Аппаратная спецификация MIDI

А.С. Ивановский

 

 

МУЗЫКАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ
МОДУЛИ

Методическое пособие

для студентов специальности
1-17 03 01 «Искусство эстрады» направления
специализации 1-17 03 01-03 «Компьютерная музыка»

Минск

Современные знания

УДК 004.9:785

 

Р е ц е н з е н т ы:

Янкович С.И., доцент кафедры инструментовки, аранжировки
и чтения партитур БГАМ;

Шункевич С.И., звукорежиссер высшей категории художественного
и документального кино РУП «Национальная киностудия Беларусьфильм».

 

Ивановский, А.С.

И 18 Музыкальные электронные модули: метод. пособие для студентов специальности 1-17 03 01 «Искусство эстрады» направления специализации 1-17 03 01-03 «Компьютерная музыка» [Электронный ресурс] / А.С. Ивановский. — Минск: Современные знания, 2008. — 53 с.

 

ISBN 978-985-6885-03-0

 

Рассмотрены вопросы теории и практического применения многочисленных MIDI-устройств, применяемых в процессе музыкального исполнения, звукозаписи музыки, TV, кино, театра и веб-дизайна. Систематизированы и изучены виды электронных устройств, применяющихся в этих областях, описаны принципы их работы.

Для студентов вузов.

 

 

УДК 004.9:785

 

 

ISBN 978-985-6885-03-0 © Ивановский А.С., 2008

© ЧУО «Институт современных знаний
имени А.М. Широкова», 2008

© Оформление. ЗАО «Современные знания», 2008

Оглавление

Введение. 4

1. Интерфейс MIDI 5

2. Аппаратная спецификация MIDI 6

3. Спецификация формата данных MIDI 7

4. Виды MIDI-сообщений. 8

4.1. Канальные сообщения. 9

4.2. Системные сообщения. 9

5. Описание канальных сообщений. 10

6. Описание системных сообщений. System Exclusive (SysEx) 16

7. Описание RPN и NRPN.. 19

8. Описание работы контроллеров. 23

9. Стандарты MIDI-систем. 29

9.1. Стандарт General MIDI (MMA) 29

9.2. Стандарт General Synthesis (Roland) 33

9.3. Стандарт Extended General (Yamaha) 35

10. Совместимость стандартов по звучанию.. 39

11. Применения MIDI 40

12. Кратко о GM2. 41

13. Приемы организации MIDI-соединений. 42

14. Наиболее часто встречающиеся вопросы по MIDI 44

Литература. 51

 

Введение

Широкое использование MIDI-устройств и электронных модулей обусловлено применением компьютерной техники в самых разнообразных сферах человеческой деятельности: шоу-бизнес, радио, TV, театр, обучение, мультимедиа и др. Соответственно, расширяются требования к качеству и свойствам устройств. Музыкальные электронные модули позволяют придать необходимые качества звуковому материалу и адаптировать его к различным условиям и задачам.

Целью преподавания курса «Музыкальные электронные модули» является обучение студентов основным приемам работы с музыкальными компьютерными устройствами, использующими протокол MIDI.

Использование и применение музыкальных электронных модулей упростило реализацию работы с музыкальным материалом и привело к созданию совершенно новых и жанров музыки.

В результате прохождения дисциплины студенты получают знания о существующих музыкальных электронных модулях. Смогут самостоятельно выбирать необходимые типы устройств в соответствии с требованиями той или иной задачи. Получат практические навыки использования наиболее распространенных устройств.

Данный учебный курс предназначен для студентов специализации «Эстрадная компьютерная музыка».

Интерфейс MIDI

Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Создан в 1983 г. 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.

Cпецификация 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.

 

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).

 

4.1. 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 (плавное изменение высоты тона в канале)

 

4.2. 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)

 

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.

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 RPN и NRPN

NRPN (N on- R egistered P arameter N umber) — буквенное значение неизвестного параметра.

NRPN используется для изменения звучания инструментов, особенно ударных. В некотором смысле заменяет SysEx.

Начнем с обычных инструментов или так называемых patch. Не имеет значения стандарт, который поддерживает Ваша звуковая карточка. Будь то GM (General Midi), GM2 (General Midi Level 2), GS (General Synthesis) или XG (eXtended General). Для использования NRPN нужно знать номер параметра, который Вы хотите изменить. Здесь приведены наиболее часто используемые параметры:

136 – Vibrato rate

137 – Vibrato depth

138 – Vibrato decay

160 – Cutoff frequency

161 – Resonance

227 – Attack time

228 – Decay time

229 – Release time

16256 — задержка перед запуском LFO1

16257 — частота LFO1

16258 — задержка перед запуском LFO2

16259 — частота LFO2

16260 — задержка Envelope1

16261 — время атаки Envelope1

16262 — время удержания Envelope1

16263 — время спада Envelope1

16264 — уровень поддержки Envelope1

16265 — время освобождения Envelope1

16266 — задержка Envelope2

16267 — время атаки Envelope2

16268 — время удержания Envelope2

16269 — время спада Envelope2

16270 — уровень поддержки Envelope2

16271 — время освобождения Envelope2

16272 — начальная высота тона

16273 — влияние LFO1 на высоту тона

16274 — влияние LFO2 на высоту тона

16275 — влияние Envelope1 на высоту тона

16276 — влияние LFO1 на громкость

16277 — начальная частота среза фильтра

16278 — начальный коэффициент резонансного фильтра

16279 — влияние LFO1 на фильтр

16280 — влияние Envelope1 на фильтр.

Рассмотрим практическое применение этих параметров на примере программы «Cakewalk Sonar».

Выберите View—Event List, далее клавишей Insert вставьте новый элемент. На экране появится следующее:

Измените Note на NRPN. На экране появится следующее:

Далее в поле Data вводите номер параметра, а в соседнее – значение параметра. Например,

Стоит указать диапазон значений: мин=0, ср. знач.=8192, макс=16383.

С ударными дело обстоит немного иначе. Каждый барабан имеет собственный номер, т.е., например, Bass Drum M имеет номер 35.

Далее звучание может быть изменено по следующим параметрам:

3072-3119 – Pitch coarse

3328-3455 – Volume level

3548-3711 – Pan pot

3712-3839 – Reverb

3840-3967 – Chorus

3968-4095 – Decay

RPN (R egistered P arameter N umber) – буквенное значение известного параметра.

RPN применяется для того же, что и NRPN и практически от него не отличается. Но отличия есть:

1. У RPN есть названия. Например, Pitch Bend Sensitivity, Fine Tuning, Coarse Tuning, Tuning Program Select, Tuning Bank Select. В связи с этим с RPN легче работать.

2. RPN изменяет звучание инструмента в целом, т.е., изменяя значение какого-либо параметра (при работе с ударными), Вы изменяете звучание не отдельного барабана, а всех сразу.

Изменение звука путем RPN и NRPN

Способ № 1

Для того чтобы понизить/повысить звук, например, Hand Clap (хлопок в ладоши), нужно выполнить следующее:

1. К минимальному номеру параметра Pitch coarse прибавить номер этого звука (номер=39); (должно получиться 3072+39=3111);

2. В поле Data (войдите в Event List View) занесите полученное число;

3. В соседнее поле справа внесите значение параметра. Для понижения звучания или смещение баланса влево введите число меньше 8192, для повышения или смещения баланса вправо – больше 8192;

Способ № 2. NRPN и RPN можно «рисовать».

1. Войдите в View—Piano roll;

2. В поле 1 выберите NRPN или RPN;

3. В поле 2 введите номер параметра;

4. В поле 3 выберите канал;

5. Выберите инструмент «Карандаш» или «Линия» и в поле 4 рисуйте себе в удовольствие. Вы можете стереть нарисованное, выбрав инструмент «Резинка» (рис. 7.1).

 

Рис. 7.1. Изменение значений параметров RPN или NRPN

 

Способ № 3. Вместо инструмента «Линия» можно использовать кое-что другое (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Изменение значений параметров RPN или NRPN через меню Insert—Series of Controllers

 

1. Войдите в Insert—Series of Controllers;

2. В поле 1 выберите RPN или NRPN;

3. В поле 2 внесите номер параметра;

4. В поле 3 измените номер канала на требуемый;

5. В поле 4 введите начальное значение параметра;

6. В поле 5 введите конечное значение параметра;

7. В поле 6 введите начало фрагмента вставки;

8. В поле 7 введите конец фрагмента вставки.

Замечание. Способами, описанными выше, можно рисовать не только RPN и NRPN, но и Velocity, Wheel, Channel Aftertouch и Controllers.

 

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 — 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 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.

Стандарты MIDI-систем

9.1. Стандарт General MIDI (MMA)

Стандарт General MIDI (единый MIDI, GM) разработан ассоциацией MIDI-производителей (MMA) в 1991 г. 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:

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

 

Ударные тембры выбираются номером ноты 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

 

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 стереопанораме)

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.

 

9.2. Стандарт General Synthesis (Roland)

Стандарт General Synthesis (единый синтез, GS) разработан фирмой Roland в 1991 г., 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

Cтандартом 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, расширяющие 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.

 

9.3. Стандарт Extended General (Yamaha)

Стандарт Extended General (расширенный единый, XG) разработан фирмой Yamaha в 1994 г. в виде расширения стандарта GS. Целью расширения 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 фильтра)

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.

 

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.

 

Кратко о GM2

В 1999 г. MMA наконец «родила» 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.

Каждый MIDI-файл содержит короткое Sysex-сообщение, инициализирующее MIDI устройство. По виду этого сообщения можно определить, какая спецификация должна использоваться для проигрывания файла.

GM GM System On F0 7E 7F 09 01 F7

GS GS Reset F0 41 10 42 12 40 00 7F 00 41 F7

XG XG System On F0 43 10 4C 00 00 7E 00 F7

GM2 GM2 System On F0 7E 7F 09 03 F7

 

Глава I: Туда

Напомним, что звук в MIDI отсутствует полностью.

Необходимо направить поток MIDI-команд на вход определенного устройства (одноголосного или мультитембрального синтезатора).

Используем программный звуковой синтезатор Windows, размещаемый последнее время прямо на материнской плате РС.

Именно это происходит, когда вы воспроизводите MIDI-файл при помощи мультимедийного проигрывателя (Windows Media, Winamp и пр.). Импортируем MIDI-файл в любую программу-секвенсер (Cubase SX, Sonar, и др.), разделяем файл на отдельные треки, если это не SMF Type 1 и подключаем выходы каждого трека к программному звуковому синтезатору Windows. Если этот файл записан в стандарте GM, то синтезатор сам определит, какими звуками исполнять музыкальные партии на треках: там записаны канальные сообщения Program Change. Если это файл другого типа,

то придется назначать звуки для каждого трека вручную, т.е. выбрать в атрибутах трека номер MIDI-канала, номер банка и программы (звука). Откорректировав звучание инструментов, баланс между ними, остается конвертировать композицию (Aydio Mixdown) в аудиофайл нужного вам формата (Wav, MP3 и др.).