Zusammenfassung Medientyp Audio 2.1. Physikalische Grundlagen · Pulses per Quarter Auflösung des Sequenzers bestimmt Genauigkeit der Tonlänge Pro Song wird zu Beginn die Zeitdauer

© H.-D. Wuttke 2012

Zusammenfassung Medientyp Audio

2.1. Physikalische GrundlagenHörbereich: 20Hz bis 20kHz, 0 bis 130dBSensitivität: frequenzabhängig, Maskierung

2.2. Digitalisierung/ SamplingZeit-/ Frequenzbereich: DiskretisierungSample-Rate, Nyquist: fmax= 2fs, CD: 44kHz Aliasing: kont. Zeit => diskrete Zeit: Tiefpassfilter


MIDI (Musical Instrument Digital Interface)

Metasprachezur Beschreibung von Musik analog der Notenschriftzur Steuerung elektronischer Musikinstrumente

ProtokollKommunikation zwischen elektronischen Musikinstrumenten und mit Rechnern


MIDI - Grundlagen

Geschichte

Physikalische Schnittstelle

Übertragung der Metadaten (Protokoll)

Elemente der Metasprache Komponenten, Begriffe, Kommandos

Zeitkodierung

Dateiaufbau


MIDI-Geräte (Geschichte)

Musikautomaten (Patent Fa. Welte 1905: erstmals Anschlagaufzeichnung)

Elektronische MusikinstrumenteMoog Synthesizer, FM-Synthese (1965)Keyboards

Musik mit Rechnern (1985)Langsame Rechner (RS232) 31 250 Bit/s

CD: 1 411 200 Bit/s

Geringe Speichermöglichkeit 10 min = 200 000 ByteCD: 105 840 000 Byte

Graphische Editoren für Noten


MIDI – Geschichte

1981- 83 Roland: erste Entwicklungen V1.0

1988 Standard MIDI Files (SMF)

1991 General MIDI (GM)

1994 Yamaha XG (eXtended GM)

2001 MIDI over Fire Wire 1394


MIDI –Hardware

MIDI – INMIDI – OUTMIDI – THRU

MasterSlave

THRU: nur fremdeBefehle


MIDI –Hardware

Serielle SchnittstellePins des Joystick

Optokoppler

UART(UniversalAsynchronousReceiverTransmitter)


MIDI –Hardware

RS 232C

1:1 Verbindung

31,25 kBaud

MIDI – Hardware


MIDI – Übertragung

Klänge (Sounds)werden nicht übertragen sondern im Endgerät interpretiert => synthetisiert

=> Übertragung der Metadaten überserielle Schnittstelle mit 31,25 kBaud

Seriell => Baud = Bit/s (parallel: Byte/s)31,25 kBit/s x 1024= 32 000 Bit/s


MIDI - Übertragungsrate : 31,25 kBaud

RS 232C

konstante Datenrate, serielle Übertragung, asynchron

1 Startbit + 8 Datenbits + 1 Stoppbit = 10 Bit je Info-Byte

3200 Info - Bytes je Sekunde ~ 1000 Noten

1 Info – Byte in 1/3200s = 312,5s

Hörbare Verzögerung ab 5 ms ~ 16 Byte


MIDI – Begriffe

Geräte Synthesizer, Sequenzer...

MusikinformationenPolyphone, Voice, Pitch...

SteuerinformationenSong position,


MIDI – Begriffe (Geräte)

SynthesizerEmpfang von MIDI-Daten, Interpretation, Klanggenerator (FM, Wave)(Tonhöhe (Pitch), Anschlagdynamik (Velocity), Klangfarbe(Timbre))

SequenzerAufzeichnung und Speicherung

von MIDI-Daten in Spuren (Tracks)Wiedergabemodus (senden von MIDI-Daten)als Software: Editor für MIDI-Daten (graphisch)


MIDI – Begriffe (Synthesizer)

Voiceparallel (unabhängig) synthetisierbare Stimmeneines Instrumentes (Eigenschaft des Synthesizers, Standard: General MIDI, GM)

1 Voice = 1 Note für ein Instrument, (polyphon: mehrere Stimmen je Instrument, üblich: 16, 20, 32, ...)

Timbre Klangfarbe (Klavier, Trompete, Percussion)

(Multitimbral: mehrere Instrumente je MIDI-Gerät (z.B. PC))

definiert durch Steuersignal (Patch), Patch Map


MIDI – Begriffe (Synthesizer)

Hüllkurvezeitlicher Tonverlauf

Quelle: http://www.doepfer.de/a100_man/a141_anl.pdf


MIDI – Begriffe (Sequencer)

TrackZusammenfassung parallel aufzeichenbarer Stimmen => Tonbandspur, ein-/ ausschaltbar, Stimmen nicht trennbar (z.B. getrennte Spuren für linke/ rechte Hand Klavier)

PolyphonieAufzeichnung mehrerer Stimmen (z.B. Akkord)in einer Spur (Track)


MIDI – Begriffe (Datenorganisation)

Channellogisch zusammengehörige MIDI-Daten

(z.B. 1 Instrument, Adresse für 1 Empfänger)

16 Kanäle je Leitung (Port), in jedem Kommando kodiert

MessageKommando zur Steuerung der MIDI-Komponenten

(Channel-message, System-message)


MIDI – Begriffe (Musik)

PitchNote, Tonhöhe (C2.... g8) Pitch Wheel (+/-)

C2=0,...., c1=48, (30Hex) 12 Töne je Oktave

VelocityAnschlagdynamik, bestimmt die relative Laustärke


MIDI – Tonumfang C2 .... g8


MIDI – Kodierung

11 Oktavenje 12 (Halb)tönec1= 4*12 = 4811 x 12 ~ 128 ;-)

=> 7 Bit 128 Noten128 Lautstärkestufen128 Stereopositionen 128 Klangfarben128 ...

z.B. 57= 39Hex = Kammerton „a“ 440,0 Hz


General MIDI – (Auszug)


MIDI – Messages


MIDI – Messages

Status: 80Hex

Daten: < 80Hex

Byte-Sequenz: 1*Status 1...2*Daten

1 s s s c c c c 0 d d d d d d d. . .

1 * * * * * * *

0 * * * * * * *


MIDI – Messages

z.B. „Note on“auf Kanal 0

Daten: Note „a“39H

Byte-Sequenz: 1*Status 1...2*Daten

1 s s s c c c c 0 d d d d d d d. . .

1 0 0 1 0 0 0 0

0 0 1 1 1 0 0 1


MIDI – Messages


MIDI – Timing, Clock

Zeitbasis

a) Pulses per (Quarter) Viertelnote (PPQ)Typische Werte: 24, 96, 480 PPQ

b) SMPTE ZeiteinheitenEinheiten im Bezug auf 24, 25 bzw. 30 fpsSMPTE = Society of Motion Picture and Television Engineers


MIDI – PPQ

Pulses per Quarter

Auflösung des Sequenzers bestimmt Genauigkeit der Tonlänge

Pro Song wird zu Beginn die Zeitdauer der Viertelnote (Quarter) festgelegt (Tempo des Musikstücks)

z.B. Allegro: 132 Beats per Minute, Andante: 66 BPM

Synchronisation über Clock-Message F8hex des Masters (24 x pro Viertelnote)


MIDI – SMPTE

Kodierung: MSB unterscheidet PPQ SMPTE

Orientierung an Bildfolge (Frame Rate) 24, 25,30

Unterteilung in hh:mm:ss:ff:sf (sf: subframes)


MIDI – SMF

Standard Midi File FormatTrack Header „MThd“ (ASCII)Datenlänge 6 Bytes

(Formattyp, Trackanzahl, PPQ)Record Header „MTrk“

DatenlängeDaten......


Zusammenfassung MIDI

Metasprache16 Kanäle je Leitung, General MIDIchannel messages: Note on (9x), Note off (8x)system messages: Start (FA), Stop (FC)

ProtokollRS 232 asynchron, 31,25kBaud, 10Bit je InfobyteZeitbasis: PPQ oder SMPTE


VERGLEICH (Sampling MIDI)

Originalklänge MetadatenSamples KommandosInstrumente SynthesizerReproduktion Interpretation 10,5 Mio Byte/Min 20 kByte/MinSamplerate KommandofolgeNyquist, Aliasing Seriell => ParallelRauschen (SNR) Standard (GMIDI)Mischen Komponieren- Editieren

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Zusammenfassung Medientyp Audio 2.1. Physikalische Grundlagen · Pulses per Quarter Auflösung des Sequenzers bestimmt Genauigkeit der Tonlänge Pro Song wird zu Beginn die Zeitdauer