MIDI: аппаратная составляющая. Подключение MIDI-клавиатуры к звуковой карте

 

Подключение MIDI-клавиатуры к звуковой карте, установленной в компьютер, осуществляется посредством MIDI-интерфейса. Для того чтобы выполнить необходимые соединения, совсем не обязательно вызывать специалиста. Вы в состоянии сделать это сами. А все, что необходимо знать о MIDI-интерфейсе, вы сейчас прочтете.

Musical Instrument Digital Interface (MIDI)

Начнем со слова "интерфейс". Интерфейс (Interface) — система унифицированных связей и сигналов, посредством которых устройства или программы взаимодействуют между собой.

Musical Instrument Digital Interface (MIDI) — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Стандарт на интерфейс создан ведущими производителями музыкальных инструментов: Yamaha, Roland, Korg, E-mu и др.

Различают аппаратный MIDI-интерфейс и формат MIDI-данных. Аппаратный интерфейс используется для физического соединения источника и приемника сообщений, формат данных — для создания, хранения и передачи MIDI-сообщений. Вопросы, связанные с форматом данных, мы рассмотрим в разд. 1.2, а сейчас познакомимся с аппаратной составляющей MIDI-интерфейса.

MIDI-интерфейс — это старт-стопный последовательный асинхронный интерфейс "токовая петля".

Словосочетание "старт-стопный" означает, что в каждом передаваемом сообщении обязательно должны содержаться признаки того, что процесс передачи начат (сигнал "Старт") и завершен (сигнал "Стоп").

В последовательном интерфейсе двоичные данные передаются не одновременно, а поочередно (последовательно).

Асинхронность интерфейса состоит в том, что начало передачи данных в нем не привязано к какому-либо определенному моменту времени. Передача осуществляется тогда, когда в этом возникает необходимость. Нажали на клавишу — в интерфейсе появилось сообщение об этом. Передающая сторона интерфейса активна, на ней имеется источник тока и коммутирующий элемент (в конечном счете, выключатель), а приемная — пассивна, на ней расположен только прибор-приемник тока. Принцип токовой петли заключается в том, что как только цепь выключателя будет замкнута, ток через нее потечет от положительного полюса источника (на передающей стороне) через "прямой" соединительный проводник кабеля, далее через приемник тока (на приемной стороне) и по "обратному" проводнику кабеля возвратится на приемную сторону ("втечет" в отрицательный полюс источника). Вот вам и токовая петля. Проходя сквозь приемник, ток выполнит предписанную ему роль: приведет в действие чувствительный элемент, в результате чего в приемнике и будет зафиксирован пришедший сигнал.

Структура элементарного MIDI-сигнала

Активный передатчик формирует токовую посылку с силой тока 5 мА. Токовая посылка соответствует логическому нулю, бестоковая — логической единице. Структура элементарного MIDI-сигнала (рис. 1.1) характеризуется следующими признаками: 7 битов данных, один бит (старший) статусный, один бит старта, один бит стопа. Проверка на четность отсутствует.

Вы видите, что столовый бит — единичный, а не нулевой. То есть в состоянии "Стоп" ток в цепи не течет. Это очень разумно. Экономится энергия и ресурсы элементов интерфейса. Ведь основную часть времени в M1DI-системе никаких событий не происходит: в среднем протяженность пауз значительно больше, чем протяженность тех интервалов времени, когда вы играете на MIDI-клавиатуре. Правда, ток может отсутствовать в цепи не только потому, что нет сообщений, но и из-за ее обрыва. Для своевременного выявления неисправного состояния MIDI-сети предусмотрена периодическая передача специального тестового сигнала. Если по прошествии определенного времени приемник его не обнаружит, то это будет считаться аварией, после чего MIDI-система отработает заранее обусловленную последовательность действий.

Рис. 1.1.Структура элементарного MIDI-сигнала:

Пропускная способность MIDI-канала 3,125 кбайт/с. Команды могут быть одно-, двух - и трехбайтными. Первый байт — статусный. Он определяет действие команды. За ним могут следовать 1 — 2 байта данных. Старший бит статусного байта 1, а байта данных — 0.

Соединительные MIDI-разъемы и MIDI-кабель

Полноценное MIDI-устройство имеет три соединительных разъема: MIDI In (вход), MIDI Out (выход) и MIDI Thru (на разъем MIDI Thru через буфер ретранслируется копия сигнала, поступающего с внешнего MIDI-устройства на вход MIDI In). Все разъемы — пятиконтактные. Контакты 4 и 5 — сигнальные, контакт 2 — экран. Полярность сигналов определяется относительно источника тока: контакт 4 — плюс (ток вытекает из вывода), контакт 5 — минус (ток втекает в вывод). Таким образом, для разъемов MIDI Out и MIDI Thru назначение контактов одно и то же, для разъема MIDI In — обратное.

Рис. 1.2. Схема распайки разъемов MIDI-кабеля:

Для соединения используется двужильный экранированный кабель. Соединение разъемов на двух концах кабеля — прямое (2-2, 4-4, 5-5). Схема распайки разъёмов MIDI-кабеля представлена на рис. 1.2.

Принцип соединения MIDI-устройств

Принцип соединения двух MIDI-устройств показан на рис. 1.3. Контакт передатчика, с которого во внешнюю цепь снимается сигнал, называется MIDI TXD (Transmitter Data). Контакт приемника, на который из внешней цепи должен поступать сигнал, — MIDI RXD (Receiver Data).

Рис. 1.3. Принцип соединения двух MIDI-устройств:

Аппаратная часть интерфейса MIDI замечательна тем, что разработчики предусмотрели в ней несколько мер, направленных на снижение уровня шума и помех. К простейшим, но достаточно эффективным мерам относится обязательное экранирование кабелей, соединяющих MIDI-устройства. Экран представляет собой проволочную оплетку, которая защищает проводники от проникновения в них электромагнитных волн, несущих помехи. И, что не менее важно, экран предотвращает излучение электромагнитных волн в окружающее пространство самим MIDI-кабелем. Посредством экрана помехи не проникают с одного инструмента на другой, так как в соответствии со стандартом MIDI исключено электрическое соединение экрана с корпусами одновременно двух MIDI-устройств. Самое главное, помехи не могут попасть с одного инструмента на другой еще и потому, что даже сигнальные провода не имеют непосредственной (говорят: гальванической) связи одновременно и с прибором-передатчиком, и с прибором-приемником MIDI-сообщений. Разумеется, здесь нет парадокса: если по проводам передается информация, значит, связь есть, но эта связь в действительности не гальваническая, а оптическая. Во входной цепи интерфейса MIDI включена пара оптоэлектронных приборов. Светодиод начинает светиться, когда по кабелю передается логический ноль, и гаснет, если передается логическая единица. Свет направлен на фотодиод, ток через который тем сильнее, чем сильнее этот прибор освещен. Цепочка преобразования сигналов такова: электрический ток — свет — электрический ток. Таким способом создается непреодолимое препятствие на пути протекания токов, несущих в себе помехи (величины этих токов недостаточно, чтобы светодиод стал излучать свет), в то же время цифровые сигналы проходят совершенно свободно.

Стандартом предусмотрено, что в сети MIDl-устройств в одно и то же время только одно из них может быть передатчиком MIDI-сообщений, а все остальные — только приемниками. Один MIDI-передатчик допускает подключение до четырех приемников. На рис. 1.4 представлен вариант подключения MIDI-устройств к MIDI-интерфейсу звуковой карты, установленной в компьютер.

Рис. 1.4. Подключение MIDI-устройств к звуковой карте:

MIDI-сигналы в разъеме игрового порта звуковой карты

Следует заметить, что у звуковых карт, как правило, отсутствуют стандартные MIDI-разъемы. Это связано с тем, что габариты не позволяют разместить их в прорезях на задней стенке компьютера, предназначенных для закрепления плат расширения. "Полуфабрикаты" MIDI-сигналов (MIDI RXD и MIDI TXD) выводятся на контакты разъема игрового порта (рис. 1.5).

Для правильной ориентации в номерах контактов нужно учесть, что разъем показан таким, каким он представлялся бы наблюдателю, сидящему внутри компьютера. Не очень удобная точка наблюдения, но именно ей соответствует рисунок, обычно приводимый в описании звуковой карты. Чтобы не запутать вас, на рис. 1.5 мы не стали менять направления взгляда.

Рис. 1.5. Назначение некоторых контактов разъема игрового порта:

Большинство контактов предназначено для подключения джойстика, однако, они нас сейчас не интересуют. Обратите внимание на следующие контакты:
  • 4, 5 — соединенные с общим проводом блока питания компьютера или, как иногда говорят, с корпусом, с землей (на схемах это соединение обозначают GND);
  • 1, 8, 9 — соединенные с выводом +5 В источника питания компьютера;
  • 15 — на который из внешних цепей должен поступать сигнал MIDI RXD (Receiver Data);
  • 12 — с которого во внешнюю цепь снимается сигнал MIDI TXD (Transmitter Data).
Наличие контактов 12 и 15, а также соответствующих им сигналов позволяет производителям и продавцам утверждать, что данная звуковая карта снабжена интерфейсом MIDI. Однако на деле сигналы MIDI TXD и MIDI RXD следует рассматривать как полуфабрикаты настоящих MIDI-сигналов. С их помощью можно принимать и передавать информацию, представленную стандартными для компьютеров значениями напряжения (говорят, уровнями транзисторно-транзисторной логики — TTL). И даже если заменить один из пятиконтактных разъемов MIDI-кабеля на разъем, соответствующий тому, что изображен на рис. 1.8, то подключить через этот кабель синтезатор к звуковой карте не удастся. Дело в том, что сигнал MIDI TXD не будет правильно восприниматься светодиодом, с помощью которого в интерфейсе MIDI передают полезные сигналы и прерывают гальваническую связь MIDI-устройств друг с другом.

Для подключения звуковой карты к MlDI-устройствам необходим переходной кабель-адаптер, содержащий оптронную развязку. При соединении MIDI-устройств нужно придерживаться несложного правила: кабель не должен соединять одноименные разъемы двух устройств, т. е. нельзя соединять MIDI Out одного устройства с MIDI Out другого, также MIDI In с MIDI In. Однако если вы случайно ошиблись, ничего страшного не случится: в схеме MIDI-интерфейса есть необходимая защита.

А вот один кабель или два следует протягивать между MlDI-устройствами, зависит от того, что это за устройства и в каких целях они используются.

Сначала рассмотрим наиболее вероятную ситуацию. Допустим, вы приобрели MIDI-клавиатуру и хотите подключить ее к звуковой карте, воспользовавшись MIDI-интерфейсом. Нет ничего проще, однако прежде необходимо разобраться, чем же отличается MIDI-клавиатура от клавишного электронного музыкального инструмента (синтезатора). Последний содержит и клавиатуру, и блок синтеза, поэтому в состоянии самостоятельно формировать звуки. Все современные синтезаторы оснащены MIDI-интерфейсом. MIDI-клавиатура не обладает способностью синтезировать звук. Она предназначена лишь для того, чтобы посредством MIDI-интерфейса управлять работой внешнего (по отношению к ней) синтезатора. Это, прежде всего, наиболее дешевый вариант совместного использования нескольких синтезаторов. В этом случае они могут не иметь собственных клавиатур, чем и определяется их относительно низкая стоимость. Синтезатор, который не имеет собственной клавиатуры, принято называть тон-генератором.

Подключение к звуковой карте MIDI-клавиатуры и MIDI-синтезатора

Вернемся к вопросу о подключении MIDI-клавиатуры к звуковой карте (рис. 1.6). Действительно, сделать это очень просто: в гнездо MIDI Out клавиатуры вставьте вилку MIDI In адаптера, а 15-контактный разъем MIDI-адаптера соедините с разъемом игрового порта, расположенным на звуковой карте. MIDI-клавиатура здесь будет играть роль ведущего MIDI-устройства, а звуковая карта — ведомого.

Рис. 1.6. Подключение MIDI-клавиатуры к звуковой карте:

Если у вас уже имеется современная, с широкими функциональными возможностями звуковая карта и вы хотите исполнять музыку не с помощью мыши, а проверенным дедовским способом, перебирая белые и черные клавиши, то MIDI-клавиатура — это выход из положения. Заметим, что в продаже имеются музыкальные синтезаторы с клавиатурой и MIDI-интер-фейсом. Некоторые из них (относительно простые) немногим дороже MIDI-клавиатур. В режимах исполнения и записи композиции синтезатор можно использовать в качестве MIDI-клавиатуры. Для этого следует выполнить такое же соединение, как и в случае подключения MIDI-клавиатуры: MIDI Out синтезатора соединить с входом MIDI In адаптера.

При проигрывании композиции внешний синтезатор с клавиатурой можно использовать как дополнение к звуковой карте и извлекать из него звуки тех инструментов, которые отсутствуют в палитре звуковой карты. Для реализации этой возможности выход MIDI Out адаптера следует соединить со входом MIDI In синтезатора (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Схема подключения внешнего синтезатора к звуковой карте:

Решение проблемы самовозбуждения MIDI-системы

При некорректном выборе режима работы музыкального редактора соединение по схеме, приведенной на рис. 1.7, может вызвать неприятный эффект: поданное с клавиатуры сообщение, например нажатие клавиши, поступит на звуковую карту, а оттуда вновь в синтезатор, а с синтезатора вновь на звуковую карту. И так до бесконечности. Система зациклится, возбудится и перегрузится. Звуки будут слышны неинтересные. Что следует сделать, чтобы избежать этого?

Из рис. 1.7 следует, что оба устройства — и звуковая карта и синтезатор — одновременно оказываются и MIDI-приемниками и MIDI-передатчиками. Это недопустимо. Тривиальный выход — отключить второй кабель на время использования синтезатора в качестве MIDI-клавиатуры и подключить его при воспроизведении записанной ранее мелодии, — крайне неудобен. Все эти отключения, подключения, поверьте, кончатся плохо. Проще и безопасней для аппаратуры и вашего кошелька выполнить необходимую коммутацию на логическом уровне. Делается это или непосредственно в синтезаторе (выключателем Local Off), или в музыкальном редакторе.

Однако было бы правильнее решить проблему зацикливания, манипулируя опциями ретрансляции MIDI-сообщений. Суть дела состоит в том, что MIDI-информация, поступающая на вход устройства (или программы, в нашем случае Cubase SX), транслируется на его выход. Рассмотрим классический пример, когда синтезатор звуковой карты используется совместно с внешним синтезатором, который, в свою очередь, еще и выполняет функции MIDI-клавиатуры. Зацикливание неминуемо возникнет в том случае, если вы выберете трек, у которого в качестве портов ввода/вывода заданы порты, физически подключенные к внешнему синтезатору. Последовательность возникновения нежелательного эффекта зацикливания такова:

1. Вы нажимаете на синтезаторе клавишу, синтезатор воспроизводит соответствующую ноту.

2. MIDI-сообщение типа Note On (см. разд. 1.2.1) поступает в звуковой редактор.

3. В звуковом редакторе, благодаря ретрансляции MIDI-сообщений, это же сообщение передается на входной порт синтезатора.

4. Синтезатор, получив сообщение Note On, отрабатывает его, воспроизводя соответствующую ноту (заметьте, уже не в первый раз).

5. В синтезаторе тоже работает ретрансляция MIDI-сообщений (можно ли ее отключить и как это сделать — ищите в руководстве пользователя), поэтому дальше см. п. 2.

Чтобы разорвать эту цепочку, следует отключить ретрансляцию MIDI-сообщений или в синтезаторе, или в программе (как правило, в музыкальных редакторах эта опция по умолчанию включена). В Cubase SX следует поступить так: откройте меню File. выберите команду Preferences. Откроется диалоговое окно Preferences. В дереве, находящемся в левой части окна, выберите ветвь MIDI. На открывшейся вкладке MIDI сбросьте флажок MIDI Thru Active. Теперь зацикливания не будет. Убедиться в этом можно, нажав ОК. после чего диалоговое окно Preferences закроется. Можно также нажать кнопку Apply. окно Preferences останется открытым, а изменения, внесенные вами, будут применены.

При сброшенном флажке MIDI Thru Active теряется возможность использовать внешний синтезатор в качестве MIDI-клавиатуры для управления встроенным синтезатором звуковой карты.

 



  • На главную