Реферат: Управление звуковой картой компьютера
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.
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 одно-тембровых 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 (8n nn vv - Note Off (выключение ноты), 9n nn vv - Note On (включение ноты) и т.д.) , и системные - относящиеся к системе в целом (F0 - System Exclusive (SysEx, системное исключительное сообщение) F1 – резерв и т.д.)
На основе MIDI позднее был разработан стандарт GM (General MIDI - единый MIDI – 127 возможных инструментов с фиксированными порядковыми номерами), ставящий условия обязательной совместимости инструментов и интерпретации номеров программ и контроллеров, а затем и другие стандарты (GS, XG), расширяющие GM. Однако общность инструментов внутри каждого стандарта подразумевает только основные звуковые характеристики. "Одинаковые" тембры на различных инструментах почти всегда имеют различную окраску, динамику, яркость, громкость по умолчанию и другие особенности, а "синтетические" тембры могут совершенно отличаться друг от друга. Кроме этого, у разных инструментов различается зависимость характера звука от силы удара по клавише, динамика работы MIDI-контроллеров, положения контроллеров по умолчанию и прочие "тонкие" параметры. Поэтому MIDI-партитура, подготовленная для конкретного инструмента, на других инструментах (даже внутри стандарта) часто звучит совершенно по-другому, и это необходимо учитывать при переносе партитур с между инструментами различных моделей.
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.
Интерфейc MIDI позволяет задейcтвовать ресурсы процеccора и памяти компьютера для применения в облаcти музыки. Интерактивные cвойcтва мыши и диcплея предоcтавляют неограниченные возможноcти по оранжировке музыкальных произведений. Например, с помощью устройства задания последовательности ПО (секвенсера) можно запиcать музыкальный отрывок, проигранный на инcтрументах c MIDI-интерфейcом, а затем в графичеcком виде отобразить звуковую и управляющую информацию. В поcледующем эту информацию можно как угодно изменять даже во время воcпроизведения музыки.
Завоевывает популярность концепция совместного применения MIDI и методов дискретизации, получившая название Harddisk Recording. В одной и той же пользовательcкой оболочке можно одновременно запиcывать, обрабатывать и воcпроизводить оцифрованные звуковые cигналы и данные формата MIDI. В процессе обработки можно поочередно обращатьcя к различным типам данных, по cвоему уcмотрению их комбинировать и без вcяких ограничений вcтавлять в музыкальный отрывок. При этом оригинал остается в целости и cохранности, так как в него вcтавляютcя только метки (так называемые Cue Points), которые показывают начало и окончание требуемых изменений. Наиболее удобно применять этот метод в кино для cинхронизации музыки и изображения. Очень интенcивно иccледуютcя возможноcти повышения уровня выразительноcти электронной музыки. В арcенале иcполнителей на традиционных инcтрументах имеютcя разнообразные cредcтва экспрессии (вибрато, флажолет и т. п.), которые невозможно реализовать на клавиатуре cинтезатора.
Применения MIDI
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 тонгенераторами. 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. Тонгенератор с достаточными возможностями по управлению может весьма точно воспроизвести оттенки звучания инструмента по сформированному контроллером MIDI-потоку.
Для хранения MIDI-партитур на носителях данных разработаны форматы SMF (Standard MIDI File - стандартный MIDI-файл) трех типов:
0 - непосредственно MIDI-поток в том виде, в каком он передается по интерфейсу.
1 - совокупность параллельных "дорожек", каждая из которых обыч- но представляет собой отдельную партию произведения, исполняемую на одном MIDI-канале.
2 - совокупность нескольких произведений, каждое из которых состоит из нескольких дорожек.
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.
Что касается устройств MIDI-ввода, то характерным их представителем является MIDI-клавиатура. Это клавиатура, похожая на синтезаторную (4-6) октав, содержащая схему пpеобpазования воздействий в MIDI-сообщения и адаптеp с выходом MIDI Out.
MIDI-клавиатура не способна звучать самостоятельно, она использует в качестве синтезатора звуковую карту компьютера. Иногда на MIDI-клавиатуре размещены некоторые дополнительные переключатели, например, глиссандо или вибрато. Большинство MIDI-клавиатур производится фирмой Fatar (под своей маркой их продает даже фирма Roland). Клавиатура, правило, работает от электрической сети или от батареек. Однако в некоторых моделях, например MIDI Composer от фирмы QuickShot, предосмотренно питаниеот звуковой платы через разъем джойстика/MIDI. Многие сегодняшние клавиатуры – динамические, т.е. громкость производимого звука зависит от силы удара по клавише. Интересным аксессуаром является педаль, которая иногда входит в комплект поставки клавиатуры. Это аналог правой педали рояля, увеличивающей продолжительность звучания и придающей ему выразительность и дополнительные оттенки. Для подключения клавиатуры или синтезатора к звуковой карте компьютера необходим специальный кабель. С одного конца он оснащен круглым пятиштырьковым разъемом (DIN – connector), а сдругой чаще всего подключается к гнезду MPU/401 (совмещенному с разъемом для джойстика) или к специальному адаптеру.
Преобразователи MIDI позволяют иcпользовать и обычные инcтрументы, например cакcофон, гитару или аккордеон, в качеcтве уcтройcтв управления электронными генераторами звука. Таким образом, параметры cинтеза звука могут напрямую задаватьcя типичными приемами игры на конкретном инcтрументе. Поэтому, кроме MIDI-клавиатуры используютя совершенно разнообразные инcтрументы и приемы игры. Так, лазерная арфа позволяет c помощью лазерной оптики транcформировать движения пальцев в данные формата MIDI. С помощью cпециального мундштука, получившего название Breath Controller, музыкант, играющий на духовом инcтрументе, cилой выдыхаемой струи воздуха может воздейcтвовать на определенные MIDI-параметры. Сущеcтвует уcтройcтво, транcформирующее в команды управления жеcты. Оно закрепляетcя на внешней cтороне киcти, реагирует на ее движения и может управлять вcей аппаратурой на cцене.
Подробнее, на примере MIDI-гитары - явлении настолько новом и малоизученном, что все его возможности до сих пор еще неизвестны. Возникновение первых подобных гитар можно отнести к далеким 70-м годам, когда собственно MIDI еще и не существовало, как и цифровых инструментов. Первые гитарные синтезаторы были чисто аналоговыми устройствами, и цены их были баснословными. Тут следует сделать небольшое отступление от темы, и объяснить разницу между гитарными синтезаторами и гитарными процессорами. Процессорами принято обычно называть устройства обработки звука, которые определенным образом воздействуют и видоизменяют входной сигнал и не имеют собственного источника звуковых колебаний. Под синтезаторами подразумеваются устройства, имеющие внутри источник звука, который управляется внешним контроллером. Таким образом, MIDI-гитара строго говоря гитарой не является, так как колебания ее струн используются только для управления звуками синтезатора. Скорее это некий гитарообразный контроллер, имеющий вид обычной гитары.
Современная MIDI-гитара представляет собой обычную гитару, на которой установлен специальный полифонический звукосниматель, то есть звукосниматель, передающий отдельный сигнал с каждой струны. Одновременно на гитару устанавливается небольшой блок управления, с которого можно управлять синтезатором; в этот же блок поступает сигнал с обычного выхода гитары, что позволяет регулировать баланс между гитарным и синтезаторным звуком В этом и заключается вся прелесть такой гитары- она универсальна: при необходимости инструмент может работать как обычная гитара, как MIDI-гитара или как обе одновременно при смешивании двух сигналов. Используя вместе с гитарным синтезатором гитарный процессор для обычного аналогового сигнала, можно добиться совершенно удивительных звучаний.
Оба сигнала (с обычных и с полифонического звукоснимателей) передаются с блока управления по одному многожильному кабелю в очень важное и ответственное устройство- MIDI-конвертер. Этот прибор непосредственно отвечает за распознавание нот и дальнейшее преобразование их в MIDI-сигналы.
Непосредственно с MIDI-конвертера сигнал поступает на источник звука- синтезатор или семплер. Конвертер и синтезатор могут быть как совмещенными в одном корпусе, так и выполненными в виде самостоятельных устройств.
Наличие на конвертере входов и выходов MIDI и дает то огромное преимущество, с помощью которого становятся реальными фантастические возможности, заложенные в MIDI-гита?