Kleiner Midi-Rundgang

Grundkenntnisse

Unsere kleine Reise durch die MIDI-Welt

MIDI =Musical Instruments Digital Interface

zu deutsch:
Digitale Schnittstelle für Musikinstrumente

Einführung

Schnittstellen sind die Brücken eines Systems nach außen. Das MIDI-Interface ist eine Schnittstelle, die dafür sorgt, dass die Informationen in einem einheitlichen Format und korrekt übertragen werden. Mit Hilfe der MIDI-Schnittstellen haben die an einem System beteiligten Geräte die Möglichkeit ihre Informationen auszutauschen. Die einzelnen Komponenten eines Systems werden an den MIDI-Interfaces über spezielle MIDI-Kabel miteinander verbunden. Über ein Midi - Kabel lassen sich Informationen auf insgesamt 16 Kanälen gleichzeitig übertragen.

Das Spiel auf der Tastatur, das Drehen an den Wheels oder das Umschalten von Sounds erzeugt Befehle innerhalb des elektronischen Musikinstruments. Midi „übersetzt" die internen Befehle des Gerätes in ein einheitliches Format und sendet sie an externe Midi-Geräte. Gleichzeitig können Befehle im Midi-Format empfangen, in die interne Sprache des Empfängers übersetzt und von diesem ausgeführt werden.

Einleitung

Die heute Verwendung findenden Workstations, die sowohl über Klangerzeugung, Schlagzeugsounds und einen kleinen Sequenzer verfügen, arbeiten alle im sogenannten Multi-Mode, das heißt, es können innerhalb der Workstation mehrere Klänge/Sounds angesteuert werden. Bei der Arbeit mit einer Sequenzer-Software können verschiedene Spuren nacheinander aufgenommen werden. Man muß den einzelnen Spuren allerdings - je nach Software bereits vor der Aufnahme - entsprechende Kanäle zuordnen. Jedem Kanal wird in der Regel schon vor der Aufnahme ein Sound zugeweisen. Gleiche Kanäle bedeuten Ansteuerung des gleichen Sounds. Die Workstation selbst hat einen Basis-Kanal, den man in der Regel frei wählen kann. Über den Basis-Kanal (Basic-Channel) werden all diejenigen Controllerinformationen gesendet / empfangen, die für alle Kanäle gemeinsam Gültigkeit haben.

Screenshot zur Verdeutlichung

MIDI - Übertragunsdaten Teil 1

In diesem Kapitel werden ausschnittweise die MIDI-Daten aufgezählt, mit denen musikalische Information standardisiert und übertragbar gemacht wird. Je nach verwendeten Geräten kann die Konstellation der MIDI-Daten unterschiedlich sein. Unsere Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.Daten, die im Midi-System übertragen werden, lassen sich grundsätzlich in zwei Ebenen einteilen:

Kanalspezifische Daten ( Channel Voice Messages )

Diese Daten gelten nur für den Kanal, auf dem sie gesendet werden.
  1. Program Change ( Programm Nummer
  2. Control-Change ( Controllernummer, Wert )
  3. Aftertouch ( Wert )
  4. Note On/Off ( Notennummer, Velocity )
  5. Key Pressure ( Notennummer, Wert )
  6. Pitchbend ( LSB, MSB )

Systemnachrichten ( System Common Messages )

Die allgemeinen Systemnachrichten werden ohne Rücksicht auf einen Midi-Kanal gesendet.
  1. Geräte-Synchronisation (System Common oder Realtime Message)
  2. Song Select (System Common Message)
  3. End Of Exclusive (System Common Message)
  4. Start/Stop/Continue (System Realtime Messages)
  5. Active Sensing (System Realtime Messages)
  6. System Reset (System Realtime Messages)
  7. System Exclusive Messages(System Exclusive Daten)

MIDI - Übertragunsdaten Teil 2

Wir unterscheiden zwei Hauptgruppen an Synchronisationsverfahren, und zwar die tempo- und die positionsbezogenen Signale.

tempobezogene Signale:

In bestimmten Zeitabständen werden Impulse gesendet, die das System zeitlich steuern. Dabei entsteht allerdings kein Bezug zur Song Position. Nach einem Stop muss der Song wieder von vorne gestartet werden, um einen Gleichlauf zu erreichen. ( mehr )

positionsbezogene Signale:

Diese Signale übermitteln permanent die Position innerhalb des Songs. Dabei muss jedem Punkt eines Bandes. ( mehr )

Midi-Kanäle ( Channels )

Um größere Systeme realisieren zu können, müssen verschiedene Empfänger getrennt ansprechbar sein. MIDI realisiert dies durch die 16 -in Worten sechzehn- Midi-Channels.
So kann beispielsweise ein Midi-Recorder die Schlagzeugklänge eines Synthesizers auf Kanal 10 ansteuern, während der Baß eines Soundmoduls auf Kanal 1 gespielt wird, die Violine auf Kanal 2 usw.
Dabei wird das ganze Gerätesystem mit Kabel in Reihe geschaltet, wobei die Dateninformationen z.B. per MIDI-THRU weitergereicht werden.
Jede Systemkomponente erhält also die gleichen Daten auf allen zur Verfügung stehenden 16 Kanälen.

Welche Informationen die einzelne Komponente aus dem Datenfluß für sich selbst herausliest und verarbeitet, wird durch den Midi-Mode ( die Betriebsart ) bestimmt.

Midi-Mode

Die Midi-Spezifikation stellt drei Modi zur Verfügung. Daraus leiten sich in der Praxis vier Midi-Modes und ein Sonderfall ab:

Omni-Mode ( 1; Omni On, Poly )
Der Omni-Mode wird in der Praxis fast nicht benötigt. Die Bezeichnung Omni ( lateinisch "alle" )läßt bereits auf sein Wesen schließen:
Im Omni-Mode empfängt ein Slave auf sämtlichen Kanälen, ohne eine Kanaltrennung vorzunehmen. Dabei kann er die empfangenen Noten polyphon wiedergeben.

Omni/Mono-Mode ( 2; Omni On, Mono )
Dieser Mode ist eher theoretischer Natur und ergibt in der praktischen Anwendung eigentlich keinen Sinn. Ein Slave im Omni On/Mono-Modus empfinge ebenfalls ohne Kanaltrennung, gäbe allerdings von allen empfangenen Noten nur eine wieder.

Poly-Mode ( 3a; Omni Off, Poly )
Im Poly-Mode arbeitet jeder Synthesizer. In diesem Modus werden die Messages eines wählbaren Kanals polyphon wiedergegeben, die übrigen Kanäle ignoriert. Mit Messages sind übrigens nicht nur Noten gemeint, sondern auch Programmumschaltungen, Wheels, Pedale und andere Befehle.

Mono-Mode ( 4; Omni Off, Mono )
Der Mono-Modus, zu Anfang der Midi-Entwicklung noch recht verbreitet, wird heute in der Hauptsache bei Midi-Gitarren eingesetzt: Im Mono-Mode empfängt der Slave auf mehreren ( wieviele, das hängt vom Gerät ab ) Kanälen, allerdings pro Kanal monophon, also einstimmig. Werden mehr als eine Stimme empfangen, so wird der Rest ignoriert. Auch Controller und Programmumschaltungen werden pro Kanal getrennt verarbeitet.

Multy-Mode ( 3b; Omni Off, Poly )
Obwohl diese Betriebsart mittlerweile die gebräuchlichste ist, kommt sie in der Spezifikation nicht vor, da Geräte mit diesen Fähigkeiten zu Anfang der Midi-Entwicklung bestenfalls auf der Wunschliste standen. Der Multi-Mode ist eine Erweiterung des Poly-Mode. Deshalb trägt er die Bezeichnung 3b. Ein Multi-Mode-fähiger Slave ist in der Lage, mehrere Kanäle unabhängig von einander und polyphon wiederzugeben. Er simuliert damit mehrere Poly-Mode-Slaves, da auch hier Steuerelemente, Sounds und anderes pro Kanal separat verarbeitet wird.

Midi - Anschlüsse

Nach der Konvention sind vorgeschrieben: Optional kann installiert sein ( siehe auch unten unter Anmerkung! )

Die Funktionen der Buchsen im einzelnen:

MIDI-IN-BUCHSE

Hier werden die von einem externen Master eingehenden Midi-Daten empfangen und zur Verarbeitung an den internen Prozessor weitergeleitet.

MIDI-OUT-BUCHSE

Über diese Buchse werden Midi-Daten gesendet, die im Gerät selbst erzeugt werden. Synthesizer beispielsweise senden hier Programmumschaltungen, Klangdaten, Noten- und Controllerbefehle.
Effektgeräte übermitteln ihre Effekteinstellungen, Sequenzer zusätzlich ein Synchronisationssignal, welches externe Sequenzer oder Drumcomputer auf dem Laufenden hält.

MIDI-THRU-BUCHSE

Da fast jedes MIDI-Mastergerät nur einen MIDI-OUT besitzt, müssen Daten, die für mehrere Geräte bestimmt sind, vom Empfänger weitergereicht werden. Diese Aufgabe übernimmt der MIDI-THRU-Anschluß., Die am MIDI-IN eingehenden Daten werden unverändert über den MIDI-THRU wieder weitergegeben.

Anmerkung:

Es sollten nicht mehr als 3 Geräte hintereinander geschaltet werden, da es andernfalls zu Verzögerungszeiten oder sonstigen Übertragungsfehlern kommen kann. Für größere Systemformationen wurde spezielles Zubehör, wie beispielsweise ein MIDI-Expander entwickelt.

Beispiele für Anschlüsse

Midischaltung
Midischaltung
Midischaltung
Midischaltung

Midi-Equipment

Ausstattung zum Umgang mit Midi-Daten

Zum Umgang mit Midi benötigen wir

Das Eingabegerät mit Zubehör

zum Erzeugen der Midi-Information ( - z.B. ein Synthesizer oder ein midifähiges Keyboard.)
Als Eingabegerät dient in der Regel eine midifähige Tastatur.

Aufgrund der Tatsache, dass heute jedes elektronische Musikinstrument zumindest mit einer Midi-Schnittstelle ausgestattet ist, muß ein Synthesizer oder ein Sampler nicht mehr notwendigerweise eine Tastatur besitzen. Die Geräte können auch in einem separaten Gehäuse platzsparend in einem 19"-Rack integriert sein.
Sie werden dann z.B. per Midi-Kabel von einer separaten Tastatur angesteuert und bedient.
Mit Hilfe dieser - Masterkeyboards - können Musiker ganze Equippmenttürme zentral steuern.
Mittlerweile sind nicht nur Tasteninstrumente zum Einsatz unter Midi-Technik geeignet. Auch Saiteninstrumente, wie z.B. die - Midi-Gitarre -, werden dazu benutzt, Klangsynthesen in entsprechenden Klangerzeugern zu ermöglichen. Dabei werden die Schwingungen der einzelnen Gitarrensaite registriert und entsprechend der Tonhöhe in Midi-Daten umgewandelt.

Das Speichermedium / Das Abspielgerät

zum Speichern und Wiedergeben der Midi-Information ( - z.B. ein Computer mit entsprechender Software oder ein Sequenzer.)

Ein sogenannter Sequenzer oder aber ein Computer mit Sequenzer-Software ist das Medium, mit welchem die erzeugten Midi-Daten gespeichert - und später wieder ausgegeben werden können.
Viele Synthesizer oder Keyboards verfügen über einen integrierten Sequenzer für die Aufzeichnung und das Abspielen der Daten. Andere besitzen ein Diskettenlaufwerk, das allerdings häufig ausschließlich in dem speziellen "Firmen"-Datei-Format des benutzten Synthesizers arbeitet.
Wieder andere lassen die Verwendung von Speicherkarten zu.
Gemeinsam ist allen Sequenzern, dass keine Töne aufgezeichnet bzw. abgespielt werden sondern ausschliesslich Midi - Daten. Gerade, weil keine Töne verarbeitet werden, hat die Veränderung des Tempos keinen Einfluß auf die Tonhöhe. Jedes "Event" kann bei Midi-Technik separat bearbeitet werden. Das beinhaltet auch das Löschen, Schneiden, Kopieren u.s.w.
Jede Midispur kann hinsichtlich des zu spielenden Instrumentenklanges, des Timbres oder sonstiger Attribute / Parameter vollkommen unabhängig editiert und nach Belieben aneinander gereiht werden. Falsch eingespielte Noten können auch noch nachträglich hinsichtlich Timing und Notenwert verändert (-quantisiert und transformiert-) werden. Der Umfang der Bearbeitungsmöglichkeiten hängt natürlich auch von der Qualität der Hard- und Software ab, die Sie benutzen. Allerdings machen sich die Qualitätsunterschiede auch im Preisgefüge bemerkbar.
Midi-Dateien sind regelmäßig nur -kleinere- Dateien. So können Sie je nach Volumen Ihrer Komposition sicherlich eine ganze Menge an Liedern auf einer einzigen Computer-Diskette speichern. Es werden - wie schon erwähnt - ja keine Klangdaten aufgezeichnet, sondern nur digitale Impulse. Dies ist einer der Vorteile der Midi-Technik.

Abspielen / Klangausgabe

  • zum Abspielen der Klänge bedarf es eines Abspielgerätes
    ( - z.B. eines Midi-File-Players, eines Sequenzers.)
  • und eines Klangerzeugers
    ( - z.B. eines Synthesizers, eines Sound-Moduls, eines Samplers.)

Midifile - Player

Midifile-Player sind Geräte, die Midi-Dateien externer Geräte in der Regel auf Diskette abspeichern und später wieder zurücksenden können. Dies ist in erster Linie zum Archivieren von Klangdaten oder Sequenzen für die Bühne interessant.
Der Trend geht zu Geräten, die Sequenzen z.B. im Midi-File-Format lesen und auf der Bühne selbständig wiedergeben können.

Der Klangerzeuger

Grundsätzlich kann man elektronische Klangerzeuger im weitesten Sinne in Synthesizer und Sampler unterteilen.

Synthesizing

Der digitale Synthesizer erzeugt seine Klänge durch Rechenvorgänge in integrierten Schaltungen. Es werden vollkommen künstliche Klänge erzeugt. Durch entsprechende Modulation werden die Klänge der Phantasie des Künstlers angepaßt.

Sampling

Dem gegenüber steht die Arbeitsweise des Samplers. Bei diesem werden elektrische Signale über einen Analog-/Digital-Wandler in Zahlenfolgen umgeformt und aufgezeichnet. Das so entstandene digitale Sample (= Probe, Muster ) kann durch Rechenvorgänge bearbeitet und auf internen oder externen Speichermedien abgelegt werden. Zur Klangausgabe werden die Zahlenfolgen durch einen Digital-/Analog-Wandler wieder in elektrische Spannungen umgewandelt.
Der große Vorteil eines Samples ist es, dass sehr komplexe Klangkörper wie Streicher, Bläser, Schlagzeug u.a. von einem einzigen Musiker gespielt werden können.
In Verbindung mit der Midi-Schnittstelle lassen sich Samples von einem beliebigen Keyboard, Computer oder sogar einem midifizierten Instrument - wie Gitarre oder Klavier - spielen. Die Authentizität ist bei guten Samplern und Samples unübertroffen.

Peripheriegeräte

Auf dieser Seite will ich Ihnen Peripherie- und Systemgeräte vorstellen ( nützliche Helfer bei der Klangsynthese), die im Zusammenhang mit der Midi-Technik Verwendung finden. Die Aufzählung der Geräte ist nicht abschließend, schon gar nicht vollständig. Ich will beispielhaft nur die wichtigsten nennen und kurz deren Funktionen beschreiben.

  1. Midi - Expander ( Thru-Box )
  2. Effekt - Gerät
  3. Midi - Prozessor
  4. Midi - Datenfilter
  5. Midi - Converter
  6. Midifile - Player
  7. Soundmodul
  8. Midi-Patchbay

Aufzählung ist nicht abschließend!

Midi - Kanäle

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Realisation elektronisch erzeugter Musik ist die Kommunikation der einzelnen Geräte untereinander und die komplexe und zentrale Steuerbarkeit eines Systems bestehend aus Synthesizern, Samplern, Computern, aber auch Band- und Videomaschinen, ja sogar akustischen Musikinstrumenten.

Um größere Systeme realisieren zu können, müssen verschiedene Empfänger getrennt ansprechbar sein. MIDI realisiert dies durch die 16 -in Worten sechzehn- Midi-Channels.

So kann beispielsweise ein Midi-Recorder die Schlagzeugklänge eines Synthesizers auf Kanal 10 ansteuern, während der Baß eines Soundmoduls auf Kanal 1 gespielt wird, die Violine auf Kanal 2 usw.

Dabei wird das ganze Gerätesystem mit Kabel in Reihe geschaltet, wobei die Dateninformationen z.B. per MIDI-THRU weitergereicht werden.

Jede Systemkomponente erhält also die gleichen Daten auf allen zur Verfügung stehenden 16 Kanälen.

Welche Informationen die einzelne Komponente aus dem Datenfluß für sich selbst herausliest und verarbeitet, wird durch den Midi-Mode ( die Betriebsart ) bestimmt.

Bei der Einstellung der einzelnen Empfänger-Geräte ist auch möglich, die Art der verwendeten Daten in der Einstellung des einzelnen Gerätes zu ändern. So kann man beispielsweise durch Filter einstellen, dass von einem Sound-Modul ausschließlich Notenevents, aber keine Pgch-Daten verarbeitet werden - das Modul spielt zwar die Noten wie gehabtr, ändert aber nicht den Instrumentenklang. Ein anderes Gerät der Schleife könnte aber ( wenn so konfiguriert ) wunschgemäß den Sound an der Stelle, an welcher der Pgch-Befehl ausgegeben wird, wechseln.

Beispiel:
Das Sondmodul spielt lediglich die gewünschten Noten inclusive der Effekte, während auf demselben Kanal das Gitarren-Effektgerät zu dem voreingestellten Effekt wechselt.
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