Czym jest MIDI i jak działa? Praktyczne wprowadzenie dla początkujących
Czym jest MIDI i jak działa? Praktyczne wprowadzenie dla początkujących
MIDI to jeden z tych standardów, z którymi bardzo szybko można spotkać się podczas pracy z elektroniką, instrumentami muzycznymi i projektami DIY. Pojawia się w syntezatorach, keyboardach, kontrolerach, interfejsach USB, a także w projektach opartych o Arduino, ESP32 czy Raspberry Pi. Choć dla początkujących nazwa może brzmieć dość tajemniczo, sama idea działania MIDI jest zaskakująco prosta. MIDI nie służy do przesyłania dźwięku, tylko do przekazywania informacji o tym, jaki dźwięk ma zostać zagrany, kiedy ma się rozpocząć i kiedy powinien się zakończyć.
W praktyce oznacza to, że urządzenie wysyłające MIDI nie przesyła gotowego brzmienia, tak jak ma to miejsce w przypadku sygnału audio. Zamiast tego przesyła zestaw krótkich komunikatów sterujących. Taki komunikat może zawierać informację o naciśnięciu konkretnego klawisza, sile uderzenia, zmianie instrumentu albo poruszeniu pokrętłem. Urządzenie odbierające interpretuje te dane i na ich podstawie generuje odpowiedni dźwięk lub wykonuje inną zaprogramowaną akcję.
Czym jest MIDI?
Skrót MIDI pochodzi od nazwy Musical Instrument Digital Interface. Jest to cyfrowy standard komunikacji opracowany z myślą o urządzeniach muzycznych, który przez lata stał się jednym z podstawowych sposobów wymiany danych pomiędzy instrumentami elektronicznymi i komputerami. Mimo że standard ma już swoją historię, nadal jest bardzo szeroko wykorzystywany, bo jest prosty, lekki i dobrze nadaje się do przesyłania niewielkich ilości danych sterujących w czasie rzeczywistym.
Najważniejsze, co trzeba zapamiętać na początku, to fakt, że MIDI nie jest formatem audio. Jeżeli podłączysz klawiaturę MIDI do komputera, sama klawiatura nie musi przesyłać żadnego dźwięku. Może jedynie informować komputer o tym, który klawisz został naciśnięty i z jaką siłą. Dopiero program muzyczny albo syntezator decyduje, jakie brzmienie zostanie odtworzone. To właśnie dlatego ten sam zapis MIDI może brzmieć zupełnie inaczej na różnych urządzeniach.
Jak działa MIDI?
Pod względem technicznym klasyczne MIDI działa jako transmisja szeregowa. Dane przesyłane są bajt po bajcie z ustaloną prędkością 31,25 kbaud. W klasycznej warstwie sprzętowej wykorzystywana jest komunikacja asynchroniczna z bitem startu, ośmioma bitami danych i bitem stopu. Dzięki temu możliwa jest szybka i przewidywalna wymiana prostych komunikatów pomiędzy urządzeniami.
Każdy komunikat MIDI składa się z bajtu statusowego oraz jednego lub dwóch bajtów danych, zależnie od rodzaju polecenia. Bajt statusowy określa, z jakim typem komunikatu mamy do czynienia, a kolejne bajty przenoszą właściwe informacje, na przykład numer nuty albo wartość parametru. Do najczęściej spotykanych komunikatów należą Note On, Note Off, Control Change czy Program Change. To właśnie z takich krótkich poleceń zbudowana jest cała komunikacja MIDI.
W praktyce można to porównać do bardzo prostego języka porozumiewania się między urządzeniami. Jedno urządzenie mówi na przykład „zagraj nutę C”, a drugie odpowiada wykonaniem tej akcji. Innym razem komunikat może oznaczać „zmień barwę instrumentu” albo „ustaw nowe położenie suwaka”. Dzięki temu MIDI świetnie sprawdza się wszędzie tam, gdzie potrzebne jest sterowanie, a nie przesyłanie samego dźwięku.
Podstawowe komunikaty MIDI
Jednym z najczęściej używanych komunikatów jest Note On. Służy on do poinformowania urządzenia odbiorczego, że należy rozpocząć odtwarzanie danej nuty. W takim komunikacie znajduje się numer nuty oraz wartość velocity, czyli parametr określający siłę naciśnięcia klawisza. Z kolei komunikat Note Off informuje, że dana nuta powinna zostać zakończona. W specyfikacji MIDI dopuszczalne jest także zakończenie nuty przez wysłanie Note On z velocity równym zero.
Bardzo ważną grupą są też komunikaty Control Change. To one pozwalają sterować różnymi parametrami, na przykład głośnością, modulacją, położeniem potencjometru czy stanem pedału. Właśnie dzięki nim możliwe jest tworzenie własnych kontrolerów MIDI z przyciskami, suwakami i enkoderami, które współpracują z programami DAW albo sprzętowymi syntezatorami.
Istotnym elementem standardu są również kanały MIDI. Klasyczne MIDI 1.0 udostępnia 16 kanałów logicznych, dzięki czemu wiele urządzeń albo wiele partii muzycznych może działać równolegle w ramach jednego połączenia. Przykładowo na jednym kanale można sterować pianinem, na drugim perkusją, a na trzecim basem. To rozwiązanie przez lata stało się fundamentem pracy z sekwencerami i instrumentami elektronicznymi.
Złącza i sposoby przesyłania MIDI
Klasyczne MIDI kojarzy się przede wszystkim ze złączem DIN 5-pin. Taki sposób połączenia przez lata był standardem w instrumentach muzycznych i do dziś można go spotkać w wielu urządzeniach. Oprócz tego wyróżnia się porty MIDI IN, MIDI OUT oraz MIDI THRU. MIDI IN służy do odbioru danych, MIDI OUT do ich wysyłania, a MIDI THRU do przekazywania dalej tej samej transmisji, która pojawiła się na wejściu.
W nowoczesnych konstrukcjach bardzo często spotyka się także MIDI przesyłane przez USB. Z punktu widzenia użytkownika jest to po prostu wygodniejsza forma transportu tych samych informacji sterujących. Coraz częściej można też spotkać rozwiązania bezprzewodowe, ale dla początkujących najważniejsze jest zrozumienie, że niezależnie od medium transportowego idea działania pozostaje bardzo podobna. Nadal chodzi o przesyłanie krótkich komunikatów sterujących, a nie sygnału audio.
Zalety i ograniczenia MIDI
Jedną z największych zalet MIDI jest to, że do sterowania nie potrzeba dużej przepustowości. Zamiast przesyłać ciężki strumień audio, przesyłane są bardzo krótkie komunikaty opisujące akcje. Taki model działania jest lekki, szybki i wygodny w implementacji. Dodatkowo standard jest dobrze opisany i wspierany przez ogromną liczbę urządzeń oraz programów.
Trzeba jednak pamiętać, że MIDI ma też swoje ograniczenia. Samo w sobie nie przenosi brzmienia, więc zawsze potrzebne jest urządzenie albo program, który zinterpretuje otrzymane komunikaty. Dla części początkujących bywa to na początku mylące, bo kabel MIDI nie działa tak jak kabel audio. Po jego podłączeniu nie przesyłasz „muzyki”, tylko polecenia opisujące, co ma zostać zagrane.
MIDI w praktyce
MIDI jest bardzo popularne, ponieważ pozwala rozdzielić sterowanie od generowania dźwięku. Dzięki temu można zbudować prosty kontroler oparty o mikrokontroler i używać go do sterowania profesjonalnym oprogramowaniem muzycznym. Można też wykorzystać klawiaturę MIDI jako wejście dla wirtualnego instrumentu w komputerze albo połączyć kilka urządzeń sprzętowych w jeden większy system.
Dla osób zajmujących się elektroniką MIDI jest szczególnie ciekawe, bo stosunkowo łatwo wykorzystać je w projektach DIY. Mikrokontroler może odczytywać stan przycisków, enkoderów albo potencjometrów, a następnie zamieniać te informacje na odpowiednie komunikaty MIDI. W ten sposób można stworzyć własny kontroler do obsługi programów muzycznych, efektów scenicznych czy syntezatorów. To właśnie prostota i przewidywalność działania sprawiają, że MIDI od lat pozostaje tak praktyczne.
Podsumowanie
MIDI to prosty, ale niezwykle użyteczny standard komunikacji cyfrowej, który od wielu lat znajduje zastosowanie w elektronice muzycznej. Jego najważniejszą cechą jest to, że nie przesyła dźwięku, lecz informacje sterujące dotyczące nut, parametrów i działań wykonywanych przez urządzenia. Dzięki temu możliwe jest wygodne sterowanie syntezatorami, komputerami, modułami brzmieniowymi i własnymi projektami opartymi o mikrokontrolery.
Jeżeli dopiero zaczynasz swoją przygodę z tematyką audio i elektroniki, MIDI jest bardzo dobrym punktem startowym. Pozwala stosunkowo łatwo zrozumieć, w jaki sposób urządzenia mogą się ze sobą komunikować i jak można wykorzystać mikrokontroler do sterowania zewnętrznym sprzętem albo oprogramowaniem. To standard, który mimo upływu lat nadal pozostaje bardzo praktyczny i w wielu projektach po prostu niezastąpiony.
Prezentowaną w artykule elektronikę znajdziesz oczywiście w naszym sklepie 👉 sklep.msalamon.pl 👈Zapraszamy również na nasze social media, gdzie na bieżąco informujemy o nowych produktach oraz o najciekawszych promocjach 😎👇
Ultradźwiękowy czujnik odległości HC-SR04