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Diskussion : Musical Instrument Digital Interface
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Musical Instrument Digital Interface
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Allgemein
MIDI steht für engl
"Verbergen") 1 Definition 2 Funktion 3 Midi-Anschlüsse: Midi-In
Musical Instrument Digital Interface
Midi-Out
also etwa Digitale Schnittstelle für Musikinstrumente. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
Midi-Thru 4 Die Technik von Midi 5 Midi-Geräte 6 Midi über USB 7 Funktionsweise des Midi-Protokolls 7.1 Die übertragenen Bytes 7.2 Statusbytes 7.3 Controller 8 Weblinks [Bearbeiten]
Definition
Aufzeichnung und Wiedergabe von musikalischen Steuerinformationen zwischen digitalen Instrumenten oder einem PC
MIDI ist ein Datenübertragungs-Protokoll für die Übermittlung
Das MIDI-Protokoll wird von vielen Soundkarten in modernen Rechnern unterstützt
vorgestellt. Überwacht wird der Standard von der IMA (International MIDI Association)
Das Protokoll wurde zu Beginn der 1980er maßgeblich von Sequential Circuits und Roland entwickelt und erstmals 1983 auf der Namm-Show in Anaheim
USA
was MIDI ist
und wie es funktioniert
gibt in allen Einzelheiten Exploring MIDI (englisch) (http://music.northwestern.edu/links/projects/midi/expmidiindex.html) oder www.midiguide.de. [Bearbeiten]
Eine gute Vorstellung davon
Funktion
sondern besteht aus Befehlen zur Ansteuerung von digitalen Instrumenten oder einer Soundkarte
Das MIDI-Protokoll stellt keine Klänge dar
Dazu werden Befehle übermittelt
"Key velocity" (Anschlagstärke) und Tonhöhe
"Note-off" (Schalte Ton aus)
wie beispielsweise "Note-on" ("Schalte Ton ein")
Diese Anweisungen werden an einen Klangerzeuger (z.B
der sie dann entsprechend in Klänge umsetzt
Synthesizer) geschickt
Umgekehrt kann man auch auf einem Keyboard spielen und die dabei entstehenden Befehle aufzeichnen
Schaltern und Drehreglern zu beeinflussen
die beispielsweise dazu verwendet werden
Klänge umzuschalten oder Klänge mittels der Übermittlung der Daten von Knöpfen
MIDI stellt darüberhinaus auch eine ganze Reihe spezieller Befehle zur Verfügung
übertragen
die es im einfachsten Fall gestatten
Ferner können Geräte über die Leitung sogenannte Systemexklusive Meldungen
kurz SysEx
ein Backup des Speicherinhaltes eines Gerätes anzufertigen oder in ein Gerät ein neues Betriebssystem zu laden
Spielt man Musik auf einer MIDI-fähigen Tastatur und nimmt die MIDI-Signale auf
wesentlich kleiner sind
erhält man Dateien
die im Vergleich zur direkten Speicherung von Musik
bei der die Schallimpulse aufgezeichnet werden
Allerdings kann eine MIDI-Datei keine originalgetreue Wiedergabe gewährleisten
da der Klang beim Abspielen durch das Klangmodul bestimmt wird
So ist es beispielsweise möglich
eine Klavieraufnahme mittels MIDI mit einem Orgelklang abzuspielen
Das MIDI-Protokoll wurde ursprünglich für die gegenseitige Steuerung von digitalen Instrumenten wie Synthesizern
Sound- und Audio-Karten
Echo
sog
Samplern
Drumcomputern
Equalizer usw.)
Effektgeräten (Hall
Controllern (wie Master-Keyboards
Fader-Boxen usw.) entwickelt
dann aber schnell für Personal Computer adaptiert
Drum-Pads
Hardware-Sequenzer und Computer mit Sequenzer-Programmen (mittlerweile Audio-Produktions-Systeme) erlauben das Einspielen
Aufzeichnen
Bearbeiten und Ausgeben von MIDI-Daten
Eine Pionierrolle auf diesem Gebiet spielte der Atari ST
Er war standardmäßig mit einer MIDI-Schnittstelle ausgestattet
Die Entwicklung wichtiger MIDI-Programme wie Cubase oder Notator begann auf dem Atari ST
eine gute Wahl
die mit MIDI arbeiten
Heutzutage sind auch andere Computer-Plattformen (oft die "Nicht - Windows - Systeme") für die Musiker
Pegasos mit dem MorphOS (als eines der jüngsten Mitglieder der Computerplattformen) und Standard-PCs mit alternativen Betriebssystemen finden hierbei Verwendung
Commodore AMIGA
Apple Macintosh
Ein Beispiel für einen Multimedia-MIDI-Sequenzer ist das Programm "Bars&Pipes Professional"
das für den Commodore AMIGA geschrieben wurde
Ihm wird Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität nachgesagt
die sich auf MIDI-Programme spezialisiert hatte
Er wurde entwickelt von dem Programmierer-Team um Todor Fay und Melissa Jordan Gray der amerikanischen Musik-Software-Firma "Blue Ribbon Inc."
1995 wurde die Firma von Microsoft Inc. übernommen
Dort entwickelte das Team den musikalischen Teil des DirektX-Systems auf Windows-Systemen
Zur gleichen Zeit gab "Blue Ribbon Inc." alle seine kommerziellen Programme frei
2002 gründete das Team die Firma NewBlue Inc
Das Programm "Bars&Pipes" wird seit 2000 von Alfred Faust weiterentwickelt
nachdem Todor Fay den Quelltext dafür unter einer Microsoft-Lizenz freigegeben hatte
Weitere bekannte Sequenzer Programme sind das bereits erwähnte Cubase
und Cakewalk
das vor allem auf Apple Macintosh-Rechnern Verbreitung gefunden hat
Was MIDI auch kann
zeigt der japanische Musiker Susumu Hirasawa
der mit einem Commodore AMIGA und "Bars&Pipes Professional" arbeitet
jedoch wurden diese in Soundfonts gespeichert
Später dann nutze E-Mu einen Teil des älteren DLS-Formates von Microsoft um Töne zu erzeugen
Das Format ist heute immer noch populär. [Bearbeiten]
Midi-Anschlüsse: Midi-In, Midi-Out, Midi-Thru
Es existieren drei verschiedene Midi-Anschlüsse: Midi-In
Midi-Out und Midi-Thru
Midi-In wird von einem Gerät zum Empfang verwendet
Midi-Out wird zum Senden verwendet
Midi-Thru schickt auf Midi-In empfangene Signale weiter
verbindet man Midi-Out des Keyboards mit Midi-In des Synthesizers
Will man mit einem Keyboard einen Synthesizer steuern
Sollen mit einem Keyboard zwei Synthesizer (A und B) angesteuert werden
verbindet man Midi-Out des Keyboards mit Midi-In des einen Synthesizers A sowie Midi-Thru des Synthesizers A mit Midi-In des Synthesizers B
Ein häufig anzutreffendes Szenario ist der Einsatz eines Computers mit entsprechender Software als Sequencer sowie der Anschluss eines Keyboards oder elektronischen Pianos zum Einspielen der Noten und mehreren Synthesizern zur Klangerzeugung
Midi-Out des Computers mit den Midi-In der Synthesizer
ggf. verkettet über Midi-Thru. [Bearbeiten]
Dabei wird üblicherweise das Keyboard mit Midi-Out an Midi-In des Computers angeschlossen
Die Technik von Midi
Im Prinzip ist Midi eine mit RS-232 vergleichbare Schnittstelle für serielle Datenübertragung
Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt dabei 31250 Bits pro Sekunde
Jeder Midi-Befehl trägt neben seiner Befehlskennung und den Befehlsdaten auch eine Kanalnummer
also 16 Kanäle ansteuern
Die Kanalnummer ist 4 Bits groß
es lassen sich dadurch 2^4
Je nach Software sind die Kanäle 0-15 oder 1-16 durchnummeriert
wobei die Nummerierung von 1-16 üblich ist. [Bearbeiten]
Midi-Geräte
Ein Gerät mit Midi-Schnittstelle nennt man Midi-Gerät
sowie Zusatzgeräte: Expander: Ein Expander ist ein externer Klangerzeuger
Dabei existieren unter Anderem folgende Geräte
meist ein Synthesizer. Synthesizer: Die meisten Synthesizer verfügen über eine Midi-Schnittstelle. Keyboard: Ein Keyboard enthält meist einen kleinen Synthesizer sowie eine Midi-Schnittstelle. Workstation: Eine Kombination aus Synthesizer und Masterkeyboard wir als Workstation bezeichnet. Sequencer: Der Sequencer dient dem Arrangement eines Musikstückes
die meist mit einer Midi-Schnitsttelle ausgestattet sind
Software-Sequencer mit Midi-Unterstützung haben sich auf dem Markt durchgesetzt. Midi-Interface für PC: Meist handelt es sich um einen Adapter
der den Gameport der Soundkarte in ein Midi-Interface mit 1 Midi-In
1 Midi-Out und 1 Midi-Thru verwandelt
Es gibt auch Midi-Interfaces für den Gameport mit mehreren Midi-Out-Kanälen
Diese bieten den Vorteil
dass die bei der Reihenschaltung von Geräten über Midi-Thru/Midi-In entstehende Latenz vermieden werden kann
d.h. auf allen Midi-Out-Kanälen liegt dasselbe Midi-Signal an
Bei diesen Midi-Interfaces handelt es sich aber üblicherweise um synchrone Interfaces
Die Zahl der Kanäle bleibt auf 16 beschränkt. Midi-Interface für Atari ST: Der Atari ST verfügt über eine eingebaute Midi-Schnittstelle
1 Midi-Thru und meist 3 Midi-Out
Eine Nachrüstung ist nicht notwendig. Midi-Interface für Amiga: Beim Commodore Amiga sind die meisten Midi-Interfaces Adapter für die serielle Schnittstelle mit 1 Midi-In
Es gibt sowohl synchrone als auch asynchrone Midi-Interfaces
Bei einem asynchronen Midi-Interface sind die verschiedenen Midi-Out-Schnittstellen unabhängig voneinander ansteuerbar
Bei 3 Midi-Out-Schnittstellen gibt es also 48 Midi-Kanäle (3x16). Midi über USB: Midi lässt sich über USB tunneln. Effektgeräte: Zahlreiche Effektgeräte lassen sich über Midi fernsteuern. Musikinstrumente: Für viele Musikinstrumente existieren Abnehmer zur Erzeugung von Midi-Signalen. Siehe auch: Audio Stream Input/Output (ASIO) Sequenzer Synthesizer Sampler Soundkarte Soundfont [Bearbeiten]
Midi über USB
Immer häufiger anzutreffen ist der Einsatz von USB statt klassischem Midi
d.h. aus Sicht der Midi-Software handelt es sich um eine normale Midi-Verbindung
Dabei wird USB zum Tunneln von Midi verwendet
um die Midi-Daten zu transportieren
Die Hardware bedient sich jedoch des USB-Bus anstelle der klassischen Midi-Schnittstelle
Diese Lösung bietet mehrere Vorteile. USB-Schnittstellen gibt es an jedem (neueren) Rechner. USB ist im Vergleich zu klassischem Midi sehr schnell
Low-Speed USB 1.1 bietet 1
5 MBit/s
Full Speed USB 1.1 bietet 12 MBit/s
High Speed USB 2.0 bietet gar 480 MBit/s
Im Vergleich dazu: Klassisches Midi ist 31250 Bits/s
Bereits Low-Speed USB 1.1 ist also mehr als 45 Mal so schnell
eignet sich USB auch für die Echtzeit-Übertragung unkomprimierter Klanginformation
keine Töne selbst transportiert
High Speed USB 2.0 ist mehr als 15000 mal schneller als klassisches Midi. Aus der hohen Geschwindigkeit ergeben sich weitere Vorteile: Während Midi nur Instrumentsteuernde Daten
Für CD-Qualität wird dazu eine Geschwindigkeit von ca
1
für Studio-Qualität z.B. bei 32 Bit / 96 kHz in Stereo 6 MBit/s. Es lasesn sich über USB mehrere virtuelle Midi-Verbindungen realisieren
wodurch die begrenzte Zahl der Kanäle von 16 pro Midi-Verbindung praktisch keine Rolle mehr spielt. Die bei klassischem Midi oft zeitraubende Übertragung komplexerer Sysex-Meldungen wird bei USB auf einen Echtzeit-tauglichen Augenblick reduziert
5 MBit/s benötigt
Die Echtzeitansteuerung zahlreicher komplexer Synthesizer-Parameter wird dadurch sehr erleichtert. [Bearbeiten]
Funktionsweise des Midi-Protokolls
Midi verwendet kurze Bytefolgen
um Signale auszutauschen
dass das Signal von einem Signalgeber wie einem Keyboard an einen Klangerzeuger wie einen Synthesizer geschickt wird
Im Allgemeinen wird davon ausgegangen
bearbeiten und wiedergeben. [Bearbeiten]
Das Signal lässts ich aber auch mit einem Sequencer als Musikstück aufzeichnen
Die übertragenen Bytes
Die folgenden Tabellen erfordern ein Verständnis des Hexadezimalsystems
Ein Byte ist aus zwei Hexadezimalziffern (0..9 A..F) aufgebaut
Eine einzelne Hexadezimalziffer als Halbbyte wird auch Nibble genannt
das Byte kk für die Note (k = key)
Das Nibble n steht für die Kanalnummer (n = number)
das Byte vv für den Wert (v = value)
Die Kanalnummer reicht von 0-15
also 1-16 statt 0-15
In vielen Programmen wird bei der Darstellung der Kanalnummer die tatsächliche Kanalnummer um 1 erhöht dargestellt
das einen Befehl im Midi-Strom enthält
Ein Statusbyte ist ein Byte
Auf einen Befehl folgt eine passende Anzahl Datenbytes
fordert das Midi-Protokoll die Fähigkeit
Statusbytes von Datenbytes zu unterscheiden
Um einen unterbrochenen Datenstrom jederzeit korrekt wieder aufzunehmen
Dazu definiert Midi
das erste Bit eines Datenbytes dagegen ungesetzt (0)
dass das erste Bit eines Statusbytes gesetzt (1) ist
die von Datenbytes dagegen zwischen 0x00 - 0x7F
Daraus folgt
dass die Hexadezimaldarstellung von Statusbytes im Bereich 0x80 - 0xFF liegt
Einige Geräte halten sich nicht immer an diese Konvention
dass die Bytes 0x00 - 0x7F als Wertebereich von 0 bis 127 interpretiert werden
Für Datenbeits gilt meist
was für den Midi-Kanal steht
auf dem der Befehl ausgeführt wird
Außerdem gilt für Statusbytes
dass das zweite Nibble immer n ist
Die Beispiele werden an anhand von Tasten eines Tasteninstruments wie eines Keyboards erläutert
sind aber auf jedes Midi-fähige Instrument übertragbar
z.B. auch eine Midi-Gitarre. [Bearbeiten]
Statusbytes
Das Statusbyte ist immer das erste übertragene Byte einer zusammengehörigen Midi-Nachricht
hat also die Bedeutung des Loslassens einer Taste
Release velocity Note Off Beendet das Spielen der angegebenen Note
Das erste Bit des Statusbytes ist immer 1 (gesetzt). Statusbytes Bytes (hexadezimal) Folgebytes Status Erläuterung 0x8n kk vv Note
Anschlagsdynamik Note On Beginnt das Spielen einer Note
Wurde die Note vorher garnicht gespielt
wird dieses Signal einfach ignoriert. 0x9n kk vv Note
für alle Tasten gemeinsam. 0xEn vv [vv] Wert1
Dynamic Polyphonic Aftertouch Beschreibt das Ändern des Tastendrucks während die Taste bereits gedrückt ist
für jede Taste einzeln. 0xBn cc vv Controller
je nach Gerät mit 7
die der Druckstärke auf die Taste in 128 Schritten von 0 (praktisch garnicht) bis 127 (sehr stark) entspricht. 0xAn kk vv Note
Wert Control Change Ändert den Zustand eines Controllers (siehe nächster Abschnitt) (cc = Controller) 0xCn pp Programmnummer Program Change Legt das für den angegebenen Kanal zu spielende Instrument fest (pp = Program Number) 0xDn vv Wert Monophonic Aftertouch Beschreibt das Ändern des Tastendrucks während die Tasten bereits gedrückt sind
Wert2 (optional) Pitch Bending Einstellung des Pitchbend-Rades
256 oder 16536 verschiedene mögliche Werte). 0xFn xx..
Zusätzlich wird die Anschlagsdynamik angegeben
8 oder 14 Bit (128
Geräteabhängig System Message Steuermeldungen
Länge ebenfalls Gerätespezifisch (xx = Datenbytes) [Bearbeiten]
häufig Geräte-spezifisch
Controller
Für jemanden
der Midi einsetzen möchte
sind die meisten Midi-Nachrichten und ihr Aufbau von vergleichsweise geringem Interesse
Große Bedeutung haben jedoch die Controller
da sich mit ihnen auf einfache Art und Weise Gerätespezifische Klangparameter des aktuellen Instruments einstellen lassen
aus der mit Program Change (0xCn pp) das Instrument gewählt werden kann. 0xBn 01 vv Modulation MSB Stellung des Modulationsrades 0xBn 04 vv Foot Controller MSB Stellung des Fußpedals 0xBn 05 vv Portamento Time MSB Dauer des übergangslosen Gleitens zwischen zwei Tonhöhen 0xBn 06 vv Data Byte Datenbyte für einen RPN- / NRPN-Controller 0xBn 07 vv Main volume Gesamtlautstärke 0xBn 0A vv Panorama position Positionierung im Raum (links ... mittig ... rechts) 0xBn 0B vv Expression Ausdrucksstärke des Klangs 0xBn 62 vv NRPN LSB Niederwertiges Byte eines NRPN-Controllers 0xBn 63 vv NRPN MSB Höherwertiges Byte eines NRPN-Controllers 0xBn 64 vv RPN LSB Niederwertiges Byte eines RPN-Controllers 0xBn 65 vv RPN MSB Höherwertiges Byte eines RPN-Controllers 0xBn 78 vv all sounds off Klangerzeugung sofort einstellen (vv hat keine Bedeutung) 0xBn 79 vv Controller Reset Setzt alle Controller auf ihre Ursprungswerte 0xBn 7B vv all notes off Spielen einstellen - sämtliche Noten werden ausgeschaltet
vv = neuer Wert für den Controller (vv = value). Wichtige Midi-Controller Byte (hexadezimal) Controller Erläuterung 0xBn 00 vv Bank select MSB Auswahl der Klangbank
üblich ist 1 - viele Geräte ignorieren vv und stellen auf 1-stimmig) 0xBn 7F vv poly on / mono off Das Gerät soll mit maximaler Anzahl an Stimmen spielen [Bearbeiten]
die Klänge durchlaufen jedoch noch ihre Release-Zeit (d.h. sie klingen ab) (vv hat keine Bedeutung) 0xBn 7C vv omni off Das Gerät soll nur auf programmierte Kanäle reagieren (vv haben keine Bedeutung) 0xBn 7D vv omni on Das Gerät soll auf allen Kanälen gleich reagieren (vv hat keine Bedeutung) 0xBn 7E vv mono on / poly off Das Gerät soll nur mit einer begrenzten Anzahl Stimmen spielen (vv = Stimmenzahl
Die wichtigsten Controller sind (das erste Byte ist immer 0xBn mit n = Kanalnummer): Sämtliche Controller sind nach dem Schema 0xBn cc vv aufgebaut mit n = Kanalnummer (number)
cc = Art des Controllers (cc = controller)
Weblinks
MIDI suchmaschine (http://midi.ithaki.net/) Scott Joplin
Ragtime Dance Videogame Music Archive (http://vgmusic.com/) NewBlue Inc. (http://www.newblueinc.com) Alfred Faust (http://www.alfred-j-faust.de) (Bars&Pipes) Cubase (http://www.cubase.com) Sequenzer Noteworthy Composer (http://www.noteworthysoftware.com) Sequenzer GNMIDI (http://www.gnmidi.at) MIDI Werkzeuge Powertracks (http://www.pgmusic.com) Sequenzer www.piano-midi.de Classical Piano midi Seite Offizielle Steinberg Homepage (Cubase/Nuendo) (http://www.steinberg.net) Offizielles Steinberg Cubase Userforum (http://www.cubase.net/phpbb2/index.php) Offizielles Steinberg Nuendo Userforum (http://www.nuendo.com/phpbb2/index.php) Offizielle Apple Logic Homepage (http://www.apple.com/logic/) Deutsche Usersite über Logic inkl
User-Forum (http://www.logicuser.de/) Offizielle Cakewalk Homepage (Sonar) (http://www.cakewalk.com/) Offizielle Magix Samplitude/Sequoia Homepage (http://www.samplitude.de/) Offizielle Seite der MIDI Manufacturers Association (http://www.midi.org/) Deutschsprachige Seite zur MIDI Spezifikation von T.Paul Fischer (http://home.snafu.de/sicpaul/midi/midi0a.htm) Englischsprachige Seite zur MIDI Spezifikation von J.Glatt (http://www.borg.com/~jglatt/) en:Musical Instrument Digital Interface fi:MIDI fr:Musical Instrument Digital Interface it:Musical Instrument Digital Interface ja:MIDI nl:MIDI pl:MIDI ru:MIDI sv:MIDI
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