Коммутация

Как же соединяются устройства в MIDI? Представим себя на месте разработчиков. У нас есть два синтезатора, и мы хотим, чтобы при нажатии клавиши на одном из них второй синтезатор сыграл ту же ноту, но своим звуком. Очевидно, для этого нужно сделать на первом синтезаторе выходной MIDI-разъем, а на втором — входной MIDI-разъем и соединить инструменты MIDI-кабелем. Первый синтезатор при нажатии клавиши должен генерировать сообщение о взятии ноты и посылать его на свой выход, а второй синтезатор — получать это сообщение через вход и воспроизводить звук (рис. 3).

А что будет, если играть аккордами? В прошлом для одновременного извлечения нескольких звуков нужно было бы встраивать в инструмент несколько CV/Gate входов, по одному на каждый голос полифонии. Но MIDI — протокол цифровой, и высота нот кодируется цифрами, а не напряжением. Цифры передаются по MIDI кабелю в виде очень коротких импульсов. Разработчики могли сделать параллельный интерфейс, то есть передавать эти импульсы по нескольким проводам одновременно. Тогда MIDI-кабель мог бы состоять, например, из восьми или шестнадцати проводов, а инструмент получал бы все ноты аккорда одновременно. Но в силу разных причин (о которых поговорим далее подробно) было решено сделать интерфейс последовательным. В этом случае для MIDI-кабеля нужно всего два провода в экране-оплетке.

Последовательный интерфейс означает то, что импульсы по MIDI-кабелю передаются один за другим, подобно отряду муравьев, шагающих колонной по одному. Так что в каждый момент времени приемника достигает только один импульс. Значит, передать одновременно несколько сообщений через один MIDI-разъем невозможно. При игре аккордов ноты каждого аккорда будут передаваться последовательно. Фактически, вместо аккордов синтезатор-приемник будет исполнять только очень-очень плотное арпеджио.

По одному MIDI-кабелю одновременная передача нескольких сообщений невозможна.

Этот факт служит одним из главных аргументов в устах людей, критикующих протокол. На слух запаздывание каждой последующей ноты аккорда неуловимо (так как составляет менее половины миллисекунды), да и к тому же в реальной жизни ни один исполнитель не сыграет аккорд, абсолютно одновременно взяв все его ноты. Однако это не многих успокаивает — все-таки гораздо лучше иметь точную во времени систему.

Итак, мы соединили два синтезатора MIDI-кабелем, по которому передаются сообщения о взятии нот (в том числе и нескольких одновременно, с поправкой на предыдущее замечание). Теперь мы хотим подключить еще два синтезатора, но управлять ими по-прежнему с первого. Для этого можно сделать в первом синтезаторе несколько MIDI-выходов и соединить их тремя MIDI-кабелями с MIDI-входами остальных, то есть, говоря компьютерным языком, организовать сеть с топологией "звезда" (рис. 4).

Это вполне возможно, но не все инструменты (хотя бы по экономическим соображениям) будут оборудоваться несколькими MIDI-выходами. А если потребуется управлять еще двумя или тремя синтезаторами, то выходов точно не напасешься. Было найдено решение: сделать дополнительный разъем MIDI Thru (сквозной). Задача синтезатора, оборудованного таким разъемом — дублировать на него все сообщения, приходящие на вход MIDI In. Тогда нашу систему из четырех синтезаторов можно соединить цепочкой (рис. 5).

При этом на первом синтезаторе нужен всего один MIDI-выход. Вся информация с этого выхода поступает на MIDI-вход второго синтезатора, дублируется через его сквозной разъем MIDI Thru и далее, по второму MIDI-кабелю, попадает на MIDI-вход третьего инструмента, дублируется, и так до тех пор, пока не достигнет последнего инструмента в цепочке.

Все это хорошо, но как быть, если мы хотим, чтобы каждый инструмент играл по очереди, а не со всеми сразу? Предположим, на первом синтезаторе выбран тембр флейты, на втором — рояля, на третьем — бас-гитары, а на последнем — ударных. Мы нажимаем клавиши на первом инструменте и хотим для начала только рояль, затем только ударные. Конечно, можно бегать и на ходу подключать и отключать нужный синтезатор (что полезно для собственного физического развития), но это не выход, особенно, если приборы соединены цепочкой.

А если мы хотим играть левой рукой партию баса, а правой — рояля? В этом случае клавиатура первого синтезатора должна быть разделена на две зоны. Клавиши из каждой зоны должны посылать сообщения о взятии ноты своему инструменту. Как это сделать, если инструмент оборудован только одним MIDI-выходом?

И, наконец, если наш синтезатор мультитембральный (то есть способен воспроизводить несколько партий одновременно разным тембром), как осуществить его коммутацию с секвенсором, в котором записаны эти партии?

На поставленные вопросы, в сущности, ответа два: либо использовать столько MIDI-входов, выходов и кабелей, сколько партий звучит одновременно (рис. 6, а), либо... Сделать так, чтобы все партии передавались по одному MIDI-кабелю (рис. 6, б). Нужно ли пояснять, почему был выбран второй вариант?!

Разработчики предложили передавать данные по шестнадцати логическим каналам. Слово "логический" означает то, что все каналы существуют в виде абстракции и передаются по одному MIDI-кабелю. Просто каждое сообщение, например, о взятии ноты, снабжается дополнительным числом — номером канала, на котором звучит нота. В этом коренное отличие MIDI от аналоговой звуковой коммутации, где, например, партия рояля идет с магнитофона на микшер по отдельному кабелю, который можно потрогать руками. В MIDI по одному кабелю могут передаваться одновременно партии всего симфонического оркестра (естественно, в виде управляющих команд, а не звука).

Понятно, что при последовательной передаче в каждый момент времени приемника будет достигать сообщение только для одного канала. Так что абсолютной ритмической согласованности в игре, например, бочки и бас-гитары при передаче данных по одному MIDI-кабелю добиться нельзя. Но опять же, покажите басиста, который идеально "попадает" в бочку барабанщика. Многих критиков протокола подобные фразы не утешают, хотя разница в приходе сообщений практически неощутима — все в том же порядке долей миллисекунды.

Каждый тон-генератор может быть настроен на прием сообщений по одному или нескольким MIDI-каналам. Данные тех каналов, по которым прием не идет, просто игнорируются. В нашем примере пусть первый синтезатор играет на MIDI-канале 3, второй настроен на прием по каналу 4, третий — по каналу 8 и последний — по каналу 10. Тогда для переключения тембров нужно переключать каналы, по которым передает информацию первый синтезатор: включили на канал 3 — звучит его же флейта, на канал 8 — бас с третьего синтезатора, на канал 10 — барабаны с последнего. Но тогда клавиатуры на втором, третьем и четвертом синтезаторах вообще не нужны. Это соображение привело к широкому распространению звуковых модулей — синтезаторов без клавиатуры. С другой стороны, первый синтезатор может вообще не производить звук, а только служить центром управления для всех остальных. Это соображение привело к появлению MIDI-клавиатур — устройств, которые звуков не содержат, а служат для управления другими синтезаторами или звуковыми модулями.

Если первый синтезатор позволяет разделить клавиатуру на две зоны, то можно назначить зону для левой руки на передачу по каналу 8, а для правой — по каналу 4. Тогда мы сможем одновременно исполнять партии баса и рояля. При этом на первом синтезаторе потребуется только один MIDI-выход (рис. 7).

Возможности живого исполнения нескольких партий одновременно ограничены, поэтому чаще всего партии записываются в секвенсор по очереди. Причем записать партии можно на простом и неказистом по звучанию инструменте — ведь записывается не звук, а только действия исполнителя (можно даже настучать партию на MIDI-клавиатуре без подзвучки). А для сведения одолжить пару качественных синтезаторов или звуковых модулей.

Каждый синтезатор при наличии выхода MIDI Thru обязан дублировать на него всю приходящую информацию, в том числе и по тем каналам, на прием которых он сам настроен. Это позволяет передавать партию дальше, на другие синтезаторы, настроенные на тот же канал, для создания, например, жирного звучания в унисон.