Системы управления. MIDI

Ранее (в двух предыдущих частях) мы рассматривали электрический ток как носитель звукового сигнала. Но ни одна электрическая цепь не обходится без элементов управления. Даже включая в комнате свет, вы видите простейший пример этого. А что, если взять устройство сложнее осветительного прибора? Хотя пример с обычной электролампой более чем уместен, поскольку в первых электроорганах каждая кнопка клавиатуры была своеобразным ключом, запускающим определенный звуковой генератор с заданной частотой. Чтобы вам было более понятно, представьте, что за каждой кнопкой музыкальной клавиатуры стоит лампочка, которая зажигается в момент нажатия. А тут - генератор.

Потом в электроорганах Лоуренса Хаммонда на каждое такое нажатие стало откликаться одновременно несколько генераторов, количество и состав которых зависели от положения переключателей, отвечающих за тот или иной тембр. Вспоминаем из предыдущих частей, что любая звуковая волна является сложной и состоит из простых синусоидальных. Используя сразу несколько генераторов и управление взаимоотношениями между ними, Хаммонд добился возможности получения сложных по текстуре звуков. В данном случае мы можем говорить уже о синтезе (процессе образования звуков), причем в переложении на изобретения Хаммонда - аддитивном ("сложение" - сложный сигнал складывается из нескольких простых). Данная разработка (аддитивный синтез) не нова, и подобную вы можете встретить в обычных музыкальных инструментах, таких, как орган или аккордеон. Но у Хаммонда были электрические инструменты, и управление ими было лучше производить электрическими методами.

С того момента прошло много времени, и мощные генераторы, основанные на асинхронных двигателях, постепенно заменились полупроводниковыми, появилось множество других типов синтеза, а электрическая система управления практически осталась неизменной. И здесь уже нужно говорить о 70-80-х, когда синтезаторы начали активно развиваться и было выпущено множество моделей. Причем каждый из них подразумевал свое собственное ноу-хау и, соответственно, специфическую систему управления. Общее у всех было одно - структура! Ведь у каждого синтезатора имелась клавиатура, блок синтеза и так далее.

В 1981 году на выставке NAMM между представителями крупнейших на то время производителей синтезаторов Икутаро Какехаши (Roland), Томом Оберхеймом (Oberheim) и Дэйвом Смитом (Sequential Circuits) состоялась серьезная конструктивная беседа, в которой обсуждались возможности объединения усилий в создании и продвижении единого стандарта управления. И он был представлен буквально через год, получил очень простое название - MIDI (Musical Instrument Digital Interface - цифровой интерфейс для музыкального инструмента). Суть данного цифрового решения состоит в следующем. В шестнадцатеричном (!) коде к блоку синтеза поступают командные инструкции, содержащие в себе информацию по шестнадцати инструментальным каналам, в каждом из которых указан номер инструмента (его смена), нота, скорость и длительность нажатия клавиши, ей соответствующей, поворот колеса изменения тона (питча) и так далее, в общем, все данные, которые можно было предусмотреть в тот период. Поток MIDI-информации не подразумевает какого-либо наличия аудио - это просто набор команд. Причем для самих производителей внедрение данного стандарта связано еще и с переходом от аналого-управляемых элементов схем к управляемым по "цифре", что давало гораздо большие возможности в точности регулировки, улучшении реализации запоминания пресетов (отрегулированных настроек) и так далее. И, вообще, то время можно считать эпохой ранней "цифры". С помощью MIDI стало возможно не только создавать сложные каскады с различными блоками синтеза, но и, что немаловажно, производить синхронизацию между ними, то есть осуществлять их взаимосвязанную работу. Но это профессиональный звук, в то время очень и очень дорогой! Кстати, на реализации взаимосвязи компьютеров и музыкальных инструментов по MIDI стартовала в начале 80-х ныне самая популярная фирма в области звука - Steinberg.

Компьютеры тогда не отличались особой музыкальностью и профессионалов интересовали мало. Началось там все, конечно, с обычного программирования примитивных "пищалок", именуемых биперами и основанных на простейших генераторах тона. Сейчас это может себе позволить сделать любой школьник или пользователь мобильного телефона с монофонией. Среди множества попыток энтузиастов того времени стоит отметить трекеры, изобретенные в середине 80-х Карстеном Обарски. В этих программах с помощью специального символьного кода вводилась информация по нотам их длительностям, балансному (громкостному) соотношению и так далее. А поскольку не каждый тогда мог себе позволить иметь MIDI-синтезатор, Обарски использовал вместо каких-либо инструментов короткие записанные звуки (сэмплы). Потом это течение вырастет в целый класс устройств и программ, но на данном этапе важно отметить только одно - Обарски придумал свою цифровую систему управления, альтернативную MIDI. Его изобретением тогда активно воспользовались разработчики игр, в частности, Electronic Arts. И это была реальная альтернатива, причем таких можно придумать превеликое множество, но MIDI имеет прямую связь с музыкальными инструментами (людям проще играть на клавиатуре, чем вводить символьный код) и повсеместно поддерживается.

Разработка Обарски именно в середине 80-х была интересна еще и тем, что в рамках его программы имелся строго определенный набор инструментов, то есть музыка на всех компьютерах звучала практически одинаково. А что MIDI? Ну, хорошо, это общая система управления, но в каждом синтезаторе свои звуки и свои инструменты с собственной спецификой. То есть, MIDI-файлы от одного синтезатора специфичны только для него.

Только в 1991 году производители предприняли интересную попытку объединения всех синтезаторов, в целом. Они создали протокол-стандарт, который подразумевает незыблемый список из 128 инструментов, за каждым из которых закреплен свой определенный номер. 1-м во всех устройствах, поддерживающих General MIDI (а так этот протокол и называется), обязательно идет Acoustic Piano, вторым - Bright Piano, и так далее. Это была достаточно неудачная попытка объединения, но цели у нее были самые что ни на есть перспективные - готовую музыку можно переносить на дискетах и хранить в MIDI-файлах, создавать, редактировать и воспроизводить на всех синтезаторах. А потом начались разброд и шатания - ведь у каждого свое ноу-хау в создании звучания того или иного инструмента, реализации эффектов. Звуки у всех разные! В результате, у Roland появляется своя надстройка на General MIDI (сокращенно, GM) - стандарт GS, у Yamaha - XG. К тому же ограничение в количестве инструментов было не выгодно производителям, и некоторые из них сразу же пошли на ухищрения - стали делать синтезаторы с несколькими разными GM-банками, то есть структура из списка 128 инструментов сохранялась, а сами инструменты под стандартными номерами были другими. В 1999-м вышел более расширенный стандарт - GM2, но, глядя на год, можно назвать эту идею уже не актуальной, поскольку развились компьютеры, не имеющие никаких ограничений.

То есть, остался только основополагающий стандарт - MIDI, а GM широко применим сейчас только в полифонических мобильных телефонах и портативных устройствах. Поэтому обсудим сейчас следующее...

Стандарты рингтонов для мобильных телефонов

Монофония. В самих телефонах используется простейший генератор тона, который программируется символьным кодом. Воспроизвести получается только последовательный список нот - то есть просто мелодию. В зависимости от производителя, символьный код различен, поэтому мелодии, например, для Nokia, Siemens, Alcatel и так далее, вводятся по-разному. На данный момент сейчас распространено множество программ, преобразующих MIDI-файл (только один его трек) в мелодию определенного стандарта.

Полифония. На данный момент наиболее популярны MIDI-4, MIDI-16 и MIDI-40. Цифра в названии указывает на количество возможных к воспроизведению треков. Например, в MIDI-4 мы имеем 3 инструментальных трека и один трек для ударных.

Реалтоны. Обычные (wav) или сжатые (mp3) аудио-файлы.

На данный момент не имеет большого смысла описывать промежуточные стандарты, совмещающие MIDI с аудио, а также вникать внутрь различных спецификаций (их очень много, причем каждые из них связаны со специфическими функциями конкретных моделей - вибра, мерцание и так далее), поскольку понятно, что самым качественным вариантом является звуковой файл. Хотя и он не очень удобен в качестве звонка для телефона, поскольку в него труднее, чем в символьный код, ввести дополнительные события (вибра, мерцание и так далее).

Изобретение Карстена Обарски - трекеры - также начинает применяться в мобильных телефонах и портативных устройствах. В отличие от всех других вариантов, оно очень эффективно в плане самостоятельного создания музыки пользователями.

Кристофер,
christopher@tut.by