Il protocollo Midi
Il M.I.D.I. (Musical Instrument Digital Interface) è un protocollo di trasmissione seriale di dati alla velocità di 31250 bit al secondo.
Tali dati Midi vengono trasmessi uno dopo l'altro (in modo seriale, in sequenza), e ricevuti dal dispositivo ricevente nell'ordine sequenziale in cui sono stati trasmessi.
Un insieme di due o tre Byte, previsto dal protocollo Midi e corrispondente a un elemento costitutivo di un brano musicale, rappresenta un Messaggio Midi.
Ogni Messaggio Midi è anche considerato un Evento musicale Midi, in quanto esso "accade " nel tempo, sia in senso assoluto che in senso relativo, in quanto esso accade temporalmente anche rispetto all'Evento Midi che lo precede (fatta eccezione per il primo Evento in assoluto del brano musicale).
Indice
Byte di Stato e Byte di Dati
Si è detto che ogni Messaggio Midi è costituito da due o tre Byte. Va precisato che riguardo al significato dei Byte, costituenti il Messaggio Midi, essi vanno considerati distinti e indipendenti fra loro, e non come un unico valore numerico formato da due o tre Byte. Pertanto ogni singolo Byte del Messaggio Midi apporta una propria specifica informazione.
Da ciò deriva che ogni singola informazione è scritta utilizzando i valori rappresentabili da 8 bit (un Byte), ossia da 0 a 255 per un totale - come si sa - di 256 combinazioni possibili.
Il primo Byte costituente il Messaggio Midi è chiamato Byte di "Stato " (ma anche Messaggio di Stato). Il seguente o i seguenti sono chiamati Byte di "Dati " (ma anche Messaggio di Dati).
Pertanto l'invio da un dispositivo Midi trasmittente a un altro ricevente avviene in sequenza come appresso mostrato:
___/ PORTA| |PORTA \___ ___ USCITA|---> 2° Byte di Dati ---> 1° Byte di Dati ---> Byte di Stato --->|ENTRATA ___ \ Midi| |Midi /
Il primo Byte a uscire dal dispositivo Midi trasmittente è il Byte di Stato, poi esce il 1° Byte di Dati e infine esce il 2° Byte di Dati. Analogamente, il primo Byte a entrare nel dispositivo Midi ricevente è il Byte di Stato, poi entra il 1° Byte di Dati e infine il 2° Byte di Dati.
I Byte di Stato e i Byte di Dati strutturalmente si differenziano per l'ambitus di valori rappresentati dal loro Byte. In particolare il Byte di Stato utilizza solo i valori compresi tra 128 e 255, mentre i Byte di Dati utilizzano solo i valori compresi tra 0 e 127.
Ciò significa che:
1) nei Byte di Stato il bit più significativo [nota 1] è sempre posto a 1, mentre nei Byte di Dati il bit più significativo è posto sempre a 0;
2) nel protocollo Midi i bit più significativi, pur concorrendo a formare il valore finale complessivo del Byte, sono utili soltanto nella definizione e generica distinzione tra Byte di Stato e Byte di Dati, ma non concorrono nella definizione del valore da associare al tipo di Evento (Messaggio) Midi o al tipodi Dato. Infatti nel Byte di Stato, come s'è detto, il 1° bit più significativo individua univocamente il Byte di Stato in quanto tale, e soltanto il 2°, il 3° e il 4° bit più significativi sono utili per definire i valori che distinguono i vari Messaggi Midi. Nel Byte di Dati, poi, il 1° bit più significativo individua univocamente il Byte di Dati in quanto tale, e soltanto i restanti sette bit a destra sono utili per definire il valore associato al tipo di Dato.
Il Byte di Stato
Il Byte di Stato informa il dispositivo ricevente sul tipo di Messaggio (sulla sua funzione) e sul Canale al quale appartiene.
Per conferire queste due informazioni, il Byte di Stato divide in due gruppi i bit costituenti il suo Byte, come appresso specificato:
1 b b b b b b b
I primi quattro bit (quelli più significativi), dei quali il primo a sinistra - sempre posto a 1 - specifica che si tratta genericamente di un Byte di Stato, sono utilizzati per definire il "tipo" di Messaggio Midi di appartenenza.
Gli ultimi quattro bit (quelli meno significativi) specificano invece il Canale, al quale il Messaggio Midi appartiene. Poiché l'ambitus di valori, rappresentabili dai quattro bit meno significativi del Byte di Stato, comprende i valori da 0 a 15, il numero massimo di Canali Midi utilizzabili è 16. [nota 2]
Il Canale Midi
Il Canale Midi è un'impostazione presente in ciascun evento Midi che permette a un dispositivo, sintonizzato [nota 3] su un determinato Canale, di filtrare gli eventi Midi elaborando soltanto quelli appartenenti a quel Canale. [nota 4]
Esempio di byte di Stato
Mostriamo un esempio di Byte di Stato:
1 0 0 1 1 0 0 1
I bit suddetti specificano che è un Byte di Stato, che individua un Messaggio Midi di tipo "Note-On", appartenente al Canale "10".
Il valore complessivo associato a questo esempio di Byte di Stato è pertanto "&h99".
Il Byte di Dati
I Byte di Dati apportano informazioni fondamentali aggiuntive di dettaglio associate al Messaggio Midi inviato. I Messaggi Midi - a seconda del tipo - possono avere uno o due Byte di Dati.
Come è stato già detto, nel Byte di Dati il bit più significativo è sempre posto a 0. Pertanto il Byte di Dati può assumere esclusivamente valori compresi fra 0 e 127.
Esempio di Byte di Dati:
0 0 1 1 0 0 0 0
Tipologia dei Messaggi Midi
Ogni Evento (Messaggio) Midi è considerato un elemento fondamentale nella dinamica musicale, o perché costitutivo del brano (si pensi ad esempio all'esecuzione di una nota), o perché influenza in modo determinante l'esecuzione musicale (si pensi ad esempio allo strumento utilizzato).
I Messaggi Midi si suddividono secondo la seguente tipologia:
Channel Voice Messages;
Channel Mode Messages;
System Common Messages;
System Real Time Messages;
System Exclusive Messages.
In questa pagina prenderemo inconsiderazione solo i Channel Voice Messages e i System Exclusive Messages.
Per comprendere meglio l'associazione dei valori ai singoli Byte (di Stato e di Dati) appartenenti essenzialmente ai Messaggi Midi, è opportuno immaginare l'azione del dito di un esecutore su un pianoforte o su una tastiera elettronica con tasti dinamici.
I Messaggi Channel Voice
I Messaggi Midi di tipo Channel Voice sono:
Note Off
Il Messaggio di Note Off viene inviato per istruire che l'esecuzione di una nota, precedentemente attivata, deve essere disattivata, deve cessare. Facendo l'esempio del pianoforte, il Messaggio Midi di Note Off corrisponde in sostanza all'istruzione di rilasciare un tasto ancora premuto.
Il suo Byte di Stato, a seconda del Canale attribuito, può assumere valori da &h80 a &h8F.
Il primo Byte di Dati individua il numero di nota, che deve ovviamente corrispondere al numero di una nota la cui esecuzione sia stata precedentemente attivata.
Il secondo Byte di Dati rappresenta la Velocità (Velocity) di pressione del tasto del pianoforte per eseguire una nota. Tale Byte, non essendo ovviamente rilevante in questo tipo di Evento Midi, può essere posto a 0.
Va detto che il Messaggio Midi di Note Off corrisponde sostanzialmente al Messaggio Midi di Note On con il valore del secondo Byte di Dati posto a 0.
Esempio di Messaggio di Note Off:
80 48 00
Note On
Il Messaggio di Note On viene inviato per istruire di attivare una determinata nota. Nell'esempio del pianoforte il Messaggio Midi di Note On corrisponde all'istruzione di premere un tasto.
Il suo Byte di Stato, a seconda del Canale attribuito, può assumere valori da &h90 a &h9F.
Il primo Byte di Dati individua il numero della nota che deve essere attivata.
Il secondo Byte di Dati rappresenta la Velocità (Velocity) di pressione del tasto del pianoforte per eseguire una nota, e può assumere un valore da 0 a 127. Come già accennato sopra, il Messaggio Midi di Note On con il valore del secondo Byte di Dati posto a 0 corrisponde in sostanza a un Messaggio Midi di Note Off.
Più in particolare la Velocità rappresenta la velocità con cui un tasto del pianoforte viene premuto. [nota 5]
Esempio di Messaggio di Note On:
90 48 64
Polyphonic Key Pressure
Il Messaggio di Polyphonic Key Pressure, anche chiamato Aftertouch Polyphonic, rappresenta l'ulteriore pressione che si assegna a una o più note già attivate mediante il Note On.
Il suo Byte di Stato, a seconda del Canale attribuito, può assumere valori da &hA0 a &hAF.
Il primo Byte di Dati individua il numero della nota la nota oggetto dell'effetto dell'Aftertouch.
Il secondo Byte di Dati rappresenta il valore di Aftertouch Polyphonic aggiuntivo da eseguire.
Esempio di Messaggio di Aftertouch Polyphonic:
A0 48 6C
Control Change
Il Messaggio di Control Change rappresenta una quantità di circa 128 informazioni che incidono sull'esecuzione delle note.
Il suo Byte di Stato, a seconda del Canale attribuito, può assumere valori da &hB0 a &hBF.
Il primo Byte di Dati individua il tipo di Controllo da attivare.
Il secondo Byte di Dati rappresenta il valore da assegnare al Controllo prescelto.
Esempio di Messaggio di Control Change:
B0 07 64
(volume posto a 100 per tutti gli Eventi Note On appartenenti al Canale 0 che seguono)
Program Change
Il Messaggio di Program Change istruisce il dispositivo del numero identificativo di strumento musicale, con il quale eseguire uno o più Messaggi di Note On che seguono.
Questo Messaggio Midi è costituito soltanto da 2 Byte.
Il suo Byte di Stato, a seconda del Canale attribuito, può assumere valori da &hC0 a &hCF.
Il primo (e unico) Byte di Dati rappresenta il valore da assegnare al Program Change, ossia il numero identificativo dello strumento musicale all'interno del file soundbank utilizzato.
Esempio di Messaggio di Program Change:
C0 32
(strumento n. 50 del General Midi, corrispondente al Basso acustico, assegnato a tutti gli Eventi Note-On del Canale 0 che seguono)
Channel Pressure
Il Messaggio di Channel Pressure, anche chiamato Channel Aftertouch, viene inviato quando c'è un cambiamento nella pressione generale applicata a tutte le note di un canale e non solo su una singola o singole note.
Questo Messaggio Midi è costituito soltanto da 2 Byte.
Il suo Byte di Stato, a seconda del Canale attribuito, può assumere valori da &hD0 a &hDF.
Il primo (e unico) Byte di Dati rappresenta il valore di Channel Aftertouch aggiuntivo da eseguire.
Esempio di Messaggio di Channel Pressure:
D0 64
(evento del Channel Pressure con valore 100, assegnato a tutti gli Eventi Note-On del Canale 0 che seguono)
Pitch Wheel
Il Messaggio di Pitch Wheel, anche chiamato Pitch Bend, rappresenta l'effetto glissato. Esso si applica all'evento Note-On che immediatamente lo precede.
Il suo Byte di Stato, a seconda del Canale attribuito, può assumere valori da &hE0 a &hEF.
Il Messaggio di Pitch Bend utilizza entrambi i suoi Byte di Dati per determinare con precisione il valore della variazione di tono per il glissato.
Il primo Byte di Dati è quello meno significativo, e lo si può pensare come portatore di un'informazione di alta risoluzione, poiché contiene i 7 bit meno significativi del valore di glissato.
Il secondo Byte di Dati è quello più significativo, e lo si può pensare come portatore di un'informazione di risoluzione grossolana, poiché contiene i 7 bit più significativi del valore di glissato.
Più in particolare nel messaggio di Pitch Bend, per ottenere il valore effettivo dell'effetto glissato, bisogna combinare i due Byte di Dati (LSB e MSB), creando così un unico valore di 14 bit (esclusi ovviamente i "bit" più significativi di entrambi i Byte di Dati) con un intervallo compreso tra 0 e 16.383, ove il valore minimo è 0, quello intermedio è 8192 e quello massimo è 16383.
La combinazione viene effettuata secondo la seguente formula:
(MSB << 7) OR LSB = risultato
I bit del valore del 2° Byte di Dati (quello più significativo) vanno spostati a sinistra di 7 posti; il risultato di tale spostamento va combinato con il 2° Byte di Dati (quello meno significativo) mediante l'operatore "OR".
Infatti, combinando i valori massimi (&h7F) di entrambi i Byte di Dati, si ottiene: (127 << 7) OR 127 = 16383
Ciò detto, va precisato che, poiché l'effetto del glissato può avvenire sia in basso che in alto rispetto alla tonalità originaria della nota (cioè può abbassare o elevare la tonalità originaria della nota), nel 1° Byte di Dati (quello meno significativo - LSB) il valore minimo è rappresentato da 0, quello originario (ossia l'intermedio) è rappresentato dal valore 0, mentre il malore massimo è rappresentato da &h7F; nel 2° Byte di Dati (quello più significativo - MSB) invece il valore minimo è rappresentato da 0, quello originario è rappresentato dal valore &h40, mentre il malore massimo è rappresentato da &h7F. [nota 6]
LSB MSB &h7F &h7F 127 | | | | | | &h00 &h40 64 | | | | | | &h00 &h00 0
Esempio di Messaggio di Pitch Bend:
E0 48 40
(evento di Pitch Bend con valore 8264 sul Canale 0)
I Messaggi System Exclusive
Molto brevemente si può dire che i Messaggi Midi di System Exclusive (o semplicemente SysEx) vengono utilizzati per molteplici usi, legati per lo più nell'invio di informazioni per assegnare impostazioni specifiche a uno specifico dispositivo Midi, per il quale solo sono destinate ("escludendo" quelli di altri produttori).
I Messaggi Midi di System Exclusive possono essere costituiti da un numero variabile di Byte.
E' importante ricordare che ogni Messaggio di System Exclusive inizia con il Byte di valore &hF0 e termina con il Byte di valore &hF7, e che non possiede informazione di Canale.
Codice Gambas esemplificativo per intercettare i Messaggi Midi
Di seguito è mostrato un semplicissimo codice in Gambas per intercettare i singoli dati dei Messaggi Midi provenienti da un dispositivo Midi esterno (ad esempio una tastiera) collegato al computer:
Private fl As File Public Sub Main() ' Apre in lettura il file-device auto-creato con la connessione del dispositivo Midi esterno e lo pone in "osservazione": fl = Open "/dev/snd/midiC2D0" For Read Watch End Public Sub File_Read() Dim dato As Byte ' Legge il file-device e assegna il valore intercettato alla variabile "dato": Read #fl, dato ' Mostra nella console/terminale il dato Midi letto dal file-device: Print "Byte inviato dalla tastiera = "; dato End
Note
[1] Il bit "più significativo" è quello più a sinistra all'interno del Byte, e al quale è associato il valore 128:
1 0 0 0 0 0 0 0
[2] I sedici Canali Midi sono convenzionalmente rappresentati dal numero 1 fino al numero 16. Pertanto il valore 0, restituito dai bit meno significativi di un Byte di Stato, è associato al Canale Midi n. 1 e così via sino al valore 15, che è associato al Canale n. 16.
[3] In generale quando un dispositivo è impostato per elaborare soltanto le informazioni assegnate a uno specifico Canale, si parla di sintonizzazione.
Così, se il dispositivo è impostato per prendere in considerazione i dati appartenenti al Canale 3, si dice che tale dispositivo è sintonizzato sul Canale 3.
[4] L'eccezione a questa regola generale è la modalità "Omni": un dispositivo impostato per ricevere in modalità "Omni" accetterà e risponderà a tutti i Messaggi Midi indipendentemente dal numero del Canale, al quale il Messaggio è associato. La modalità "Omni" può essere impostata assegnando il valore &h7D al 1° Byte di Dati del Messaggio Midi di tipo "Control Change ".
[5] Va precisato che la Velocità di pressione non corrisponde meramente al volume del suono di una nota, il quale è definito mediante il valore &h07 del 1° Byte di Dati del Messaggio Midi di Control Change.
[6] Si verifichino infatti semplicemente i seguenti casi:
1) valore massimo dell'effetto Pitch Bend (LSB =&h7F, MSB = &h7F) ---> (127 << 7) OR 127 = 16383;
2) valore intermedio (originario) dell'effetto Pitch Bend (LSB =&h00, MSB = &h40) ---> (64 << 7) OR 0 = 8192;
3) valore minimo dell'effetto Pitch Bend (LSB =&h00, MSB = &h00) ---> (0 << 7) OR 0 = 0.
