MIDI Clock предназначен для синхронизации тех устройств, внутренняя временная сетка которых выражена в относительных единицах, зависящих от темпа. Типичные варианты: секвенсор и ритм-машинка, два секвенсора, две ритм-машинки. Для синхронизации одно из устройств делается мастером (у него включается функция передачи сообщений MIDI Clock), а другое — подчиненным (переводится в режим внешней синхронизации, который может иметь название "Sync: External Clock", "Sync: MIDI", "Clock: External" и т. п.). В принципе, ведомых устройств может быть несколько.
При этом не требуются специальные разъемы и кабели — сообщения MIDI Clock передаются по обычному MIDI-кабелю и разъему. Причем их вполне можно передавать и одновременно с аранжировкой. Здесь прослеживается аналогия с цифровой звуковой коммутацией, когда синхросигнал внедряется в звуковые данные (self-clock). С инженерной точки зрения это нехорошо, поскольку пропускная способность MIDI и без того ограничена. Но для пользователя удобно — не нужно лишней коммутации и обязательного наличия свободного MIDI-входа (рис. 2).
Рис. 2
Для синхронизации по MIDI Clock применяются пять сообщений: позиционное (Song Position Pointer), информация о скорости (Timing Clock) и три команды (Start, Stop, Continue). Позиционное сообщение относится к категории System Common, информация о скорости и команды — к категории Real Time.
Основное сообщение здесь — Timing Clock. Оно состоит только из статус-байта (0xF8) и посылается мастер-устройством 24 раза за четверть. Если, например, текущий темп равен 120 bpm (ударам в минуту), то генерируются 48 сообщений Timing Clock в секунду (120 / 60 * 24), если 180 bpm — 72 сообщения. Поскольку Timing Clock никакой числовой информации не несет, то для определения темпа приемное устройство должно получить как минимум два "клока" и измерить временной интервал между ними.
Известно, что разрешение секвенсоров гораздо больше, чем 24 импульса в четверти (у современных программных секвенсоров оно доходит до 15360 PPQN — Pulse Per Quarter Note). При передаче клока ведомому устройству секвенсор вынужден отбрасывать часть своих внутренних импульсов высокого разрешения. Приемное устройство также может иметь более высокое разрешение, и должно будет добавлять внутренние импульсы между приходящими клоками. Возможна ситуация, когда в мастер-устройстве произойдет плавное изменение темпа в промежутке между MIDI-клоками. Точно его передать на ведомое устройство не получится — в ведомом произойдет скачок темпа (рис. 3). Обычно это не представляет особой проблемы, но лучше такое ограничение иметь в виду.
Сообщения Timing Clock, как и все сообщения группы Real Time, могут вклиниваться между частями других сообщений, если подошло время отправки. Типичный пример представлен на рис. 4. Здесь первый клок внедрился между статус-байтом сообщения Note On и байтом данных, а следующий — между байтами данных сообщения Pitch Wheel Change. Устройство должно обрабатывать эту ситуацию без проблем. В данном случае после получения статус-байта "нажата клавиша" тон-генератор ждет два байта данных, первый — с номером ноты, второй — со скоростью нажатия (см. предыдущую статью). Но вместо этого он натыкается на статус-байт клока. Этот байт извлекается из потока, обрабатывается, а затем устройство продолжает ожидать два байта данных сообщения Note On, как ни в чем не бывало.
Рис. 4
Спецификация предлагает еще один способ передачи информации о скорости — так называемые "тики" (Timing Tick). Один тик — это статус-байт 0xF9, который передается от мастера к ведомому устройству каждые 10 мс (то есть 100 раз в секунду). Скорость этого потока не зависит от темпа, но, с другой стороны, и не содержит абсолютного времени, как, например, в MTC. Ведомое устройство должно самостоятельно определить, сколько тиков приходится на четверть, базируясь на своих внутренних часах.
Теперь поговорим об управлении. При нажатии кнопки Play на мастере ведомому устройству посылается команда Start (статус-байт 0xFA), которая переводит его в режим готовности к воспроизведению. Одновременно эта команда выполняет простейшую позиционную функцию — она указывает, что воспроизведение должно начаться с самого начала песни. Затем, как только поступит первый клок, ведомое устройство должно начать воспроизведение. Спецификация не определяет паузу между поступлением сообщений Start и следующего за ним Timing Clock. Теоретически, клок может прийти немедленно. Но на практике большинство мастер-устройств выдерживают паузу в 1 мс для того, чтобы приемник мог подготовиться к воспроизведению.
Замечу, что требование ожидать первый клок действует только в том случае, если устройство находится в режиме внешней синхронизации, то есть является ведомым. Если устройство работает от внутренних часов, то оно может стартовать при получении сообщения Start немедленно, что удобно для простого дистанционного управления.
Команда Stop (статус-байт 0xFC) останавливает воспроизведение. Спецификация требует, чтобы сигналы MIDI Clock продолжали поступать и после остановки, что дает возможность ведомому устройству постоянно отслеживать текущий темп (например, для отображения его на передней панели).
Сообщения Timing Clock несут информацию только о скорости и ничего не говорят о положении. Команда Start немногим улучшает дело — она говорит лишь о том, что воспроизведение нужно всегда начинать с первой доли первого такта. А если нужно начать воспроизведение с произвольного места? Для этого применяется сообщение Song Position Pointer (SPP, статус-байт 0xF2), в котором посылается число MIDI-битов (MIDI Beat), прошедших от начала песни. Один MIDI-бит равен шести клокам, а, следовательно, шестнадцатой ноте (24 / 4). То есть SPP имеет точность позиционирования до шестнадцатой. Если, к примеру, SPP равен 48, то это значит, что воспроизведение начнется с 48-й по счету шестнадцатой, то есть с первой четверти третьего такта (при размере 4/4). Сообщение SPP имеет высокое разрешение, содержит два байта данных (пара MSB:LSB), следовательно, позволяет указать позицию от 0 до 16383 MIDI-битов, что при размере 4/4 соответствует 1024 тактам от начала песни.
Сообщение SPP не должно передаваться во время воспроизведения. В противном случае ведомое устройство может не успеть вовремя переместиться к новой точке и потеряет при этом несколько сообщений Timing Clock. Обычно SPP передается при перемотке вперед или назад в секвенсоре при остановленном воспроизведении.
Для того, чтобы ведомое устройство стартовало с точки, заданной сообщением SPP, либо от последней точки остановки, применяется команда Continue (статус-байт 0xFB). При ее получении устройство приводится в режим готовности, а следующее сообщение Timing Clock служит сигналом начать воспроизведение. Команда Start для этих целей не подходит, поскольку она требует всегда начинать воспроизведение с начала песни.
Существует также возможность выбора песни (или паттерна) посредством MIDI. Для этого применяется сообщение Song Select (категория System Common, статус-байт 0xF3). Оно содержит один байт данных — номер песни (от 0 до 127). Вы можете, например, запрограммировать в секвенсоре и в ритм-машинке несколько песен. Если секвенсор является мастером, то при выборе одной из них секвенсор посылает ритм-машинке сообщение Song Select — и она готова к воспроизведению песни с тем же номером. При получении Song Select ведомое устройство устанавливает позицию воспроизведения в начало песни. Для выбора другой позиции мастер-устройство, естественно, должно передать SPP.
MIDI Clock можно использовать и для переписывания данных из одного секвенсора в другой по кабелю, хотя существуют и более удобные способы (стандартные MIDI-файлы или протокол передачи MIDI File Dump, о котором поговорим отдельно). Однако в том случае, если одно из устройств не может читать или записывать на носитель, или не понимает протокола MIDI File Dump, запись по кабелю в реальном времени — единственный способ переноса данных. Коммутация здесь происходит обычным образом, как и при синхронизации секвенсора с ритм-машинкой (рис. 2). Секвенсор, с которого нужно переписать данные, делается мастером, секвенсор назначения — ведомым. При этом, для экономии времени, можно переписывать на повышенной скорости, выставив на мастере более высокий темп, а после записи вернув его в норму. Подробностей этого процесса я коснусь в статье про секвенсоры.
