Психоакустическое восприятие и midi интерфейсы

 

Стандарты MIDI

 

General MIDI (GM)

Первый общий стандарт был предложен в 1991 году ассоциацией  производителей MIDI-оборудования. Он объединил  изделия разношерстных производителей под именем General MIDI (System) Level 1. Сейчас его поддерживает абсолютное большинство  моделей электронных синтезаторов, звуковых карт и клавиатур. Так как  требования этого стандарта уже  давно морально устарели, то, обычно, современные электронные инструменты  поддерживают его лишь для базовой  совместимости.

GM-файлы звучат на различных  моделях существенно по разному.  Дело в том, что определяя  количество и состав мелодических  инструментов не были точно  описаны тембровые характеристики GM-инструментов. Поэтому, если для  легкой музыки с традиционным  составом оркестра звучание более-менее  схоже, то, если задействуются  инструменты из таких групп,  как Synth Pad, Sound Effects и некоторых  других, конечный результат может  быть обескураживающим.

GS и XG

Два похожих друг на друга  стандарта предложили фирмы Roland и Yamaha. GS начал развиваться в 1991 году сразу  за GM и в последующем неоднократно расширялся в связи с выпуском новых продвинутых моделей. XG от Ямахи начал активно продвигаться в 1996 году и при его разработке видимо были учтены наработки Роланда. Спецификация XG отличается огромным количеством  настроек эффект-процессора.

General MIDI 2 (GM2)

В 1999 году MMA выпустила расширение GM, получившее наименование General MIDI Level 2 (GM2). В новом стандарте расширили  полифонию и палитру доступных  инструментов до 256, добавили ряд новых  контроллеров. В GM2 прослеживается влияние  стандартов Роланда и Ямахи. Несмотря на соглашение между этими фирмами General MIDI Level 2 пока не получил широкого распространения.

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).

 

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).

 

MIDI студия:

 

 

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.