Suono e Informatica

Il protocollo MIDI

- Sintetizzatori digitali

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- Esigenze di comunicazione tra strumenti musicali elettronici

I costi contenuti dei sintetizzatori digitali, e il conseguente uso di microprocessori al loro interno, hanno consentito l'uso simultaneo di più moduli sonori;

nasce quindi l'esigenza di far comunicare tra loro i vari moduli sonori.

Normalmente un modulo Master (una tastiera chiamata, appunto, master keyboard) controlla più moduli Slave (di solito degli expander).

Inoltre, al momento dell'uscita dei primi sintetizzatori digitali si stavano affacciando sul mercato i Personal Computer:

Un PC può essere usato come Master e, soprattutto, come sequencer

Lo standard MIDI nasce in questa cornice

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- Lo standard MIDI (Musical Instrument Digital Interface)

Interfaccia digitale per strumenti musicali:

Standard hardware per la comunicazione

Protocollo di comunicazione

Insieme di comandi

Hardware per la comunicazione
	Schema elettrico di un'interfaccia MIDI secondo lo standard internazionale; la UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), che si interfaccia con il BUS del sistema, gestisce la trasmissione e ricezione dei byte relativi ai codici MIDI. L'optoisolatore serve a disaccoppiare elettricamente l'ingresso di linea dalla UART in modo da garantire una maggiore immunità ai disturbi. >>
Spine e prese standard per il collegamento tra moduli: DIN pentapolari Sono indicati i pin usati Lunghezza massima del cavo: 15 mt.

Schema funzionale di una catena MIDI con l'uso della presa Thru

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Protocollo di comunicazione di tipo seriale senza connessione a 8 bit con un bit di start e uno di stop;

Velocità di trasmissione: 31250 bit/sec.

Tempo impiegato a trasmettere un byte: 320 microsecondi

Trasmissione seriale di un byte più lo start e lo stop

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Significato dei comandi MIDI

	Il musicista tiene premuto un tasto e una nota viene emessa. Nel gergo MIDI questo evento viene chiamato Note On
	Il musicista rilascia il tasto e la nota cessa di suonare. Questo evento viene chiamato Note Off >>

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Oltre all'altezza delle note possiamo controllare, tramite comandi e parametri MIDI:

La dinamica (ppp, pp, p, mp, mf, f, ff, fff) con il parametro detto Key Velocity (relativo alla nota, cioè al tasto)

L'intonazione con il comando Pitch Bend (la "rotella" che nei sintetizzatori permette di "stonare" la nota suonata)

Il timbro scegliendolo fra vari preset (detti anche programmi)

Diversi effetti e fonti esterne di input, etc.

Ogni comando è composto da un byte di stato seguito da uno o più byte di dati (parametri)

Ad esempio, la pressione del tasto relativo alla nota DO3 (il Do centrale) su un sintetizzatore produce la sequenza di byte: 144 60 64 (90 3C 40 in Hex); il primo è il byte di stato relativo al comando Note On, il secondo è il codice della nota, il terzo è la Key Velocity. Una tale sequenza di byte viene chiamata messaggio.

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- Messaggi ordinari

Questa categoria di messaggi è relativa ai comandi usati durante l'esecuzione musicale; tali comandi sono

Note On e Note Off che già conosciamo

After Touch (detto anche Key Pressure) che indica il livello di pressione con cui è stato spinto un determinato tasto

Control Change che permette di selezionare un controller (ad esempio la modulation wheel o il pedale di volume o qualsiasi altro dispositivo di controllo della performance)

Program Change che permette di cambiare preset relativo al timbro (ad esempio se vogliamo eseguire un brano con il timbro del pianoforte o con quello del vibrafono)

Channel Pressure provoca un effetto uguale a quello prodotto da after touch tranne per il fatto che si applica a tutti i tasti premuti.

Pitch Bend permette i glissati e le "stonature" tramite un controllo continuo dell'altezza.

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La tabella sottostante mostra il formato dei messaggi relativi ai comandi appena descritti; una loro caratteristica importante è che si riferiscono a un canale.

Ogni canale individua una sorgente indipendente di suoni

Ogni sorgente sonora può essere un distinto sintetizzatore o una delle "voci" di un sintetizzatore "multi-timbrico".

Ciò che viene inviato su un canale viene ignorato dagli altri canali

Un sintetizzatore può essere impostato in modalità Omni Mode: in questo caso accetterà messaggi relativi a qualsiasi canale

Il numero di canali che è possibile usare è 16 (da 0 a 15)

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144 60 64	Messaggio MIDI conseguente alla pressione del tasto DO3 su un sintetizzatore operante sul canale 0 (il primo). Il byte di stato è 144 + 0
145 60 64	La stessa nota suonata sul canale 1 produce un messaggio il cui byte di stato è dato da 144 + 1

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- Messaggi di sistema

Questa categoria di messaggi riguarda vari aspetti, come la sincronizzazione o il posizionamento, e alcuni specifici di ciascun tipo di strumento, mediante i quali è possibile intervenire in modo molto piú approfondito sul funzionamento dello strumento stesso.

Un messaggio di sistema è relativo a un dato sistema di produzione del suono

Le tabelle sottostanti elencano tali comandi insieme ai loro formati

Il messaggio System Exclusive ha particolare importanza in quanto permette di intervenire sui parametri di generazione del suono interni a un certo tipo di sintetizzatore

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SYSTEM COMMON MESSAGES

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SYSTEM REAL TIME MESSAGES

SYSTEM EXCLUSIVE MESSAGES

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- Sequencer digitali

	Uso dell'interfacciamento MIDI per controllare un sistema di produzione del suono tramite un programma eseguito su un computer. I programmi di questo tipo sono chiamati Sequencer

Ormai è possibile pilotare un dispositivo MIDI di produzione del suono usando un programma di notazione musicale

Molto spesso un sintetizzatore MIDI multi-timbrico fa parte della dotazione hardware del computer (è un elemento della scheda sonora)

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- Standard MIDI File

La sequenza di eventi musicali codificata tramite messaggi MIDI può essere memorizzata in un file usando un formato standard

Nei PC i file MIDI standard hanno estensione .MID

Formato dei dati: Big Endian

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Struttura dello header

Time division: se il bit più significativo è 0 allora i restanti 15 bit avranno il significato di tick per tempo (beat); se invece è 1 allora la divisione sarà in frame SMPTE al secondo.

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Struttura della traccia

Da 0x08 inizia la lista di eventi che costituisce la sequenza (per quella traccia)

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Meta-eventi

Sono eventi che non generano messaggi MIDI eseguibili ma servono per impostare parametri ad alto livello relativi alla sequenza (tempo, tonalità, etc.) o descrizioni (testo generico, Copyright Notice, nome dello strumento, etc.)

Formato:

Text Event

Copyright Notice

Sequence/Track Name

Instrument Name

Lyrics

End Of Track

Set Tempo

Key Signature

Time Signature

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Eventi

Formato di un generico evento MIDI

Delta Time è l'intervallo di tempo che separa l'evento dal precedente (anche se non esiste).

Il formato dei successivi byte è quello consueto dei messaggi MIDI così come sono usati dai sintetizzatori e con lo stesso significato. Ad esempio, se, nella sequenza, deve essere suonato un DO3 troveremo, nel file MIDI dopo il delta time, i tre byte 90h 3Ch 40h.