Музыкальные возможности ПК

флейтовом регистре.

Итак, чтобы закончить мысль о достоинствах и недостатках MIDI, сделаем

несколько предварительных выводов. Во-первых, MIDI-технология остаётся

ведущей в компьютерной и аппаратно-студийной области. Во-вторых, она

совершенствуется, учитывает новые требования и новые технические

возможности. Об этом говорит последовательное появление стандартов GM, GS и

XG. В-третьих, идея оказалась настолько удачной, что MIDI-технология

вовлекает в сферу своего влияния все новые и новые области, для которых она

и не предназначалась, — управление магнитофонами, устройствами звуковой

обработки, микшерскими пультами (не говоря уже о мультимедийных продуктах и

компьютерных играх).

В музыкальном обучении качество звучания уже не играет столь

значительной роли, как в звукозаписи или концертной деятельности. Зато

возможность воспроизводить изучаемый опус в любом темпе и (тут вокалисты и

духовики должны затаить дыхание) в любой тональности делают MIDI-технологию

незаменимой в музыкальных школах и училищах. Смешно сказать, но для этого

достаточен 286-й компьютер со звуковой картой за 40 долл. Я думаю, недалеко

то время, когда некий аппарат, подобными характеристиками станет

распространенней метронома. А вместо толстых нотных сборников люди будут

покупать дискеты с этюдами Черни или Шопена.

3.1.1. Описание MIDI-интерфейса.

MIDI — Musical Instrument Digital Interface — компьютерный протокол

(иногда говорят — язык), предназначенный для связи одного музыкального

устройства с другим. Оба эти устройства должны обладать любого вида

микропроцессором или программой, которые поддерживают MIDI-протокол.

Рис.4.

Пример использования MIDI.

Пример использования MIDI: На синтезаторе вы можете играть ноты,

выбирать новый тембр инструмента, менять громкость, но сам он сейчас не

звучит. Все перечисленные действия передаются по MIDI-кабелю (красного

цвета) в виде команд на звуковой модуль. Последний выполняет все эти

действия (звучат сыгранные ноты, меняется тембр и громкость) и выдает звук

через обычные динамики. Красная стрелка показывает направление потока MIDI-

сообщений (Рис.4).

Цель MIDI — управлять работой музыкального устройства не с его панели

или клавиатуры, а на расстоянии (по MIDI-кабелю) — с другого устройства.

Для этого второе устройство передает первому последовательность управляющих

команд, которые называются MIDI-сообщениями.

3.1.2. Какая информация передается с помощью MIDI

Все, что вы делаете, управляя работой своего музыкального устройства

(крутите ручки, нажимаете на кнопки, играете на клавиатуре), может

передаваться в виде управляющих MIDI-сообщений на ваше устройство с другого

MIDI-устройства.

MIDI-сообщение передает не сам звук (аудиоинформацию) или какие-то его

характеристики, а только управляющие команды, которые выполняются

устройством-получателем.

Сам процесс передачи MIDI-сообщения может осуществляться в реальном

времени (во время исполнения или воспроизведения музыки), но может быть и

разорванным во времени. В этом случае MIDI-сообщение записывается в виде

файла на дискету или жёсткий диск компьютера, а потом считывается

устройством-получателем.

3.1.3. Музыкальные устройства принимающие информацию по MIDI

Технология MIDI с самого начала была предназначена для связи между

самыми различными устройствами (синтезаторами, звуковыми модулями,

компьютерами, устройствами цифровой обработки звука и многими другими).

MIDI-устройство должно иметь:

1) внутри — программу или микропроцессор, который понимает MIDI-

информацию;

2) снаружи — разъемы, к которым подсоединяется MIDI-кабель.

3.1.4. MIDI-разъемы

По MIDI-кабелю (в отличие, скажем, от телефонного) информация

передается всегда в одном направлении. Поэтому каждый MIDI-разъем

используется только для одной цели в зависимости от его вида.

Таблица 1.

Виды MIDI-разъемов

|MIDI Out|MIDI-выход. Через этот разъем |

| |устройство посылает MIDI сообщение на |

| |другое устройство |

|MIDI In |MIDI-вход. Через этот разъем устройство|

| |получает MIDI сообщение от другого |

| |устройства |

|MIDI |Сквозной. Через этот разъем посылается |

|Thru |точная копия любого MIDI-сообщения, |

| |которое поступило на разъем MIDI In |

В качестве разъема для MIDI используется стандартный европейский 5-

контактный разъем Рис. 5.

Рис. 5.

MIDI-разъем. Контакт 2 — земля, контакты 4 и 5 — сигнальные, контакты 1 и

3 — не используются.

Существует три вида MIDI-разъемов, они представлены выше в таблице.

MIDI-кабель соответственно должен иметь три провода, которые соединяют

контакты 1, 4 и 5 на обоих его концах.

3.1.5. Соединение MIDI-устройств между собой

Всегда одно устройство передает MIDI-сообщение, другое получает. MIDI-

кабель связывает разъем MIDI Out передающего устройства с разъемом MIDI In

принимающего. Если вы хотите направить информацию в обратную сторону, вы

должны соединить устройства по-новому (в соответствии с тем, что было

сказано в предыдущем предложении) или использовать еще один кабель и, опять

же, связать MIDI-выход одного устройства с MIDI-входом другого (рис. 6).

Рис. 6.

По одному MIDI-кабелю синтезатор передает MIDI-сообщение на звуковой

модуль. Затем (но не одновременно) по другому MIDI-кабелю этот модуль может

послать свое MIDI-сообщение на синтезатор.

У любого устройства имеется только один MIDI-выход. Поэтому, если с

него нужно посылать команды на два или несколько других устройств,

используется разъем MIDI Thru. Тогда подключение устройств-приемников

происходит последовательно (рис. 7). Но имеются, конечно, и специальные

приборы, которые способны разветвлять MIDI-сообщения. Тогда нет

необходимости в последовательном подключении MIDI-устройств.

Рис. 7.

Компьютер посылает MIDI-сообщения для синтезатора и звукового модуля

через свой MIDI-выход. Они оба поступают на MIDI-вход синтезатора, оба

выходят через его разъем MIDI Thru. Синтезатор не может добавить никакую

свою информацию, поэтому эти MIDI-сообщения в неизмененном виде поступают

на MIDI-вход звукового модуля. Каждое из устройств-получателей само

определяет, какие команды, находящиеся в MIDI-сообщениях, ему следует

выполнять. Кривые линии красного цвета изображают MIDI-кабели, прямые

линии красного цвета — схематический путь MIDI-информации.

Итак, первое — при подключении MIDI-устройств вы всегда должны

учитывать направление передачи информации. Второе — при подключении

третьего и следующих MIDI-устройств вы должны пользоваться разъемом MIDI

Thru. Третье — передаваемая MIDI-информация аналогична управлению вашим

синтезатором с помощью ручек, кнопок или клавиш.

3.1.6. Типы MIDI-сообщений

Все типы MIDI-сообщений делятся на две большие группы (рис. 8).

Системные MIDI-сообщения (System message) передают команды, которые

воздействуют на общие параметры и режимы работы всех устройств-получателей.

Рис. 8.

Разделение всех типов MIDI-сообщений на две группы.

Примером системного сообщения может служить команда “Старт”, которая

включает режим воспроизведения у любого секвенсора или магнитофона,

находящегося в MIDI-связке.

Канальные MIDI-сообщения (Channel message) включают в себя номер MIDI-

канала и передают сообщения на каждый MIDI-канал индивидуально. Всего для

одного (и каждого) устройства MIDI-технология предусматривает 16 MIDI-

каналов.

3.1.7. MIDI-каналы

Представьте себе обычный многодорожечный магнитофон. На одну дорожку

можно записать трубу, на другую — гитару и так далее. При воспроизведении

мы слышим все записанные дорожки одновременно.

MIDI-каналы предназначены для того, чтобы один синтезатор или звуковой

модуль мог играть несколькими разными тембрами одновременно, причем каждый

тембр (инструмент) исполняет свою независимую партию.

Когда одно устройство передает канальные MIDI-сообщения на другое,

внешне это выглядит так, как если бы они были соединены шестнадцатью

кабелями (и по каждому следуют указания о том, какие ноты каким тембром

играть).

Рис. 9.

Разделение MIDI-сообщений на MIDI-каналы.

На самом деле MIDI-технология использует один кабель, но в каждое

канальное MIDI-сообщение вписывается номер MIDI-канала, для которого оно

предназначено. Устройство-получатель, пользуясь этим номером, направляет

каждое канальное MIDI-сообщение на свой канал (рис. 9).

3.1.8. Типы сообщений из группы Channel

1) Канальные MIDI-сообщения можно разделить по типам их структуры и по

их целям. В последнем случае имеются две группы MIDI-сообщений: голосовые

(Voice message) и режимные (Mode message).

Рис. 10.

MIDI-сообщения из группы Channel. Все режимные сообщения по типу (а не по

функциям, как они разделены на этом рисунке) являются MIDI-сообщениями типа

Control Change, поэтому изображены одним цветом и обведены пунктиром.2)

Голосовые сообщения несут информацию о нотах, тембре и других

характеристиках, которые должно учитывать устройство-получатель для

конкретного MIDI-канала.

3) Режимные сообщения тоже делятся на две группы. Первая группа

воздействует на конкретный MIDI-канал (эти сообщения устанавливают канал в

состояние по умолчанию — сбрасывают все ноты, настраивают канал на

стандартную высоту звука и пр.).

Сообщения второй режимной группы воздействуют на все MIDI-устройство в

целом, другими словами, устанавливают режим его работы.

3.1.9. MIDI-сообщения группы System

В отличие от канальных сообщений все MIDI-сообщения группы System

message принадлежат одному типу (то есть имеют одинаковый статус).

Но по своему функциональному назначению их делят на три подгруппы

(рис. 11). К первой из них (System Real Time) относятся сообщения,

связанные с синхронизацией работы двух MIDI-устройств.

Рис. 11.

MIDI-сообщения из группы System message (подгруппы показаны разным цветом,

но по статусу принадлежат к одному типу — Control Change).

Во второй подгруппе (System Common) находятся сообщения, которые

одинаково воспринимаются всеми MIDI-устройствами. Поэтому они и называются

“общими”. Эта группа просто собрана из различных MIDI-сообщений, и между

ними нет никакой логической связи.

Сообщения третьей группы (System Exclusive) являются одними из самых

важных и самых неформализованных в MIDI-технологии. Они носят название

“эксклюзивные”, потому что содержание данных определяется для каждого MIDI-

устройства своей фирмой-производителем и не может быть распознано

устройством другой модели или фирмы. Среди этих сообщений могут быть

команды о настройке всего устройства целиком или отдельных его модулей.

Другие сообщения управляют процессом передачи данных сэмплов или каких-то

специальных файлов (Sample Dump, File Dump).

3.2. Mp3 - технология сжатия звуковой информации

Само название МрЗ появилось в результате сокращения аббревиатуры MPEG-

1 Layer3.

MPEG (Motion Pictures Expert Group) - это группа при Международной

организации по стандартизации и Международном электрическом комитете,

которая занимается разработкой стандартов для цифрового сжатия видео и

аудио информации. А зачем сжимать эту информацию? Во-первых, для экономии

экономических и материальных ресурсов при передаче информации на расстояние

по каналам связи (в том числе и спутниковым), а во-вторых, для ее хранения.

Официальное одобрение стандарт MPEG-1 получил в 1992 году, однако до

недавнего времени открытие не было востребовано в полной мере. Лишь с

появлением достаточно мощных процессоров Pentium (с тактовыми частотами от

300 МГц и выше, позволяющих резко снизить время на

кодирование/декодирование сигнала) и высокоскоростных модемов стандарт

получил широкое признание.

Стандарт MPEG-1 является потоковым форматом и состоит из аудио, видео

и системной частей. Последняя часть содержит информацию об объединении и

синхронизации двух первых.

Передача данных происходит потоком независимых отдельных блоков данных

- фреймов, получаемых при "нарезке" на равные по продолжительности участки,

которые кодируются независимо друг от друга.

Всего в настоящее время существует пять видов (номеров) стандартов

MPEG:

1) MPEG1 - сжатие аудио и видео с общей скоростью до 150 Кбайт/сек

(аудио 38, 44.1, 48 килогерц);

2) MPEG2 - сжатие аудио и видео с общей скоростью до 300 Кбайт/сек

(аудио 38, 44.1, 48 килогерц), сжатие аудио ИДЕНТИЧНО MPEG1;

3) MPEG2.5 - сжатие аудио с пониженным разрешением (аудио 16,22.05,24

килогерц). Интересно заметить, что стандарт MPEG2.5 (еще известный как

MPEG2 LSF - LOW SAMPLE FREQUENCY - низкая частота сканирования аудио)

введен фирмой IIS Fraunhofer (институт информационных технологий имени

Фраунхофера из Германии). Этот стандарт является расширением "чистого"

аудио MPEG2 (то есть MPEG1!) для частоты сканирования аудио в два раза

меньшей, чем обычно;

4) MPEG3 - многоканальный MPEG1+MPEG2. Этот стандарт практически не

используется;

5) MPEG4 - новомодный за рубежом стандарт. Его особенность: может

держать до 8-и каналов аудио (то есть AC-3 - цифровое расширение системы

Surround.

Чем выше индекс уровня тем выше сложность и производительность

алгоритма кодирования, соответственно и увеличиваются требования к

системным ресурсам.

Здесь под термином 'кодирование" понимается процесс, позволяющий

получать файл в сжатом виде, который занимает меньше места на диске и

соответственно быстрее передается по каналам связи. В сжатой форме файл

использоваться не может, соответственно, перед использованием его

необходимо декодировать. Сжатие файла происходит не всегда с положительным

результатом. Результат напрямую зависит от метода компрессии и от

содержимого самого файла.

Принцип кодирования сигнала в MPEG Audio основан на использовании

психоакустической модели (Psycho-acoustics), суть которой в следующем.

Существует ряд звуковых частот, которые человеческое ухо не

воспринимает. Происходит маскирование одних звуков другими, как с большей

амплитудой, так и с близкой частотой. Так, например, если излучается

сильный звук частотой 1000 Гц (маскирующий), то более слабый звук частотой

1100 Гц (маскируемый) человеческое ухо не зафиксирует из-за особенностей

порога слышимости человеческого уха. Порог слышимости на краях частотного

диапазона (16-20 Гц и 16-20 кГц) значительно повышается, т.к. на этих

частотах слух имеет значительно меньшую чувствительность по сравнению с

областью наибольшей чувствительности слуха (диапазон 1-5 кГц). Также

известно, что время восстановления чувствительности слуха после громкого

сигнала составляет порядка 100 мс, а время задержки восприятия этого же

сигнала составляет порядка 5 мс.

Таким образом, происходит передача только той звуковой информации,

которая может быть адекватно воспринята подавляющим большинством

слушателей, а вся остальная, увы, безвозвратно теряется.

Как уже упоминалось, все уровни имеют одинаковую базовую структуру,

при которой кодер анализирует исходный сигнал, вычисляет для него гребенку

фильтров (32 полосы) и применяет психоакустическую модель. С заранее

выбранной частотой квантования, величиной потока и маскирования кодер

производит квантование и кодирование сигнала.

Сравнительные характеристики способов кодирования для одного канала

при частоте квантования в 32 кГц представлены в таблице 2.

Таблица 2.

|Способ |Скорость|Коэффициент |

|кодировани|передачи|сжатия |

|я |(кбит/с)| |

|Layer 1 |192 |1:4 |

|Layer 2 |128-96 |1:6...8 |

|Layer 3 |64-56 |1:10...12 |

Перед кодированием исходный сигнал разбивается на фреймы, каждый из

которых кодируется отдельно с разными параметрами и помещается в конечном

файле независимо от других. Последовательность воспроизведения определяется

порядком расположения фреймов. Вся информация о фрейме содержится в его

заголовке, а информация о фреймах содержится в заголовке файла. Для

информации об артисте, альбоме, названии композиции, жанре и пр.

предусмотрен ID3/ID2 tag - заголовок. Подавляющее большинство существующих

проигрывателей используют данный заголовок для прокрутки этой информации во

время проигрывания музыкального фрагмента.

Между фреймами может содержаться произвольная информация, допустим,

авторские права, расположенные ровным слоем по всему файлу. Основное

требование к последовательно расположенным фреймам заключается в том, чтобы

отсутствовали совпадения с сигнатурой начала фрейма.

Частота следования фреймов называется битрейтом (BIT RATE - битовая

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6