MIDI U9 - U10
Rev. 1.2.2016 Gabriele Cappellani
Il protocollo MIDI MIDI è l acronimo di Musical Instrument Digital Interface (Interfaccia Digitale per Strumenti Musicali)
Per MIDI intendiamo: l interfaccia fisica di comunicazione uno standard di comunicazione, il protocollo MIDI
Dispositivi MIDI
Dispositivi MIDI Distinguiamo i dispositivi MIDI in: 1.dispositivi di controllo controller 2.dispositivi sonori sound module
Dispositivi di controllo I dispositivi di controllo generano messaggi che servono a controllare altri dispositivi. Un esempio è la master keyboard, che non produce suoni, ma solo informazioni di controllo. Fig.: master keyabord M-Audio oxygen 49
Dispositivi di controllo Un altro esempio è il MIDI Pad Controller Fig.: MIDI Pad Controller AKAI MPD26
Dispositivi sonori I dispositivi sonori possono essere strumenti (sintetizzatori, campionatori) o moduli di elaborazione che, rispettivamente, producono o elaborano suoni sulla base delle informazioni MIDI ricevute dal controller.
Dispositivi MIDI Questi strumenti sono quindi diversi dalle master keyboard poiché sono in grado di produrre suoni senza che sia necessario collegarli ad altri dispositivi esterni. Spesso sono dotati anche di altoparlanti integrati o di un uscita audio per trasmettere i segnali audio a un amplificatore o a un mixer.
Dispositivi MIDI Frequentemente Controller e Sound Module sono racchiusi nello stesso strumento. Molte tastiere commerciali, infatti, hanno un dispositivo (o superfice) di controllo (la tastiera) e un modulo sonoro interno in grado di generare suoni.
Master Keyboard VS Pianoforte digitale
Dispositivi MIDI Un altro esempio è la Drum machine, dotata di un modulo di generazione sonora interna e di un interfaccia di controllo Fig.: Drum Machine Akai
Computer e MIDI I nostri computer possono funzionare sia da strumenti di controllo sia da strumenti di generazione sonora. Su tutte le macchine è installato un campionatore o sintetizzatore software, ma l interfaccia di comunicazione MIDI è presente solo sui computer dotati di una buona scheda audio. Cos è l interfaccia MIDI?
L interfaccia MIDI Osserviamo il pannello posteriore della nostra tastiera. Molto probabilmente troveremo un certo numero di porte con questa forma: Fig.: porte di connessione MIDI
Le porte MIDI Le scritte In, Out e THRU ci dicono se attraverso quelle porte le informazioni MIDI sono in entrata, in uscita o in transito. Midi In: riceve i dati trasmessi da un altro dispositivo Midi Out: trasmette i dati a un altro dispositivo Midi Thru: trasmette una copia esatta dei dati che arrivano alla porta MIDI In. Questa porta serve per controllare tramite uno stesso Master (la macchina che controlla) più Slaves (le macchine che vengono controllate).
L interfaccia MIDI L interfaccia MIDI è di tipo seriale: i dati vengono inviati uno dopo l altro, in serie. La connessione fisica classica è il connettore DIN (Deutsche Industre Normen) a 5 poli, di cui solo 3 quelli centrali vengono sfruttati per la trasmissione dei dati.
La porta MIDI che ospita il connettore DIN presente sulla maggior parte degli strumenti MIDI è ormai stata sostituita quasi del tutto dall interfaccia USB che ha diffusione universale sui computer. Fig.: scheda audio MIDI Uno (1 in 1 out): da una parte sono presenti i connettori MIDI Din (in e out Unidirezionali); dall altra un connettore USB (bidirezionale)
Il linguaggio MIDI
Il protocollo MIDI Attraverso i cavi MIDI non viaggiano segnali sonori, ma istruzioni su come lo strumento che riceve quel pacchetto di informazioni digitali deve produrre il suono. Questi pacchetti sono i messaggi MIDI
I messaggi MIDI Un messaggio MIDI è composto da una serie di byte, di solito 2 o 3 byte = parola digitale composta da 8 cifre (bit) bit = unità minima d informazione (una sola cifra) 0 o 1 nibble = parola digitale composta da 4 cifre (bit)
I messaggi MIDI Nel MIDI, distinguiamo 2 tipi di byte: status byte (byte di stato) data byte (byte di dati) Ogni messaggio MIDI deve iniziare sempre con un byte di stato* poiché questo serve per decifrare i byte successivi senza errore * Tranne se in Running Status
I messaggi MIDI Ricordiamo che un byte (8 bit) può assumere 256 valori differenti (da 0 a 255), pari a 2 8 Status byte e Data byte si dividono a metà i 256 valori che la codifica a 8 bit mette a disposizione: da 0 a 127 i Data byte da 128 a 255 lo Status byte
I messaggi MIDI Data byte 0 = 00000000 valore più piccolo del Data Byte 127 = 01111111 valore più grande del Data Byte Status byte 128 = 10000000 valore più piccolo dello Status Byte 255 = 11111111 valore più grande dello Status Byte
Status byte Il byte di stato serve per definire un comando in modo univoco: ad esempio, suona una nota, modifica il volume, modifica il timbro etc. La prima cifra di un byte di stato è sempre 1. 1 X X X X X X X
Status byte Un byte di stato può assumere quindi un valore compreso tra 128 (10000000) e 255 (11111111). Ripetiamo: il bit più significativo (MSB Most Significant Byte), che definisce il tipo di byte, è il primo (quello più a sinistra) che nel caso del byte di stato sarà sempre 1.
Data byte I data byte contengono i parametri del messaggio MIDI. La prima cifra di un data byte è sempre 0. 0 X X X X X X X
Struttura del messaggio MIDI
Struttura del messaggio MIDI Per spiegare la struttura di un messaggio MIDI prendiamo come esempio un messaggio di note on (vedi dopo). Come detto, un messaggio MIDI è composto da una serie di byte trasmessi in successione. Occorre un sistema che dica quindi quando inizia e quando finisce un byte. A questo scopo si usano i bit di start e bit di stop.
Struttura del messaggio MIDI Il messaggio MIDI qui sotto è composto da 3 byte: uno status byte e 2 data byte. I byte sono separati da bit di start e bit di stop. Fig.: struttura del messaggio MIDI
Struttura del messaggio MIDI Esaminiamo la configurazione di questo messaggio e riepiloghiamo quanto già detto: Status byte 1.lo status byte precede sempre i data byte 2.lo status byte si divide in due parti, ciascuna di 4 bit (nibble)
Struttura del messaggio MIDI a. 1 nibble (primi 4 bit) il primo bit è sempre posto a 1 gli altri 3 bit identificano il tipo di messaggio; (nell esempio 001 = note on) b. 2 nibble (ultimi 4 bit) Identifica il canale MIDI di trasmissione Cos è il canale MIDI?
Canali MIDI Il protocollo MIDI prevede la possibilità di trasmettere i dati su 16 canali logici di comunicazione attraverso un unica linea. I canali MIDI funzionano come i canali televisivi: ogni TV riceverà solo le informazioni trasmesse su quel canale; se più TV sono sintonizzate sullo stesso canale, riceveranno le stesse informazioni. Allo stesso modo, un dispositivo MIDI riceverà le informazioni trasmesse solo sul canale selezionato e più dispositivi riceveranno le stesse informazioni se sono settati sullo stesso canale.
Canale MIDI Tornando al nostro messaggio MIDI, il numero di canale su cui viene trasmesso il messaggio è codificato nella seconda parte dello status byte. Essendo 4 le cifre a disposizione, i canali saranno 16, come da tabella seguente:
Canale Cod. binario Canale MIDI 1 0000 2 0001 3 0010 4 0011 5 0100 6 0101 7 0110 8 0111 9 1000 10 1001 11 1010 12 1011 13 1100 14 1101 15 1110 16 1111 Fig.: tabella canali MIDI. N.B.: i canali MIDI partono da 1, anche se 0000=0 e non 1, 0001=1 e non 2 etc.
Struttura del messaggio MIDI 1 Data byte il primo bit è sempre posto a 0 gli altri 7 bit identificano in questo caso il key number o numero della nota MIDI Cos è il numero della nota MIDI?
Nota MIDI Ogni nota del nostro sistema temperato nel MIDI viene codificata con un valore compreso tra 0 e 127 (2 7 = 128 valori). Ad esempio, il Do 3 (f = 261.63) corrisponde convenzionalmente al numero di nota MIDI 60 e sarà codificato come (7 bit) 0111100.
Fig.: MIDI Key Number Nota MIDI
Struttura del messaggio MIDI 2 Data byte il primo bit è sempre posto a 0 gli altri 7 bit identificano in questo caso la velocity Cos è la velocity?
velocity Il valore della dinamica nel MIDI viene codificato con un valore compreso tra 0 e 127 (2 7 = 128 valori). Il nome velocity deriva dalla velocità con cui viene premuto un tasto: maggiore è la velocità, più forte è la dinamica.
velocity Fig.: MIDI velocity. N.B.: la scala è logaritmica: il valore 64 si colloca un po più a destra del punto centrale della scala.
note on Un messaggio note on attiva l esecuzione di una nota e ha il formato: status byte 1 data byte 2 data byte 1001cccc 0nnnnnnn 0vvvvvvv c n v = canale midi = numero della nota midi = velocity
note of Un messaggio note of disattiva l esecuzione di una nota. Il formato è identico al precedente, cambia lo status byte. status byte 1 data byte 2 data byte 1000cccc 0nnnnnnn 0vvvvvvv c n v = canale midi = numero della nota midi = velocity
Struttura del messaggio MIDI A questo punto è opportuno introdurre un altra distinzione tra i messaggi MIDI. Quelli fin qui visti (messaggi note on e note of) contengono un informazione sul canale MIDI di trasmissione. Per questo motivo si chiamano Channel messages (messaggi di canale)
Messaggi di canale I messaggi di canale, a loro volta, si distinguono in: Channel voice message Channel mode message Ci soffermiamo sui principali Channel voice message
Channel voice message
Channel voice message I channel voice message sono: Note on; Note of; Poliphonic Key pressure (After touch polifonico) Aftertouch di canale (Channel pressure); Pitch bend; Program change; Control change (da 0 a 119).
Note on: attiva l esecuzione della nota Note on e Note of Note of: disattiva l esecuzione della nota
Aftertouch polifonico o Poliphonic Key Pressure Aftertouch polifonico ( dopo il tocco ): esprime i valori di pressione che si esercitano su ogni singolo tasto dopo che è stato premuto. a)status byte È composto da 3 byte: b)data byte 1: indica il numero della nota a cui si riferisce (da 0 a 127) c)data byte 2: esprime il valore dell'aftertouch (da 0 a 127)
Aftertouch di canale o Channel Pressure Aftertouch di canale o Channel Pressure: in questo caso i valori di pressione non riguardano i singoli tasti ma tutte le note trasmesse sul canale interessato
Pitch bend Il Pitch bend è un controllo che consente di modificare l intonazione della nota verso il basso o verso l alto. In questo caso la struttura del messaggio MIDI sarà composta da 3 byte: a)il 1 è lo status byte che rileva il tipo di messaggio e il canale; b)il 2 e il 3 byte (data byte) in questo caso vengono usati insieme al fine di avere un maggior numero di valori disponibili.
Pitch bend Per avere un controllo fluido sull intonazione non possiamo infatti accontentarci dei 128 valori che un singolo data byte ci mette a disposizione (2 7 ). Combinando 2 data byte insieme riusciamo ad ottenere 16384 valori diversi (2 14 ). Essendo i valori del pitch bend sia positivi che negativi, avremo: -8192 0 8191
Program change Il Program change consente di modificare il programma, ovvero il timbro o l effetto che si sta adoperando. È composto da uno status byte e da un solo data byte a)status byte b)data byte: indica il timbro da utilizzare
Program change I valori del data byte dei messaggi di Program change vanno, come al solito, da 0 a 127 (128 timbri). Nella pagina seguente trovate la tabella di corrispondenza tra numeri di Program change e strumenti secondo lo standard GM (General MIDI)
Program change n. di Programma Strumento n. di Programma Strumento Da 1 a 8 Pianoforti Da 65 a 74 Strumenti ad ancia Da 9 a 16 Percussioni intonate Da 73 a 80 Flauti Da 17 a 24 Organi Da 81 a 88 Sintetizzatori (solo) Da 25 a 32 Chitarre Da 89 a 96 Sintetizzatori (pad) Da 33 a 40 Bassi Da 97 a 104 Effetti sintetizzatori Da 41 a 48 Strumenti ad arco Da 105 a 112 Strumenti etnici Da 49 a 56 Ensemle Da 113 a 120 Percussioni Da 56 a 64 Ottoni Da 120 a 127 Effetti sonori Fig.: Tabella di corrispondenza tra n. di programma e strumenti GM.
Program change Se un dispositivo MIDI dispone di più di 128 timbri, questi saranno organizzati in banchi (banks) ciascuno dei quali contiene fino a 128 suoni. La scelta del banco di suoni avviene inviando prima del messaggio di Programm Change i messaggi Control Change denominati Bank Select MSB e LSB. (vd. dopo)
Control change Il Control change (abbr. CC) è il messaggio che viene generato quando si agisce su un controller come lo slider o il knob della della nostra superfice di controllo. La struttura del messaggio è composta da: a. Status byte che ci dice che si tratta di un CC e il canale su cui trasmette; b. Data byte 1: identifica il tipo di controllo; c. Data byte 2: esprime il valore del controllo.
Control change Il valore del controllo (2 data byte) può variare da 0 a 127 (come nel caso del CC7=volume) oppure assumere solo due valori. Nel primo caso useremo un controller continuo (per esempio, uno slider, una manopola etc.; nel secondo caso useremo un controller a switch (on/off).
Control change Alcuni esempi: Controlli continui: CC7= volume: valori compresi tra 0 e 127 CC10= pan: valori compresi tra 0 e 127 Controlli on/off CC64 = Damper pedal (sustain): < 63 = of; > 64 = on CC67= Soft pedal: < 63 = of; > 64 = on
Control change Ecco alcuni dei control change più importanti. I numeri si riferiscono al 1 data byte che identifica il tipo di controllo CC 1 Data byte CC 1 Data byte Modulation Wheel 1 Pan 10 Foot controller 3 Pedale sustain 64 Main Volume 7 Portamento 65 Balance 8 Soft 67 Alcuni controlli sono liberamente assegnabili.
System Message Abbiamo distinto i messaggi MIDI in Message e in System Message. Channel Se i messaggi di canale contengono informazioni di canale e possono essere recepiti solo sui canali selezionati, i messaggi di sistema possono essere recepiti da tutti i dispositivi MIDI.
System Message Essi si dividono in: System common message; System Real time message; System exclusive message.
System Message Questi messaggi generali servono, ad esempio, per mandare in playback una sequenza MIDI, per arrestarla e poi riprenderla dal punto in cui è stata interrotta, oppure per tenere il conto del numero di beat e di battute del puntatore.