время скольжения от ноты к ноте)
6 — Data Entry MSB (ввод данных, старший байт)
65 — Portamento (включение/выключение режима портаменто)
66 — Sostenuto Pedal (удержание звучания отдельных нот (аккорда))
67 — Soft Pedal (приглушение звука)
84 — Portamento Control (номер ноты начала скольжения)
91 — Reverb Level (глубина реверберации)
93 — Chorus Level (глубина хорового эффекта)
98 — NRPN LSB (номер незарегистрированного параметра, младший байт)
99 — NRPN MSB (номер незарегистрированного параметра, старший байт)

а также — 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)

и 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 (контроллер 6).

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

Устройства, совместимые с GS, должны поддерживать SysEx "General Synth On" (переключение в режим Roland GS): F0 41 10 42 12 40 00 7F 00 41 F7.



Стандарт Extended General (Yamaha)

Стандарт Extended General (расширенный единый, XG) разработан фирмой Yamaha в 1994 году в виде расширения стандарта GS. Целью расширения ния стандарта было в первую очередь внесение развитого управления эффект-процессором и значительное увеличение количества тембров. Устройства, удовлетворяющие XG, способны самостоятельно создавать достаточно современное звучание без применения дополнительных тонгенераторов и модулей обработки, и к тому же гарантируют переносимость партитур с младших моделей на старшие практически без доработки. Требования к устройству, поддерживающему базовый уровень XG (Level 1):

- 32-голосная полифония;
- поддержка стандартов GM и GS;
- наличие 676 мелодических тембров и 21 набора ударных/эффектов;
- независимая подстройка высоты каждой ступени звукоряда;
- поддержка плавного скольжения высоты тона (портаменто);
- управление чувствительностью тембра к силе удара (Velocity);
- синхронное и независимое управление высотой и амплитудой звука, частотой среза фильтра от нескольких MIDI-контроллеров;
- наличие трех эффект-процессоров — Reverb, Chorus и Variation.

Возможные расширения XG:

- до 64 MIDI-каналов (до четырех раздельных MIDI-портов с возможностью управления всем устройством по любому из них);
- до 64 AD-каналов — аналоговых каналов с АЦП на входе, сигналы с которых поступают на обработку эффект-процессорами;
- дополнительный трехполосный эквалайзер;
- дополнительные эффект-процессоры — Distortion, Harmonizer и т.п.

Набор тембров состоит из двух перекрывающихся наборов: 480/10 в режиме XG и 579/11 в режиме TG300B (GS).

В режиме GM доступны 128 стандартных мелодических тембров, стандартный набор ударных и стандартные контроллеры/RPN. В режиме XG доступны дополнительные банки, контроллеры, NRPN и SysEx.

Выбор банков осуществляется передачей обоих байтов номера; при этом старший байт (контроллер 0) задает тип банка, а младший байт (контроллер 32) — номер банка указанного типа. В XG определено четыре типа банков:

0 Normal (мелодические)
64 SFX (звуковые эффекты с переменной высотой)
126 SFX (звуковые эффекты с фиксированной высотой)
127 Drums (ударные)

Любой MIDI-канал путем выбора банка может быть установлен в мелодический или ударный режим.

В режиме XG доступны 44 банка мелодических тембров:

0 Standard (General MIDI)
1 KSP (Key Scale Panning — панорамирование по клавиатуре)
3 Stereo (стереофонические)
6 Single
8 Slow (имитация медленного звукоизвлечения)
12 Fast Decay (с быстрым затуханием)
14 Double Attack (сдвоенные)
16-17 Bright (яркие)
18-19 Dark (тусклые)
20 Resonant (с резонансом)
24 Attack (с мягкой атакой)
25 Release (с послезвучием при отпускании клавиши)
27 Rezo Sweep (со скользящим резонансом)
28 Muted (приглушенные)
32 Detune 1 (с расстройкой слоев)
33 Detune 2
34 Detune 3
35 Octave 1 (слои настроены в октаву)
36 Octave 2
37 5th 1 (слои настроены в квинту)
38 5th 2
39 Bend
40-42 Tutti (слои из разных звуков)
43 Velo-Switch (с переключением по силе удара)
45 Velo-Xfade (с плавным переходом по силе удара)
64-72,
96-101 Other wave (прочие тембры)

9 банков ударных тембров:

0 Standard Kit 1
1 Standard Kit 2
8 Room Kit
16 Rock Kit
24 Electro Kit
25 Analog Kit
32 Jazz Kit
40 Brush Kit
48 Classic Kit

и 2 банка звуковых эффектов:

0 SFX 1
1 SFX 2

В режиме TG300B/GS раскладка банков и инструментов совпадает с GS.

Стандартом XG введены контроллеры, дополнительные к GS:

38 — Data Entry LSB (ввод данных, младший байт)
71 — Harmonic Content (содержание гармоник, добротность фильра)
72 — Release Time (время затухания звука после выключения ноты)
73 — Attack Time (время нарастания звука после включения ноты)
74 — Brightness (яркость, частота среза фильтра)
94 — Variation Level (глубина эффекта Variation)
96 — Data Increment (увеличение xRPN на 1, значение игнорируется)
97 — Data Decrement (уменьшение xRPN на 1, значение игнорируется)

Почти все контроллеры, стандартизированные в XG, до этого успели стать стандартом де-факто во многих инструментах.

Стандартом также введены дополнительные к GS 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)

Три эффект-процессора являются полностью независимыми, каждый из них может обрабатывать сигнал от произвольного количества каналов. Reverb и Chorus являются системными (System) эффектами — через них проходит сигнал от каждого канала с возможностью независимой регулировки глубины эффекта. Variation может работать в режиме как системного, так и выделенного (Insertion) эффекта, когда процессор обрабатывает сигнал только одного канала.

XG Level 1 определяет по 8 эффектов типа Reverb и Chorus и 36 эффектов типа Variation, в число которых также входит по 8 таких же типов Reverb и Chorus. Параметры каждого из трех выбранных эффектов управляются посредством набора SysEx.

Устройства, совместимые с XG, должны поддерживать SysEx "XG System On" (переключение в режим Yamaha XG): F0 43 1n 4C 00 00 7E 00 F7, где n — номер устройства в сети (устанавливается по-разному для разных устройств, по умолчанию 0). Для полной инициализации MIDI-системы необходима подача этого сообщения из режима GM.



Совместмость стандартов по звучанию

Общность инструментов внутри стандарта и между ними чаще всего подразумевает только совпадение номеров и основных звуковых характеристик. "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. Единственным исключением из этого является стандарт XG, специально ориентированный на повторение особенностей звучания тембров во всех моделях устройств.

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 обычно представляет собой отдельную партию произведения, исполняемую на одном MIDI-канале.

2 — совокупность нескольких произведений, каждое из которых состоит 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.


Большое спасибо всем приславшим ответы, рекомендации, замечания и советы для этого описания.

Текст описания в альтернативной кодировке доступен для FReq на 2:5000/14@FidoNet по имени MIDIDESC. Полный пакет FAQ и описаний доступен на ftp://spider.nrcde.ru/pub/text/tech/emhwfaqs.zip и через страницу FAQ на http://spider.nrcde.ru. Пакет распространяется также по FIDO fileecho XHRDDOCS.

Вернуться в раздел

Dreams...
Отправить письмо дизайнеру
к началу страницы
copyright © 1997-2019 t.r.a.c.k.e.r.s
All Rights Reserved