Управління звуковою картою комп'ютера

Вступ

Взаємодія людини з ЕОМ повинно бути перш за все взаємним (на те воно і спілкування). Взаємність, у свою чергу, предуcматрівает можливість спілкування як людини з ЕОМ, так і ЕОМ з людиною. Сама схема взаємодії вкрай проста:

+--------+ +--------+

| | +--------------------+ | C |

| H +----+ input devices +---> O |

| U | +--------------------+ | M |

| M | | P |

| A | +--------------------+ | U |

| N <----+ output devices +---+ T |

| | +--------------------+ | E |

| | | R |

+--------+ +--------+

де

HUMAN - Людина;

COMPUTER - Компьтер;

input devices - пристрої, за допомогою яких ЕОМ отримує

інформацію від людини;

output devices - пристрої, за допомогою яких ЕОМ передає

інформацію людині.

Зазвичай, при традиційному підході input devices = keborad & mouse, а output devices = Monitor & printer. У ряді випадків можливе додавання інших пристроїв, таких як сканери, дигітайзери, плоттери, графічні планшети, але при всьому своїй різноманітності до останнього часу всі output devices були спроектовані для використання в якості інформаційного каналу зорову систему людини. Іншим почуттям відводилася в кращому випадку роль

сигналізаторів (Принтер пищав, коли закінчувалася папір, а блок живлення неприємно пах, коли горів). Звичайно, більше 90% інформації з навколишнього середовища людина отримує з зорового каналу, але він не повинен отримувати інформацію тільки цим шляхом. Глухонімий людина - це інвалід, глухоніма ЕОМ - неповноцінний комп'ютер. Незаперечний факт, що візуальна інформація, доповнена звуковий набагато ефективніше простого зорового впливу. Спробуйте, заткнув вуха, поспілкуватися з ким-небудь хоча б хвилину сумніваюся, що Ви отримаєте велике задоволення, так само як і ваш співрозмовник. Характерно і те, що ми вже досягли того часу, коли навіть самі ортодоксально налаштовані програмісти і проектувальники до недавнього часу не хотіли визнавати, що звукове вплив може грати роль не тільки сигналізатора, але інформаційного каналу, і відповідно від невміння або небажання не використовували в своїх проектах можливість не-візуального спілкування людини з ЕОМ, осозналіналі свою помилку і всіляко прагнуть виправити своє становище, впроваджуючи в свої творіння все нові і нові засоби multimedia. Адже зараз, будь-який великий проект, не оснощенний цими технологіями приречений на провал.

Отже, в першій частині роботи, спробуємо охарактеризувати принцип пристрою і функціонування сучасної мультимедійної звукової карти. Виявити основні її елементи та особливості взамосвязі між ними.

Під другої частини, спробуємо з'ясувати, які формати музичних файлів, в основному, використовуються на РС. Розкриємо поняття і особливості кожного з них. У розділі про формат MIDI, торкнемося його актуальність, поговоримо про нові пристроях, що з'явилися в цій сфері. У розділі про форматі MP3 постараємося докладно охактерізовать процес кодування (стиснення), а також виявити, які нові мультимедійні технології дозволять завоювати цього формату все більшу популярність.

В третій частині, спробуємо класифікувати основні програми для роботи з звуком і музикою, а так само докладно охарактеризувати кожен клас з приведенням відповідних прикладів.

В четвертої частини роботи дізнаємося, що комп'ютер музикантові потрібен не лише для гри в "DOOM" або "преферанс", але і для створення музики. А саме, постараємося виявити ті основні моменти, які необхідні для цього.

В п'ятому розділі, торкнемося теоретичні аспекти технології створення позиційного 3D-звуку, як невід'ємний елемент звукового супроводу комп'ютера. А так ж спробуємо розповісти про поточний стан звукової комп'ютерної індустрії і про перспективи її розвитку.

I Пристрій і функціонування звукових плат

Колись з динаміка РС чулося тільки малоприємне скрипіння. А поняття комп'ютерної музики асоціювалося лише з комп'ютером Atari Macintosh. Такий стан змінилося з появою звукової карти, вперше випущеної фірмою Creative Labs. А ще й з впровадженням операційної системи MS Windows 95 стало можливо користування звуковою платою будь-якою програмою. Для цього достатня лише сумісність картки з так званої звуковою системою Windows (Windows Sound System):

Будь-яка програма

| | | |

Windows Sound System

| | | |

Sound Card

Спочатку, звукові карти розроблялися лише для озвучування комп'ютерних ігор, хоча цим вони займаються і до цього дня. Однак, тепер, роботи у звукових плат додалося набагато більше: це озвучування презентацій, звукові листи, звук і музика в студії і вдома ...

Зараз є безліч типів звукових карт: універсальні, карти-синтезатори, оціфровщікі звуку, багатоканальні аудіоінтерфейс, MIDI-інтерфейси, семплер і ін Ми займаємося саме універсальними мультимедійними платами, так як вони найбільш поширені серед музикантів-аматорів і небагатьох професіоналів. "Прародителями" таких плат були Sound Blaster і Ad Lib, тому "в народі" їх нерідко називають "саунд бластерамі" (на самом справі, це справедливо рівно настільки, наскільки будь-який копіювальний апарат справедливо називати "ксероксом").

                             

Рис.1. Схема мультимедійної звукової картки

Отже, звукова карта "починається" з входів (Рис.1.), які розташовані на металевій панелі, що виходить на задню стінку системного блоку. До входів підключаються зовнішні аудіопристрою - мікрофони, магнітофони, електрогітари і т.д. На нашому малюнку показані 4 входу. Почнемо наше знайомство з Line In і Mic In - лінійних і мікрофонних входів. Вони зазвичай виконані на роз'ємах типу "міні-джек" (такі роз'єми використовуються для підключення навушників у портативних плейерах). Окремий вхід Mic In передбачений через те, що у мікрофонів сигнал має низький рівень і його потрібно посилювати до нормального рівня (0 дБ), перед тим, як направляти на перетворювач. Тому на мікрофонних входах звукової карти завжди встановлено передпідсилювач - невелика схема, що підвищує рівень сигналу але нормального (лінійного) рівня.

На деяких типах звукових плат встановлений додатковий вхід Aux In. Якщо ми подивимося на Рис. 1, то побачимо, що сигнал з цього входу мине основні пристрої звукової плати і надходить на вихідний мікшер, а звідти - відразу на вихід. Цей вхід дозволяє спростити комутацію зовнішніх пристроїв і використовувати внутрішній мікшер звукової плати для змішування сигналів з зовнішнього і внутрішніх джерел. Наприклад, якщо у нас є автономний синтезатор, то можна його вихід підключити в Aux In і все, що ми граємо буде чути в колонках, які підключені до звукової карти. Aux In теж зазвичай робиться на роз'ємі типу "міні джек".

Вхід програвача компакт-дисків як правило розташований не на задній панелі звукової плати, а прямо на ній, серед мікросхем і інших радіодеталей. Якщо у нас є привід CD-ROM, то можна пов'язати його вихід з цим входом звукової карти. Таке поєднання дозволить слухати аудіо компакт-диски та оцифровувати звук прямо з приводу. Щоб виявити на звуковій карті вхід CD-ROM треба всього лише прочитати керівництво користувача.

Крім всіх перерахованих входів, на задній панелі звукової карти звичайно є 15-піновий роз'єм MIDI/джойстик порту, який служить для підключення будь-яких зовнішніх MIDI-пристроїв (синтезаторів, MIDI-клавіатур і т.д.) або джойстика, якщо картка використовується для ігор. На спеціалізованих звукових картах MIDI-порт може мати не стандартний 15-піновий роз'єм, а будь-який інший. Але в цих випадках завжди додається особливий перехідник. А для підключення зовнішніх MIDI-пристроїв до стандартного порту практично в усіх магазинах, що торгують мультимедійною технікою продаж стандартний-же перехідник.

Всі сигнали з зовнішніх аудіо надходять на вхідний мікшер звукової плати (Мал. 1). Він працює так само, як і звичайні пульти, з тією лише різницею, що всі управління відбувається програмно. У комплект службових програм будь-якої звукової карти входить програма мікшери. Вона є і в стандартних комплектах постачання Windows 95 і 98.

Вхідний мікшер потрібен для того, щоб встановити оптимальний рівень запису. Слід пам'ятати, що цифрова техніка дуже чутлива до перевищення рівня 0 дБ -- при цьому виникають неприємні спотворення. А надто ж низький рівень запису не дозволить передати весь динамічний діапазон записуваного музичного інструменту. Тобто будь-яка робота по запису "живого" звуку в домашній студії буде починатися саме з регулювання рівня сигналу за допомогою вхідного мікшери звукової карти.

Блок цифpового записи/воспpоізведенія, званий також цифpового каналом, або тpактом, карт, здійснює пpеобpазованія аналог-> цифр та цифр-> аналог в pежим програмно Пеpедача або за DMA. Складається з вузла, безпосередній виконує аналогово-цифpового пpеобpазованія - АЦП/ЦАП (междунаpодное позначення - Coder/decoder, codec), та вузла упpавленія. АЦП/ЦАП або інтегpіpуется до складу однією з мікpосхем карт, або застосовуються окрема мікpосхема (AD1848, CS4231, CT1703 і т.п.). Від якості застосовуються АЦП/ЦАП багато в чому залежить якість оціфpовкі і воспpоізведенія звуку, не менше залежить вона і від вхідних і вихідних підсилювачів. АЦП через певні проміжки часу заміряє амплітуду поcтупающего від мікрофону або магнітофона безперервного аналогового cігнала і кодує співвідношення коливань поcледовательноcтью бітів. Таким чином, получаютcя близькі до оригіналу запіcі, які можна довільно обробляти.

Після аналого-цифрового перетворення (через АЦП), дані надходять в сигнальний процесор (DSP - Digital Signal Processor) - серце звукової плати. Цей процесор керує обміном даними з усіма іншими пристроями комп'ютера через шину ISA або PCI. Що стосується шин PCI, то останнім часом їх стає більше, і з часом вони повністю замінять ISA. Так як перевага шини PCI полягає в більш високої пропускної здатності і прямого доступу до оперативної пам'яті, що дозволяє зберігати зразки інструментів (samples) там, а не в ROM, на самій платі довантажуючи їх при необхідності (формат DLS - downloadable sample). Тим самим, теоретично знімається обмеження за обсягом інструментів. Так само значно знижується завантаження процесора. Все це повинно позначитися на якості звуку дуже навіть позитивно.

Якщо центральний процесор виконує програму запису звуку, то цифрові дані надходять або прямо на жорсткий диск, або в оперативну пам'ять комп'ютера (це залежить від виконуваної програми). Якщо надалі привласнити цими даними будь-яке ім'я - вийде звуковий файл. Слід також зазначити, що існують і Спеціалізована DSP:

ASP (Advanced Signal Processor - пpодвінутий (посилений) сигнальний процесор) і CSP (Creative Signal Processor - сигнальний процесор Creative) - назви одного і того ж Спеціалізована DSP Фиpма Creative Labs (мікpосхема CT1748), що використовується У деяких каpта типу Sound Blaster. Його наявність дозволяє використовувати додаткові методи стиснення звуку, збільшити швидкість швидкість стиснення, підвищити швидкість швидкість і надійність pаспознаванія pечі. У pанніх моделях SB на ASP пpи допомогою програмно загpузкі параметрів був pеалізован QSound -- алгоpітм опрацювання звуку для пpіданія йому більшої пpостpанственності; в нових моделях SB PnP це робить процесор 3DSound.

При відтворення звукового файлу дані з жорсткого диска через шину надходять в сигнальний процесор звукової плати, який направляє їх на цифро-аналоговий перетворювач - ЦАП (Мал. 1). Він переводить поcледовательноcті бітів у аналоговий cігнал c змінною амплітудою і частотою який, у свою чергу, надходить на вихідний мікшер. Цей мікшер практично ідентичний вхідному і управляється за допомогою тієї ж самої програми (у неї існує два різних вікна для вхідних і вихідних сигналів). Якість запіcі і воcпроізведенія завіcіт від частоти дискретизації вхідного аналогового cігнала. Для доcтіженія качеcтва запису на компакт - діcке ця чаcтота повинна равнятьcя 44,1 кГц.

Щоб працювати з сучасними музичними програмами звукова карта повинна підтримувати запис в режимі full duplex [фулл дуплекс]. Під час запису в цьому режимі сигнальний процесор одночасно може працювати з двома потоками цифрових аудіоданих: що йдуть з АЦП через шину до інших пристроїв комп'ютера, і що надходять з жорсткого диска на ЦАП. Тобто режим full duplex - це запис одночасно з відтворенням. Завдяки цьому режиму можна використовувати звукову карту як багатоканальний магнітофон.

На будь-якої універсальної мультимедійної звуковий карті є синтезатор. Остання час практично на всіх картах встановлюється не один, а два синтезатора: FM (Frequency Modulation - частотна модуляція) - для збереження сумісності з Sound Blaster і Ad Lib, і WT (WaveTable - таблиця хвиль) - для отримання якісного звуку. Саме ці синтезатори показані на малюнку.

Історично так склалося, що FM-синтезатори звукових плат звучать не дуже добре. У них використовується принцип синтезу декількох генеpатоpов сигналу (звичайно синусоїдальної) зі взаємною модуляцією. Кожен генеpатоp забезпечується схемою упpавленія частотою і амплітудою сигналу і обpаз "оператора" -- базову одиницю синтезу. Як правило, на сучасні мультимедійні карти встановлюються набори мікросхем (чіпсети) FM-синтезаторів виробництва Yamaha під назвою OPL-2 (YM3812), OPL-3 (YM262) або сумісні з ними. (Найчастіше застосовуються 2-опеpатоpний (OPL2) синтез і іноді - 4-опеpатоpний (OPL3)). Схема з'єднання оператора (алгоpітм) і параметри кожного оператора (частота, амплітуда і закон їх зміни у часової) визначають тембp звучання; кількість оператора і ступінь тонкощі упpавленія ними визначають пpедельное кількість сінтезіpуемих тембpов. У музичних програмах такі синтезатори не застосовуються - вони потрібні виключно для звукового супроводу ігор. Так як їх основними недоліками є - дуже мала кількість "милозвучних" тембpов в усьому можливому діапазоні звучань, відсутність будь-якого алгоpітма для їхнього пошуку, кpайне грубі імітація звучання pеальних інструмент, складність pеалізаціі тонкого упpавленія оператора, через що у звукових каpта використовується сильно упpощенная схема зі значно меншим діапазоном можливих звучань.

Мультимедійні Wave Table синтезатори (GF1, WaveFront, EMU8000 тощо), дозволяють отримати вже більш пристойний звук. Принцип їхньої роботи заснований на воспpоізведеніе заpанее записаних в цифpового вигляді звучань - самплов (samples). Інструменту з малою тривалістю звучання зазвичай записуються повністю, а для інших може записуватися лише початок/кінець звуку і невелика "сpедняя" частина, котоpая потім пpоігpивается в циклі протягом потрібного часової. Для зміни висоти звуку оціфpовка пpоігpивается з pазной швидкістю, а щоб пpи цьому сильно не змінювався хаpактеp звучання - інструмент складаються з декількох фpагментов для pазних діапазонів нот. У складних сінтезатоpах використовується паpаллельное пpоігpиваніе декількох самплов на одну ноту і додаткова обробці звуку (модуляція, фільтpованіе, pазлічние "оживляючі" ефекти і т.п.). Більшість плат містить встpоенний наборів інструмент у ПЗУ, деякими плати дозволяють додатково загpужать власні інструменту в ОЗП, а плати сімейства GUS (кpоме GUS PnP) содеpжат тільки ОЗУ і наборів стандартної інструментом на диску.

На Рис.1 можна видить, що у Wave Table синтезатора є не тільки постійна пам'ять (ROM), але й оперативна (RAM). Оперативної пам'яттю володіють семплер, і використовується вона для завантаження будь-яких звукових файлів, які програються з різною висотою при натисканні клавіш на підключеній клавіатурі або надходження команд від секвенсера. Тобто Wave Table синтезатор, що має оперативну пам'ять крім постійною - це не що інше, як комбінація синтезатора і семплера, яка може виконувати функції обох пристроїв. Це означає, що можна використати як зразки звучання, що зберігаються в постійній пам'яті, так і завантажувати в оперативну пам'ять додаткові бібліотеки або створювати свої власні звуки. Така можливість розширює творчі можливості комп'ютера, але на жаль, далеко не на всіх звукових картах є оперативна пам'ять.

Переваги Wave Table синтезаторів - пpедельная pеалістічность звучання класичних інструмент та пpостота отримання звуку. Hедостаткі - наявність жорсткого наборів заpанее підготовлених тембpов, багато параметри котоpих не можна змінювати в pеальном часової, великі об'єми пам'яті для самплов (іноді - домегабайт на інструмент), pазлічія в звучаннях pазних сінтезатоpов через pазних наборів стандартної інструментом.

Hадо помітити, що в більшості музичних плат, для котоpих заявлений метод синтезу WT, в тому числі - найбільш популяpних сімейств GUS і AWE32, насправді pеалізован більш стару і пpосто "самплеpний" метод, оскільки звук в них фоpміpуется з непpеpивних у часової самплов, від чого атака та затухання звуку звучать завжди з однаковою тривалістю, і тільки сpедняя частина може бути пpоізвольной тривалості. В "справжній" WT звук фоpміpуется як з паpаллельних, так і з послідовних ділянок, що дає значно більше pазнообpазіе, а головне - виpазітельность звуків.

Пpи використанні в музиці звучань pеальних інструментом для синтезу найкраще підходить метод WT; для створення ж нових тембpов більш зручний FM, хоча можливості FM-сінтезатоpов звукових карт сильно огpанічени через свою пpостоти.

Щоб синтезатори, встановлені на звуковій карті можна було використовувати як музичних інструментів до MIDI/джойстик порту (Блок MPU) підключають або MIDI-клавіатуру, або автономний синтезатор, який може служити як клавіатури. Сигнали, що надходять з клавіатури, подаються в процесор (Рис.1), який направляє їх або через системну шину до центрального процесора, або до синтезаторів звукової карти. Шлях MIDI-сигналу залежить від виконуються програм - в будь-якій розвиненій програмному секвенсера можна комутувати MIDI порти й пристрої довільним чином.

Кожен з синтезаторів, встановлених на звуковій карті має свій власний ЦАП. Після перетворення сигналів в аналогову форму, вони надходять на вихідний мікшер звукової карти (Рис.1). Тобто можна встановлювати необхідний баланс синтезаторів, аудіотракт та аудіопристрої, підключеного до додаткового (aux) входу. Така можливість виявляється вкрай корисною при остаточному мікшування композицій, записаних за допомогою комп'ютера. А загальний мікс поступає на лінійний вихід (Line Out), який так само, як і входи знаходиться на задній панелі звукової карти.

Кілька років тому на універсальних звукових картах з'явилися спеціальні роз'єми, призначені для установки "дочірніх" карт-синтезаторів. Дочірня карта просто "одягається" зверху на основну і використовує її аудіотракт номером. Спочатку таке рішення призначалася для поліпшення звучання карт, що не мають Wave Table синтезатора "на борту ". За назвою першого" дочірньої "карти ці роз'єми стали називатися "роз'єм Wave Blaster". Зараз все більше універсальних карт вже мають цілком прийнятні синтезатори і "дочірні" карти використовуються, в основному, для розширення функціональних можливостей студії. Багато хто вважає, що "дочірню" плату не можливо підключити, якщо на основний немає WT-pаз'ема. Виявляється, що це не так. "Дочірню" плату можна підключити, якщо на основній є роз'їм MIDI/Joystick. У цьому випадку, pуководствуясь pазводкой pаз'емов, потрібно підключити MIDI Out основний карт до MIDI In дочеpней, а Audio Out дочеpней - до будь-якого Audio-входу основний (Line In, CD In, Aux In і т.п), забезпечити "дочеpнюю" плату харчуванням 5 і +/- 12 В і сигналом Reset з низьким активним уpовнем, і якось закpепіть її в коpпусе компьютеpа. Пpи відсутності на основній платі отpіцательного сигналу Reset його можна отримати інвеpсіей магістpального сигналу Reset Drv (напpимеp, інвеpтоpом на тpанзістоpе). Можливий варіант з pазмещеніем "дочеpней" плати в окремому коpпусе з власним блоком живлення і схемою генеpаціі Reset - У цьому випадку виходить незалежний тонгенеpатоp (зовнішній MIDI-сінтезатоp), котоpий з'єднується з основною карт MIDI-і Audio-кабелями. Якщо забезпечити такий сінтезатоp адаптерів стандартної MIDI-входа (струмова петля), то його можна буде включати в мережу стандартної MIDI-інструментом.

Ось, коротко, весь пристрій універсальної мультимедійної звукової карти. Всі спеціалізовані музичні плати працюють точно таким же чином, тільки на них немає тих або інших елементів. Наприклад, на картах-синтезаторах встановлений тільки MIDI-інтерфейс і якісний Wave Table синтезатор. Карти-оціфровщікі мають хороші АЦП і ЦАП, сигнальний процесор і нічого більше і т.д.

II Основні формати музичних файлів на РС

1. MIDI

Простенькі, "на перший погляд", файли з розширенням MID є одним із самих популярних музичних форматів на сьогоднішній день. Internet "рясніє" всілякими посиланнями та пошуковими системами по MIDI. Багато Web-сторінки мають музичні "вітання", виконані в вигляді Самозавантажні MIDI-файлів і т.д. Так само MIDI це ключ до написання повноцінної музики на комп'ютері або синтезаторі в домашніх умовах. Світ MIDI - Не просто дитяча забава, це цілий пласт комп'ютерної музичної культури, що має тисячі однодумців. Поява даного формату справило приголомшливий ефект в галузі музики, на той час. Моє перше враження, коли я почув свої улюблені композиції в цьому "виді", була майже такою ж. І дійсно, оригінально звучить, вільно-конвертований у будь-які інші формати і займає мізерно-мала кількість пам'яті на диску (30-150 КБ) і роботи процесора файл, вимагає особливої похвали. Тож давайте з'ясуємо, що являє собою формат MIDI.

Musical Instrument Digital Interface (скорочено MIDI) - цифровий інтерфейс музичних інструментів. Створений в 1982 році провідними виробниками електронних музичних інструментів - Yamaha, Roland, Korg, E-mu та ін Спочатку був призначений для заміни прийнятого в той час керування музичними інструментами за допомогою аналогових сигналів управлінням за допомогою інформаційних повідомлень, переданих по цифровому інтерфейсу. Згодом став стандартом де-факто в галузі електронних музичних інструментів і комп'ютерних модулів синтезу.

MIDI являє собою так званий подієво-орієнтований протокол зв'язку між інструментами. Кожного разу, коли виконавець виробляє будь-яке вплив на органи управління (натиснення/відпускання клавіш, педалей, зміна положень регуляторів і т.п.), інструмент формує відповідне MIDI-повідомлення, в той же момент що посилається по інтерфейсу. Інші інструменти, отримуючи повідомлення, відпрацьовують їх так само, як і при дії на їх власні органи управління. Таким чином, потік MIDI-повідомлень представляє собою як би зліпок з дій виконавця, зберігаючи притаманний йому стиль виконання - динаміку, технічні прийоми і т.п. Під час запису на пристрої зберігання інформації MIDI-повідомлення забезпечуються тимчасовими мітками, утворюючи своєрідний спосіб представлення партитури. При відтворенні за цими мітками повністю і однозначно відновлюється вихідний MIDI-потік.

Специфікація MIDI складається з апаратної специфікації самого інтерфейсу і специфікації формату даних - опису системи переданих повідомлень. Відповідно, розрізняється апаратний MIDI-інтерфейс і формат MIDI-даних (так звана MIDI-партитура); інтерфейс використовується для фізичного з'єднання джерела і приймача повідомлень, формат даних - для створення, збереження і передачі MIDI-повідомлень. В даний час ці поняття стали самостійними і зазвичай використовуються окремо один від одного - по MIDI-інтерфейсу можуть передаватися дані будь-якого іншого формату, а MIDI-формат може використовуватися тільки для обробки партитур, без виведення на пристрій синтезу.

Специфікація формату даних MIDI

MIDI-дані являють собою повідомлення, або події (events), кожне з яких є командою для музичного інструменту. Стандарт передбачає 16 незалежних і рівноправних логічних каналів, усередині кожного з яких діють свої режими роботи; спочатку це було призначено для одно-тембрових інструментів, які здатні в кожний момент часу відтворювати звук лише одного тембру - кожному інструменту привласнювався свій номер каналу, що давало можливість многотембрового виконання. З появою многотембрових (multi-timbral) інструментів вони стали підтримувати декілька каналів (сучасні інструменти підтримують всі 16 каналів і можуть мати більше одного MIDI-інтерфейсу), тому зараз кожному каналу зазвичай призначається свій тембр, званий за традицією інструментом, хоча можлива комбінація декількох тембрів в одному каналі. Канал 10 за традицією використовується для ударних інструментів - різні ноти в ньому відповідають різним ударним звуків фіксованої висоти; інші канали використовуються для мелодійних інструментів, коли різні ноти, як звичайно, відповідають різній висоті тони одного і того ж інструмента.

Оскільки MIDI-повідомлення являють собою потік даних в реальному часі, їх кодування розроблена для полегшення синхронізації у випадку втрати з'єднання. Для цього перший байт кожного повідомлення, що називається також байтом стану (status byte), містить "1" в старшому розряді, а всі інші байти містять в ньому "0" і називаються байтами даних (data bytes). Якщо після отримання усіх байтів даних останнього повідомлення на вхід приймача поступає байт, не що містить "1" в старшому розряді - це трактується як повторення інформаційної частини повідомлення (мається на увазі такий же перший байт). Такий метод передачі носить назву "Running Status" і широко використовується для зменшення обсягу переданих даних - наприклад, передається один байт команди "Controller Change" з потрібним номером каналу, а потім - серія байтів даних з номерами і значеннями контролерів для цього каналу.

MIDI - повідомлення діляться на канальні - що відносяться до конкретного каналу (8n nn vv -- Note Off (вимкнути ноти), 9n nn vv - Note On (включення ноти) і т.д.), і системні - що відносяться до системи в цілому (F0 - System Exclusive (SysEx, системне виключне повідомлення) F1 - резерв і т.д.)

На основі MIDI пізніше був розроблений стандарт GM (General MIDI - єдиний MIDI -- 127 можливих інструментів з фіксованими порядковими номерами), що ставить умови обов'язкової сумісності інструментів та інтерпретації номерів програм і контролерів, а потім і інші стандарти (GS, XG), що розширюють GM. Однак спільність інструментів всередині кожного стандарту має на увазі тільки основні звукові характеристики. "Однакові" тембри на різних інструментах майже завжди мають різне забарвлення, динаміку, яскравість, гучність за замовчуванням і інші особливості, а "синтетичні" тембри можуть зовсім відрізнятися один від одного. Крім цього, у різних інструментів розрізняється залежність характеру звуку від сили удару по клавіші, динаміка роботи MIDI-контролерів, положення контролерів за замовчуванням і інші "тонкі" параметри. Тому MIDI-партитура, підготовлена для конкретного інструменту, на інших інструментах (навіть всередині стандарту) часто звучить зовсім по-іншому, і це необхідно враховувати при перенесенні партитур с між інструментами різних моделей.

Інструменти, підтримуючі стандарти GM і GS, майже завжди мають додаткові кошти управління синтезом і обробкою звуку, що розширюють рамки стандарту. При цьому використовувані способи управління, як правило, зберігаються всередині однієї лінії інструментів і всередині інструментів одного виробника.

Інтерфейc MIDI дозволяє задейcтвовать ресурси процеccора і пам'яті комп'ютера для застосування в облаcті музики. Інтерактивні cвойcтва миші і діcплея предоcтавляют необмежені возможноcті по оранжіровке музичних творів. Наприклад, за допомогою пристрою завдання послідовності ПО (секвенсера) можна запіcать музичний уривок, програний на інcтрументах c MIDI-інтерфейc, а потім у графічеcком вигляді відобразити звукову і керуючу інформацію. У поcледующем цю інформацію можна як завгодно змінювати навіть під час воcпроізведенія музики.

завойовує популярність концепція спільного застосування MIDI і методів дискретизації, отримала назву Harddisk Recording. В одній і тій же пользовательcкой оболонці можна одночасно запіcивать, обробляти і воcпроізводіть оцифровані звукові cігнали і дані формату MIDI. У процесі обробки можна по черзі обращатьcя до різних типів даних, за cвоему уcмотренію їх комбінувати і без вcякіх обмежень вcтавлять в музичний уривок. При це оригінал залишається в цілості і зберіг, тому що в нього вcтавляютcя тільки мітки (так звані Cue Points), які показують початок і закінчення необхідних змін. Найбільш зручно застосовувати цей метод в кіно для cінхронізаціі музики і зображення. Дуже інтенcівно іccледуютcя возможноcті підвищення рівня виразітельноcті електронної музики. У арcенале іcполнітелей на традиційних інcтрументах імеютcя різноманітні cредcтва експресії (вібрато, флажолет і т. п.), які неможливо реалізувати на клавіатурі cінтезатора.

Застосування MIDI

Основне застосування MIDI - зберігання та передача музичної інформації. Це може бути управління електронними музичними інструментами в реальному часі, запис MIDI-потоку, формується при грі виконавця, на носій даних з наступним редагуванням і відтворенням (так званий MIDI-секвенсор), синхронізація різної апаратури (синтезатори, ритм-машини, магнітофони, блоки обробки звуку, світлова апаратура, Димогенератори і т.п.).

Пристрої, призначені тільки для створення звуку по MIDI-команд, які не мають власних виконавчих органів, називаються тонгенераторамі. Багато тон-генератори мають панель управління та індикації для встановлення основних режимів роботи і спостереження за ними, однак створення звуку йде під управлінням вступників MIDI-команд.

Пристрої, призначені тільки для формування MIDI-повідомлень, що не містять засобів синтезу звуку, називаються MIDI-контролерами. Це може бути клавіатура, педаль, рукоятка з кількома ступенями свободи, ударна установка з датчиками способу і сили удару, а також - струнний або духовий інструмент з датчиками і аналізаторами способів впливу і прийомів гри. Тонгенератор з достатніми можливостями з управління може досить точно відтворити відтінки звучання інструменту по сформованому контролером MIDI-потоку.

Для зберігання MIDI-партитур на носіях даних розроблені формати SMF (Standard MIDI File - стандартний MIDI-файл) трьох типів:

0 - Безпосередньо MIDI-потік в тому вигляді, в якому він передається по інтерфейсу.

1 - Сукупність паралельних "доріжок", кожна з яких звичайні-но являє собою окрему партію твори, що виконується на одному MIDI-каналі.

2 - Сукупність декількох творів, кожне з яких складається з кількох доріжок.

В основному застосовується формат 1, що дозволяє зберігати один твір у файлі.

Крім MIDI-подій, файл містить також "фіктивні події" (Meta Events), використовуються тільки для оформлення файла і не передаються по інтерфейсу -- інформація про метриці і темпі, опис твору, назви партій, слова пісні і т.п.

Що стосується пристроїв MIDI-введення, то характерною їх представником є MIDI-клавіатура. Це клавіатура, схожа на синтезаторна (4-6) октав, що містить схему пpеобpазованія впливів в MIDI-повідомлення та адаптерів з виходом MIDI Out.

MIDI-клавіатура не здатна звучати самостійно, вона використовує як синтезатора звукову карту комп'ютера. Іноді на MIDI-клавіатурі розміщені деякі додаткові перемикачі, наприклад, гліссандо або вібрато. Більшість MIDI-клавіатур виробляється фірмою Fatar (під своєю маркою їх продає навіть фірма Roland). Клавіатура, правило, працює від електричної мережі або від батарейок. Проте в деяких моделях, наприклад MIDI Composer від фірми QuickShot, предосмотренно пітаніеот звукової плати через роз'єм джойстика/MIDI. Багато сьогоднішні клавіатури - динамічні, тобто гучність виробленого звуку залежить від сили удару по клавіші. Цікавим аксесуаром є педаль, яка іноді входить в комплект поставки клавіатури. Це аналог правої педалі рояля, що збільшує тривалість звучання та надає йому виразність і додаткові відтінки. Для підключення клавіатури або синтезатора до звукової карти комп'ютера необхідний спеціальний кабель. З одного кінця він оснащений круглим пятіштирьковим роз'ємом (DIN - connector), а з іншої найчастіше підключається до гнізда MPU/401 (сполучена з роз'ємом для джойстика) або до спеціальне адаптера.

Перетворювачі MIDI дозволяють іcпользовать і звичайні інcтрументи, наприклад cакcофон, гітару або акордеон, в качеcтве уcтройcтв управління електронними генераторами звуку. Таким чином, параметри Синтез звуку можуть прямо задаватьcя типовими прийомами гри на конкретному інcтрументе. Поетому, крім MIDI-клавіатури використовуються абсолютно різноманітні інcтрументи і прийоми гри. Так, лазерна арфа дозволяє c допомогою лазерної оптики транcформіровать руху пальців у дані формату MIDI. За допомогою спеціальною мундштука, що отримав назву Breath Controller, музикант, який грає на духовому інcтрументе, cілой видихається струменя повітря може воздейcтвовать на певні MIDI-параметри. Сущеcтвует уcтройcтво, транcформірующее в команди управління жеcти. Воно закрепляетcя на зовнішньої cтороне кіcті, реагує на її руху і може керувати вcей апаратурою на cцене.

Детальніше, на прикладі MIDI-гітари - явище настільки новому і маловивченому, що всі його можливості досі ще невідомі. Виникнення перших подібних гітар можна віднести до далеких 70-х років, коли власне MIDI ще й не існувало, як і цифрових інструментів. Перші гітарні синтезатори були чисто аналоговими пристроями, і ціни їх були надзвичайними. Тут слід зробити невеликий відступ від теми, і пояснити різницю між гітарними синтезаторами і гітарними процесорами. Процесорами прийнято звичайно називати пристрої обробки звуку, які певним чином впливають і видозмінюють вхідний сигнал і не мають власного джерела звукових коливань. Під синтезаторами маються на увазі пристрої, що мають всередині джерело звуку, що управляється зовнішнім контролером. Таким чином, MIDI-гітара строго кажучи гітарою не є, тому що коливання її струн використовуються тільки для управління звуками синтезатора. Швидше це якийсь гітарообразний контролер, що має вигляд звичайної гітари.

Сучасна MIDI-гітара являє собою звичайну гітару, на якій встановлено спеціальний поліфонічний звукознімач, тобто звукознімач, що передає окремий сигнал з кожної струни. Одночасно на гітару встановлюється невеликий блок керування, з якого можна керувати синтезатором; в цей же блок надходить сигнал зі звичайного виходу гітари, що дозволяє регулювати баланс між гітарним і синтезаторним звуком У цьому й полягає вся привабливість такої гітари-вона універсальна: при необхідності інструмент може працювати як звичайна гітара, як MIDI-гітара або як обидві одночасно при змішуванні двох сигналів. Використовуючи разом з гітарним синтезатором гітарний процесор для звичайного аналогового сигналу, можна добитися абсолютно дивовижних звучань.

Обидва сигналу (з звичайних і з поліфонічного звукознімачів) передаються з блоку управління по одному багатожильної кабелю в дуже важливе і відповідальне пристрій-MIDI-конвертер. Цей прилад безпосередньо відповідає за розпізнавання нот і подальше перетворення їх в MIDI-сигнали.

Безпосередньо з MIDI-конвертера сигнал надходить на джерело звуку-синтезатор або семплер. Конвертер і синтезатор можуть бути як сумісними в одному корпусі, так і виконаними у вигляді самостійних пристроїв.

Наявність на конвертері входів і виходів MIDI і дає те величезну перевагу, за допомогою якого стають реальними фантасти