MIDI Musical Instrument Digital Interface

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1 MIDI Musical Instrument Digital Interface Il protocollo MIDI Standard MIDI file General MIDI slides adattate da V. Lombardo, Audio e multimedia 1

2 Audio e musica La musica è un tipo particolare di audio Come si rappresenta la musica? Quali sono le operazioni eseguite sui dati musicali? 2

3 Relazione tra i livelli della rappresentazione musicale Conoscenza musicale Può mancare (improvvisazione) Ascoltatore Cognizione Compositore Rappresentazione simbolica Esecutore Campo sonoro Controlli gestuali Può mancare (musica elettronica) Ambiente Pressione sonora Conoscenza fisica Strumento Moore

4 Livelli di rappresentazione Livello strutturale Grammatiche Livello simbolico Livello operativo Common Practice Notation Gesti esecutore, strumenti musicali Livello percettivo Volume, altezza, timbro Livello fisico Ampiezza, frequenza, forma d onda 4

5 Dove si posiziona il MIDI Rappresentazione simbolica Livello simbolico Common Practice Notation Controlli gestuali Livello operativo Gesti esecutore, strumenti musicali 5

6 Come nasce il MIDI Limitazioni dei primi sintetizzatori (monofonici e con pochi timbri) Integrazione di più sintetizzatori per produrre suoni più ricchi Problema della comunicazione altezza e ampiezza di una nota sincronizzazione MASTER SLAVE Synth1 Audio out Synth2 Audio out 6

7 Che cosa è il MIDI? Protocollo per lo scambio d'informazioni in formato digitale fra diverse apparecchiature per applicazioni musicali Implementa una rappresentazione a livello simbolico della musica Definisce hardware regole per la trasmissione e la ricezione semantica sintassi Ossia che circuito deve avere l'interfaccia quale deve essere la velocità con la quale viaggiano i bit quali e quanti byte servono per effettuare istruzioni riconoscibili 7

8 Protocollo MIDI, MIDI file e General MIDI Il protocollo MIDI serve per la trasmissione di messaggi MIDI tra dispositivi differenti Lo Standard MIDI file è un formato che consente la memorizzazione dei messaggi MIDI su supporti permanenti Il General MIDI precisa il significato di alcuni messaggi MIDI (ad es. consente di specificare in maniera univoca un timbro musicale) 8

9 Cronologia Inizio anni 80: necessità di uno standard per la comunicazione tra i sintetizzatori di marche diverse problemi di cavi, differenze di volt,... AES - primo tentativo: protocollo USI (Universal Synthesizer Interface), 1981 modifiche e integrazioni con la partecipazione dei maggiori produttori di strumenti elettronici 1983: MIDI : General MIDI, per fornire al mercato di massa un approccio predefinito alla configurazione MIDI 1999: General MIDI Level : Downloadable Sounds (DLS), per standardizzare il formato dei timbri scaricabili da rete Si utilizza il formato RIFF Per il mercato dei videogiochi 9

10 MIDI Hardware Pure Musical Input Devices Most common: Keyboard Guitar, Flute, Violin, Drumset Keyboard synthesizer = Keyboard + synthesizer have real-time audio output Keyboard workstation = Keyboard + synthesizer + sequencer /sampler/effects processors. Synthesizer: generate sound from scratch 10

11 MIDI Hardware: controllers Numbered controllers e.g. volume panel Continuous Controllers You can roll the controller to get a particular value e.g. modulation wheel On/Off controllers can send two different values (e.g. 0/127) e.g. foot pedal (sustain pedal) Bidirectional controllers it will jump back to the center when released e.g.. pitch wheel Universal MIDI controller can control all types of control events 11

12 MIDI hardware MIDI interface connect a group of MIDI devices together Sound sampler record sound, then replay it on request Can perform transposition shift of one base sample, to produce different pitches Can take average of several samples, then produce a timbre interpolated output sound 12

13 Interfaccia MIDI 1/2 Interfaccia seriale asincrona Dati come sequenza di bit Occorrono convertitori parallelo/ seriale (ACIA o UART) L invio dei dati dipende dal momento in cui un dispositivo inizia a trasmettere Velocità: bit/sec Un byte (10 bit = 8 + bit di start + bit di stop) 320 msec Connettori di tipo DIN a 5 pin L avvolgimenti è proprio del MIDI non si possono usare cavi DIN standard Lunghezza massima: 6.6 m oltre intervengono problemi di dispersione + 5 V schermatura dati MIDI 13

14 Interfaccia MIDI 2/2 Porte fisiche (connettori) MIDI In: riceve segnali dall esterno MIDI Out: trasmette dati MIDI all esterno MIDI Thru: trasmette all esterno la copia esatta dei dati ricevuti al MIDI In Patch bay consente di effettuare un routing, scegliendo tra più configurazioni ingresso/uscita Permette di assegnare un solo ingresso a più uscite e più uscite ad un ingresso (merging) IN OUT THRU IN OUT THRU IN OUT THRU 14

15 Schemi di connessione MIDI I) Synth1 MIDI out MIDI in Synth2 II) Master Keyboard MIDI out MIDI in Sequencer MIDI out MIDI thru MIDI in MIDI Expander MIDI in Drum machine 15

16 Informazioni MIDI Comunicazione attraverso messaggi I messaggi non rappresentano una forma d onda solo informazioni di controllo Note Canali Note on, Note off, key-number, key-velocity Al massimo 16 Patch Controlli Informazioni di tempo 16

17 Il protocollo MIDI: canali Canali Strade per la comunicazione Ad ogni canale può essere associato un particolare timbro Indirizzano i messaggi agli expander Il MIDI ha 16 canali per la comunicazione I device possono rispondere a 1 o più canali Due esempi d utilizzo di tutti 16 i canali Manuel De Falla, Quintetto (El Amor Brujo: Danza ritual del fuego): 3 diverse assegnazioni di timbri ai canali 17

18 Struttura generale di un messaggio MIDI Parole di 10 bit (8 + start + stop) Status Byte primo bit =1, identifica: il tipo di messaggio (di canale o di sistema) il canale interessato (nei channel message) Il messaggio di sistema ne esistono solo 11, quindi bastano i 4 bit meno significativi dello Status Byte 1 o 2 Data byte: il messaggio La velocità di trasmissione è bit/sec. 18

19 Messaggi MIDI: livello logico Il flusso di dati MIDI può essere diviso in byte che contengono dati (data bytes) byte che specificano il significato di tali dati (status byte). I diversi tipi di messaggi (status byte) si possono dividere in system message sono indirizzati a tutti i canali e vengono quindi recepiti da tutti i dispositivi collegati channel message sono messaggi indirizzati ad un particolare canale, che vengono recepiti solo dai dispositivi che hanno quel particolare canale d ascolto attivato. Status byte: 1xxxyyyy 1 x x x y y y y xxx indica il tipo di messaggio yyyy indica il canale di destinazione (2 4 =16) Data byte: 0xxxxxxx 0 x x x x x x x xxxxxxx contiene il valore del parametro (2 7 =127) 19

20 La tassonomia dei messaggi Messaggi che riguardano un solo canale Channel Message Message Type System Message Messaggi che non riguardano un canale Channel Channel System System System Voice Mode Common Real Time Exclusive Message Message Message Message Message Che cosa deve suonare uno strumento Come si comporta uno strumento all arrivo del voice message Indirizzati a tutti i device nel sistema Codice di sincronizzazione tra i device Indirizzati a uno specifico device nel sistema 20

21 Channel Message: Status byte primi 4 bit: codice di identificazione del messaggio (tra 1000 e 1110) secondi 4 bit: identificazione del canale 1 x x x y y y y Sempre 1 negli status byte MSB Message hex type Note off 8c Uno dei sedici Note on 9c canali: 4 bit (0..15) Aftertouch Ac 21

22 Channel Message: Data Bytes 1 o più byte Iniziano con 0: 0xxx xxxx 128 valori a disposizione 0 x x x x x x x Status Byte Data Byte 1 Data Byte Message Type Channel No. Data 1 (0-127) Data 2 (0-127) 22

23 Channel Voice Messages Message Type Channel Message System Message Channel Voice Message Channel Mode Message System Common Message System Real Time Message System Exclusive Message descrivono che cosa deve suonare uno strumento (eventi musicali) 23

24 Note On - Note Off Note On: Si invia per attivare una nota 0x9c tasto di una tastiera pad di una batteria elettronica 2 data bytes numero nota (Do centrale = 60) 0NNN NNNN velocity: forza con cui si pigia un tasto (ampiezza dell output, eventualmente timbro) 0VVV VVVV Note Off: per disattivare una nota su un particolare canale 2 data bytes numero della nota velocity: applicata al rilascio 0x8c 0NNN NNNN 0VVV VVVV e.g.: 127 = rilascio immediato; 0 = rilascio lentissimo Status Byte Data Byte 1 Data Byte c c c c c c c c Message Type Channel No. Key (0-127) Key Velocity (0-127) 24

25 Le note (key) (128) C C# D D# E F F# G G# A A# B Ottava

26 Codifica abbreviata Poiché la velocity è poco significativa per il NoteOff NoteOff = NoteOn con velocity = 0 non si ripete lo status byte del NotaOn: dove 144 = (NoteOn Canale 1) Si risparmia una media di 33% di traffico sulla rete 26

27 Control Change Controller: pedale, modulation wheel, leva, bocchino Quando uno di questi controllori è variato, viene trasmesso un messaggio di Control Change c c c c Status Byte: 1011nnnn 0xBc 2 data byte: Il primo specifica il controller es: 1 = modulation, 7 = volume Il secondo il valore che deve assumere Il valore può essere tra 0 e 127, per controllori continui per switch: 0 = off ; 127 = on Status Byte Data Byte 1 Data Byte Channel No. 0 Controller Number (0-127) 0 Value (0-127) 27

28 Program Change Per sintetizzatori multi-timbrici Assegna un particolare patch (strumento) ad un canale Normalmente i sintetizzatori hanno un program number associato ad ogni patch c c c c Status byte: 1100nnnn 0xCc 1 data byte: Program Number 0PPP PPPP Si seleziona il timbro associato al canale nnnn In una unità di effetti può indicare un particolare effetto (ad esempio, un chorus) da attivare sul canale nnnn Status Byte Data Byte Channel No. 0 Program Number (0-127) 28

29 Aftertouch (Polyphonic Key Pressure) Polyphonic Aftertouch: per device che rilevano cambi di pressione quando un tasto è giù, sensori di pressione possono rilevare quanto è premuto quel tasto Simula strumenti con afflusso continuo di energia Status Byte 1010nnnn 0xAc 2 data Bytes: numero della nota 0NNN NNNN valore di pressione 0VVV VVVV Channel Aftertouch: rileva la pressione media su tutta la tastiera Status Byte: 1101nnnn 0xDc 1 data byte: valore di pressione 0VVV VVVV c c c c c c c c 29

30 Pitch Bend Sulla tastiera: Pitch Wheel variazione frequenziale intorno alla frequenza del tasto premuto c c c c corrisponde al vibrato Status Byte: 1110nnnn 0xEc 2 data byte: variazione (14 bit) descrive la variazione di frequenza della nota suonata es.: quando viene suonato un Do centrale, un pitch Bend con dato = -100 fa calare di un po la frequenza verso il Si Status Byte Data Byte 1 Data Byte Message Type Channel No. Data 1 (0-127) Data 2 (0-127) 30

31 Riassunto Voice Messages 31

32 MIDI Message Formats Key Up Key Down Polyphonic Aftertouch Control Change Program Change 8 ch key# vel 9 ch key# vel A ch key# press B ch ctrl# value C ch index# Channel Aftertouch D ch press Pitch Bend System Exclusive E ch lo 7 hi 7 F 0 F E DATA 32

33 Channel Mode Messages Message Type Channel Message System Message Channel Voice Message Channel Mode Message System Common Message System Real Time Message System Exclusive Message descrivono il modo in cui un generatore di suoni interpreta i comandi NoteOn/NoteOff che riceve monofonia/polifonia, singolo canale/tutti i canali 33

34 I modi Configurazioni sulla base delle quali i dispositivi MIDI interpretano le informazioni relative ai canali Modalità con cui trattare il messaggio Un expander può generare più suoni in contemporanea (voci) e con più timbri numero di voci possibili = grado di polifonia voci di strumenti diversi = grado di politimbrica caso speciale di Control change Channel mode status byte 0xBn 34

35 OMNI ON/OFF OFF: il device risponde ai messaggi appartenenti al singolo canale prescelto ON: il device risponde ai messaggi appartenenti a tutti i canali 35

36 POLY/MONO Il device risponde monofonicamente o polifonicamente ai singoli canali MIDI MONO: suona una nota singola per canale POLY: suona più note per canale (numero limitato dalle limitazioni HW) 36

37 Combinazioni di modi OMNI ON + POLY (usato in fase di test del sistema) OMNI ON + MONO (non usato) OMNI OFF + POLY (un canale con il massimo grado di polifonia permesso dall HW) OMNI OFF + MONO Modo multi : pensato per gli strumenti multitimbrici Ogni patch riceve i dati di un singolo canale (da cui il nome omni off) In origine la risposta delle patch era monofonica (da cui mono), ora il modo multi è polifonico 37

38 System Messages Message Type Channel Message System Message Channel Voice Message Channel Mode Message System Common Message System Real Time Message System Exclusive Message si riferiscono a tutti i device non includono quindi un numero di canale sono utili per la sincronizzazione di più device 38

39 Esempio di messaggi di sistema Si applicano a tutte le macchine e non sono specifici di un canale segnali di timing per la sincronizzazione informazione di posizione in una sequenza MIDI pre-registrata informazione di setup di un device Status byte: 1111 xxxx 0xFx Poiché sono diretti a tutti i sistemi su tutti i canali, il secondo nibble non specifica il canale, ma i diversi messaggi di sistema Esempio: Più device con sequencer interno (pad + tastiera) memorizzano sequenze di dati MIDI MIDI song memorizzata a pezzi su due device batteria memorizza la parte di batteria della song tastiera memorizza la parte armonica e melodica 39

40 System Common Messages Message Type Channel Message System Message Channel Voice Message Channel Mode Message System Common Message System Real Time Message System Exclusive Message messaggi comuni a tutto il sistema 40

41 System Common Messages Song Position Pointer: indica il punto interno alla Song dove posizionare il puntatore Registrazione o riproduzione iniziano da qual punto status byte: xF2 2 data byte: 0LLL LLLL 0MMM MMMM 14 bit per indicare i beats dall inizio della song 2 14 posizioni diverse Song Select: seleziona una di 128 song possibili che un device può avere memorizzate status: data: 0SSS SSSS il messaggio cambia la song corrente 41

42 System Real Time Messages Message Type Channel Message System Message Channel Voice Message Channel Mode Message System Common Message System Real Time Message System Exclusive Message messaggi di sincronizzazione tra i device basati su clock, come sequencers, drum machines normalmente spediti a intervalli regolari di tempo 42

43 RealTime Messages: sincronismo tra i moduli MIDI Clock è sincronizza l intero sistema Viene generato dal master 24 volte per beat Controlla l avanzamento degli slave Status Byte: xF0 Nessun Data Byte Start/Continue/Stop dal master Start ( ) tutti i dispositivi si alla locazione iniziale della song corrente Stop ( ) blocca l operazione in corso (play o rec) Continue ( ) riprende l operazione sospesa con stop Active Sensing ( ) mantiene attiva la connessione tra master e slave Inviato ogni 300 ms Se non viene ricevuto nessun byte (neppure l Active Sensing) la comunicazione viene interrotta System Reset ( ) riporta tutti i dispositivi ai valori predefiniti 43

44 System Exclusive Messages Message Type Channel Message System Message Channel Voice Message Channel Mode Message System Common Message System Real Time Message messaggi esclusivi per device speciali System Exclusive Message 44

45 System exclusive messages Espedienti per comunicare qualsiasi cosa Di solito rivolti ai device di qualche particolare costruttore Struttura Status byte: ID byte: data bytes: EOX byte: 0DDD DDDD (codice del costruttore) quanti ne occorrono (status byte finale) 45

46 Schema riassuntivo dei messaggi MIDI Messaggi MIDI Status byte Data byte(s) Channel message System message Channel voice Channel mode System common System Real Time System Exclusive Note-on Note-off Key aftertouch Channel aftertouch Control change Pitch bend Local/remote keyboard control All notes off Reset all controllers Mode select Song position pointer Song select Tune request End system exclusive Quarter frame Midi clock Start Stop Continue Active sensing System reset Program change Bank select 46

47 Standard MIDI File (SMF) Nasce nel 1988 Formato per memorizzare sequenze MIDI (song) Riconosciuto da tutti i programmi musicali sequencer programmi per la stampa di partiture Contiene informazioni necessarie per l esecuzione 47

48 Lo Standard MIDI File (SMF) Motivazioni Assente nel protocollo MIDI il concetto di tempo La gestione del tempo è affidata all esecutore o al sequencer, i quali Generano i messaggi in ben precisi istanti Lo Standard MIDI File (SMF) Formato di memorizzazione e di scambio di brani musicali Sequenza di messaggi MIDI intercalati da informazioni sul ritardo di emissione Contiene informazioni necessarie per l esecuzione Riconosciuto da tutti i programmi musicali sequencer programmi per la stampa di partiture 48

49 Nello standard MIDI file Tracce Flusso autonomo di dati MIDI analogia: partitura per un esecutore Esempio: in un brano per 2 pianoforti, ogni traccia è uno strumento, pur mantenendo lo stesso timbro Può essere associata ad un canale, per poter modificare un timbro Riorchestrazione, modificando il timbro associato ad un canale 49

50 Patch Patch controlli che definiscono un particolare timbro I messaggi MIDI possono indirizzare sino a 128 timbri (patch) diversi Si possono utilizzare diversi bank di 128 patch l uno. Alcune patch General MIDI: 0 Grand piano; 4 Rhodes piano; 6 Harpsichord; 11 Vibraphone; 12 Marimba; 13 Xylophone; 21 Accordion; 22 Harmonica; 23 Tango accordion; 24 Acoustic guitar (nylon); 25 Acoustic guitar (steel); 26 Electric guitar (jazz); 32 Acoustic bass; 33 Electric bass (finger); 40 Violin; 41 Viola; 42 Cello; 46 Orchestral harp; 47 Timpani; 48 String ensemble 1; 56 Trumpet; 57 Trombone; 71 Clarinet; 73 Flute; 79 Ocarina; 80 Square Lead; 81 Sawtooth Lead; 94 Halo Pad; 104 Sitar; 105 Banjo; 118 Synth drum; 119 Reverse cymbal; 120 Guitar fret noise; 121 Breath noise; 122 Sea shore; 123 Bird tweet; 124 Telephone ring; 125 Helicopter; 126 Applause; 127 Gunshot 50

51 Tracce, canali e patch 51

52 Esempio Assunzione: una semiminima vale 1 sec (cioè 100 centesimi) L informazione tempo non è del protocollo MIDI Informazione aggiuntiva dell intervallo tra un messaggio e il successivo: il MIDI file Messaggio Bytes Tempo NoteOn0 90 4A 30 0 NoteOn NoteOff NoteOff0 90 4A NoteOn NoteOff NoteOn NoteOff NoteOn NoteOn NoteOff NoteOff NoteOn NoteOff NoteOn NoteOn

53 Il tempo Ogni evento MIDI è preceduto da un numero (timestamp) che rappresenta l intervallo di tempo (d-time) che separa un evento dal precedente. Può essere espresso in: Tick: nel file viene anche specificata la durata DUR (in µs) di un quarto tempo: DUR = / BPM divisione: numero di tick in un quarto, es. 96 con BPM=120: è / µs Secondo SMPTE: nel file viene anche specificato il numero di frame/secondo 53

54 Temporizzazione I messaggi MIDI includono l informazione temporale (timestamp) Ogni dispositivo MIDI è dotato di un clock con unità di misura (timebase) particolare: PPQ (parti per quarto) o ticks Relativa: dipende dalla durata di un quarto Il numero di quarti (semiminime) al minuto è indicato con BPM (beats per minute): tra 40 e 240 Valori tipici: 24, 96, 480 (tutti multipli di 24), sino a

55 Sincronizzazione MIDI MIDI Clock: Il device master tiene il tempo con il suo clock (internal sync): produce un clock message ogni 24 PPQ Devices slave con external sync: usano il clock message che arriva dal master 55

56 MIDI Timecode Quarter Frame MIDI Time Code Per coordinare dispositivi MIDI con produzioni audio/video Traduzione in tempo assoluto Fondamentale in ambiente multimediale Il timecode (SMPTE) hh:mm:ss:ff Si usa in televisione e video produzione è un codice speciale inviato (o registrato) insieme con i segnali video e audio risoluzione di circa 1 2 ms, sufficiente per sincronizzare audio con video, ma non per sincronizzare audio multitraccia. 56

57 Tre tipi di SMF: Tipo 0 - una sola traccia General Header: identificazione del file, divisione, tempo metronomico, tempo musicale, chiave,... Grande compatibilità Tipo 1 - più tracce simultanee (<= 256) Il tempo solo sulla prima condiziona tutte le tracce Intestazione generale (General Header) + intestazioni di traccia Tipo 2 - più tracce in cascata (<=256) Scarsa compatibilità utilizzato nelle drum machine Il tempo su tutte le tracce Intestazione generale (General Header) + intestazioni di traccia 57

58 Struttura di un MIDI file Organizzazione in chunk due campi iniziali di 4 byte ID = tipo di chunk tipo lunghezza dati dimensioni del chunk data byte Due tipi di chunk 4 bytes 4 bytes N bytes header chunk: 14 byte posto all inizio del file contiene le informazioni del formato, del numero di tracce e della temporizzazione tipo (ASCII): MThd track chunk: contiene gli eventi Midi relative ad una singola traccia, riferimento temporale (δ-time), che esprime il tempo trascorso tra ogni singolo evento, seguito da relativo messaggio tipo (ASCII): MTrk 58

59 Struttura del File MIDI <---Chunk---> type length Data MIDI File : MThd 6 <format> <tracks> <division> MTrk <length> <delta_time> <event>... : MTrk <length>

60 Sincronizzazione Midi Clock Serve per sincronizzare più dispositivi MIDI Equivale al direttore d orchestra che batte il tempo ai musicisti. Nel MIDI vengono inviati 24 messaggi di clock ogni quarto. MIDI Timecode Serve per sincronizzare dispositivi MIDI con altri media Riferimento assoluto basato su SMPTE timecode hh:mm:ss:ff Risoluzione di circa 1-2ms, sufficiente per sincronizzare audio con video, ma non per sincronizzare audio multitraccia.

61 Il Sequencer 61

62 Interfaccia: Mixer Muting Recording Soloing Modifiche esecuzione Key+ Vel+ Time+ Porta Panning (stereo) 62

63 Interfaccia: Event List Tick Tempo MeasureBeatTick 63

64 Interfaccia: Piano Roll 64

65 Editing Editing di base Registrazione Real time Step by step Tempo e quantizzazione 65

66 Confronto Audio vs. MIDI Un musicista suona 4 semiminime a un tempo di 60 beat/min (4 sec): Sintetizzatore MIDI 16 porzioni di informazione: 4 inizi, 4 fini, 4 altezze, 4 ampiezze 3 byte per informazione = 48 byte Registratore digitale con microfono (stereo) Fc = 44.1 khz x 2 canali x 4 secondi = camp. campioni a 16 bit: byte 66

67 Vantaggio della registrazione digitale Può registrare qualsiasi suono che un microfono può catturare (inclusa la voce) Descrive il segnale in tutte le sue sfumature (modulazioni, forma d onda, ), mentre il MIDI è limitato a poche informazioni di controllo Portabilità della registrazione: cambiando il sintetizzatore, il suono di una registrazione MIDI può cambiare totalmente 67

68 Vantaggi del MIDI Non è necessario memorizzare i segnali sonori, soltanto i dati gestuali (I dati MIDI NON sono campioni audio) Il musicista può cambiare alcuni aspetti dell esecuzione dopo la registrazione La registrazione non ha distorsione, fruscio,, nonostante tutte le possibili manipolazioni 68

69 Standard MIDI File Le informazioni sono suddivise in blocchi (tracce) tipo lunghezza dati 4 bytes 4 bytes N bytes Header-chunk (blocco d'intestazione) è il primo elemento inserito nel midifile, in quanto contiene le informazioni del formato, del numero di traccie e della temporizzazione. Inizia con quattro caratteri ASCII:MThd, che identificano il blocco Track-chunk (blocco di traccia), contiene gli eventi Midi relative ad una singola traccia, prima di ogni evento viene inserito il riferimento temporale (Delta-time), che esprime il tempo trascorso tra ogni singolo evento. I quattro caratteri ASCII di identificazione del blocco sono: MTrk 69

70 Header chunk Dati esadecimali 4D Commento ASCII=MThd Lunghezza del blocco, in questo esempio 6 byte Formato del midifile (0,1,2) Numero delle traccie (da 1 a 16) Tick per quarto di nota, oppure Tipo di sinc. SMPTE (24, 25, 29.97, 30 frame/s) dettagli 70

71 Track chunk Dati esadecimali 4D B Commento ASCII=MTrk Lunghezza del blocco, in questo esempio 0 byte 71

72 Struttura del File MIDI <---Chunk---> type length Data MIDI File : MThd 6 <format> <tracks> <division> MTrk <length> <delta_time> <event>... : MTrk <length> <delta_time> <event>... 72

73 Rappresentazione dei dati Binaria Byte di 8 bit Normalmente il 1 è il MSB A lunghezza variabile Adatta per rappresentare numeri anche molto grandi 73

74 Lunghezza variabile (Delta time) Value Variable Length representation Decimal Hex Binary Binary Hex - abcd aaaabbbbccccdddd aa 1aabbbbc 0cccdddd - 0 : : 7F : : : 7F 128 : : 3FFF : : : FF 7F E F BD

75 Meta eventi Rappresentano un complemento importante negli SMF. Ce ne sono di vario tipo Tipo Commento 01 Evento di testo per identificare una traccia. 02 Evento di copyright, il testo deve contenere la seguita dall'anno di creazione e dal nome dell'autore. Dovrebbe essere inserito come primo evento sulla traccia Evento di testo per indicare il nome della traccia. Se è inserito in un midifile in formato 0 o nella prima traccia di un midifile in formato 1, indica il nome del brano. 04 Evento di testo per indicare lo strumento utilizzato. 05 Evento di testo per inserire le liriche del brano. 2F Evento che indica la fine di un blocco di traccia (Track-chunk). 51 Evento di velocità del brano, indica quanti microsecondi ci debbono essere in un quarto di nota. 58 Evento per descrivere la divisione del brano. 59 Evento che indica la tonalità. 75

76 Meta eventi (formato) Dati esadecimali Commento 00 Delta-time FF Inizio del Meta-evento 03 Tipo di Meta-evento 05 Lunghezza in byte del Meta-evento 49 4E F ASCII=INTRO 76

77 Limiti del MIDI Lentezza: trasmissione seriale Baud rate bit/sec, in 1 sec 500 note: pezzi complessi con molti strumenti richiedono velocità più elevate Non adatto per controllori continui Rappresentazione dei dati: Numero limitato di canali, nessun indirizzamento dei device, difficoltà a configurare grandi reti MIDI Ridotto range dei valori ( ) La qualità del suono varia Dipendenza dai dati MIDI: arbitrarietà delle patch (ora General MIDI) Rappresentazione della musica focalizzata per musica pop per tastiera 77

78 General MIDI per specificare le corrispondenze tra program number e timbro strumento 78

79 General MIDI General MIDI mode: regola a priori la corrispondenza canali, patch timbri (preset) es. canale 4: melodia, canale 10: percussioni Definisce un insieme di patch di suoni disponibili, con il loro program number fisso Sequenze registrate in in sintetizzatore GM sono riconoscibili da altri sintetizzatori GM Presets per Program change es. 2 per piano elettrico 79

80 Altri standard Limitazione di GM: max 128 strumenti e controller Roland GS (General Standard) messaggio Bank Select (aumenta i preset) controllo di effetti audio e parametri del suono Yamaha XG strumenti, effetti, drum kit estesi scalabilità: approssimazione di messaggi non interpretati correttamente 80

81 General MIDI MIDI + Instrument Patch Map + Percussion Key Map --> a piece of MIDI music sounds the same anywhere it is played Instrument patch map is a standard program list consisting of 128 patch types. Percussion map specifies 47 percussion sounds. Key-based percussion is always transmitted on MIDI channel 10. Requirements for General MIDI Compatibility: Support all 16 channels. Each channel can play a different instrument/program (multitimbral). Each channel can play many voices (polyphony). Minimum of 24 fully dynamically allocated voices. 81

82 General MIDI Instrument Patch Map Classificazione in famiglie 1-8 Piano 9-16 Pitched Percussion Organ Guitar Bass Strings Ensemble Brass Reed Pipe Synth Lead Synth Pad Synth Effects Ethnic Percussive Sound Effects 82

83 General MIDI (Channel 10): percussions 83

84 General MIDI (Channel 10): percussions 84

85 Limitazioni del General Midi Dinamica come deve essere suoanata una nota di pressione 120 su un program number =1? campionatori differenti usano campionamenti diversi la dinamica può essere molto diversa Definizione di strumenti si sa cos è un flauto ma cos è FX2 (sound track)? 85

86 Applications of MIDI Studio Production recording, playback, cut-and-splice editing creative control/effect can be added Making score with score editing software, MIDI is excellent in making score some MIDI software provide function of auto accompaniment/ intelligent chord arrangement Learning You can write a MIDI orchestra, who are always eager to practice with you! 86

87 Applications of MIDI Commercial products mobile phone ring tones, music box music.. Musical Analysis MIDI has detailed parameters for every input note It is useful for doing research For example, a pianist can input his performance with a MIDI keyboard, then we can analyze his performance style by the parameters 87

88 appendice 88

89 General MIDI Instrument Patch Map Prog# Instrument Prog# Instrument (1-8 PIANO) (9-16 CHROM PERCUSSION) 1 Acoustic Grand 9 Celesta 2 Bright Acoustic 10 Glockenspiel 3 Electric Grand 11 Music Box 4 Honky-Tonk 12 Vibraphone 5 Electric Piano 1 13 Marimba 6 Electric Piano 2 14 Xylophone 7 Harpsichord 15 Tubular Bells 8 Clav 16 Dulcimer (17-24 ORGAN) (25-32 GUITAR) 17 Drawbar Organ 25 Acoustic Guitar(nylon) 18 Percussive Organ 26 Acoustic Guitar(steel) 19 Rock Organ 27 Electric Guitar(jazz) 20 Church Organ 28 Electric Guitar(clean) 21 Reed Organ 29 Electric Guitar(muted) 22 Accoridan 30 Overdriven Guitar 23 Harmonica 31 Distortion Guitar 24 Tango Accordian 32 Guitar Harmonics 89

90 General MIDI Instrument Patch Map Prog# Instrument Prog# Instrument (33-40 BASS) (41-48 STRINGS) 33 Acoustic Bass 41 Violin 34 Electric Bass(finger) 42 Viola 35 Electric Bass(pick) 43 Cello 36 Fretless Bass 44 Contrabass 37 Slap Bass 1 45 Tremolo Strings 38 Slap Bass 2 46 Pizzicato Strings 39 Synth Bass 1 47 Orchestral Strings 40 Synth Bass 2 48 Timpani (49-56 ENSEMBLE) (57-64 BRASS) 49 String Ensemble 1 57 Trumpet 50 String Ensemble 2 58 Trombone 51 SynthStrings 1 59 Tuba 52 SynthStrings 2 60 Muted Trumpet 53 Choir Aahs 61 French Horn 54 Voice Oohs 62 Brass Section 55 Synth Voice 63 SynthBrass 1 56 Orchestra Hit 64 SynthBrass 2 90

91 General MIDI Instrument Patch Map Prog# Instrument Prog# Instrument (65-72 REED) (73-80 PIPE) 65 Soprano Sax 73 Piccolo 66 Alto Sax 74 Flute 67 Tenor Sax 75 Recorder 68 Baritone Sax 76 Pan Flute 69 Oboe 77 Blown Bottle 70 English Horn 78 Skakuhachi 71 Bassoon 79 Whistle 72 Clarinet 80 Ocarina (81-88 SYNTH LEAD) (89-96 SYNTH PAD) 81 Lead 1 (square) 89 Pad 1 (new age) 82 Lead 2 (sawtooth) 90 Pad 2 (warm) 83 Lead 3 (calliope) 91 Pad 3 (polysynth) 84 Lead 4 (chiff) 92 Pad 4 (choir) 85 Lead 5 (charang) 93 Pad 5 (bowed) 86 Lead 6 (voice) 94 Pad 6 (metallic) 87 Lead 7 (fifths) 95 Pad 7 (halo) 88 Lead 8 (bass+lead) 96 Pad 8 (sweep) 91

92 General MIDI Instrument Patch Map Prog# Instrument Prog# Instrument ( SYNTH EFFECTS) ( ETHNIC) 97 FX 1 (rain) 105 Sitar 98 FX 2 (soundtrack) 106 Banjo 99 FX 3 (crystal) 107 Shamisen 100 FX 4 (atmosphere) 108 Koto 101 FX 5 (brightness) 109 Kalimba 102 FX 6 (goblins) 110 Bagpipe 103 FX 7 (echoes) 111 Fiddle 104 FX 8 (sci-fi) 112 Shanai ( PERCUSSIVE) ( SOUND EFFECTS) 113 Tinkle Bell 121 Guitar Fret Noise 114 Agogo 122 Breath Noise 115 Steel Drums 123 Seashore 116 Woodblock 124 Bird Tweet 117 Taiko Drum 125 Telephone Ring 118 Melodic Tom 126 Helicopter 119 Synth Drum 127 Applause 120 Reverse Cymbal 128 Gunshot 92

93 General MIDI Percussion Key Map MIDI Key Drum Sound MIDI Key Drum Sound Acoustic Bass Drum 59 Ride Cymbal 2 36 Bass Drum 1 60 Hi Bongo 37 Side Stick 61 Low Bongo 38 Acoustic Snare 62 Mute Hi Conga 39 Hand Clap 63 Open Hi Conga 40 Electric Snare 64 Low Conga 41 Low Floor Tom 65 High Timbale 42 Closed Hi-Hat 66 Low Timbale 43 High Floor Tom 67 High Agogo 44 Pedal Hi-Hat 68 Low Agogo 45 Low Tom 69 Cabasa 46 Open Hi-Hat 70 Maracas 47 Low-Mid Tom 71 Short Whistle 48 Hi-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 Hi 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 93