«Синхронізація музичних інструментів з комп'ютером» (стр. 1 из 3)

МIНIСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра комп’ютерних систем та мереж

Реферат

«Синхронізація музичних інструментів з комп'ютером»

Виконав студент групи ІОТ-536 Голуб Е.М.

Перевірив Рибін В.О

Запоріжжя

2008

1.Введение

1.1 История эволюции звуковых карт

Для большинства людей персональный компьютер давно является не только рабочим инструментом, но и мультимедийным центром. Он с легкостью заменяет игровую приставку, DVD-проигрыватель, телевизор и музыкальный центр. Но далеко не всегда ПК способен опередить по качеству свои бытовые аналоги. Если с играми и просмотром видео все обстоит неплохо — мощная видеокарта и качественный монитор являются неотъемлемыми спутниками геймерского компьютера, то в плане звука ПК зачастую показывает не лучшие результаты. Причина банальна: звуку обычно уделяют мало внимания. Меж тем хорошая озвучка может резко изменить мнение о фильме или игре в лучшую сторону, ну а хрип из колонок, наоборот, свести все впечатления и атмосферу на нет.

1.2 Первопроходцы звукового фронта

Сегодня воспроизведение и запись звука кажутся настолько естественным процессом, что сложно себе представить, что недавно все обстояло иначе. Были времена, когда звук казался чем-то бесполезным и ненужным для ПК, а о естественности звучания никто даже не задумывался.

Самые первые компьютеры семейства IBM PC снабжали примитивным динамиком PC Speaker (спикером). В народе это чудо было прозвано «пищалкой», что совершенно справедливо: устройство могло воспроизводить за раз не более одного тона, а регулировка громкости была сильно затруднена. Назначение у динамика было одно — воспроизводить диагностические сигналы при загрузке и работе ПК. Однако создатели игр нашли устройству иное применение: задавая частоту и очередность звучания, они создавали что-то вроде музыки. К концу 80-х каждая уважающая себя игра имела подобный «саундтрек». За прошедшие четверть века спикер никуда не делся, и им по-прежнему комплектуется почти каждый компьютер.

В 1984 году в свет вышел компьютер IBM PCjr, обладавший встроенным трехголосным синтезатором, являвшимся, по сути, модернизированным компьютерным динамиком. Спустя еще пару лет на рынок было выпущено устройство Covox. Подключалось оно через принтерный LPT-кабель и представляло собой 8-битный ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Следующим этапом в развитии компьютерного звука стало появление в 1987 году фактически первой звуковой карты — Creative Music System (CMS). Созданное сингапурской компанией Creative устройство основывалось на двух 6-голосных звукогенераторах Philips SAA 1099 и было в состоянии воспроизводить стереозвук: один звуковой чип обрабатывал сигнал для правого канала, второй — для левого. Высокая цена (более $300) отпугнула покупателей, тем более что почти в то же время появился еще один игрок — канадская компания AdLib. Одноименная карта обладала всего одним чипом Yamaha YM3812, но этот 11-голосный синтезатор FM-типа давал более естественное звучание, чем CMS! Вторым неоспоримым плюсом стала низкая цена — порядка $100. В этой битве Creative потерпела поражение.

В 1991 году на рынке появилась новая звуковая карта от Creative — Sound Blaster. Меж тем ничего принципиально нового в SB не было, просто компания объединила два чипа — Yamaha YM3812 и 8-битный ЦАП типа Covox. В результате синтезатор мог воспроизводить различные MIDI-мелодии с качеством, идентичным AdLib, а ЦАП позволял выдавать предварительно оцифрованный аналоговый звук, например человеческую речь. Все это было дополнено еще одним чипом, позволявшим записывать аудиосигналы. Качество воспроизведения и записи было весьма посредственным: 8-битное моно с частотой дискретизации 22 кГц по звучанию уступало даже магнитофонам.

2. История MIDI

MIDI был создан в 1983 году ведущими производителями электронных музыкальных инструментов — Yamaha, Roland, Korg, E-mu и др. Изначально он предназначался для замены использовавшегося в то время способа управления музыкальными инструментами при помощи аналоговых сигналов. Однако, очень скоро он стал стандартом не только в области электронных музыкальных инструментов, но и компьютерных технологий.

Миди (MIDI — Musical Instrument Digital Interface) — это цифровой интерфейс музыкальных инструментов, специальный протокол (технология), придуманный для того, чтобы реализовать возможность подключения музыкальных инструментов к компьютеру и их соединения между собой. Как машина не может ехать с нарисованными на бумаге колесами, так и протокол MIDI не имеет никакого собственного звучания. Это лишь набор специальных команд, которые могут понимать разные устройства, и как-то на них реагировать.

Основу MIDI составляют события (некоторые называют их сообщениями, хотя в английском языке используется термин event — событие). Это и есть те самые команды, которые одни устройства отправляют, а другие на них реагируют. Любое действие (нажатие/отпускание клавиш, педалей, изменение положений контроллеров) формирует соответствующее MIDI-событие, незамедлительно передающееся по интерфейсу. Другие инструменты, «видя» события, отрабатывают их так же, как если бы аналогичное воздействие было произведено на их собственные органы управления.

Таким образом, поток MIDI-событий полностью представляет в цифровой форме все действия, производимые музыкантом с электронным инструментом. При записи в цифровом виде (файлы с расширением .mid) MIDI-события снабжаются временными метками, реализуя цифровой способ представления партитуры. При воспроизведении с помощью этих меток полностью и однозначно восстанавливается исходный поток MIDI-событий.

2.1 Теория MIDI-сообщений

Все MIDI - сообщения делятся на канальные (относящиеся к конкретному каналу) и системные (относящиеся к системе в целом). Кодировка MIDI-сообщений —шестнадцатеричная, а число в первом байте обозначает номер канала. Обычно точное знание всех MIDI-сообщений не требуется, так как их характер уже описан в секвенсоре, с помощью которого в основном MIDI-сообщения и редактируются и просматриваются.

Главное — это понимать общую структуру сообщений. Так, в основном они несут следующую информацию:

- номер канала;

- характер сообщения;

- данные сообщения.

Как уже упоминалось ранее, сообщения снабжаются временными метками, а секвенсоры также часто для удобства просмотра добавляют номер трека (в композиции).

Данные сообщения могут иметь совершенно различный вид. Например, для ноты — это сама нота, ее скорость нажатия и длительность. Для сэмпла — название файла с сэмплом и его длительность.

2.2 Управление контроллерами с помощью MIDI

Важной задачей каждого музыканта при создании композиций часто становится управление различными параметрами канала с помощью так называемых контроллеров. Все MIDI-контроллеры делятся на непрерывные (continuous) — рукоятки, движки, имеющие диапазон непрерывного изменения, и переключатели (switches) — педали, кнопки, тумблеры, имеющие два дискретных состояния (On/Off — включено/выключено).Все значения контроллеров — это числа от 0 до 127 (один байт памяти). Для переключателей значения от 0 до 63 означают выключенное состояние, значения 64 до 127 — включенное.

Хотя основным стандартом (MIDI level 1) и принята определенная нумерация контроллеров, на самом деле практически никто не следует предложенной схеме распределения, за исключением контроллеров от 120 до 127 (специальные канальные сообщения), которые везде имеют одинаковое значение.

Стандартом MIDI рекомендована следующая нумерация контроллеров (приведены основные из них):

1 — Modulation (глубина частотной модуляции);

2 — Breath Control (данные с духового контроллера);

4 — Foot Pedal (данные с ножной педали);

5 — Portamento Time (время скольжения от ноты к ноте);

7 — Main Volume (громкость всех звуков в канале);

8 — Balance (баланс);

10 — Pan (панорама - положение инструмента на стерепанораме);

11 — Expression (экспрессивность, выразительность звука);

64 — Sustain Pedal, Hold1 (удержание звучания всех отпущенных нот);

65 — Portamento (включение/выключение режима портаменто);

66 — Sostenuto Pedal (удержание звучания отдельных нот (аккорда));

67 — Soft Pedal (приглушение звука);

91 — External Effects Depth (глубина внешних эффектов);

92 — Tremelo Depth (глубина тремоло — амплитудного вибрато);

93 — Chorus Depth (глубина хорового эффекта);

94 — Detune Depth (глубина расстройки);

95 — Phaser Depth (глубина эффекта фейзера).

Поддержка устройством конкретных видов контроллеров определяется спецификацией устройства или стандарта, в рамках которого оно разработано. Обычно при использовании непрерывного контроллера для плавного управления каким-либо параметром звука, этот параметр пропорционально зависит от значения контроллера.

Используются два основных способа управления параметрами звука: абсолютный и относительный. При абсолютном способе параметр полностью зависит от установленного значения контроллера; при относительном способе имеется некоторое стандартное значение параметра, соответствующее «нейтральному» значению контроллера — 64.

Изменение значений контроллера вверх или вниз пропорционально изменяет значение выбранного параметра относительно стандартного значения, которое, вообще говоря, может быть различным для разных режимов, тембров и т.д. Для глобальных параметров (например, громкость или панорама в канале) используется абсолютный способ управления; для локальных (глубина реверберации, частота среза фильтра и т.п.) — относительный.

3. Интерфейс MIDI

Необходимость интерфейса MIDI была вызвана прежде всего тем, что выпускалось все больше автоматических устройств - ритм-машин и секвенсоров; первые по заданной программе выдавали ритмическое сопровождение с нужным рисунком, вторые использовались для запоминания сыгранных партий с целью последующего автоматического воспроизведения. Кроме этого, большой интерес представляло создание "электронного оркестра", когда один исполнитель мог бы заставить одновременно звучать несколько инструментов, используя только одну или две клавиатуры. Поскольку универсального способа соединения разнородных устройств тогда не было, каждый производитель сам разрабатывал способ соединения (интерфейс) и обеспечивал совместимость только внутри определенной серии своих инструментов. Необходим был единый интерфейс, который позволил бы соединять друг с другом инструменты различных производителей и моделей, с единым способом управления процессом извлечением звука и его параметрами. В результате был создан и принят в качестве общемирового стандарта интерфейс MIDI, устанавливающий как способ соединения инструментов - разъемы, кабели, электрические сигналы (аппаратная часть) так и способ их общения между собой (информационная часть).