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M usical I nstrument D igital I nterface

M usical I nstrument D igital I nterface. Geber Ramalho & Osman Gioia. Roteiro. Introdução Hardware Protocolo (Tipos, funções e formato das mensagens MIDI). Introdução. Definição MIDI = Musical Instrument Digital Interface

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M usical I nstrument D igital I nterface

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Presentation Transcript

  1. MusicalInstrumentDigitalInterface Geber Ramalho & Osman Gioia

  2. Roteiro • Introdução • Hardware • Protocolo (Tipos, funções e formato das mensagens MIDI)

  3. Introdução • Definição • MIDI = Musical Instrument Digital Interface • Esquema de interconexão física e protocolo de comunicação que possibilitam o controle e conexão de instrumentos musicais em tempo real • Codifica informações de execução (performance) através de mensagens em formato binário • MIDI x Áudio (wave) • MIDI não transmite informação sonora (espectros sônicos) mas só informações de controle • ex. toque Do6 agora com intensidade 64 usando um som de piano. O timbre a ser utilizado (ex. o som do “piano”) é sintetizado no equipamento receptor

  4. Introdução: Histórico • Antigamente.... • Controle analógico por variações de tensão (V) • Interconexão somente entre instrumentos do mesmo fabricante • 1983 • Sequential Circuits, Oberheim, Roland... primeira versão 1.0 do MIDI

  5. Introdução • Duas grandes sacadas • É uma interface padrão • Separa o controlador do gerador de som

  6. Introdução: conseqüências • Permite troca dados entre os mais diversos equipamentos musicais • Possibilita existência de vários tipos de controladores • ex. teclado, bateria, guitarra, flauta, ... • Possibilita comunicação (bidirecional) entre equipamentos musicais e computadores

  7. Introdução: conseqüências • Facilita o desenvolvimento de software musicais genéricos • ex. editores de partitura, seqüenciadores, sistemas de composição algorítmica • Embora MusicXML seja melhor para isto • Também facilita uso/desenvolvimento de software específicos a um dispositivo • ex. editores de patch • Pode ser utilizado para controle e sincronismo de equipamentos não-musicais • ex. luzes do palco, mesa de som, etc.

  8. Hardware

  9. Hardware: Portas MIDI • Transmissão de dados • serial assíncrona e unilateral • taxa 31.250 bits por segundo • usa portas • Porta MIDI de um equipamentomusical • Transmite e recebe mensagens MIDI • Utiliza 3 conectores DIN (Deutsch Industrielle Normung) • MIDI In • MIDI out • MIDI Thru (through = através)cópia “amplificada” da entrada

  10. Saída MIDI thru Entrada Saída Repetidor Receptor Transmissor MIDI MIDI Circuitos Internos do Dispositivo MIDI Entrada/Saída Analógicas Hardware: Portas MIDI

  11. Tocar Seqüência Gravar Seqüência HardwareSequencer HardwareSequencer out in thru in Synthesizer 1 Synthesizer 1 thru in thru in Synthesizer 2 Synthesizer 2 Midi Sources thru in MIDI Patch Bay out in KeyboardSampler KeyboardSampler Midi Destinations Hardware: Portas MIDI • Dois exemplos de interligação de dispositivos • MIDI Patch Bay • Alternativa à conexão em cascata • Roteia diretamente evitandoatraso

  12. Hardware: MIDI/Computer Interface • As placas atuais têm... • Conversor A/D e D/A (como já sabemos...) • Sintetizador MIDI • Síntese na própria placa (Tabelas de formas de onda - wavetable lookup) • Interface MIDI • Mandam mensagens MIDI para um sintetizador externo via um adaptador (MIDI Kit) em uma porta USB

  13. Hardware: Canais MIDI • Pergunta • Estes tipos todos de conexão não geram confusão? Como saber que notas serão tocadas em que equipamento (de uma mesma porta ou não)? • Canais MIDI: Solução! • É um endereçamento de rede: mensagens processadas só equipamentos “sintonizados” naquele(s) canal(is) • Diferente da noção de canal de áudio • ex. se sintetizador 1 reponde ao canal 1, as mensagens dos outros canais serão ignoradas por ele • 16 canais por porta • múltiplas portas = 16*portas canais

  14. Teclado 1 2 Split Point Canais MIDI Computador • Exemplo Placa MIDI in out Sintetizador 1 (10 vozes multitimbral) 1a 10 Sintetizador 2 (4 vozes multitimbral) 11 a 14 Unidade deEfeito 1 15 Unidade deEfeito 2 16

  15. Hardware: Canais MIDI • Canal Base • Canal associado a fluxo de eventos com mensagens de modo de operação • Informa ao dispositivo a configuração de recebimento das mensagens de voz • Cada fabricante tem o seu default (em geral o canal 1) • Limitações • A configuração é manual: não configurável por software • Como não há handshaking (MIDI é unilateral), não se sabe se o equipamento esta recebendo • Canal de Voz • Canal associado ao fluxo de mensagens de voz (informação realmente musical) • Notas, controles, mudanças de programa, etc...

  16. Protocolo (Mensagens MIDI)

  17. Mensagens MIDI • Princípio • A comunicação se dá por mensagens MIDI • Transmissor origina mensagens e receptor realiza a ação desejada (sintetiza, processa, liga, ...) • Mensagens enviadas/reconhecidas por cada equipamento estão listadas na Tabela de Implementação MIDI

  18. Exemplo de Tabela de Implementação MIDI

  19. Mensagens MIDI: Formato • Mensagens possuem • 1 byte de Status , que codifica os comandos • Seguido por 0, 1 ou 2 bytes de dados (argumentos) • Byte de status • Bit de mais alta ordem sempre igual a 1 (=> vai de 0x80 a 0xFF) • Os outros 3 ou 7 bits mais significativos codificam tipo de mensagem, • Quando necessário, os 16 canais MIDI são codificados nos 4 bits menos significativos (para complicar!!) 1 cmd cmd cmd : chn chn chn chn 1 cmd cmd cmd : cmd cmd cmd cmd

  20. Mensagens MIDI: Formato • Bytes de dados • Complementam (instanciam) a informação do status • Só usam 7 bits para não confundir com as o byte de status, o que é uma limitação 0 arg arg arg : arg arg arg arg

  21. Mensagens MIDI: Tipos • Mensagens de canal (channel messages) • Endereçadas em um canal, dizem as notas a tocar, como modificar o som destas, ou como o equipamento deve tratar estas requisições • Subdivide-se em mensagens de voz e de modo • Mensagens de sistema (system messages) • Coordenam as atividades de todos os equipamentos conectados ao sistema • Subdivide-se em mensagens comuns, de tempo real e exclusivas do sistema

  22. Mensagens MIDI: Tipos Channel System Voice Mode Real Time Common Sys Ex Note on Note off Channel Pressure Key Pressure Control Change Program Change Pitch Bend All Notes Off Local Control Omni Off Omni On Mono Poly

  23. Mensagens de Canal Mensagens de Voz Mensagens de Modo

  24. Mensagens de Voz • Dizem as notas a tocar, como modificar o som destas * n = canal (0 = canal 1, F = canal 16)

  25. 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 127 Tecla Mensagens de Voz: Note On/Note Off • Note On • Indica a nota a ser tocada: altura (MIDI key) e intensidade (velocity) • 3 bytes • Altura • Baseada no teclado (afinação temperada, La = 440 Hz) • 7 bits => 128 valores (0 a 127) • Tessitura = MIDI C0 (8,17 Hz) a G10 (12.543,89 Hz) • Do Central (MIDI C5) = 60 (261,63 Hz) • Ver em http://www.cin.ufpe.br/~musica/cmps/ • Chart_Pitch_1.pdf, ou equivalencia.html 9n key velocity

  26. 0 64 127 Velocity off ppp pp p mp mf f ff fff Mensagens de Voz: Note On/Note Off • Intensidade • Chamada de velocidade devido à maneira de detectar intensidade em um teclado • 7 bits => 128 valores (0 a 127)

  27. Mensagens de Voz: Note On e Note Off • Note off • Liberação de tecla • Mesma informação do Note On • Duração • tempo decorrido entre Note On e Note Off • por ser em tempo real, não é possível trabalhar explicitamente com a duração em MIDI a priori • Observação importante • Usar Note On com velocity = zero dá no mesmo que um Note Off 8n key velocity

  28. Mensagens de Voz: Pitch Bend • Pitch Bend (mudança de altura) • Usada para efeitos musicais (ex. glissando), para obter micro afinação, etc. • Utiliza 14 bits = 16.384 valores • byte menos significativo antes • centro em 0x00 0x40 • Variação é determinada pelo receptor • ex. se um sintetizador implementa um desvio de 3 semitons para cima e para baixo, teremos um “passo” 6/16384

  29. Mensagens de Voz: Pressão • Key Pressure (aftertouch) • Enviada por alguns teclados depois de se pressionar a tecla • Pode ser interpretada de maneiras diversas • ex.disparando um efeito • Channel Pressure • Igual a anterior mais se aplica à todas as notas do canal, e não a um única tecla

  30. Mensagens de Voz: Program Change • Program Change • Seleciona o programa/patch/instrumento desejado • Ex. uma mesma melodia de flauta pode passar a ser tocada (no mesmo canal) pelo piano, pela guitarra ou por uma flauta sttacato • Os sintetizadores General MIDI tem uma lista padrão de de instrumentos devidamente numerados • 01 = piano acústico • 27 = guitarra de jazz • 53 = coral “ah” • 70 = corne inglês • 109 = kalimba

  31. Mensagens de Voz: Control Change • Control Change • Usada para mudar volume, modulação e outras qualidades sonoras do sintetizador • 120 controles

  32. 0, 32 Seleção de Banco (somente MSB) 1 Modulação 2 Embocadura 4 Pedal 5 Tempo de Portamento 6, 38 Entrada de Dados 7 Volume 8 Balanço 10 Estereofonia 11 Expressão 64 Sustentação 1 (Booleano) 65 Portamento (Booleano) 66 Sostenuto (Booleano) 67 Abafador (Booleano) 69 Sustentação 2 (Booleano) 91 Reverberação 92 Tremolo 93 Chorus 94 Desafinador 95 Modificador de Fase 98, 99 NRPN (LSB, MSB) 100, 101 RPN (LSB, MSB) 120 Cancela todas as Notas 121 Zera todos os controladores Mensagens de Voz: Control Change

  33. Running Status • Definição • Caso uma mensagem venha sem status, vale o último • Ganha tempo minimizando a redundância do protocolo MIDI • Exemplo • Pare enviar e relaxar 3 notas => 18 bytes (com Note On e velocity zero servindo de Note Off) • 90 3C 40 90 3B 62 90 39 27 ... 90 3C 00 90 3B 00 90 39 00 • Com o running status => 13 bytes • 90 3C 40 3B 62 39 27 ... 3C 00 3B 00 39 00

  34. Usar Midi Monitor

  35. Mensagens de Modo • Mensagens de Modo • Servem para definir como cada equipamento vai receber as mensagens de voz • Recebidas pelo receptor através de canal base que pode ser fixo ou definido pelo usuário a critério de cada fabricante • Formato • Byte de status (0xB0 a 0xBF) mais 1 ou 2 bytes de dados

  36. Mensagens de Modo

  37. Mensagens de Modo • Mensagens (1) • Local/Remoto: Conecta/desconecta o controlador local (teclado) do sintetizador interno de som • All Notes off: Pânico • Mensagens (2) • Omni On/Off- Habilita a recepção de Mensagens de voz em qualquer canal • Mono/Poli - Responde monofônica ou polifonicamente • Estes dois últimos são utilizados conjuntamente para definir os modos de operação 1, 2, 3 e 4

  38. Sintetizadores • Monofônicos x Polifônicos • Polifonia:capacidade de tocar mais de uma nota ao mesmo tempo • exemplo: piano, contra-exemplo: flauta • Todos sintetizadores MIDI minimamente decentes são polifônicos, porém a polifonia máxima pode variar • Monotimbrais x Politimbrais • Politimbralidade: capacidade de tocar mais de um timbre (notas de diferentes instrumentos) ao mesmo tempo • Todo politimbral é polifônico mais não o inverso • Os sintetizadores modernos são politimbrais, os antigos (ex. DX7) não

  39. Modos de Operação • Modo 1: Omni On / Poli (ou simplesmente “omni”) • Mensagens de voz recebidas em todos os canais • Notas alocadas polifonicamente até o limite de polifonia do instrumento • Usado para testar a conexão • Modo 2: Omni On / Mono • Mensagens de voz recebidas em qualquer canal • Notas executadas monofonicamente • Em total desuso • Estes 2 modos são pouco ou não utilizados!

  40. Modos de Operação • Modo 3: Omni Off / Poli (ou simplesmente “poli”) • Mensagens de voz recebidas somente pelo canal base e as notas alocadas polifonicamente • Muito útil para organizar vários sintetizadores monotimbrais mas polifônicos • Ex. sintetizador 1 = piano, sintetizador 2 = guitarra, sintetizador 3 = bateria, etc. • Pouco usado atualmente

  41. Modos de Operação • Modo 4: Omni Off / ex-mono e atual Multi mode (“multi”) • Na versão anterior, o sintetizador respondia monofônicamente... atualmente muito usada para sintetizadores multitimbrais • Mensagens de voz recebidas em cada um dos canais com cada timbre ficando sintonizado em um canal! • Vários sintetizadores em um, pois pode responder a mais de um canal mas não necessariamente todos!

  42. Mensagens do Sistema Mensagens Comuns Mensagens Tempo Real Mensagens Exclusivas

  43. Mensagens do Sistema • System Common • Transportam informações gerais aos sistemas, enviadas para todas as unidades e todos canais • Utilizadas para configurar (set) os sintetizadores para tocar uma dada música a partir de uma dada posição no tempo • Real Time • Mensagens de sincronismo (start, stop, clock) • Exclusivas • Reservadas para utilização proprietária de cada fabricantes • Cada fabricante deverá fornecer explicação detalhada sobre a implementação Sys Ex em cada equipamento

  44. Exemplo de Sys-ex Genérica • General MIDI On F0 - Início de Sys-ex 7E - ID number (Universal non-real time message) 7F - Device ID (Broadcast) 09 - sub-ID#1 (General MIDI message) 01 - sub-ID#2 (General MIDI on) F7 - EOX (End of Exclusive) F0 7E 7F 09 01 F7

  45. Exemplo de Fluxo de Dados MIDI

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