MIDI Polyphonic Expression (MPE) Specification Adopted!
One of the biggest recent developments in MIDI is MIDI Polyphonic Expression (MPE). MPE is a method of using MIDI which enables multidimensional controllers to control multiple parameters of every note within MPE-compatible software.
In normal MIDI, Channel-wide messages (such as Pitch Bend) are applied to all notes being played on a single MIDI Channel. In MPE, each note is assigned its own MIDI Channel so that those messages can be applied to each note individually.
The newly adopted MIDI Polyphonic Expression (MPE) specification is now available for download by MIDI Association members.
The ROLI Seaboard GRAND, Seaboard RISE, and BLOCKS – including the Seaboard Block and Lightpad Block – send standard MIDI messages and can be used with any software or hardware instrument that responds to these messages.
To take advantage of the five dimensions of touch the GRAND, RISE, and BLOCKS use MPE – MIDI Polyphonic Expression. This page lists MPE-compatible synthesizers and links to guides on using them with the Seaboard RISE, Seaboard GRAND, and BLOCKS.
Check out all the information that ROLI has assembled on over 100 products from different companies that support MIDI Polyphonic Expression.
MIDI Manufacturers Association (MMA) Adopts New MIDI Polyphonic Expression (MPE) Enhancement to the MIDI Specification
Los Angeles, CA, January 28, 2018− Today marks the MIDI Manufacturers Association’s (MMA) ratification of a new extension to MIDI, MPE (MIDI Polyphonic Expression). MPE enables electronic instruments such as synthesizers to provide a level of expressiveness typically possible only with acoustic instruments.
Prior to MPE, expressive gestures on synthesizers—such as pitch bending or adding vibrato—affected all notes being played. With MPE, every note a musician plays can be articulated individually for much greater expressiveness.
In MPE, each note is assigned its own MIDI Channel, so that Channel-wide expression messages can be applied to each note individually. Music making products (such as the ROLI Seaboard, Moog’s Animoog, and Apple’s Logic) take advantage of this so that musicians can apply multiple dimensions of finger movement control: left and right, forward and back, downward pressure, and more.
MMA President Tom White notes that «The efforts of the members (companies) of MMA has resulted in a specification for Polyphonic Expression that provides for interoperability among products from different manufacturers, and benefits the entire music industry.»
Jean-Baptiste Thiebaut of ROLI concurs. «The MPE specification paves the way for a new generation of expressive controllers and music software, providing many creative opportunities for live musicians and producers. MPE remains fully compatible with MIDI.»
The MPE specification will be available for download in the coming weeks. To obtain a free copy, join the MIDI Association, the global community of people who work, play and create with MIDI, at www.MIDI.org.
MPE Press Release Downloadable PDF
The Basic Features of MPE
(Reprinted from the MIDI Manufacturers Association MPE Specification document’s Background Section)
(Note: not all devices may support all features)
The MPE specification aims to provide an agreed method for hardware and software manufacturers to communicate multidimensional control data between MIDI controllers, synthesizers, digital audio workstations, and other products, using the existing framework of MIDI 1.0.
These proposed conventions define a way of distributing polyphonic music over a group of MIDI Channels, making multiple parameters of different notes separately controllable. This will enable richer communication between increasingly expressive MIDI hardware and software.
Briefly, what is defined is as follows:
— Wherever possible, every sounding note is temporarily assigned its own MIDI Channel between its Note On and Note Off. This allows Control Change and Pitch Bend messages to be addressed to that particular note.
— A Registered Parameter Number is used to establish the range of Channels used for sending or receiving notes. Two messages control the division of MIDI Channel space into sub-spaces called Zones, so that multi-timbral playing is still possible using only one physical MIDI interface.
— When there are more active notes in a Zone than available Channels, two or more notes will have to share the same Channel. Under such circumstances, all notes will continue to sound, but will no longer be uniquely controllable.
— Each Zone has a dedicated extra Channel, called the Master Channel, which conveys common information including Program Change messages, pedal data, and overall Pitch Bend. These messages apply across the entire Zone.
(The MPE specification also defines how to handle Pitch Bend, Aftertouch and CC messages to provide maximum interoperability.)
The full MPE MIDI specification is available for download in the Specs section of the site.
MPE Live Chat
On May 26, 2018, we held the very first MIDI Live! chat with a panel of MPE specialists.
We recorded the session and it is presented here as a podcast.
Listeners were not only able to send in questions via text but were able to actually join the discussion and interact directly with the panelists. Roger Linn demoed his Linnstrument live from his studio in Los Altos.
DIscussions included the differences between the original MPE spec and the final MMA specification, MPE checklists, and test sequences, and the requirements for obtaining an MMA MPE logo that is under development.
Чего ждать от MIDI 2.0
Анонс
DJSTORE
Эту статью можно не только прочитать, но и прослушать:
Протокол передачи сообщений MIDI 1.0 изменил мир музыки. Когда два инструмента на зимней NAMM в 1983 году удалось связать по этому протоколу, мало кто мог подумать, что MIDI позволит организовывать управление над сценическим оборудованием крупнейших шоу и одновременно даст возможность миллионам людей работать в домашних студиях. MIDI 1.0 позволил вырасти рынкам контроллеров и домашней звукозаписи. Появилась в определенной степени альтернатива гораздо более сложному управлению электронными инструментами по CV. А главное, появилась возможность унифицировать управление разными девайсами.
Спустя 37 лет, так же на зимней NAMM, вторую версию протокола официально представили общественности. Изменения крупные, и коснутся они самого главного для будущих пользователей, а также производителей аппарата — передачи тонкостей исполнения и совместимости с оборудованием старого формата.
Мы кратко осветим основные вопросы, которые возникают при разговоре о новом стандарте.
Как произойдет переход
MIDI 1.0 еще долго будет актуальным. Но MIDI 2.0 начали разрабатывать с заделом на будущее. Фактически, переход уже начался — в январе Roland анонсировали контроллер A-88MKII с полной поддержкой MIDI 2.0.
Но это только самое начало, и ближайшие пару лет доминировать будет MIDI 1.0.
Устареет ли оборудование
Нет, MIDI 1.0 останется актуальным форматом, а оборудование, созданное для формата MIDI 2.0, будет работать и с предшественником. Основной смысл MIDI 2.0 — добавить функций в прошлый формат, а не заменить его. Поэтому с самого начала разработки упор делался на обратную совместимость протоколов. В теории, некоторые нововведения коснутся и девайсов MIDI 1.0, если архитектура старого протокола и пропускная способность позволят их реализовать.
Как должен происходить обмен данными
MIDI 1.0 работает последовательно, что с нынешними вариантами коммутации довольно медленно. Даже конструкция MIDI-кабеля подразумевает, что вы либо передаете пакет данных, либо получаете. Делать и то, и другое параллельно невозможно. MIDI 2.0 позволит оборудованию обмениваться данными параллельно, причем не только по MIDI-USB, но и с помощью других соединений.
За обратную совместимость отвечает расширение протокола MIDI-CI. Работает оно так: девайс MIDI 2.0 запрашивает другой, может ли тот воспринимать протокол MIDI 2.0. Если нет, девайс MIDI 2.0 просто переходит на MIDI 1.0. Простая и понятная аналогия — если оборудование на USB 2.0 подключить с помощью шины USB 3.0.
Что касается устройств MIDI 2.0, то их функционал включается тогда, когда оба устройства обменяются пакетами данных о совместимости с той или иной функцией нового формата. MIDI-CI использует три этапа для конфигурации устройств: Profile Configuration, Property Exchange, Protocol Negotiation. Если устройство не отвечает на сообщения конфигурации, то вся система просто переходит на MIDI 1.0.
Еще одна важная новость — уход в прошлое утомительного и долгого маппинга между устройствами, которые не относятся к категории plug’n’play. Так, если вы соедините консоль с 16-ю фейдерами и синтезатор, оба девайса не будут работать друг с другом без ручного маппинга. В лучшем случае, маппинг возьмет на себя формат Mackie Control protocol, если устройство его поддерживает. С новым протоколом эта проблема сходит на нет и два девайса сопрягаются друг с другом гораздо проще.
Как протокол повлияет на выразительность
Что касается средств выразительности, предтечей MIDI 2.0 можно считать протокол MPE (MIDI Polyphonic Expression). Он расширяет возможности MIDI для исполнителя: для примера можно обратиться к Roli Seaboard и посмотреть, что можно делать с этим контроллером.
Музыкант может делать слайды, вибрато, менять высоту тона надавливанием, причем и отдельных нот, и интервалов с аккордами. Это намного превосходит совокупные возможности velocity и aftertouch.
Одна из главных особенностей MIDI 2.0 — сильное снижение дискретности. Достигается это за счет 32-битного разрешения, по сравнению со 128 шагами и 7-битным разрешением MIDI — это огромный прорыв. За динамические оттенки отвечают 16-битные сообщения. Сложные сообщения RPN (Registered Parameter Number) и NRPN (Non-Registered Parameter Number) заменены на односоставные сообщения, простые для обмена и интерпретации.
Как решаются проблемы с таймингом
Первый протокол уже отличался очень низкой задержкой и малой нагрузкой на систему. MIDI 2.0 идет дальше. В протоколе применяются так называемые Jitter Reduction Timestamps, метки, которые позволяют нивелировать возможную естественную задержку, которая связана с искажением при передаче цифрового сигнала.
Что делать с коммутацией
Оригинальный MIDI вырос с неизбежными ограничениями. 5-пиновый разъем DIN не работает параллельно и имеет ограниченную пропускную способность. За 37 лет MIDI 1.0 научили работать по USB, FireWire, Ethernet, DIN, Bluetooth, последовательным портам и TRS 1/8″. А вот новый протокол сможет использовать преимущества параллельного обмена данными. В полной мере начнет работать потенциал USB-шины. При этом нового разъема не планируется.
Что будет дальше
Хотя преимущества MIDI 2.0 очевидны, можно только предполагать, как люди будут творчески использовать новый протокол. Возможности протокола с 32-битным разрешением и 256 каналами не должны и не будут ограничиваться тем, что музыкант получит в руки способ превратить свою игру в электронную партитуру. Хотя и это уже само по себе большой шаг, и так появится возможность совместить музыку, для которой характерны очень тонкие нюансы, и современные технологии. С учетом количества доступных каналов и разрешения, потенциальное количество значений переваливает за четыре миллиона.
Как и оригинальный MIDI-протокол 38 лет назад, архитектура нового формата рассчитана на то, чтобы использовать его очень долго. И точно так же, формат этот — плод совместной разработки всех основных производителей электронного музыкального оборудования. Уже в в течение ближайших пары лет мы сможем увидеть, на что способен MIDI 2.0 на практике. А 30 мая пройдет бесплатный вебинар по новому формату. Зарегистрироваться на мероприятие можно здесь.
MIDI и OSC — основные протоколы взаимодействия музыкальных приложений
Часть 1. MIDI
1 Предпосылки
Необходимость в таком стандарте возникла примерно к концу 70-х годов. В то время синтезаторы управлялись напряжением с помощью интерфейса CV/Gate. Существовало несколько его видов, однако, наибольшую популярность получил вариант, предложенный фирмой Roland: в нем при увеличении напряжения на 1 В, частота генерируемого тона увеличивалась на одну октаву. Главным недостатком такого интерфейса является то, что с помощью него можно управлять только одним голосом полифонии. Для извлечения дополнительной ноты нужно добавлять еще один интерфейс CV/Gate. Кроме того, таким способом передается только сам факт нажатия клавиши и ее высота, чего однозначно мало для выразительной игры.
Другим недостатком синтезаторов того времени была сложность настройки. Для каждого нового звука музыкантам приходилось настраивать инструмент заново, что было очень не удобно на живых выступлениях. На концертах тех времен часто можно было увидеть целые стеллажи из синтезаторов — так музыканты выходили из ситуации. Со временем в инструменты были встроены мини-компьютеры, с помощью которых можно было сохранять положения ручек в пресеты.
Однако, есть еще один момент, который оказал большое влияние на разработку MIDI.
Несомненно, у каждого синтезатора свой характер звучания, каждый из них был силен в определенных типах звуков. Поэтому многие музыканты того времени практиковали игру сразу на двух инструментах, как бы используя лучшее из разных моделей. Наслоение звуков из различных синтезаторов стало исполнительским приемом, визитной карточкой многих музыкантов. [1]
2 История появления
К началу 80-х большинство производителей осознали необходимость создания единого интерфейса. Задача стояла такая: разработать стандарт передачи действий исполнителя в цифровой форме между всеми типами электромузыкальных инструментов. [1]
3 Основы
MIDI — это протокол последовательной передачи данных между главным и подчиненным устройством. Главное устройство генерирует сообщения и отправляет их подчиненному устройству, который выполняет полученные команды. Последовательный — значит информация передается по одному биту, бит за битом. Отсюда следует невозможность передачи нескольких сообщений одновременно.
Сам протокол состоит из трех частей [1]: спецификация формата данных, аппаратная спецификация интерфейса и спецификация хранения данных. В данной статье будет идти речь только о первой части.
MIDI сообщения делятся на два типа: сообщения канала (channel messages) и системные сообщения (system messages). Первые управляют звукообразованием, а вторые выполняют служебные функции, например, синхронизация.
Сообщение обычно состоит из двух или трех байт. Первый байт называется статус байтом. В нем задается тип сообщения и номер канала, к которому оно относится. Все последующие байты называются байтами данных. Статус-байт всегда начинается с единицы, а байт-данных с нуля — таким образом система их различает. Получается, что для MIDI информации остается только 7 бит, с помощью которых можно закодировать целые числа от 0 до 127, — вот откуда берется это «знаменитое» ограничение на количество нот и значения контроллеров.
Как видно из рисунка, информации о типе сообщений отводится всего 3 бита, в которых можно закодировать только 8 чисел. 7 из них отведены под наиболее часто используемые команды, а последнее используется для системных сообщений. Когда передается системное сообщение, последние 4 бита статус байта (в которых обычно передается номер канала) определяют тип системного сообщения.
Табл. 1. Сообщения канала.
| Сообщение | Статус-байт | Байт данных 1 | Байт данных 2 |
| Note Off | 1000nnnn | Номер ноты | Velocity |
| Note On | 1001nnnn | Номер ноты | Velocity |
| Polyphonic Key Pressue | 1010nnnn | Номер ноты | Давление |
| Control Change | 1011nnnn | Номер контроллера | Значение |
| Program Change | 1100nnnn | Номер программы | — |
| Channel Pressure | 1101nnnn | Давление | — |
| Pitch Wheel Change Change | 1110nnnn | Номер программы | — |
| Системные сообщения | 1111nnnn | . | . |
Табл. 2. Системные сообщения
| Сообщение | Статус-байт | Байт данных 1 | Байт данных 2 |
| System Exclusive (SysEx) | |||
| System Exclusive | 11110000 | ID | . |
| System Common | |||
| MTC Quater Frame | 11110001 | Тайм-код | — |
| Song Position Pointer | 11110010 | LSB | MSB |
| Song Select | 11110011 | Номер песни | — |
| Tune Request | 11110110 | — | — |
| End Of Exclusive (EOX) | 11110111 | — | — |
| Real Time | |||
| Timing Clock | 11111000 (248) | — | — |
| Start | 11111010 (250) | — | — |
| Continue | 11111011 (251) | — | — |
| Stop | 11111100 (248) | — | — |
| Active Sensing | 11111110 | — | — |
| System Reset | 11111111 | — | — |
4 Недостатки
MIDI разрабатывался, как доступный и практичный стандарт для передачи жестов исполнителя между любыми MIDI-устройствами [2]. Не в последнюю очредь благодаря своей легковесности он и получил такое распространение. Что ни говори, со своим предназначением он справляется прекрасно, и это подтверждается временем.
Итак, наверное, самый известный недостаток — ограничение значений контроллеров на 128 значений. Конечно, есть возможность передавать их с помощью двух байтов данных (что дает 16 384 возможных значений), но для этого надо передать три сообщения Control Change, что очень сильно загрузит протокол, так как данные по нему передаются со скоростью 31 250 бит/с. Это очень мало. Для сравнения, 12-нотный аккорд передастся примерно за 10 мс. И это без других сообщений, например Clock и CC. В реальном перфомансе, когда одновременно передается много различных параметров, могут возникнуть проблемы с синхронизацией.
Часть 2. Open Sound Contol
«Open Sound Control — это новый, оптимизированный для современных сетевых технологий протокол для взаимодействия компьютеров, звуковых синтезаторов и других мультимедиа устройств» — так был представлен OSC на международной конференции по компьютерной музыке в 1997 году [3]. OSC не является протоколом в том виде, каким является MIDI, так как он не описывает требований к аппаратному обеспечиванию — спецификации описывают лишь формат передачи данных. В этом плане OSC больше схож с XML или JSON, нежели с MIDI [8].
Пока оставим технические подробности и начнем с самого начала, с истории.
1 История, области применения
Open Sound Control был создан в 1997 году Мэттью Райтом (Matthew Wright) и Эдрианом Фридом (Adrian Freed) в Университете Калифорнии в центре новой музыки и аудио технологий (CNMAT — Center of New Music and Audio Technologies). Разработчики хотели использовать высокоскоростные сетевые технологии в интерактивной компьютерной музыке [4]. OSC не важно, по какому протоколу передаваться, так как он представляет собой всего лишь формат данных (binary message format), хотя большинство реализаций используют TCP/IP или UDP. Другой причиной создания было то, что MIDI с его нотами, каналами и контроллерами логично не подходил к разрабатывающемуся в то время синтезатору CAST (CNMAT Additive Synthesis Tools), оно и понятно, ведь MIDI — это клавишно-ориентированный протокол, который разрабатывался для управления одним синтезатором с другого [1].
Слово «Open» в названии означает, что OSC не предопределяет, какие сообщения должны использоваться для определенных параметров — это решается разработчиком конкретного девайса. Кроме того, это слово имеет и другое значение: протокол открыт, его спецификации находятся на официальном сайте, где можно скачать исходники.
2 Особенности
3 Анатомия сообщений
Стоит отметить, что при использовании UDP, если сообщения передавались в разных пакетах, они не обязательно будут приходить в том порядке, в каком были переданы [6]. Допустим, были переданы сообщения:
/synth1/noteoff 54
/synth1/noteon 60
Фактически они могут прийти в обратном порядке:
/synth1/noteoff 60
/synth1/noteon 54
Это может привести к проблемам с управлением голосами в полифонии, например, в данном сообщении передается команда noteoff, которая выключает голос, а потом включает другую ноту. Если эти сообщения придут в обратном порядке, голос не освободится и новая нота не сможет запуститься.
Чтобы этого избежать, нужно передавать сообщения в одном пакете (bundle), либо использовать TCP/IP, он отличается от UDP тем, что гарантирует корректную доставку пакетов, передавая каждый из них до тех пор, пока он не передастся в изначальном виде. Нужно иметь ввиду, что ценой такому удобству будут большие в сравнении с UDP задержки, поэтому использование TCP/IP должно быть обосновано.
4 Pattern matching
дефис между двумя символами означает диапазон чисел в ASCII последовательности (дефис в конце строки не имеет специального значения);
Описание интерфейса MIDI
Автор: Евгений Музыченко (Eugene Muzychenko) 2:5000/14@FidoNet
Copyright (©) 1996-97, 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.
Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Создан в 1982 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 — 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. 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.
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:
Системные сообщения:
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.
Описание работы контроллеров
Контроллеры Bank Select
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. 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 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
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
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.
Значения параметров задаются старшими байтами Data Entry.
Специальные канальные сообщения
Обязательными к реализации в General MIDI определены только контроллеры 121 и 123; реализация остальных перечисленных контроллеров определяется производителем. Кроме этого, 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.
Большинство современных устройств работает в mode 3 — полифонический режим с независимой работой каналов.
Program Change (pp — номер тембра или инструмента)
Служит для смены инструмента в канале. Параметр задает номер инструмента (0–127) в текущем выбранном банке. Стандартом General MIDI определены 128 основных мелодических и 47 ударных инструментов, собранных в нулевом банке; устройства с расширенным набором инструментов имеют дополнительные банки, а также могут иметь частично измененный основной набор.
Стандартные мелодические инструменты General MIDI разделены на 16 групп по 8 инструментов в каждой группе:
| 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 |
Стандартные ударные инструменты General MIDI доступны 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 |
Pitch Bend Change (ll — младший, mm — старший байт значения)
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 | 01 |
|---|---|
| Big Briar | 02 |
| Octave / Plateau | 03 |
| Moog | 04 |
| Passport Designs | 05 |
| Lexicon | 06 |
| PAIA | 11 |
| Simmons | 12 |
| Gentle Electric | 13 |
| Fairlight | 14 |
| Bon Tempi | 20 |
| S.I.E.L. | 21 |
| SyntheAxe | 23 |
| Kawai | 40 |
| Roland | 41 |
| Korg | 42 |
| Yamaha | 43 |
SysEx «General MIDI On» (переключение в режим GM для устройств, поддерживающих дополнительные стандарты): F0 7E 7F 09 01 F7.
SysEx «General Synth On» (переключение в режим Roland GS для устройств, поддерживающих этот стандарт): F0 41 10 42 12 40 00 7F 00 41 F7.
SysEx «XG System On» (переключение в режим Yamaha XG для устройств, поддерживающих этот стандарт): F0 43 1n 4C 00 00 7E 00 F7, где n — номер устройства в сети (устанавливается по-разному для разных устройств, по умолчанию 0).
Ряд устройств требует, чтобы включение режимов GS и XG выполнялось из режима GM. Переключение между режимами обычно занимает несколько десятков миллисекунд и вызывает также полный сброс MIDI-системы устройства.
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.
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.
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.
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.
