第五章MIDI（乐器数字接口）
MIDI是英文MusicInstrumentDigitalInterface的缩写，意为乐器数字接口，也译作迷迪。它是由一些国家的电子乐器制造厂家于年共同制定的供电子乐器间以数字信号进行传输的标准，随后得到了国际的承认，并颁布了MIDI标准。
随着各种电子乐器的普及，MIDI已从狭义的“乐器数字接口”发展成为以此为基础的新的声频制作系统，为录音、声频与视频节目制作以及作曲等提供了新的手段。目前，以合成器音源及音序器为主体的电子音乐工作室正在录音和音乐制作领域得到广泛应用。
4.1MIDI的硬件
装有MIDI接口的乐器及控制设备一般都包含一个接收器和一个发送器。个别设备可能只包括一个接收器或一个发送器。接收器用来接收MIDI信息并执行MIDI的指令，它由光隔离器做成的光耦合器件、通用异步接收/发送器和其他硬件组成。发送器将产生的MIDI格式信号通过通用异步接收/发送器和线路驱动器发送出去。图4-1所示为MIDI标准硬件电路图。
根据MIDI数据格式，每10bit组成一个字节，用来表示一个信息内容。其中起始比特各占1bit，另外8bit为数据比特。MIDI接口以31.25kbit/s的传输速率进行串行传输，因此传输一个信息内容大约需要μs。MIDI标准硬件电路是一个5mA的电流回路。逻辑“0”时电路导通，每一个输出只激励一个输入。接收器由光耦合器件构成，电流小于5mA即可工作。采用的是高速光耦合器件，只要上升和下降时间小于2μs即可。
连接器使用5芯的DIN插座，连接器的插口标有“MIDI输入”。“MIDI输入”是乐器接收外来信息的输入口，“MIDI输出”是乐器本身产生信息的输出口。标有1和3的引脚不用，在接收器和发送器上空着不连接。
MIDI连接线的最大长度为15m，连线的两端装有5芯的MIDI插头。连接线为有屏蔽层的双芯绞线，屏蔽层接在输出端插头的2脚上。
根据情况，还可以设有“MIDI转接”输出口，它是用来将“MIDI输入”来的信息原样地转接给其他乐器的信息出口。如果系统转接3件以上乐器时，就应使用MIDI转接盒，以免累积的上升/下降时间误差影响MIDI信息脉冲宽度的工作周期。图4-2所示为MIDI插口和连接线，图4-3为MIDI乐器连接示意图，图4-4为使用MIDI转接盒的连接示意图。
4.2MIDI信息的组成
MIDI信息可分为两大类，即通道信息和系统信息，如图4-5所示。
MIDI信息的基本单位是字节。每一个字节由8bit组成。因此，一个字节可表示种信息。为了传送的需要，MIDI规定传送的格式为1bit起始位，8bit数据位和1bit终止位。所以，实际的一个字节为10bit，其中起始位为“0”，终止位为“1”。
一个MIDI指令是由1～3个连续的字节组成的。所有MIDI传输联络都是由一个状态字节和紧随的一个或两个数据字节组成的。
系统中的实时信息中没有数据字节，专用信息的数据字节可以多于两个。
状态字节与数据字节的组成如图4-6所示。
4.2.1通道信息
通道信息中的声音信息包括按键信息、离键信息、复合键触后信息、控制器信息、音色改变信息、通道触后信息和弯音信息。
1.通道声音信息
按键信息
按键信息如图4-7所示。
其中通道信息由4bit组成，表示16个MIDI通道的任何一个。数据字节1表示音值，数值越大，击键力度越大。
离键信息
离键信息如图4-8所示。
其中离键速度通常决定被弹奏的音符在琴键释放后的衰减速率。
复合键触后信息
复合键触后信息如图4-9所示。
这一信息表示作用在单独某键上的压力，它通常表示对单音附加的颤音，压力值越大，颤音音量越大。将这一功能加到键盘上，将使乐器成本加大，因为它要为每一个键配置一个压力传感器，传感器将压力值传送给微处理器。所以只在一些高档合成器中有此功能。
控制器信息
控制器信息如图4-10所示。
MIDI可提供种控制器的控制，其中0～31为低分辨率连续可变的控制器号，32～63为高分辨率连续可变控制器号，64～95为控制开关信息数据字节。
下面举出几个控制器编号所对应的控制：1.调制轮；2.气息控制器；4.踏板控制器；5.滑音时间；6.数据输入；7.主音量；64.延音踏板；65.滑音开关。
控制数据对于控制器为0～，对于开关为0。
音色改变信息
音色改变信息如图4-11所示。
它只有一个数据字节，在使用该指令时，必须搞清“从乐器”中每一种音色所对应的音色号，一般不同牌号或型号的合成器及音源的音色号所对应的音色是不同的。也有的合成器或音源的音色是按GS标准排列的，则音色与音色号是一一对应的，不会发生变化，为使用自动配器软件提供了很大方便。
通道触后信息
通道触后信息如图4-12所示。
它只有一个数据字节。压力数值表示作用在整个键盘上的压力，数值越大，颤音音量越强。另外，通道触后可改变许多参数，参数的变化范围取决于合成器的功能和音色。例如可控制音量，调制电平、音色的明亮度、低频振荡器的频率等。
弯音信息
弯音信息如图4-13所示。
由于弯音效果要经常使用，所以在控制器指令以外，又单独设立了弯音指令。这一指令有两个数据，可有14bit级音调变化。数值为中间值，表示无音调变化，小于为音调变低，大于为音调变高。数值偏离越多，音调变化越大。
2.通道模式信息
通道模式信息如图4-14所示。
通道模式信息有两个数据字节，表示下列几种模式。
①ccccccc=时为本机控制；
vvvvvvv=1时为本机控制断开；
vvvvvvv=0时为本机控制接通。
②ccccccc=时，关闭所有音符对应的键；
vvvvvvv=0。
③ccccccc=时，全部接收为断开状态；
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vvvvvvv=0。
④ccccccc=时，全部接收为接通状态；
vvvvvvv=0。
⑤ccccccc=时，单音色模式接通；
vvvvvvv=M；
vvvvvvv=0，表示这时的通道与接收通道相同。
⑥ccccccc=时，复音色模式接通；
vvvvvvv=0。
4.2.2系统信息
1.系统共用信息
状态字节如图4-15所示。其中：
当ttt=1、4、5时为未定义状态；
当ttt=2时为乐曲位置指示器；
为指示器低字节；
hhhhhhh为指示器高字节。
乐曲位置指示器是一个内部寄存器，存有从乐曲开始后的MIDI节拍数。当开始开关按下时，指示器被置为0，并开始重放，每接收到6个MIDI时钟时，递增1拍，按停止键，则保持当时的数值，按动继续键，则继续递增。
当ttt=3时为乐曲选择指令，有一个数据字节。乐曲选择指令用以指定演奏的乐曲和时序器号。
当ttt=6时为调谐请求，它无数据字节，表示对合成器中的振荡器进行调谐。
当ttt=7时表示系统专用信息终止。
2.系统实时信息
状态字节如图4-16所示。
实时信息无数据字节，它可实时地对系统进行同步，并且可在任意时刻进行传输。
当ttt=0为时钟信息。它对系统同步，并以24个时钟/四分音符的速度发送。
当ttt=1、5时为未定义状态。
当ttt=2为时序开始信息。当音序器或鼓机的起始开关按下时，发送端立即送出该信息。
当ttt=3为时序继续信息。
当ttt=4为时序停止信息。
当ttt=6信息传送过来，则机器关闭声音，处于正常操作状态。
当ttt=7，系统被复位，即系统恢复刚开始的状态。
3.系统专用信息
系统专用信息的格式如图4-17所示。
其中状态字节之后的字节为各制造厂家的识别码。如Roland的ID=41H，Yamaha的ID=43H，Kamai的ID=40H，Casio的ID=44H，Korg的ID=42H，E-mu的ID=18H等。专用信息的数据字节可以是任意的，只要数据字节的最高位为0即可。
4.3MIDI制作系统中的设备
4.3.1概述
MIDI制作系统中的主要设备有键盘合成器、音源、鼓机、音序器、MIDI效果器等。
在传统的音乐节目制作中，通常都是在录音室中，利用传声器拾取乐器的演奏声，采用声—电的录音方法来完成。但在MIDI制作系统中，通常是直接将合成器、音源和鼓机产生的电信号送给调音台，采用电—电的录音方法来完成。因而MIDI制作系统可以不受录音室房间建筑声学条件的限制，并且也无需大乐队演奏，使录音的制作成本大大降低。但是要利用MIDI设备制作出良好的录音作品，必须注意音色的选择与进行编辑修改。
对音色的选择在很大程度上取决于对声音的合成技术。一般来说，电子合成器主要解决两个问题：一是对乐器声和音响效果的逼真模拟，二是能产生出新的声音。只有很好地兼顾这两个问题，才能认为是一种好的合成技术。MIDI乐器中，进入我国较早的YamahaDX系列的合成器，如DX7、DX11等，它们采用的是FM中。当弹奏合成器时，波形ROM中的数据直接参与音源的振荡而再生出原来的波形。它合成出的声音非常逼真，但由于用户对预先固化的波形ROM中的参数进行编辑修改的余地很小，因而在创造性方面受到了限制，这种合成技术只用于电钢琴、鼓机和高级电子琴中，如CLP电钢琴、RY5鼓机等。
电子技术的发展为声音合成提供了强大的硬件支持。Yamaha公司现在采用的是AFM音源系统合成技术。它的特点是在内部PCM波形ROM中储存大量乐器波形数据与其他合成器的声音波形，用户不仅可以直接采用多种现成的音色，同时也可以对音色进行修改。另外，还可通过外接PCM插槽来扩展音色，如KorgM1、O/W/FD、T1、T2、T3。不久前Korg公司又推出了称为波形工作站的合成器，它除具备AI音源的特点外，还增加了称为波形音序器的单元。通过它，用户可以对ROM中的各种波形进行任意连接组合、循环输出，使合成出的音色更加丰富。
4.3.2MIDI键盘合成器
目前，我国国内使用的合成器，以Yamaha、Roland、Korg品牌的产品为主。下面对常用的合成器的原理及应用进行一些介绍。
目前常见的合成器，主要是Yamaha和Korg公司的合成器，大多带有音序器，例如YamahaSY77、SY99，KorgO/W/FD等。在此，为了叙述方便，我们将音序器的功能放在后面单独予以叙述，这里仅就一般合成器的主要构成、预置音色的调用、运用编辑功能进行音色的修改和系统的总体控制分别介绍如下。
1.预置音色的调用
MIDI键盘合成器是MIDI系统中用来演奏和记录、重放的音源。它的键盘上的键数根据型号的不同而有61键、76键和88键。键盘对速度和压力进行响应，也有只对速度进行响应的。为了选择音色方便，合成器中预置了一定数量的音色。这些音色可分为基本音色和合成音色两种。其中由前面所叙述的合成技术产生的音色称为基本音色。用户可以直接调用音色和进行音色编辑，此外，还可从波形RAM卡中调用更多的音色供使用。
2.音色的编辑修改
音色的编辑修改，首先需选择一个所要音色的波形。对于不同的合成器，选择的方式也不同。其次，对音高进行粗调和微调。另外，还可通过音调包络和低频振荡器对音高和音色进一步进行控制。控制主要通过滤波器来完成。不同的滤波器类型和滤波方式可以使声音清晰、透明或柔和。
音调包络是通过对长度R值或T值和高度值的设定，用包络控制器来控制一个音色从按键到抬键整个过程中音高的起伏变化。合成器中的包络发生器所产生的包络是将复杂的声音时间过程用简化的线条表示出来，通常可分为A4段，并结合速率值、高度值的设定来控制各个段落的时间过程趋向。
低频振荡器是通过低频振荡信号对音高进行调制，使音高作周期性颤动而发生颤音。振荡器需设定的主要参数有波形、频率和深度。这3个参数分别控制音高颤动的特征、速度和幅度。
图4-18所示为对音色进行编辑修改的示意图。
3.总体控制
总体控制是指对合成器整个音色的设定，包括音量、定调、移调、弯音范围、调制控制、声像控制、效果和命名等。
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