MIDI cz.2.pdf
(
650 KB
)
Pobierz
ep_12_098_102_midi_cz2.indd
K U R S
MIDI – cyfrowy interfejs
instrumentów muzycznych
,
część 2
Akronim MIDI jest
prawdopodobnie znany
wszystkim Czytelnikom EP.
Choć kojarzymy go głównie
z plikami dźwiękowymi,
jego znaczenie w świecie
muzyki i sztuki jest znacznie
większe. W cyklu artykułów,
który właśnie rozpoczynamy,
postaramy się przybliżyć
stronę techniczną standardu
MIDI. Po teorii przyjdzie czas
na narzędzia, które ułatwiają
samodzielną budowę urządzeń
wyposażonych w ten interfejs.
Na koniec zaprezentujemy
układ interfejsowy, który
posłuży do zbudowania w pełni
funkcjonalnego instrumentu.
Właściwości kanałów
Jak już wspomniano, poszcze-
gólnym kanałom interfejsu MIDI
można przyporządkować różne usta-
wienia. To od nich zależy sposób,
w jaki urządzenie odbiorcze (np.
syntezator) interpretuje nadchodzące
komunikaty dźwiękowe. Do zmia-
ny właściwości kanału służy
wia-
domość sterująca
, która należy do
kategorii wiadomości dźwiękowych
(tab. 1, EP11/2005).
Właściwości danego kanału są
określone przez obszerny zestaw
sterowników
(
controllers
). Sterowniki
to swego rodzaju wirtualne pokrętła
urządzenia MIDI. Ich nastawy doko-
nuje się poprzez nadanie odpowied-
niej wiadomości sterującej, zawiera-
jącej w swych bajtach danych numer
sterownika i jego nową wartość.
Zestawienie sterowników przed-
stawiono w
tab. 4
. Należy zauwa-
żyć, że wiele z nich posiada część
bardziej (regulacja zgrubna; MSB)
i mniej znaczącą (regulacja dokład-
na; LSB). Oznacza to, że w celu
nastawy takiego sterownika należy
przesłać dwie wiadomości sterujące,
ustalające wartości obu jego części.
W praktyce jednak często zdarza
się, że urządzenia ignorują część
mniej znaczącą (LSB). Jeszcze ina-
czej przedstawia się sposób nasta-
wy sterowników dwupołożeniowych
(tj. posiadających tylko dwa stany;
np. wirtualny pedał nożny). W ich
przypadku wartości niewiększej niż
63 odpowiada wyłączenie, natomiast
niemniejszej niż 64 — włączenie.
Choć podstawowy zbiór sterow-
ników mógłby pomieścić ich aż
128, postanowiono go poszerzyć.
W tym celu wprowadzono RPN–y
(
Registered Parameter Number
) oraz
NRPN–y (
Non–Registered Parameter
Number
), czyli
sterowniki dodatko-
we
. Od zwykłych sterowników od-
różnia je sposób, w jaki dokonuje
się ich nastawy. Otóż, aby zmie-
nić wartość jednego z nich, należy
w pierwszej kolejności poinformo-
wać urządzenie odbiorcze o 2–baj-
towym numerze konfigurowanego
sterownika (N)RPN. Do tego celu
wykorzystuje się wybrane sterowni-
ki zwyczajne o numerach 101 i 100
(dla RPN) oraz 99 i 98 (dla NRPN)
— patrz tabela 4. Następnie nale-
ży ustalić nową wartość wybrane-
go sterownika dodatkowego, czego
dokonuje się, zmieniając nastawę
sterownika zwyczajnego o numerze
6 (dla MSB) i ewentualnie 38 (dla
LSB). Innym sposobem nastawy
sterownika dodatkowego jest użycie
sterownika zwyczajnego o numerze
96 (inkrementacja sterownika dodat-
kowego) lub 97 (jego dekrementa-
cja) — sposób przydatny przy do-
konywaniu regulacji względnej.
Podział sterowników dodatko-
wych na RPN–y i NRPN–y wynika
z faktu, że tylko znaczenie tych
pierwszych zostało sprecyzowane
w standardzie MIDI. Zatem NRPN–y
mogą być wykorzystywane w sposób
dowolny, podczas gdy zwykłe ste-
rowniki i RPN–y muszą być jedna-
kowo interpretowane przez wszyst-
kie urządzenia zgodne z MIDI. Ze-
stawienie dodatkowych sterowników
standaryzowanych (RPN–ów) przed-
stawiono w
tab. 5
.
Tryby MIDI
Poza mechanizmem sterowników,
kanały posiadają możliwość pracy
w różnych trybach. Tryb działania
kanału konfiguruje się nadając od-
powiednie wiadomości zmiany try-
bu. W praktyce komunikaty te są
wiadomościami sterującymi, aktu-
98
Elektronika Praktyczna 12/2005
K U R S
Tab. 4. Kody sterowników oraz ich przeznaczenie (wg GM2)
Sterownik
Kod
Wartość
Komentarz
banku brzmień
(
bank select
)
0x00 (dla MSB)
nr wybieranego banku
(0x0000 – 0x3FFF)
0 — bank GM
Pozwala wybrać bank, którego poszczególne
brzmienia wybierane się później poprzez
wiadomość zmiany brzmienia kanału. Tylko bank 0
jest bankiem zgodnym z GM. Zwykle wykorzystuje
się tylko część MSB sterownika.
0x20 (dla LSB)
głośności kanału
(
channel volume
)
0x07 (dla MSB)
poziom głośności
(0x0000 – 0x3FFF)
0 — wyciszenie
Zależność amplitudy dźwięku w funkcji nastawy
głośności powinna być logarytmiczna. Zwykle
wykorzystuje się tylko część MSB sterownika.
0x27 (dla LSB)
względnej głośności kanału
(
expression controller
)
0x0B (dla MSB)
poziom głośności
(0x0000 – 0x3FFF)
0 — wyciszenie
Pozwala regulować głośność kanału w podzakresie
wyznaczonym przez sterownik głośności kanału (o
numerze 0x07 / 0x27). Zwykle wykorzystuje się
tylko część MSB sterownika.
0x2B (dla LSB)
pedału ściszania
(
soft pedal on/off
)
0x43
<= 63 — wyłączony
>= 64 — włączony
Zmniejsza głośność generowanych dźwięków.
balansu kanału
(
balance
)
0x08 (dla MSB)
Używany głównie w przypadku instrumentów
stereofonicznych. Zwykle wykorzystuje się tylko
część MSB sterownika.
0x28 (dla LSB)
balans:
0x0000 — lewy
0x2000 — w centrum
0x3FFF — prawy
balansu kanału
(
pan
)
0x0A (dla MSB)
Używany głównie w przypadku instrumentów
monofonicznych. Zwykle wykorzystuje się tylko
część MSB sterownika.
0x2A (dla LSB)
pedału podtrzymania
(
damper pedal on/off
— sustain
)
0x40
<= 63 — wyłączony
>= 64 — włączony
Podtrzymuje dźwięki wybrzmiewające i generowane
w trakcie jego aktywności. Wiadomości wygaszania
dźwięków są ignorowane aż do chwili wyłączenia
sterownika.
pedału podtrzymania (2)
(
hold 2 pedal
)
0x45
<= 63 — wyłączony
>= 64 — włączony
Wydłuża czas wybrzmiewania dźwięków.
efektu sustenuto
(
sustenuto on/off
)
0x42
<= 63 — wyłączony
>= 64 — włączony
Podtrzymuje tylko dźwięki już wybrzmiewające.
Wiadomości wygaszania dźwięków
wybrzmiewających są ignorowane aż do chwili
wyłączenia sterownika. Dźwięki generowane
w czasie aktywności sterownika podlegają
normalnemu mechanizmowi wygaszania.
efektu portamento
(
portamento on/off
)
0x41
<= 63 — wyłączony
>= 64 — włączony
Włącza lub wyłącza efekt polegający na płynnym
przechodzeniu tonu pomiędzy następującymi po
sobie dźwiękami.
0x05 (dla MSB)
czas przejścia pomiędzy tonami
(0x0000 – 0x3FFF)
0 — przejście powolne
Reguluje czas, przez jaki ton przechodzi do
kolejnego dźwięku (o ile efekt portamento jest
włączony).
czasu portamento
(
portamento time
)
0x25 (dla LSB)
właściwości portamento
(
portamento control
)
0x54
(0x00 – 0x7F)
Pozwala dostosować nieokreślony parametr efektu
portamento (o ile jest on włączony).
pedału legato
(
legato footswitch
)
0x44
<= 63 — wyłączony
>= 64 — włączony
Powoduje pomijanie wstępnej części dźwięków
(
attack time
), dzięki czemu przejścia pomiędzy
tonami są płynne.
modulacji
(
modulation wheel or lever
)
0x01 (dla MSB)
poziom modulacji
(0x0000 – 0x3FFF)
0 — brak modulacji
Reguluje efekt modulacji dźwięków
wybrzmiewających na danym kanale niską
częstotliwością.
siły oddechu
(
breath controller
)
0x02 (dla MSB)
siła oddechu
(0x0000 – 0x3FFF)
0 — brak oddechu
Ma podobne zastosowanie jak wiadomość
modulacji kanału.
pedału nożnego
(
foot controller
)
0x04 (dla MSB)
położenie pedału
(0x0000 – 0x3FFF)
0 — brak efektu
Ma dowolne zastosowanie, najczęściej
interpretowany jak wiadomość modulacji kanału.
parametrów dźwięku (1...10)
(
sound controller 1...10
)
0x46...0x4F
(0x00 – 0x7F)
Wpływają na sposób generacji dźwięku (zawartość
harmonicznych — regulacja VCF, obwiednię i czas
trwania — VCA, modulację — VCO itp.).
efektu 1
(
effect control 1
)
0x0C (dla MSB)
0x2C (dla LSB)
poziom efektu
(0x0000 – 0x3FFF)
0 — brak efektu
Dotyczą parametrów nieokreślonego efektu
dźwiękowego (np. pogłosu).
efektu 2
(
effect control 2
)
0x0D (dla MSB)
0x2D (dla LSB)
Elektronika Praktyczna 12/2005
99
0x21 (dla LSB)
0x22 (dla LSB)
0x24 (dla LSB)
K U R S
Sterownik
Kod
Wartość
Komentarz
głębokości efektu (1...5)
(effect 1...5 depth
)
0x5B...0x5F
głębokość efektu
(0x00 – 0x7F)
0 — brak efektu
Konfigurują głębokość nieokreślonych efektów
dźwiękowych (np. pogłosu, tremolo, rozstrojenia
itp.).
ogólnego przeznaczenia (1...4)
(
general purpose controller
1...4
)
0x10 / 0x30
0x11 / 0x31
0x12 / 0x32
0x13 / 0x33
(dla MSB / LSB)
(0x0000 – 0x3FFF)
Sterownikom tym nie przyporządkowano żadnej
konkretnej funkcji. Mogą być one interpretowane
zależnie od woli użytkownika.
ogólnego przeznaczenia (5...8)
(
general purpose controller
5...8
)
0x50...0x53
(0x00 – 0x7F)
numeru sterownika NRPN
(
non–registered parameter
number
)
0x63 (dla MSB)
numer NRPN–a
(0x0000 – 0x3FFF)
Wybiera sterownik NRPN do zapisu. Nastawa
wybranego sterownika NRPN może być
dokonywana poprzez sterownik zapisu (kod 0x06 /
0x26) lub sterowniki inkrementacji i dekrementacji
(kody 0x60 i 0x61).
0x62 (dla LSB)
0x65 (dla MSB)
numer RPN–a
(0x0000 – 0x3FFF)
patrz tabela 5
Wybiera sterownik RPN do zapisu. Nastawa
wybranego sterownika RPN może być dokonywana
poprzez sterownik zapisu (kod 0x06 / 0x26) lub
sterowniki inkrementacji i dekrementacji (kody 0x60
i 0x61).
numeru sterownika RPN
(
registered parameter number
)
0x64 (dla LSB)
zapisu sterownika dodatkowego
(
data entry
)
0x06 (dla MSB)
nowa wartość sterownika
dodatkowego
(0x0000 – 0x3FFF)
Pozwala nastawić wartość sterownika dodatkowego.
Numer zapisywanego sterownika i jego rodzaj (RPN
/ NRPN) zależy od uprzedniej nastawy sterownika
numeru RPN lub NRPN (kody 0x65 / 0x64 oraz
0x63 / 0x62).
0x26 (dla LSB)
inkrementacji sterownika
dodatkowego
(
data increment / +1
)
0x60
bez znaczenia
(zwykle 0)
Pozwala zwiększyć o 1 wartość sterownika
dodatkowego. Numer inkrementowanego sterownika
i jego rodzaj (RPN / NRPN) zależy od uprzedniej
nastawy sterownika numeru RPN lub NRPN (kody
0x65 / 0x64 oraz 0x63 / 0x62).
dekrementacji sterownika
dodatkowego
(
data decrement / –1
)
0x61
bez znaczenia
(zwykle 0)
Pozwala zmniejszyć o 1 wartość sterownika
dodatkowego. Numer dekrementowanego sterownika
i jego rodzaj (RPN / NRPN) zależy od uprzedniej
nastawy sterownika numeru RPN lub NRPN (kody
0x65 / 0x64 oraz 0x63 / 0x62).
trybu pracy
0x78...0x7F
patrz tabela 6
Wiadomość sterująca, która zmienia jeden ze
sterowników tej grupy, jest w rzeczywistości
wiadomością zmiany trybu pracy. Więcej informacji
w dalszej części artykułu.
alizującymi nastawę pewnych ste-
rowników. Nie wiedzieć dlaczego,
w specyfikacji MIDI odróżnia się
wiadomości zmiany trybu od ko-
munikatu sterującego mimo ich
identyczności. Aby nie wprowadzać
zamieszania, w artykule będziemy
trzymać się tego — nieco sztuczne-
go — podziału.
Reasumując, tryb pracy kanału
jest konfigurowany jedną zczterech
wiadomości zmiany trybu (wiado-
mości tego typu jest jednak wię-
cej — wszystkie zebrano w
tab. 6
).
Dalej zostaną opisane tryby, jakie
można za ich pomocy włączyć.
Tryb 1
(
omni on/poly
) uaktywnia
się wiadomością włączającą polifo-
nię i opcję
omni
. Syntezator pracu-
jący w tym trybie powinien odbierać
wiadomości dźwiękowe ze wszyst-
kich kanałów tak, jakby były one
nadawane na jego kanale podstawo-
wym. Przy tym dźwięki są syntety-
zowane polifonicznie — nowa wia-
domość generacji dźwięku nie wy-
gasza dźwięków wybrzmiewających
w tle. Innymi słowy, logiczny po-
dział interfejsu na kanały przestaje
w tym przypadku istnieć, a synteza-
tor interpretuje wszystkie odbierane
wiadomości jednocześnie. Według
specyfikacji MIDI tryb 1 powinien
być trybem domyślnym (tj. trybem,
w którym urządzenia pracują po
włączeniu ich zasilania). W rzeczy-
wistości tryb ten nie ma większe-
go znaczenia praktycznego i wpro-
wadzono go prawdopodobnie tylko
po to, aby sprzęt był łatwo testo-
walny (by nie zniechęcać klientów
sklepów muzycznych ewentualnymi
problemami z konfiguracją kanałów).
Aby wyłączyć tryb 1 należy wyge-
nerować wiadomość zmiany trybu,
wyłączającą opcję
omni
, nadaną
na kanale podstawowym (!). Zale-
ca się, by istniała możliwość jego
manualnego wyłączenia z poziomu
panelu syntezatora. Dopiero po tej
czynności (w trybach 3 i 4) można
korzystać z dobrodziejstw podziału
kanałowego.
Tryb 2
(
omni on/mono
) uak-
tywnia się wiadomością włączającą
monofonię i opcję
omni
. Jest on po-
dobny do trybu 1 (syntezator inter-
pretuje wiadomości dźwiękowe bez
względu na kanały), lecz generacja
dźwięków zachodzi monofonicznie.
100
Elektronika Praktyczna 12/2005
K U R S
Tab. 5. Kody standaryzowanych sterowników dodatkowych — RPN (wg GM2)
Sterownik
Kod
Wartość
Komentarz
zakresu zmiany tonu
(
pitch bend sensitivity
)
0x0000
zakres zmiany tonu
(0x0000 – 0x3FFF)
[MSB] — +/– półtonów
[LSB] — +/– setnych części
półtonów
Pozwala dobrać zakres, w jakim działa
wiadomość zmiany tonu kanału.
dokładnego dostrajania kanału
(
channel fine tuning
)
0x0001
zmiana tonu
(0x0000 – 0x3FFF)
0x0000 — –1 półton
0x2000 — standard A440
0x3FFF — +1 półton
Przestraja ton generowanych na danym kanale
dźwięków w zakresie dokładnym.
zgrubnego dostrajania kanału
(
channel coarse tuning
)
0x0002
zmiana tonu, tylko MSB
(0x00 – 0x7F)
0x00 — –64 półtony
0x40 — standard A440
0x7F — +63 półtony
Przestraja ton generowanych na danym kanale
dźwięków w zakresie zgrubnym.
tuning program change
0x0003
Sterowniki będące częścią rzadko implementowanego standardu
MIDI Tuning Standard
.
tuning bank select
0x0004
zakresu modulacji
(
modulation depth range
)
0x0005
zakres modulacji
(0x0000 – 0x3FFF)
Pozwala dobrać zakres działania podstawowego
sterownika modulacji (o kodzie 0x01 / 0x21).
pusty
(
null
)
0x3FFF
bez znaczenia
Wybierany, jeśli przez dłuższy czas żaden
sterownik RPN nie ma być zmieniany.
Oznacza to, że wiadomość genera-
cji dźwięku jednocześnie wygasza
poprzedni, wybrzmiewający w tle
dźwięk. Biorąc pod uwagę, że
w tym przypadku syntezator nasłu-
chuje na wszystkich kanałach jed-
nocześnie, łatwo dość do wniosku,
że tryb ten jest jeszcze bardziej
bezużyteczny, niż poprzednio opisy-
wany. Jego wyłączenie przeprowadza
się identycznie jak dla trybu 1.
Tryb 3
(
omni off
/
poly
) uaktyw-
nia się wiadomością włączającą
polifonię i wyłączającą opcję
omni
.
Jest to pierwszy tryb, który bywa
— choć rzadko — wykorzystywa-
ny. W jego przypadku obowiązuje
podział na kanały, tj. syntezator in-
terpretuje wyłączenie te wiadomości
dźwiękowe, które są przesyłane na
jego kanale podstawowym. Synteza
dźwięku musi przy tym zachodzić
polifonicznie, tj. zdarzenie generacji
nowego dźwięku nie może wygaszać
dźwięków już wybrzmiewających.
Tryb 4
(
omni off
/
mono
) uaktyw-
nia się wiadomością włączającą mo-
nofonię i wyłączającą opcję
omni
.
Przy tym w bajcie danych wiado-
mości włączającej monofonię należy
sprecyzować, ile kanałów urządze-
nie powinno obsługiwać. Określony
w ten sposób zbiór kanałów przy-
Tab. 6. Wiadomości zmiany trybu
Wiadomość
Bajt statusu
I bajt
danych
II bajt danych
Komentarz
wyłączająca opcję
omni
(
omni mode off
)
1011 kkkk
k — kod kanału
0x7C 0x00
Wiadomości te pozwalają określić tryb pracy kanału.
Wysyłając kolejno dwa z czterech wymienionych
komunikatów, osiąga się zmianę trybu pracy
(dokładny opis trybów zamieszczono w artykule):
tryb 1 —
omni on
/
poly
tryb 2 —
omni on
/
mono
tryb 3 —
omni off
/
poly
tryb 4 —
omni off
/
mono
Każda wiadomość tej grupy powoduje wygaszenie
wszystkich wybrzmiewających na danym kanale
dźwięków.
włączająca opcję
omni
(
omni mode on
)
1011 kkkk
k — kod kanału
0x7D 0x00
włączająca monofonię
(
mono mode on
)
1011 kkkk
k — kod kanału
0x7E
0000 aaaa
a — liczba zajmowanych
kanałów
włączająca polifonię
(
poly mode on
)
1011 kkkk
k — kod kanału
0x7F 0x00
wygaszenia wszystkich
dźwięków
(
all notes off
)
1011 kkkk
k — kod kanału
0x7B 0x00
Wygasza wszystkie wybrzmiewające na danym
kanale dźwięki tak, jak dokonuje tego wiadomość
wygaszania pojedynczego dźwięku.
wyłączenia wszystkich
dźwięków
(
all sound off
)
1011 kkkk
k — kod kanału
0x78 0x00
Wyłącza wszystkie wybrzmiewające na danym
kanale dźwięki w sposób natychmiastowy.
sterująca syntezatorem
lokalnym
(
local control
)
1011 kkkk
k — kod kanału
0x7A
syntezator:
<= 63 — wyłączony
>= 64 — włączony
Pozwala wyłączyć lub włączyć wbudowany w
klawiaturę muzyczną syntezator. Po wyłączeniu
klawiatura muzyczna działa, ale generuje wyłącznie
komunikaty MIDI, nie wydając przy tym żadnych
dźwięków (jest niema).
zerowania wszystkich
sterowników
(
reset all controllers
)
1011 kkkk
k — kod kanału
0x79 0x00
Przywraca domyślne wartości wszystkich lub
ważniejszych sterowników. Sterowniki pedałów
nożnych są wyłączane, efektów — ustawiane na
minimum itd. Wiadomość nie modyfikuje trybów
pracy.
Elektronika Praktyczna 12/2005
101
K U R S
porządkowywany jest syntezatorowi
począwszy od kanału podstawowego
(tj. tego, na którym nadawana jest
wiadomość włączająca monofonię).
Jeśli liczbą tą będzie 0, urządzenie
będzie obsługiwać tyle kanałów, ile
potrafi (tj. ile dźwięków może ge-
nerować współbieżnie). Omawiany
tryb jest trybem monofonicznym —
przesyłana na danym kanale wia-
domość generacji dźwięku powinna
wygasić dźwięk dotychczas na nim
wybrzmiewający. Dobrym przykła-
dem zastosowania trybu 4 jest in-
strument wielostrunowy — np.
gitara. Każdej strunie można bo-
wiem przyporządkować osobny ka-
nał (począwszy od pewnego kanału
podstawowego). Pociągnięcie danej
struny powoduje przesyłanie wia-
domości dźwiękowej poprzez przy-
porządkowany jej kanał i w efekcie
wygaszanie dźwięku granego wcze-
śniejszego (co jest oczywiście na-
turalną właściwością instrumentów
strunowych).
Choć według specyfikacji MIDI
wyczerpaliśmy temat trybów, po-
zostaje pewien niedosyt. Otóż nie
uwzględnia się tutaj urządzeń, któ-
re byłyby zdolne do syntetyzowania
dźwięku polifonicznego i jednocze-
śnie wielobrzmieniowego. W prak-
tyce okazuje się, że produkowany
obecnie sprzęt bardzo rzadko działa
w zgodzie z tym aspektem standar-
du. Mówi się o dodatkowym
trybie
multi
(
Multi Mode, MultiTimbral
Mode, Supermode
), o którym spe-
cyfikacja MIDI bezpośrednio nie
wspomina, a który jest najszerzej
wykorzystywany. Tryb ten można
byłoby nazwać przedłużeniem trybu
4 z opcją polifonii (tj. syntezator
może wykorzystywać wiele kanałów,
a na każdym z nich syntetyzować
dźwięki współbieżnie, bez wzajem-
nego wygaszania). Nie istnieją wia-
domości bezpośrednio go urucha-
miające, więc jest to tryb umowny
(większość urządzeń działa w trybie
multi
po ich skonfigurowaniu dla
trybu 4).
Rafał Baranowski, EP
Rafal.Baranowski@ep.com.pl
Przydatne adresy internetowe:
[1] http://www.midi.org — witryna
organizacji MMA
[2] http://www.borg.com/~jglatt — ob-
szerny zbiór artykułów na tematy
MIDI
[3] http://www.epanorama.net/links/
music.html#midi — zbiór cieka-
wych odnośników
102
Elektronika Praktyczna 12/2005
Plik z chomika:
phill2k
Inne pliki z tego folderu:
MIDI cz.2.pdf
(650 KB)
MIDI cz.1.pdf
(540 KB)
MIDI cz.3.pdf
(432 KB)
Inne foldery tego chomika:
Architektura mikrokontrolerów PIC 16F8x
ARM7TDMI
ATAPI
Autorouter Specctra
AVR Assembler
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin