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什么是MIDI?MIDI有什么作用?

摘自: 键盘中国中文期刊|2020-02-26 09:35|作者: 面包Faithfull

文章摘要:MIDI全称是Musical Instrument Digital Interface,翻译成中文就是:乐器数字接口

MIDI发展到今日,比以往任何时候都重要,其实除了音乐人外,所有人都有必要知道它能为世界做些什么。


从台式电脑到智能手机,再到电子乐器,数码生活完全融入了我们的生活。电脑里面一直有一种处理数字和字母的语言,所以你可以做电子表格和写信。但他们没有音乐语言-这就是MIDI的全部内容,非常容易理解它的本质。


这里有个类比。要用电脑打印一封信,你可以在它的QWERTY键盘上键入。这将使用一种称为ASCII(美国信息交换标准代码)的计算机语言,向您的计算机发送与您键入的字母相对应的数据。


这个标准化的代码集表示字母、数字和符号。因为计算机讲的是ASCII,文字处理器可以在屏幕上显示这些字母。因为你的打印机使用ASCII码,所以计算机可以将数据从文字处理器发送到打印机,打印机将打印出你的信件。


MIDI也是一种语言-一组标准化代码,表示音乐参数,如音高、动态、节奏等。它的工作原理与上面给出的ASCII示例类似:在MIDI兼容的键盘上播放音符,该键盘将数据发送到与所播放内容相对应的计算机。录音或记谱程序可以识别这些音符并将其显示在屏幕上。


然后,您可以将计算机中的MIDI数据发送到与MIDI兼容的音频发生器(可以将其视为音乐打印机),它可以复制您最初在键盘上播放的内容。您也可以通过将键盘直接连接到与MIDI兼容的音频发生器来实时使用MIDI。


MIDI全称是Musical Instrument Digital Interface,翻译成中文就是:乐器数字接口。是20世纪80年代初为解决电声乐器之间的通信问题而提出的。MIDI是编曲界最广泛的音乐标准格式,可称为“计算机能理解的乐谱”。


它用音符的数字控制信号来记录音乐。一首完整的MIDI音乐只有几十KB大,而能包含数十条音乐轨道。几乎所有的现代音乐都是用MIDI加上音色库来制作合成的。MIDI 传输的不是声音信号, 而是音符、控制参数等指令, 它指示MIDI 设备要做什么,怎么做, 如演奏哪个音符、多大音量等。它们被统一表示成MIDI 消息(MIDI Message) 。传输时采用异步串行通信, 标准通信波特率为31.25×( 1±0.01) KBaud。


重要的是要记住MIDI不是音频,而是数据。MIDI不会产生声音;它是一种触发声音的计算机语言。下面是标准的五针MIDI接口图:


MIDI的起源故事


每个超级英雄都需要一个起源故事,而MIDI也不例外。早在80年代,合成器就变得越来越便宜和流行。但每次你买合成器的时候,都会有一个键盘。虽然这导致了一些视觉上令人印象深刻的舞台设置,然而你只有两只手。


为了避免这种浪费(和昂贵)的冗余,戴夫·史密斯Dave Smith(现在美国合成器品牌Sequential的CEO及创始人)在1981年向音频工程学会提交了一篇关于“通用合成器接口”的论文,后来成为我们今天所知道的MIDI的基础。


这个概念很简单:你可以有一个单一的主键盘,它可以生成与你所用的乐器产品对应数据。然后,这些数据可以提供一个音频发生器,该发生器能够理解所接收到的数据,因此能够产生与您所演奏的内容相对应的声音。


更重要的是,你可以同时触发多个音频发生器,以分层声音或购买一些硬件音源,而不必改变键盘控制器。这种流线型的舞台设置戏剧性地降低了合成器的价格,并为音乐家开辟了全新的可能性。


一台能够兼容MIDI格式的是一个由Dave Smith制作、叫做Sequential Prophet-600的合成器,它在1982年12月退出市场。 在当时的青少年游戏玩家中流行的Atari以及Commodore64型计算机也能通过一个5针的线缆控制另一端的MIDI乐器。


除了定义一种语言外,MIDI还需要能够发送和接收MIDI数据的硬件,包括可以将MIDI控制器(如键盘)连接到MIDI音调发生器的电缆规范。幸运的是,当时整个音乐行业都看到了MIDI的优点,并同意使用一个简单的硬件接口,只需花费2美元就可以添加到类似齿轮的键盘上。


制造商们认为,如果这个“新的MIDI产品”成功了,那就花了2美元——如果没有,那也不算什么损失。为了使连接系统更加容易,MIDI被设计成“菊花链”——换句话说,使用多个MIDI兼容单元,一个设备的MIDI输出可以输入另一个设备的MIDI,而它的MIDI输出(或MIDI-thru,它只是在不做任何更改的情况下传递数据)可以输入另一个设备的MIDI,依此类推。


1983年,最初的MIDI规范最终确定下来。Sequential和Roland公司演示了两个合成器在NAMM(美国音乐商协会,也是我们现在常说的美国乐器)的贸易展上交换MIDI数据。


在一个厌倦了Beta与VHS、Mac与Windows、FireWire与USB等格式战争的世界里,MIDI不仅作为一项技术成就,而且作为一个音乐行业有多酷的例子,以及当公司为了客户的利益而合作时所产生的巨大成果。从那时起,它通过适应新技术(如USB-MIDI)并获得控制大量设备的能力,经受住了时间的考验。


上图是出色的MIDI设置。键盘控制器通过标准的MIDI连接线将MIDI数据发送到MIDI控制的效果设备、桌面合成器,甚至灯光/雾机控制器。它还通过USB向运行MIDI兼容软件的计算机发送MIDI数据。


转眼间40年了,MIDI会不会被过时?


不会,也没有。有三个很好的原因:MIDI语言表示音乐参数,这些参数没有改变。人们仍在演奏音符,音符仍有音高,歌曲仍有节奏,曲调和颤音仍存在,动态控制仍然是音乐的重要情感成分。除非人们停止播放音乐,否则MIDI将永远不会过时。


第二个原因是,因为它是一种语言,所以不在乎你使用什么技术。MIDI数据可以通过硬件电缆、USB、Thunderbolt、网络上的数据流,甚至苹果的Lightning连接器传输,


MIDI数据不在乎你使用什么操作系统,只要你运行的程序是MIDI,就像任何一种语言:我们不会因为电脑的发明或者打字机或者视频会议出现就停止说我们的语音。


第三个原因,也许最重要的是:由于MMA(MIDI制造商协会)和日本AMEI(音乐电子工业协会)密切合作,全行业的合作气氛也在促进规范的不断发展。


MIDI已经扩展到控制灯光、触发烟火、在录音室提供自动化等等。硬件MIDI乐器已经被虚拟的、基于软件的乐器连接起来,这些虚拟乐器活生生生活在你的电脑里,可以说是MIDI赋予的。


生成MIDI数据的控制器不再局限于键盘,它们现在包括MIDI鼓控制器、吉他控制器、其他电声乐器的控制器、音频到MIDI转换器(硬件和软件;参见下图)等。


上图:Melodyne Essential是名流Melodyne软件家族的入门版本,它可以将音频信号转换成MIDI数据。在PreSonus Studio One中,Melodyne已将吉他上弹奏的低音(标记为1的音轨)转换为MIDI数据,并将数据拖到乐器音轨(2)中,并在MIDI编辑器钢琴卷帘窗口(3)中打开,以便将其调低倍频程并驱动软件合成器。


随着最近MIDI 2.0的发布,MIDI已经准备好再次升华。但MIDI2.0并没有让MIDI 1.0过时,它只是扩展了它。现有的MIDI 1.0设备将继续在MIDI 2.0环境中工作,甚至也可以获得MIDI 2.0的部分新功能。


语言本身


很多MIDI文章都会讨论bits和bytes,我觉得现在不需要知道这些,就像你在QWERTY键盘上输入时需要知道组成字母“A”的代码一样。MIDI语言涉及两大领域:音乐表达和计时/同步,最重要的是前者。


Controller这个词有两种不同的含义:A)控制声音发生器的设备(如键盘),B)特定类型的MIDI信息,为了保持思路清晰,在讨论MIDI数据时,我们将参考Controller Messages或Message Numbers。


当你演奏一个不同的音符时,它会有不同的音高出现,以及当你用多大力气弹键盘时,你的力气有一种清晰的方式测量动态。当你弹奏一个键用最快速的速度,键盘从你接触到结束时间会缩短,当你轻轻地触摸按键时,按键要花更多的时间从你接触的位置开始到结束,通过测量从开始触摸到离开键盘时间,得出与动态匹配的一个值,这就是:Controller Messages。


以下是生成Controller Messages的一些最常见的硬件设备:


音高弯音轮:大多数键盘控制器都有轮子或杠杆,你可以移动它们来改变音高,就像吉他手弯曲琴弦或小提琴手柔弦一样。Native Instruments Komplete Kontrol S88 MK2的控制器轮子,可以旋转以改变音调(左)和调制(右):


触后:键盘发送的数据与按键结束后施加的压力相对应。例如,您可以按该键弯曲音调或添加可控震源。压力数据可以代表所有按键的平均值,而更罕见的复音触后,为每个被按住的音符生成单独的压力数据,例如Expressive E发布新款多维度Osmose合成器键盘,号称有史来较具表现力的键盘。


Native Instruments Komplete Kontrol S系列MIDI键盘拥有完整的控制器功能之余,还多出调制轮下方的带状控制器,这些全部都是由MIDI产生的Controller Messages。


然而,要知道,因为MIDI的规格是如此之多,并不是所有的MIDI设备都必须实现MIDI规格的所有规格。例如,键盘可能不会实现复音触后,家庭型电钢琴会没有一个Mod轮等等。


这里已经很清楚表明,我们在操作控制器时处理数据—可以让所有都知道MIDI是如何组织这些参数的。


Channel Number


弹奏音符时,可以选择通过16个MIDI频道中的任意一个发送。这很有用,原因有很多。假设你有一个能发出美妙钢琴声音的音源发生器,还有一个能发出美妙的管弦乐声音的第二个音源发生器。


将控制器设置为通过通道1传输,将钢琴和弦乐模块设置为通过通道1接收,然后将同时触发这两个模块声音。但也许你想在一些歌曲上弹钢琴,在其他歌曲上弹弦乐。将钢琴设置为声道1,将琴弦设置为声道2,然后选择通过键盘上的声道1或声道2进行传输,具体取决于要听到的声音。


通道也是MIDI排序的关键部分,这是将MIDI数据记录到计算机中的过程,是MIDI相当于多声道音频记录的过程。假设您要录制数据以触发MIDI控制的鼓声,然后要录制其他数据以触发MIDI控制的低音,最后要录制数据以触发MIDI控制的钢琴音调模块,如果没有通道选择,所有的乐器都会同时演奏相同的音符。


但如果你把鼓的音符记录在1号通道,低音的音符记录在2号通道,钢琴记录在3号通道,那么每一种乐器都只会弹回为它准备的音符。注意,不同的数字没有特别的含义——这些音符也可以记录在4、11和16频道上。常见的通道分配是默认的鼓声是10频道,但这不是一个规范和规定。


一些控制器通过多个信道传输。例如,MIDI吉他控制器可以在允许其通过自己的通道发送每个字符串的数据的模式下操作。所以下面的两个弦可以触发低音,而上面的四个弦可以触发风琴声。


通道对于多音段硬件和虚拟仪器也很重要,它们可以同时播放许多不同的声音-例如,为歌手/歌曲作者提供一个完整的带有多个乐器声音的备份音轨(下图)。


这些是与MIDI音序器一起使用的流行乐器选择,因为您可以将不同的数据通道录制到MIDI音序器中,将多音乐器中的声音分配给相应的通道,并回放完整的乐曲。


IK公司的SampleTank 4综合音源可以同时演奏16种不同的声音。上图显示的八种声音响应通过各自通道传入的MIDI数据。


当MIDI规范被创建时,16个频道看起来已经足够了——毕竟,有多少人能买得起16个硬件合成器?不过,随着时间的推移,人们希望能够对更多的声音进行排序,使用触发灯光和音乐的频道等等。解决方案是具有多个MIDI端口的硬件接口,每个端口处理16个通道,如下图:


iConnectivity的iConnectMIDI4+是一个4端口的MIDI接口(另一个端口在前面板上),用于Mac、Windows和iOS。它提供64个MIDI通道,可扩展到更多端口,甚至可以成为计算机网络的一部分。


又例如,具有四个端口的MIDI硬件接口可以通过16 x 4=64个通道发送数据。MIDI还衍生了一些附件,如MIDI合并(因此,具有不同控制器的多个播放器可以用一个声音发生器“干扰”-参见下图),MIDI拆分器将一个MIDI输入发送到多个MIDI输出。


上图是来自MIDI Solutions的Quadra可以合并四个单独的MIDI流,并将合并的流分布在两个MIDI输出上。


Message Numbers


尽管控制器编号分配不是一成不变的,但有些控制器多年来已获得了标准默认值:1用于可控震源等调制,7用于音量,4用于踏板,64用于支撑踏板等。弯音轮被认为非常重要,它有自己的专用弯曲信息。


与通道一样,发送数据和接收数据的控制器编号分配需要匹配才能获得预期结果。MIDI仪器和信号处理器将控制器编号与特定参数相关联。其中一些分配是固定的;例如,虚拟合成器可以将滤波器截止固定在控制器编号74处。


因此,如果要使用脚踏板控制滤波器截止,则需要将脚踏板分配给发送控制器74处,如下图:


或者,合成器可以让您为任何控制器编号分配参数。因此,如果要使用默认为控制器编号4的踏板来控制过滤器截断,可以将过滤器截断参数指定为4-那么踏板将控制过滤器截断。


如何简化这些流程?


如果你看到这里觉得非常繁琐,产品制造商其实也认识到,识别和分配控制器的整个过程可能令人觉得头痛,因此他们采取了三种方法来简化这个过程。


MIDI Learn:这包括选择要控制的参数,并将其指示为“MIDI Learn”。通常,通过右键单击要与硬件控件关联的软件控件(虽然这不是标准-您可能需要移动单击,调用菜单或其他做错)。


一旦你选择了MIDI Learn,这个参数会一直等到你移动你想要使用的硬件控制器,比如一个mod轮,脚踏板等等。这就是它的全部功能-任务完成了(下图)。同样,您也可以选择“MIDI Forget”来取消参数分配。


MIDI Mapping:MIDI映射。很多键盘控制器包括音量控制器、旋转控件、开关和其他物理控制器,您可以将它们分配给DAW、合成器或效果处理器中的参数。


尽管您可以自己分配这些参数,但为了简化问题,一些键盘控制器包括将硬件控制器映射(分配)到选定程序中特定软件参数的模板。随着产品的发展,这种集成是一个不断变化的目标,因此如果你具体了解哪一个MIDI键盘的情况,建议你询问野雅绫乐器的产品专家,模板是否可用于特定的DAW或您使用的效果。


到目前为止,较先进的MIDI映射版本是Native Instruments的NKS 2.0(Native Kontrol System)协议,在其Komplete Kontrol键盘中提供。


    它的起源是提供手动控制,主要使用八个触摸敏感的旋转控制和八个按钮,以控制Native Instruments的锻件合成器(特别是其Komplete 12音色包中的合成器)的参数。


    这些都是预先指定的,键盘上的显示显示哪些旋钮控制哪些参数,所以您不需要知道MIDI或分配,就可以调整带有旋钮和按钮的控件。后来,该规范向其他仪器和效果开发人员开放,如Waves、Arturia和Applied Acoustic Systems。


    上图是NKS兼容的Chromaphone,来自Applied Acoustics Systems被加载到Komplete Kontrol主机软件中(连同Waves的Abbey Road Plates效果和IK Multimedia的TR5磁带回声插件)。然后可以从Komplete Kontrol键盘的旋钮和按钮编辑这些插件的参数。

    使用Komplete-Kontrol系统的MIDI键盘,您可以将Komplete-Kontrol插件主机(其中显示所有可用的NKS兼容插件)加载到计算机的录制软件中。可以使用Komplete Kontrol的屏幕用户界面或硬件Komplete Kontrol键盘将插件加载到Komplete Kontrol里面。加载后,可以通过键盘控制参数。


    请注意,Komplete-Kontrol键盘是一款通用的MIDI控制器键盘,但当与NKS兼容的插件一起使用时,它们比任何品牌的MIDI键盘更有自己的特点,更方便和软件融合度更高。


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