Der MIDI-Standard - Das Wichtigste zum Musical Instrument Digital Interface

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Die Entstehungsgeschichte

3. Die Funktionsweise
3.1. Das Binärsystem
3.2. Die MIDI-Ports
3.3. Die Schnittstelle
3.4. Die Vorgänge auf einer MIDI-Leitung

4. MIDI-Messages
4.1. Channel Messages
4.2. System Messages
4.3. Das Datenformat

5. Die wichtigsten MIDI-Befehle
5.1. Note-On und Note-Off
5.2. Program-Change
5.3. Control-Change

6. Synchronisationsformate
6.1. MIDI-Clock
6.2. SMPTE-Code
6.3. MIDI-Time-Code (MTC)
6.4. MIDI-Machine-Control (MMC)

7. Kurzfazit

8. Quellenverzeichnis

1. Einleitung

Diese Ausarbeitung soll Grundlegendes zum Thema MIDI in schriftlicher, sowie einfach gehaltener Form wiedergeben. MIDI steht für „Musical Instrument Digital Interface“, was soviel wie „digitale Schnittstelle für Musikinstrumente“ bedeutet. Diese Schnittstelle ermöglicht es Instrumenten, Synthesizern, Effektgeräten, digitalen Mischpulten und Computern, direkt miteinander zu kommunizieren (Noll 1994; 25). Der erste Teil der Ausarbeitung stellt nun zur Einstimmung zunächst die Entstehung des MIDI-Standards und seine weitere Entwicklung vor. Der zweite Teil befasst sich mit der Funktionsweise des MIDI und legt damit die Basis für den dritten Teil, der dann Typen und Datenformat der MIDI-Messages an sich ein wenig beleuchtet. Daraufhin geht der vierte Teil genauer auf die wichtigsten MIDI-Befehle ein; der fünfte Teil bietet eine Abhandlung der im Zusammenhang mit dem MIDI zum Einsatz kommenden Synchronisationsformate MIDI-Clock, SMPTE, MTC und MMC. Der letzte Teil liefert abschließend ein kurzes Fazit.

2. Die Entstehungsgeschichte

Ein zeitlicher Abriss

- 1981 beginnen die ersten Vorarbeiten zur Koppelung von Synthesizern. Dabei sollen die in den Synthesizern enthaltenen Mikroprozessoren, die die interne Klang-speicherung des Instrumentes übernehmen, miteinander verbunden werden, um so die Kommunikation von zwei Synthesizern möglich zu machen (Kaiser-Kaplaner 2002).

- 1983 gelingt diese Verbindung zwischen Sequential Circuits (Prophet 600) und Roland (Jupiter 6), die daraufhin ihr erstes Keyboard mit dieser Standardschnittstelle vorlegen (Kaiser-Kaplaner 2002).

- Im selben Jahr legt die MMA (MIDI Manufacturers Association) die Vorschriften für die MIDI Hard- und Software in der MIDI-Spezifikation fest. Um die Einhaltung dieser Spezifikation zu überwachen, wird in den Los Angeles die Internationale MIDI Association (IMA) gegründet (Hofmann 1998).

- 1988-1990 erfolgt die Einigung auf ein Standard-MIDI-File-Format (SMF). Dieser Standard gewährleistet, dass alle abgespeicherten Musikstücke auch auf verschiedene Computertypen geladen und in allen Musikprogrammen bearbeitet werden können (Kaiser-Kaplaner 2002). Bisher gibt es bei diesen Files drei Formate:

1. Bei Format 0 sind alle Kanäle auf einer Spur.
2. Bei Format 1 sind alle Kanäle auf bis zu 16 Spuren.
3. Bei Format 2 existieren beliebig viele Kanäle (Heckroth 1995).

- 1991 folgt dann der General-MIDI-Standard (GM-Standard). Der General-MIDI- Standard ist wesentlich, wenn sobald man fertige Musikstücke im MIDI-File-Format abspielen oder die MIDI-Files an andere weitergeben will. Er ist mindestens 24stimmig und gewährleistet, dass die einzelnen Klänge von einem Instrument derselben Art wiedergegeben werden (d.h. ein Klavierpart wird auch wirklich von einem Klavierklang gespielt und nicht vielleicht von einem Trompetenklang). 127 Instrumente sind hier fixen Klangnummern zugeordnet, die auf allen GM-Geräten gleich sind. Weiters gibt es 16 Spuren bzw. Kanäle, wobei Kanal 10 für die Drums reserviert ist (Heckroth 1995). Erstmals ist eine portable Kodierung und die Wiedergabe von Pop-Songs möglich. Schwachpunkte des Standards sind vor allem die geringe Auswahl der Instrumente und Klänge sowie die stark unterschiedliche Qualität der Geräte und Dateien (Hendrich 2000).

- Nachdem sich das grundlegende Konzept des GM-Standards jedoch bewährt hat, kommt es 1994 zu einer Erweiterung des GM-Standards durch Yamaha (XG) und Roland (GS). XG, das für eXtended General steht, ist mindestens 32-stimmig, beinhaltet 676 Instrumente, zusätzliche Drumsets und sorgt darüber hinaus für flexiblere Effekte; Hall und Chorus beispielsweise existieren in vielen feinen Varianten (Hendrich 2000).

3. Die Funktionsweise

3.1. Die Anwendung des Binärsystems

Wie bereits erwähnt ist das MIDI eine serielle Digitalschnittstelle, die die Kommunikation elektronischer Musikinstrumente untereinander managt (Pieper 1999; 347). Da digitale Schaltungen nur die Zustände „low“ und „high“ kennen, werden die aus der Informatik bekannten Binärzahlen des Dualsystems verwendet: „0“ und „1“. Eine dezimale zwei wird dem entsprechend mit 10 abgebildet, die Zahl vier mit 100. Die einzelne Stelle einer Dualzahl wird „bit“ genannt. Aus einer achtstellige bitzahl ergibt sich ein„Byte“. Ein solches Byte ist nicht nur bei Drucker-Parallelports, sondern auch bei der MIDI Schnittstelle die übliche Datenbreite (Pieper 1999; 348).

Um die dezimalen Zahlen ins Binärsystem umzuwandeln bedient man sich der Potenzen zur Basis zwei (siehe links). Die Dezimalzahl, die man umwandeln möchte, muss in ihre Summanden zerlegt werden. Möchte man also „23“ binär darstellen, zerlegt man 23 in 16+4+2+1=23 und markiert die entsprechenden Summanden in der Tabelle mit einer „1“. Alle anderen erhalten die Ziffer „0“.

Tab. 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die dezimale Zahl 23 wird im binären System also durch 00010111 beschrieben. Im Prinzip kann man die ersten drei Nullen weglassen – zur Darstellung von 23 genügen fünf Stellen. Da der Computer aber nur die Darstellung eines Bytes im 8er System kennt, muss diese Form beibehalten werden. Genau dieses Bitmuster wird nämlich auch innerhalb eines Program-Change-Befehls gesendet, wenn, etwa bei einem Soundwechsel, das angeschlossene Effektgerät auf Programm Nummer 23 schalten soll.

Tab. 2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die höchste mit einem Byte darstellbare Dezimalzahl ist „255“. Sollen größere Werte vermittelt werden, benötigt man ein zweites Byte. Damit kann man einen Dezimalbereich von 0 – 65 535 darstellen (Pieper 1999; 349).

3.2. Die MIDI Ports

Reine Datenerzeuger wie MIDI-Fußleisten oder Masterkeyboards benötigen im Grunde nur eine einzige MIDI-Out Buchse, reine Datenempfänger wie Klangexpander, GM-Soundmodule, Effektgeräte etc. nur einen MIDI-In Anschluss. Dass die Anzahl der an einen MIDI-Out Port angeschlossenen Empfänger aber nicht auf einen einzigen beschränkt bleiben muss, ist der Verdienst der MIDI-Thru Buchse: hier wird eine exakte Kopie der über MIDI-In ankommenden Daten ausgegeben (siehe Grafik nächste Seite). Gemein hin werden In, Out und Thru die „MIDI-Drillinge“ genannt und gelten als Standard (Pieper 1999; 351).

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