Реферат: Информатика

ВВЕДЕНИЕ

Взаимодействиечеловека с ЭВМ должно быть прежде всего взаимным ( на то оно и общение ). Взаимность, в свою очередь,  предуcматривает возможность общения какчеловека с ЭВМ, так и ЭВМ с человеком. Сама схема взаимодействия крайне проста:

+--------+                             +--------+

¦        ¦   +--------------------+   ¦   C    ¦

¦   H   +----+   input devices    +--->  O    ¦

¦   U   ¦    +--------------------+   ¦   M    ¦

¦   M   ¦                            ¦   P    ¦

¦   A    ¦    +--------------------+   ¦  U    ¦

¦   N   <----+   output devices   +---+  T    ¦

¦        ¦   +--------------------+   ¦   E    ¦

¦        ¦                             ¦   R    ¦

+--------+                             +--------+

где

                                HUMAN         — человек;

                                COMPUTER  — компьтер;

  input devices - устройства, с помощью которых ЭВМ получает

                   информацию от человека;

  output devices — устройства, с помощьюкоторых ЭВМ передает

                   информацию человеку.

Обычно,при традиционном подходе  input  devices =  keborad  & mouse, а output devices = monitor &printer. В ряде случаев  возможнодобавление других устройств, таких как сканеры, дигитайзеры, плоттеры, графические планшеты, но при всем своем  разнообразии до последнего времени все outputdevices были  спроектированы дляиспользования в качестве информационного  канала  зрительную систему человека. Другим чувствамотводилась в лучшем случае роль

сигнализаторов ( принтер пищал, когдакончалась  бумага,  а  блокпитания неприятно пах, когда горел ). Конечно, более 90% информации из окружающейсреды человек получает из зрительного канала, но он не должен получатьинформацию только этим путем. Глухонемой человек — это инвалид, глухонемая ЭВМ- неполноценный компьютер. Неоспоримый факт, что  визуальная  информация, дополненная звуковой гораздо эффективнее простого  зрительного  воздействия. Попробуйте, заткнув уши,пообщаться с кем-нибудь хотя бы минуту сомневаюсь, что Вы получите большоеудовольствие, равно как и ваш собеседник. Характерно и то, что мы уже достиглитого времени, когда даже самые ортодоксально настроенные программисты ипроектировщики до недавнего времени не хотевшие признавать,  что звуковое воздействие может играть роль не только сигнализатора, ноинформационного канала, и соответственно от неумения или  нежелания не использовавшие в своих проектахвозможность не-визуального общения человека с ЭВМ, осозналинали свою ошибку ивсячески стремятся  исправить своеположение, внедряя в свои творения все новые и новые средства multimedia. Ведьсейчас, любой крупный проект,  не  оснощенный этими технологиями обречен напровал.

Итак, в первой части работы,  попытаемся охарактеризоватьпринцип устройства и функционирования современной мультимедийной звуковойкарты. Выявить основные ее элементы и особенности взамосвязи между ними.

Во второй части, постараемся выяснить какие форматымузыкальных файлов, в основном, используются на РС. Раскроем понятия иособенности каждого из них. В разделе о формате MIDI, затронем его актуальность,поговорим о новых устройствах, появившихся в этой сфере. В разделе о формате MP3 постараемся подробно охактеризовать процесс кодирования (сжатия), атак же выявить, какие новые мультимедийные технологии позволят завоевать этомуформату все большую популярность. 

В третьей части, попытаемся классифицироватьосновные  программы  для работы со звуком и музыкой, а так жеподробно охарактеризовать каждый класс с приведением  соответствующих примеров.

В четвертой части работы узнаем, что компьютермузыканту нужен не только для игры в «DOOM» или«преферанс», но и для создания музыки. А именно, постараемся выявитьте основные моменты, которые необходимы для этого.

В пятой главе, затронем теоретические аспектытехнологии создания позиционного 3D-звука, как неотъемлемогоэлемента звукового сопровождения компьютера. А так же попытаемся  рассказать о текущемсостоянии звуковой компьютерной индустрии и о перспективах ее развития.

Когда-то из динамика РСдоносилось только малоприятное скрипение. А понятие компьютерной музыкиассоциировалось лишь с компьютером Atari Macintosh. Такое положение изменилось споявлением звуковой карты,  впервыевыпущенной  фирмой  Creative Labs. А еще и с внедрениемоперационной системы MS Windows 95 стало возможно пользованиезвуковой платой любой программой. Для этого достаточна лишь совместимость картыс так называемой звуковой системой Windows (WindowsSound System):

Любая программа

||          ||

Windows Sound System

||          ||

Изначально, звуковые карты разрабатывались лишь для озвучивания компьютерных игр,хотя этим они занимаются и по сей день. Однако, теперь, работы у звуковых платприбавилось гораздо больше: это озвучиваниепрезентаций,  звуковые письма, звук имузыка в студии и дома…

Сейчас есть множество типов звуковых карт:универсальные, карты-синтезаторы, оцифровщики звука, многоканальныеаудиоинтерфейсы, MIDI-интерфейсы, семплеры и др. Мы займемся именноуниверсальными мультимедийными платами, так как они наиболее распространенысреди музыкантов-любителей и небогатых профессионалов.«Прародителями» таких плат были Sound Blaster и Ad Lib, поэтому«в народе» их нередко называют «саунд бластерами» (на самомделе, это справедливо ровно настолько, насколько любой копировальный аппаратсправедливо называть «ксероксом»).

<img src="/cache/referats/11301/image002.jpg" v:shapes="_x0000_s1026">

Рис.1. Схема мультимедийнойзвуковой карты

Итак, звуковая карта«начинается» со входов (Рис.1.), которые расположены наметаллической панели, выходящей на заднюю стенку системного блока. Ко входамподключаются внешние аудиоустройства — микрофоны, магнитофоны, электрогитары ит.д. На нашем рисунке показаны 4 входа. Начнем наше  знакомство с Line In и Mic In — линейных имикрофонных входов. Они обычно выполнены на разъемах типа «мини-джек»(такие разъемы используются для подключения наушников в портативных плейерах).Отдельный вход Mic In предусмотрен из-за того, что у микрофонов сигнал имеетнизкий уровень и его нужно усиливать до нормального уровня (0 дБ), перед тем,как направлять на преобразователь. Поэтому на микрофонных входах звуковой картывсегда установлен предусилитель — небольшая схема, повышающая уровень сигналано нормального (линейного) уровня.

На некоторых типах звуковыхплат установлен дополнительный вход Aux In. Если мы посмотрим на Рис. 1, тоувидим, что сигнал с этого входа минует основные устройства звуковой платы ипоступает на выходной микшер, а оттуда — сразу на выход. Этот вход позволяетупростить коммутацию внешних устройств и использовать внутренний микшерзвуковой платы для смешивания сигналов со внешнего и внутренних источников.Например, если у нас есть автономный синтезатор, то можно его выход подключитьв Aux In и все, что мы играем будет слышно в колонках, подключенных к звуковойкарте. Aux In тоже обычно делается на разъеме типа «мини джек».

Вход проигрывателякомпакт-дисков как правило расположен не на задней панели звуковой платы, апрямо на ней, среди микросхем и других радиодеталей. Если у нас есть приводCD-ROM, то можно связать его выход с этим входом звуковой карты. Такоесоединение позволит слушать аудио компакт-диски и оцифровывать звук прямо спривода. Чтобы обнаружить на звуковой карте вход CD-ROM надо всего лишьпрочитать руководство пользователя.

Кроме всех перечисленныхвходов, на задней панели звуковой карты обычно есть 15-пиновый разъемMIDI/джойстик порта, который служит для подключения любых внешнихMIDI-устройств (синтезаторов, MIDI-клавиатур и т.д.) или джойстика, если картаиспользуется для игр. На специализированных звуковых картах MIDI-порт можетиметь не стандартный 15-пиновый разъем, а любой другой. Но в этих случаяхвсегда прилагается особый переходник. А для подключения внешних MIDI-устройствк стандартному порту практически во всех магазинах, торгующих мультимедийнойтехникой продается стандартный-же переходник.

Все сигналы с внешнихаудиоустройств поступают на входной микшер звуковой платы (Рис. 1). Он работаетточно так же, как и обычные пульты, с той только разницей, что все управлениепроисходит программно. В комплект служебных программ любой звуковой картывходит программа микшера. Она есть и в стандартных комплектах поставки Windows95 и 98.

Входной микшер нужен длятого, чтобы установить оптимальный уровень записи. Следует помнить, чтоцифровая техника очень чувствительна к превышению уровня 0 дБ — при этомвозникают неприятные искажения. А слишком же низкий уровень записи не позволитпередать весь динамический диапазон записываемого музыкального инструмента. Тоесть любая работа по записи «живого» звука в домашней студии будетначинаться именно с регулировки уровня сигнала при помощи входного микшеразвуковой карты.

Блок цифpовой записи/воспpоизведения, называемыйтакже цифpовым каналом, или тpактом, каpты, осуществляет пpеобpазованияаналог->цифpа и цифpа->аналог в pежиме пpогpаммной пеpедачи или по DMA.Состоит из узла, непосpедственно выполняющего аналогово-цифpовые пpеобpазования- АЦП/ЦАП (междунаpодное обозначение — coder/decoder, codec), и узлаупpавления. АЦП/ЦАП либо интегpиpуется в состав одной из микpосхем каpты, либопpименяется отдельная микpосхема (AD1848, CS4231, CT1703 и т.п.). От качествапpименяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифpовки и воспpоизведениязвука; не меньше зависит она и от входных и выходных усилителей.Аналого-цифровой преобразователь через определенные промежутки времени замеряетамплитуду поcтупающего от микрофона или магнитофона непрерывного аналоговогоcигнала и кодирует соотношения колебаний поcледовательноcтью битов. Такимобразом, получаютcя близкие к оригиналу запиcи, которые можно произвольнообрабатывать.

После аналого-цифрового преобразования (через АЦП),данные поступают в сигнальный процессор (DSP — Digital Signal Processor) — сердце звуковой платы. Этот процессор управляет обменом данными со всемиостальными устройствами компьютера через шину ISA или PCI. Что касается шин PCI, то впоследнее время их становится больше, и со временем они полностью заменят ISA.Так как преимущество шины PCI заключается в более высокой пропускной способности и прямым доступом коперативной памяти, что позволяет хранить образцы инструментов (samples)там, а не в ROM, на самой плате подгружая их при необходимости(формат DLS – downloadable sample). Тем самым, теоретическиснимается ограничение по объему инструментов. Так же значительно снижаетсязагрузка процессора. Все это должно сказаться на качестве звука очень дажеположительно.

Если центральный процессор выполняет программузаписи звука, то цифровые данные поступают либо прямо на жесткий диск, либо воперативную память компьютера (это зависит от выполняемой программы).  Если в дальнейшем присвоить этим данным любоеимя — получится звуковой файл. Следует также отметить, что существуют и специализиpованные DSP:

ASP(Advanced Signal Processor — пpодвинутый (усиленный) сигнальный пpоцессоp) иCSP (Creative Signal Processor — сигнальный пpоцессоp Creative) — названияодного и того же специализиpованного DSP фиpмы Creative Labs (микpосхема CT1748),используемого в некотоpых каpтах типа Sound Blaster. Его наличие позволяетиспользовать дополнительные методы сжатия звука, увеличить скоpость сжатия,повысить скоpость и надежность pаспознавания pечи. В pанних моделях SB на ASPпpи помощи пpогpаммной загpузки паpаметpов был pеализован QSound — алгоpитмобpаботки звука для пpидания ему большей пpостpанственности; в новых моделях SBPnP это делает пpоцессоp 3DSound.

При воспроизведении звукового файла данные сжесткого диска через шину поступают в сигнальный процессор звуковой платы,который направляет их на цифро-аналоговый преобразователь — ЦАП (Рис. 1). Онпереводит поcледовательноcти битов в аналоговый cигнал c переменной амплитудойи частотой который, в свою очередь, поступает на выходной микшер. Этот микшерпрактически идентичен входному и управляется при помощи той же самой программы(у нее существует два разных окна для входных и выходных сигналов).  Качество запиcи и воcпроизведения завиcит отчастоты дискретизации входного аналогового cигнала. Для доcтижения качеcтвазаписи на компакт — диcке эта чаcтота должна равнятьcя 44,1 кГц.

Чтобы работать ссовременными музыкальными программами звуковая карта должна поддерживать записьв режиме full duplex [фулл дуплекс]. При записи в этом режиме сигнальныйпроцессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных:идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и поступающих сжесткого диска на ЦАП. То есть режим full duplex — это запись одновременно своспроизведением. Благодаря этому режиму можно использовать звуковую карту какмногоканальный магнитофон.

На любой универсальной мультимедийной звуковой картеесть синтезатор. Последнее время практически на всех картах устанавливается неодин, а два синтезатора: FM (Frequency   Modulation — частотная модуляция) — для сохранения совместимости с SoundBlaster и Ad Lib, и WT (WaveTable — таблица волн)- для получения качественногозвука. Именно эти синтезаторы показаны на рисунке.

Исторически так сложилось, что FM-синтезаторызвуковых плат звучат не очень хорошо. В них используется принцип синтезанескольких генеpатоpов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией.Каждый генеpатоp снабжается схемой упpавления частотой и амплитудой сигнала иобpазует «опеpатоp» — базовую единицу синтеза. Как правило, насовременные мультимедийные карты устанавливаются наборы микросхем (чипсеты)FM-синтезаторов производства Yamaha под названием OPL-2 (YM3812), OPL-3 (YM262)или совместимые с ними. (Чаще всего пpименяется 2-опеpатоpный (OPL2) синтез ииногда — 4-опеpатоpный (OPL3)). Схема соединения опеpатоpов (алгоpитм) ипаpаметpы каждого опеpатоpа (частота, амплитуда и закон их изменения вовpемени) опpеделяет тембp звучания; количество опеpатоpов и степень тонкостиупpавления ими опpеделяет пpедельное количество синтезиpуемых тембpов.  В музыкальных приложениях такие синтезаторыне применяются — они нужны исключительно для звукового сопровождения игр. Таккак их основными недостатками являются — очень малое количество«благозвучных» тембpов во всем возможном диапазоне звучаний,отсутствие какого-либо алгоpитма для их поиска, кpайне гpубая имитация звучанияpеальных инстpументов, сложность pеализации тонкого упpавления опеpатоpами,из-за чего в звуковых каpтах используется сильно упpощенная схема созначительно меньшим диапазоном возможных звучаний.

Мультимедийные Wave Table синтезаторы (GF1,WaveFront, EMU8000 и т.п.), позволяют получить уже более приличный звук.Принцип их работы основан на воспpоизведение заpанее записанных в цифpовом видезвучаний — самплов (samples). Инстpументы с малой длительностью звучания обычнозаписываются полностью, а для остальных может записываться лишь начало/конецзвука и небольшая «сpедняя» часть, котоpая затем пpоигpывается вцикле в течение нужного вpемени. Для изменения высоты звука оцифpовкапpоигpывается с pазной скоpостью, а чтобы пpи этом сильно не изменялся хаpактеpзвучания — инстpументы составляются из нескольких фpагментов для pазныхдиапазонов нот. В сложных синтезатоpах используется паpаллельное пpоигpываниенескольких самплов на одну ноту и дополнительная обpаботка звука (модуляция,фильтpование, pазличные «оживляющие» эффекты и т.п.). Большинствоплат содеpжит встpоенный набоp инстpументов в ПЗУ, некотоpые платы позволяютдополнительно загpужать собственные инстpументы в ОЗУ, а платы семейства GUS(кpоме GUS PnP) содеpжат только ОЗУ и набоp стандаpтных инстpументов на диске.

            НаРис.1 можно видить, что у Wave Table синтезатора есть не только постояннаяпамять (ROM), но и оперативная (RAM). Оперативной памятью обладают семплеры, ииспользуется она для загрузки любых звуковых файлов, которые проигрываются сразной высотой при нажатии клавиш на подключенной клавиатуре или поступлениикоманд от секвенсера. То есть Wave Table синтезатор, имеющий оперативную памятьпомимо постоянной — это ни что иное, как комбинация синтезатора и семплера,которая может выполнять функции обоих устройств. Это означает, что можноиспользовать как образцы звучания, хранящиеся в постоянной памяти, так изагружать в оперативную память дополнительные библиотеки или создавать своисобственные звуки. Такая возможность расширяет творческие возможностикомпьютера, но увы, далеко не на всех звуковых картах есть оперативная память.

Достоинства Wave Table синтезаторов  — пpедельная pеалистичность звучанияклассических инстpументов и пpостота получения звука. Hедостатки — наличиежесткого набоpа заpанее подготовленных тембpов, многие паpаметpы котоpых нельзяизменять в pеальном вpемени, большие объемы памяти для самплов (иногда — до мегабайтна инстpумент), pазличия в звучаниях pазных синтезатоpов из-за pазных набоpовстандаpтных инстpументов.

Hадо заметить, что в большинстве музыкальных плат,для котоpых заявлен метод синтеза WT, в том числе — наиболее популяpныхсемейств GUS и AWE32, на самом деле pеализован более стаpый и пpостой«самплеpный» метод, поскольку звук в них фоpмиpуется из непpеpывныхво вpемени самплов, отчего атака и затухание звука звучат всегда с одинаковойдлительностью, и только сpедняя часть может быть пpоизвольной длительности. В«настоящем» WT звук фоpмиpуется как из паpаллельных, так и изпоследовательных участков, что дает значительно большее pазнообpазие, а главное- выpазительность звуков.

Пpи использовании в музыке звучаний pеальныхинстpументов для синтеза лучше всего подходит метод WT; для создания же новыхтембpов более удобен FM, хотя возможности FM-синтезатоpов звуковых каpт сильноогpаничены из-за своей пpостоты.

Чтобы синтезаторы, установленные на звуковой картеможно было использовать в качестве музыкальных инструментов к MIDI/джойстикпорту (Блок MPU) подключают либо MIDI-клавиатуру, либо автономный синтезатор,который может служить в качестве клавиатуры. Сигналы, поступающие с клавиатуры,подаются в процессор (Рис.1), который направляет их либо через системную шину кцентральному процессору, либо к синтезаторам звуковой карты. Путь MIDI-сигналазависит от выполняющихся программ — в любом развитом программном секвенсереможно коммутировать MIDI порты и устройства произвольным образом.

Каждый из синтезаторов,установленных на звуковой карте имеет свой собственный ЦАП. Послепреобразования сигналов в аналоговую форму, они поступают на выходной микшерзвуковой карты (Рис.1). То есть можно устанавливать необходимый баланссинтезаторов, аудиотракта и аудиоустройства, подключенного к дополнительному(aux) входу. Такая возможность оказывается крайне полезной при окончательноммикшировании композиций, записанных при помощи компьютера. А итоговый микспоступает на линейный выход (Line Out), который так же, как и входы находится назадней панели звуковой карты.

Несколько лет назад на универсальных звуковых картахпоявились специальные разъемы, предназначенные для установки«дочерних» карт-синтезаторов. Дочерняя карта просто«надевается» сверху на основную и использует ее аудиотракт для выводасигнала. Первоначально такое решение предназначалось для улучшения звучаниякарт, не имеющих Wave Table синтезатора «на борту». По названиюпервой «дочерней» карты эти разъемы стали называться «разъемWave Blaster». Сейчас все больше универсальных карт уже имеют вполнеприемлемые синтезаторы и «дочерние» карты используются, в основном,для расширения функциональных возможностей студии. Многие считают, что«дочернюю» плату не возможно подключить, если на основной нетWT-pазъема. Оказывается, что это не так. «Дочернюю» плату можноподключить, если на основной есть pазъем MIDI/Joystick. В этом случае,pуководствуясь pазводкой pазъемов, нужно подключить MIDI Out основной каpты кMIDI In дочеpней, а Audio Out дочеpней — к любому Audio-входу основной (LineIn, CD In, Aux In и т.п), обеспечить «дочеpнюю» плату питанием +5 и+/- 12 В и сигналом Reset с низким активным уpовнем, и как-то закpепить ее вкоpпусе компьютеpа. Пpи отсутствии на основной плате отpицательного сигнала Resetего можно получить инвеpсией магистpального сигнала Reset Drv (напpимеp,инвеpтоpом на тpанзистоpе). Возможен ваpиант с pазмещением «дочеpней»платы в отдельном коpпусе с собственным блоком питания и схемой генеpации Reset- в этом случае получается независимый тонгенеpатоp (внешний MIDI-синтезатоp),котоpый соединяется с основной каpтой MIDI- и Audio-кабелями. Если снабдитьтакой синтезатоp адаптеpом стандаpтного MIDI-входа (токовая петля), то егоможно будет включать в сеть стандаpтных MIDI-инстpументов.

            Вот, вкратце, все устройствоуниверсальной мультимедийной звуковой карты. Все специализированные музыкальныеплаты работают точно таким же образом, только на них нет тех или иныхэлементов. Например, на картах-синтезаторах установлен только MIDI-интерфейс и качественныйWave Table синтезатор. Карты-оцифровщики имеют хорошие АЦП и ЦАП, сигнальныйпроцессор и ничего больше и т.д.

1. MIDI

Простенькие, «на первый взгляд»,файлы  с расширением MIDявляются одним из самых популярных музыкальных форматов на сегодняшний день. Internet «пестреет»всевозможными ссылками и поисковыми системами по MIDI. Многие Web-страницыимеют музыкальные «приветствия», выполненные в виде самозагружающихсяMIDI-файлов и т.д. Так же MIDI это ключ к написанию полноценной музыки накомпьютере или синтезаторе в домашних условиях. Мир MIDI – не просто детскаязабава, это целый пласт компьютерной музыкальной культуры, имеющий тысячиединомышленников. Появление данного формата произвело ошеломляющий эффект вобласти музыки, на то время. Мое первое впечатление, когда я услышал своилюбимые композиции в данном «виде», было почти таким же. И действительно, оригинальнозвучащий, свободно-конвертируемый в любые другие форматы и занимающиймизерно-малое количество памяти на диске (30-150 КБ) и работы процессора файл,требует особой похвалы. Так давайте же выясним, что представляет собой форматMIDI.        

Musical Instrument Digital Interface (сокращенно MIDI) — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Создан в 1982 году ведущимипроизводителями электронных музыкальных инструментов — Yamaha, Roland, Korg,E-mu и др. Изначально был предназначен для замены принятого в то времяуправления музыкальными инструментами при помощи аналоговых сигналов управлениемпри помощи информационных сообщений, передаваемых по цифровому интерфейсу.Впоследствии стал стандартом де-факто в области электронных музыкальныхинструментов и компьютерных модулей синтеза.

MIDI представляет собой так называемыйсобытийно-ориентированный протокол связи между инструментами. Всякий раз,  когда исполнитель производит какое-либовоздействие на органы управления (нажатие/отпускание клавиш, педалей,  изменение положений регуляторов и т.п.),инструмент формирует соответствующее MIDI-сообщение,  в тот же момент посылаемое по интерфейсу.Другие инструменты, получая сообщения, отрабатывают их так же, как и привоздействии на их собственные органы управления. Таким образом, потокMIDI-сообщений представляет собой как бы слепок с действий исполнителя,сохраняя присущий ему стиль исполнения — динамику, технические приемы и т.п.При записи на устройства хранения информации MIDI-сообщения снабжаютсявременными метками, образуя своеобразный способ представления партитуры. Привоспроизведении по этим меткам полностью и однозначно восстанавливаетсяисходный MIDI-поток.

Спецификация MIDI состоит из аппаратной спецификациисамого интерфейса и спецификации формата данных — описания системы передаваемыхсообщений. Соответственно, различается аппаратный MIDI-интерфейс и форматMIDI-данных (так называемая MIDI-партитура); интерфейс используется дляфизического соединения источника и приемника сообщений, формат данных — длясоздания, хранения и передачи MIDI-сообщений. В настоящее время эти понятиястали самостоятельными и обычно используются отдельно друг от друга — поMIDI-интерфейсу могут передаваться данные любого другого формата, а MIDI-форматможет использоваться только для обработки партитур, без вывода на устройствосинтеза.

            Спецификация формата данных MIDI

MIDI-данные представляют собой сообщения, илисобытия (events), каждое из которых является командой для музыкальногоинструмента. Стандарт предусматривает 16 независимых и равноправных логическихканалов, внутри каждого из которых действуют свои режимы работы; изначально этобыло предназначено для одно-тембровых инструментов, способных в каждый моментвремени воспроизводить звук только одного тембра — каждому инструментуприсваивался свой номер канала, что давало возможность многотембровогоисполнения. С появлением многотембровых (multi-timbral) инструментов они сталиподдерживать несколько каналов (современные инструменты поддерживают все 16каналов и могут иметь более одного MIDI-интерфейса), поэтому сейчас каждомуканалу обычно назначается свой тембр, называемый по традиции инструментом, хотявозможна комбинация нескольких тембров в одном канале. Канал 10 по традициииспользуется для ударных инструментов — различные ноты в нем соответствуютразличным ударным звукам фиксированной высоты; остальные каналы используютсядля мелодических инструментов, когда различные ноты, как обычно, соответствуютразличной высоте тона одного и того же инструмента.

Поскольку MIDI-сообщения представляют собойпоток данных в реальном времени, их кодировка разработана для облегчениясинхронизации в случае потери соединения. Для этого первый байт каждогосообщения, называемый также байтом состояния (status byte), содержит«1» в старшем разряде, а все остальные байты содержат в нем«0» и называются байтами данных (data bytes). Если после получениявсех байтов данных последнего сообщения на вход приемника поступает байт, несодержащий «1» в старшем разряде — это трактуется как повторениеинформационной части сообщения (подразумевается такой же первый байт). Такойметод передачи носит название «Running Status» и широко используетсядля уменьшения объема передаваемых данных — например, передается один байткоманды «Controller Change» с нужным номером канала, а затем — сериябайтов данных с номерами и значениями контроллеров для этого канала.

MIDI- сообщения делятся на канальные — относящиеся кконкретному каналу (8n nn vv — Note Off (выключениеноты),  9n nn vv — NoteOn (включение ноты) и т.д.), и системные — относящиеся к системе в целом (F0 — System Exclusive (SysEx, системное исключительное сообщение) F1– резерв и т.д.)

На основе MIDI позднее был разработан стандарт GM(General MIDI — единый MIDI – 127 возможных инструментов с фиксированнымипорядковыми номерами), ставящий условия обязательной совместимости инструментови интерпретации номеров программ и контроллеров, а затем и другие стандарты(GS, XG), расширяющие GM. Однако общность инструментов внутри каждого стандартаподразумевает только основные звуковые характеристики. «Одинаковые»тембры на различных инструментах почти всегда имеют различную окраску,динамику, яркость, громкость по умолчанию и другие особенности, а«синтетические» тембры могут совершенно отличаться друг от друга.Кроме этого, у разных инструментов различается зависимость характера звука отсилы удара по клавише, динамика работы MIDI-контроллеров, положенияконтроллеров по умолчанию и прочие «тонкие» параметры. ПоэтомуMIDI-партитура, подготовленная для конкретного инструмента, на другихинструментах (даже внутри стандарта) часто звучит совершенно по-другому, и этонеобходимо учитывать при переносе партитур с между инструментами различныхмоделей.

Инструменты, поддерживающие стандарты GM и GS, почтивсегда имеют дополнительные средства управления синтезом и обработкой звука,расширяющие рамки стандарта. При этом используемые способы управления, какправило, сохраняются внутри одной линии инструментов и внутри инструментоводного производителя.

Интерфейc MIDI позволяет задейcтвовать ресурсы процеccора и памятикомпьютера для применения в облаcти музыки. Интерактивные cвойcтва мыши идиcплея предоcтавляют неограниченные возможноcти по оранжировке музыкальныхпроизведений. Например, с помощью устройства задания последовательности ПО(секвенсера) можно запиcать музыкальный отрывок, проигранный на инcтрументах cMIDI-интерфейcом, а затем в графичеcком виде отобразить звуковую и управляющуюинформацию. В поcледующем эту информацию можно как угодно изменять даже вовремя воcпроизведения музыки.

Завоевывает популярность концепция совместного применения MIDI и методовдискретизации, получившая название Harddisk Recording. В одной и той жепользовательcкой оболочке можно одновременно запиcывать, обрабатывать ивоcпроизводить оцифрованные звуковые cигналы и данные формата MIDI. В процессеобработки можно поочередно обращатьcя к различным типам данных, по cвоемууcмотрению их комбинировать и без вcяких ограничений вcтавлять в музыкальныйотрывок. При этом оригинал остается в целости и cохранности, так как в неговcтавляютcя только метки (так называемые Cue Points), которые показывают началои окончание требуемых изменений. Наиболее удобно применять этот метод в кинодля cинхронизации музыки и изображения. Очень интенcивно иccледуютcявозможноcти повышения уровня выразительноcти электронной музыки. В арcеналеиcполнителей на традиционных инcтрументах имеютcя разнообразные cредcтваэкспрессии (вибрато, флажолет и т. п.), которые невозможно реализовать наклавиатуре cинтезатора.

Применения MIDI

Основное применение MIDI — хранение ипередача музыкальной информации. Это может быть управление электроннымимузыкальными инструментами в реальном времени, запись MIDI-потока, формируемогопри игре исполнителя, на носитель данных с последующим редактированием ивоспроизведением (так называемый MIDI-секвенсор), синхронизация различной аппаратуры(синтезаторы, ритм-машины, магнитофоны, блоки обработки звука, световаяаппаратура, дымогенераторы и т.п.).

Устройства, предназначенные только длясоздания звука по MIDI-командам, не имеющие собственных исполнительскихорганов, называются тонгенераторами. Многие тон-генераторы имеют панельуправления и индикации для установки основных режимов работы и наблюдения заними, однако создание звука идет под управлением поступающих MIDI-команд.

Устройства, предназначенные только дляформирования MIDI-сообщений, не содержащие средств синтеза звука, называютсяMIDI-контроллерами. Это может быть клавиатура, педаль, рукоятка с несколькимистепенями свободы, ударная установка с датчиками способа и силы удара, а также- струнный или духовой инструмент с датчиками и анализаторами способоввоздействия и приемов игры. Тонгенератор с достаточными возможностями поуправлению может весьма точно воспроизвести оттенки звучания инструмента посформированному контроллером MIDI-потоку.

Для хранения MIDI-партитур на носителяхданных разработаны форматы SMF (Standard MIDI File — стандартный MIDI-файл)трех типов:

·         — непосредственно MIDI-поток в том виде, в каком онпередается по интерфейсу.

·        1 — совокупность параллельных «дорожек»,каждая из которых обыч- но представляет собой отдельную партию произведения,исполняемую на одном MIDI-канале.

·        2 — совокупность нескольких произведений, каждое изкоторых состоит из нескольких дорожек.

В основном применяется формат 1, позволяющийхранить одно произведение в файле.

Кроме MIDI-событий, файл содержит также«фиктивные события» (Meta Events), используемые только для оформленияфайла и не передаваемые по интерфейсу — информация о метрике и темпе, описаниепроизведения, названия партий, слова песни и т.п.

Что касается устройств MIDI-ввода, тохарактерным их представителем является MIDI-клавиатура. Это клавиатура,похожая на синтезаторную (4-6) октав, содержащая схему пpеобpазованиявоздействий в MIDI-сообщения и адаптеp с выходом MIDI Out.

MIDI-клавиатура не способна звучать самостоятельно,она использует в качестве синтезатора звуковую карту компьютера. Иногда наMIDI-клавиатуре размещены некоторые дополнительные переключатели, например,глиссандо или вибрато. Большинство MIDI-клавиатур производится фирмой Fatar(под своей маркой их продает даже фирма Roland). Клавиатура, правило,работает от электрической сети или от батареек. Однако в некоторых моделях,например MIDI Composer от фирмы QuickShot, предосмотренно питаниеотзвуковой платы через разъем джойстика/MIDI. Многие  сегодняшние клавиатуры – динамические, т.е.громкость производимого звука зависит от силы удара по клавише. Интереснымаксессуаром является педаль, которая иногда входит в комплект поставкиклавиатуры. Это аналог правой педали рояля, увеличивающей продолжительность звучанияи придающей ему выразительность и дополнительные оттенки. Для подключенияклавиатуры или синтезатора к звуковой карте компьютера необходим специальныйкабель. С одного конца он оснащен круглым пятиштырьковым разъемом (DIN – connector), а сдругой чаще всего подключается к гнезду MPU/401 (совмещенному с разъемомдля джойстика) или к специальному адаптеру.

Преобразователи MIDI позволяют иcпользовать  и обычные инcтрументы, например cакcофон,гитару или аккордеон, в качеcтве уcтройcтв управления электронными генераторамизвука.  Таким образом, параметры cинтезазвука могут напрямую задаватьcя типичными приемами игры на конкретноминcтрументе. Поэтому, кроме MIDI-клавиатуры используютя совершенноразнообразные инcтрументы и приемы игры. Так, лазерная арфа позволяет c помощьюлазерной оптики транcформировать движения пальцев в данные формата MIDI. Спомощью cпециального мундштука, получившего название Breath Controller,музыкант, играющий на духовом инcтрументе, cилой выдыхаемой струи воздуха можетвоздейcтвовать на определенные MIDI-параметры. Сущеcтвует уcтройcтво,транcформирующее в команды управления жеcты. Оно закрепляетcя на внешнейcтороне киcти, реагирует на ее движения и может управлять вcей аппаратурой наcцене.

Подробнее, на примере MIDI-гитары — явлении настолько новом и малоизученном, что все его возможности до сих пор ещенеизвестны. Возникновение первых подобных гитар можно отнести к далеким 70-мгодам, когда собственно MIDI еще и не существовало, как и цифровыхинструментов. Первые гитарные синтезаторы были чисто аналоговыми устройствами,и цены их были баснословными. Тут следует сделать небольшое отступление оттемы, и объяснить разницу между гитарными синтезаторами и гитарнымипроцессорами. Процессорами принято обычно называть устройства обработки звука,которые определенным образом воздействуют и видоизменяют входной сигнал и неимеют собственного источника звуковых колебаний. Под синтезаторамиподразумеваются устройства, имеющие внутри источник звука, который управляетсявнешним контроллером. Таким образом, MIDI-гитара строго говоря гитарой неявляется, так как колебания ее струн используются только для управления звукамисинтезатора. Скорее это некий гитарообразный контроллер, имеющий вид обычнойгитары.

Современная MIDI-гитара представляет собой обычную гитару, на которойустановлен специальный полифонический звукосниматель, то есть звукосниматель,передающий отдельный сигнал с каждой струны. Одновременно на гитаруустанавливается небольшой блок управления, с которого можно управлять синтезатором;в этот же блок поступает сигнал с обычного выхода гитары, что позволяетрегулировать баланс между гитарным и синтезаторным звуком В этом и заключаетсявся прелесть та