Hallo Dani,

der weltweite Erfolg digitaler Produktionstechnik begann mit der Einführung eines Kommunikationsstandards für den Datenaustausch zwischen Computer und Studioequipment. Einflussreiche Firmen wie Roland, Yamaha und Korg entwickelten im Jahre 1983 das sogenannte Musical Instruments Digital Interface, kurz MIDI - eine genormte Schnittstelle, die es ermöglicht, Geräte und Instrumente verschiedenster Hersteller und mit unterschiedlichen Technologien, die über ein entsprechendes MIDI-Interface verfügen, miteinander zu verbinden.


Für die praktische Anwendung stellt sich MIDI in erster Linie als digitale Sprache dar, mit der die Geräte untereinander kommunizieren. Folgendes Beispiel soll dies nun etwas anschaulicher erklären.

Nehmen wir beispielsweise an zwei Keyboards mit unterschiedlichen Klängen zu verwenden. Der Klavierklang des ersten und der Streicherklang des zweiten gefällt uns besonders gut. Um beide Klänge zu kombinieren, müssten wir entweder vier Hände haben oder einen Partner, der zeitgleich die selben Tasten anschlägt, oder, und dies wäre die einfachste Möglichkeit, beide Keyboards über ein MIDI-Interface verfügen würden. Sind beide Keyboards via MIDI verbunden, kommunizieren diese über die sogenannte MIDI-Schnittstelle. Jetzt kann man, obwohl nur ein Keyboard gespielt wird, die Instrumente des zweiten Keyboards aussuchen und den ersten Sound überlagern. Man spielt also mit zwei Händen beide Keyboards gleichzeitig.

Das ist nur ein kleines Beispiel für die vielen Möglichkeiten von MIDI.


In der Welt der digitalen Musik muss man grundsätzlich zwischen MIDI- und Audio-Daten unterscheiden. Während Audio-Daten (z.B. auf einer CD oder in Samples) einen konkreten Klang digital erfassen, speichern und wiedergeben, beinhalten die MIDI-Daten lediglich bestimmte Steuerbefehle, die einen Klangerzeuger veranlassen, vorhandene Klänge wiederzugeben. MIDI-Daten beinhalten also selbst keinerlei Informationen über den Klang, der durch sie ausgelöst oder beeinflusst wird.


Die MIDI-Standards GM, GS, XG
Überall auf der Welt finden sich emsige Musiker, die die segensreiche MIDI-Sprache zur Entwicklung neuer Tonschöpfungen kreativ einsetzen und von den großartigen Möglichkeiten dieser Technik eifrig Gebrauch machen. Doch "basteln" Musiker eigentlich niemals ausschließlich für sich allein, sondern sie möchten ihre Kunst auch verbreiten, sich über ihre Werke mit "Kollegen" austauschen und umgekehrt von deren Ideen profitieren.


An dieser Stelle stößt man allerdings auf ein Problem, das den regen Austausch von MIDI-Daten beträchtlich erschwert. Gespeichert werden ja, wie bereits erwähnt wurde, keine digitalisierten Klänge, sondern ausschließlich Steuerbefehle für den jeweils eingesetzten Klangerzeuger. Erst der macht die Musik hörbar und das Problem ist, dass nahezu jeder Soundkarten- und Synthesizerhersteller seine eigenen Sounds entwickelt hat. Davon können Musiker zwar auf der einen Seite profitieren, indem sie das jeweils Passende aus einem breiten Angebot wählen, andererseits heißt es leider auch, dass die verschiedensten Klangbibliotheken keiner festgelegten Ordnung unterliegen. Arrangements, die auf einem bestimmten Instrumentarium eingespielt bzw. programmiert wurden, müssen daher normalerweise aufwendig an ein anderes System angepaßt werden, um damit annähernd die gleichen klanglichen Ergebnisse zu erzielen. Hauptursachen dafür sind die individuell unterschiedlichen Zuordnungen von MIDI-Kanälen und Programm- oder auch Noten-Nummern zu bestimmten Instrumenten und Sounds. Es ist somit nicht verwunderlich, wenn eine MIDI-Komposition bei der Wiedergabe auf einem anderen Klangerzeuger plötzlich vollkommen "falsch" instrumentiert ist.


Um diesem babylonischen Klanggewirr ein Ende zu bereiten, einigten sich im Jahre 1991 das Japanese MIDI Standards Cominittee" (JMSC) und die "American MIDI Manufacturers Association" (MMA) auf eine Spezifikation mit dem Namen General MIDI, Level 1, den sogenannten GM-Standard. Alle Klangerzeuger, die mit diesem Standard kompatibel sind, folgen seither den gleichen Vorgaben bezüglich der Tonerzeugung, Instrumentenauswahl, MIDI-Kanal- und Controllerzuweisung.


Die einheitliche Klangbibliothek besteht aus 128 Sounds, die in festgelegte Klanggruppen unterteilt sind - Verwechslungen sind nun nicht mehr möglich. Über diese obligatorische Orchestrierung hinaus muss ein GM-Instrument außerdem alle 16 MIDI-Kanäle mit mindestens 24-facher Polyphonie ansteuern und mit relevanten Controllern zur Regelung von Anschlagstärke, Aftertouch, Pitchbend, Modulation oder Haltepedal umgehen können. Weiterhin wird die Fähigkeit verausgesetzt, einfache "SysEx"-Daten auszutauschen.
Angesichts der großen Variationsbreite von Schlagzeug- und Percussionstimmen und einer unzureichenden Kommunikation zwischen den Herstellerfirmen kommt es trotz dieser Normierung immer wieder zu geringfügigen Abweichungen, so dass man sich nicht immer auf eine 100 %ige Drumbelegung verlassen kann. Einige GM-Tonerzeuger stellen verschiedene Drum-Sets zur Verfügung, die über Program-Changes umgeschaltet werden (z.B. Standard-Set, Rock-Drums, Techno-Kit, Jazz-Kit, etc.).

Obwohl die weitere Verteilung der Instrumentengruppen auf die einzelnen MIDI-Kanäle nicht vorgeschrieben ist, befinden sich die Bass-Klangfarben meistens auf MIDI-Kanal 2.


Polyphonie
Jeder GM-Tonerzeuger muss über eine Polyphonie von mindestens 24 Stimmen verfügen.


Effekte
GM-Tonerzeuger stellen mindestens einen Hall- und einen Chorus-Effekt zur Verfügung, deren Effektintensität über Controller 91 (für Hall) und 93 (für Chorus) gesteuert wird.


PC-Soundkarten mit Synthesizer-Einheit bieten, je nach Preisklasse, verschiedene Standards an, von denen aber zumindest einer GM-kompatibel ist.


Wie so oft, hat auch in diesem Fall die Vereinheitlichung den Nachteil, dass man sich letzten Endes auf einem qualitativ ziemlich geringen gemeinsamen Nenner trifft. Das heißt, GM-Songs klingen nur prinzipiell gleich, und in der Praxis entstehen kleinere und größere Unterschiede je nach der Qualität der Samples, die vom Klangerzeuger zur Verfügung gestellt werden. GM-Sounds bieten also bei weitem nicht den Klangreichtum und die Authentizität, die vor allem moderne Synthesizer inzwischen zu produzieren imstande sind.


Erweiterte Standards ließen deshalb nicht lange auf sich warten. Die Firma Roland präsentierte erstmals in ihrem "Sound Canvas"-Modul den eigenen GS-Standard, der die GM-Instrumente um einige Varianten sowie neue Klänge aus dem MT-32-Modul ergänzt. Durch die sog. Fall-Back-Patchwahl verfügen GS-Module außerdem über die Fähigkeit, Instrumente, die nicht explizit in ihrer Bibliothek enthalten sind, automatisch durch möglichst ähnliche Standardsounds zu ersetzen. Aber obwohl der neue Standard nun auch Hall- und Choruseffekte steuern kann, sind die Unterschiede zu GM letzten Endes so unerheblich, dass der GS-Standard sich nie wirklich durchsetzen konnte und im Gegenteil sogar an Bedeutung verliert.


Nicht so Yamahas erfolgreicher XG-Standard, der auf bestem Wege ist, sich gleichberechtigt neben dem GM-Urvater zu etablieren. Mindestens 480 Sounds, ungeahnte Möglichkeiten der Soundmanipulation (Filter, Hüllkurven, 51 Effekttypen) sowie die Fähigkeit, mit dem integrierten digitalen Mixer externe Audioquellen (Mikrofon, E-Gitarre, Keyboard usw.) "live" zu den MIDI-Daten zu mischen, machen XG zu einem Standard, der auch komplexe und klanglich variantenreiche MIDI-Produktionen in gebührender Weise reproduzieren kann. Auch die Softwarehersteller haben längst auf den Aufwärtstrend dieses Soundstandards reagiert und bieten großartige Editoren zur komfortablen Fernprogrammierung von Patches und Effekten via PC an. Somit ist eine Wachablösung in Sicht - der unzeitgemäße GM-Standard wird wohl irgendwann abdanken müssen.


Kommunikation via MIDI
Alle Steuerbefehle werden auf seriellem Wege mit der ungewöhnlichen Datenrate von 31,25 Kbit/sec übertragen. Weil die Daten nur in eine Richtung fließen, benötigt man für eine bidirektionale Kommunikation zwei Leitungen (MIDI IN, MIDI OUT). Über den MIDI THRU-Ausgang lassen sich mehrere MIDI-Komponenten verknüpfen und von einem zentralen Steuergerät aus ansprechen. Das heißt, empfangene MIDI-Daten werden unverändert "durchgereicht" und zum jeweils gewünschten Glied der Gerätekette transportiert.

Im PC übernimmt ein MIDI-Interface (meist kompatibel zur verbreiteten Roland-MPU-401-Norm) die notwendige Umwandlung der vom PC-Bus parallel ein- und ausgehenden Daten in serielle MIDI-Daten. Gängige MIDI-Steckkarten unterstützen einen MIDI-Port, mit dessen Hilfe auf 16 voneinander unabhängigen Kanälen Daten transportiert werden können. Dadurch ist es möglich, mit einem Sequenzer 16 Spuren gleichzeitig aufzuzeichnen bzw. wiederzugeben und diese Spuren mit unterschiedlichen Instrumenten zu belegen. Natürlich muss auch der angeschlossene Klangerzeuger in der Lage sein, diese Informationsfülle zu verarbeiten (man spricht in diesem Zusammenhang von "16-fach multi-timbral").

Über die MIDI-Leitung werden keine klangvollen Audiodaten, sondern lediglich "stumme" Steuerbefehle gesendet. Erst eine Soundkarte oder ein Synthesizer, also ein Klangerzeuger, der die Befehle versteht, verwandelt MIDI-Nachrichten in hörbare Musik.


MIDI-Sprache in Beispielen
Die Fülle aller MIDI-Nachrichten teilt sich im wesentlichen in zwei große Gruppen: Channel Messages und System Messages. Während die erste Gruppe Befehle umfasst, die immer mit einem spezifischen MIDI-Kanal verknüpft sind, beeinflussen "System Messages" das gesamte MIDI-System.


Beispiele für Channel Messages
Die wichtigste musikalische Information ist die Note. Das MIDI-System erkennt 128 Noten - mehr als genug, um den Tonumfang sämtlicher Instrumente abzudecken. Mit dem Befehl Note on wird eine Note "angeschaltet". In dem Note on-Befehl sind die Informationen über die Tonhöhe (Noten-Nummer) und die Velocity mit enthalten. Drückt der Musiker nun eine bestimmte Taste seines Keyboards, so sendet das Instrument beispielsweise die Nachricht "Note Nr. 61 - an" zum Sequenzer, der die entsprechende Note als MIDI-Event in die gewählte Spur einträgt.

Neben der so definierten Tonhöhe ist natürlich auch die Lautstärke jedes Tons relevant, die über die Sensoren eines anschlagsdynamischen Keyboards weitergegeben wird. Die Geschwindigkeit, in der die Taste nach unten bewegt wird, kann gemessen werden und entspricht damit sinngemäß der Anschlagstärke. Die Velocity-Werte werden in der Regel dazu benutzt, Lautstärke und auch Klangfarbe des Sounds in Abhängigkeit von der Intensität des Anschlags zu variieren. In einem Raster von 128 möglichen Werten ermittelt der Sensor die Geschwindigkeit mit der die Taste niedergedrückt wurde.

Lässt man die Taste schließlich los (Note Nr. 61 aus), wird der Befehl Note off ausgelöst. Somit steht auch der Notenwert (Länge des Tons) fest. Der Befehl bezieht sich damit auf jeden Fall auf eine konkrete Tonhöhe (Noten-Nummer) und beinhaltet in selteneren Fällen auch einen Note off Velocity-Wert, mit dem die Geschwindigkeit des Loslassens der Taste musikalisch verarbeitet werden kann.

In ähnlicher Weise werden Regleranweisungen für den oftmals eingesetzten Vibrato-Effekt (Modulation), für stufenlose Tonhöhenveränderung (Pitch-Bend) oder das Stereopanorama übertragen. Mit diesen Daten, die den Befehl Control beinhalten, kann die Tonhöhe eines Klanges scheinbar stufenlos in programmierbaren Grenzen verändert werden. Hier handelt es sich in vielen Fällen um Effekte wie Vibrato, Filtereigenschaften o.ä.

Dazu dient in der Regel ein Rad oder Hebel an einem Keyboard, mit dem Töne nach dem Anschlagen z.B. einen Ganzton nach oben oder unten "gezogen" werden - ähnlich einer Gitarre. Dabei handelt es sich immer um Ein-/Aus-Befehle in Verbindung mit einer entsprechenden Controllernummer und einem Controllerwert.

Die genannten Spielhilfen, aber auch jedwede Manipulation am Klangmaterial selbst, lassen sich bei vielen Instrumenten über den sogenannten Channel Aftertouch steuern - und zwar live und in Echtzeit. Dabei wird laufend die Stärke des Tastendrucks (nach dem Anschlag) gemessen und als Controllerwerte zum Sequenzer übertragen.

Die ermittelten Messwerte beziehen sich auf den entsprechenden MIDI-Kanal und beeinflussen sämtliche gespielten Noten. Beherrscht ein Instrument den seltenen "polyphonen Aftertouch", dann ist man in der Lage, jeder einzelnen Note einen spezifischen Aftertouch-Wert mitzugeben.

Zur Produktion abwechslungsreich instrumentierter Arrangements ist ein programmierbarer Bank/Patch-Wechsel unverzichtbar. Diesen Befehl nennt man Program Change. Per MIDI-Befehl lassen sich theoretisch über 16000 Soundbänke mit jeweils 128 Klängen direkt ansprechen und mit beliebigen MIDI-Spuren verknüpfen. Zur Verfeinerung der Sounds stehen wiederum Controller zur Verfügung, mit deren Hilfe Hall-, Echo- oder Choruseffekte beigemischt werden können.

Über die Channel Messages laufen auch Steuerbefehle für ein externes Eingabegerät wie z. B. das Zurücksetzen aller Controllereinstellungen (Reset) oder das Abschalten des internen Klangerzeugers im Keyboard (Local off).

Beispiele für System Messages
Zum Aufgabenbereich der System Messages gehört zunächst die genaue Synchronisation aller angeschlossenen MIDI-Komponenten. Außerdem lassen sich im System eingebundene Video oder DAT-Geräte über den Sequenzer fernsteuern und mit einer MIDI-Sequenz koordinieren (über SMPTE-Timecode). Eingriffe in die "Tempo-Map" bzw. die regelmäßige Überwachung der "MIDIClock" laufen ebenfalls über System Messages. Diese MIDI-Systemechtzeitmeldung überträgt 24 mal pro Viertelnote ein entsprechendes Statusbyte.

Eine wichtige Untergruppe der System Messages sind die sogenannten systemexclusiven Nachrichten. Wie der Name schon andeutet, sind diese MIDI-Informationen auf spezifische MIDI-Geräte geeicht und werden auch nur von diesen Geräten verstanden. Mit dem Transfer systemexklusiver Daten (über den sogenannten Bulk Dump) lässt sich der temporäre Speicherinhalt z. B. eines Synthesizers in den Sequenzer übertragen, dort bearbeiten und wieder zum Synthesizer zurücksenden. Alle zuvor programmierten Parameter in bezug auf Soundmanipulation, Effektgestaltung, Betriebsmodus des Klangerzeugers usw. können auf diese Weise komfortabel exportiert und gesichert werden und sind jederzeit wieder verfügbar.

Wenn man eine MIDI-Produktion mit SysEx-Nachrichten koppelt, wird der externe Klangerzeuger beim Laden der Sequenz automatisch in den gewünschten Betriebszustand versetzt. Das gilt auch für selbst generierte Soundbänke und Patches, die in den freien RAM-Speicher des Synthesizers geladen werden. Wer gerne an Sounds herumbastelt oder häufig mehrere Klangerzeuger einsetzt, weiß diese Art der Gerätekommunikation besonders zu schätzen, denn er braucht die zahllosen Einstellungen nur ein einziges Mal vorzunehmen.

MIDI-Daten werden seriell und unidirektional (in eine Richtung) übertragen. Aus diesem Grund benötigen Klangerzeuger und PC entsprechende Schnittstellen, sprich einen Ein- und Ausgang für zwei Übertragungsleitungen (MIDI IN/ MIDI OUT). Separate PC-MIDI-Karten oder Soundkarten mit integrierter MIDI-Schnittstelle erledigen die notwendige Umwandlung der vom PC-Datenbus parallel ein- und ausgehenden Daten in serielle MIDI-Daten (UART-Funktion).

Wenn als Eingabegerät ein sogenanntes Masterkeyboard ohne eigenen Klangerzeuger fungiert, müssen die Informationen lediglich den Weg zum PC finden und werden dann über die Soundkarte hörbar gemacht. Dazu genügt die Verbindung des Keyboard MIDI-OUT-Ausgangs mit dem PC MIDI-IN-Eingang.

Handelt es sich allerdings um ein Keyboard mit integriertem Klangerzeuger, müssen die Informationen nach ihrer Bearbeitung im Sequenzer wieder zurückgeschickt werden. Ein zweites MIDI-Kabel verbindet also in solchen Fällen die Endgeräte auch in umgekehrter Richtung. Ein solch einfaches MIDI-System funktioniert in der Regel problemlos, wenn man Soundkarten- und MIDI-Kartentreiber auf dem neuesten Stand hält.


Einfache Verbindung

Ein externes Keyboard mit integriertem Klangerzeuger wird über die MIDI-Schnittstelle mit dem PC verbunden. Die Daten fließen über je eine eigene Leitung in beide Richtungen.


Verbindung verschiedener Instrumente

Etwas komplizierter - und damit auch störungsanfälliger - wird das System, wenn man zusätzliche Komponenten (zum Beispiel Drum-Machine, Sampler oder Soundmodule) integrieren und zu einer Kette zusammenschließen möchte. Der hierzu benötigte MIDI THRU-"Ausgang" leitet die eingehenden MIDI-Daten unverändert zum MIDI-Eingang des nächsten Gerätes, das wiederum per MIDI THRU mit einer weiteren Komponente verbunden werden kann. Wenn solche Ketten auf einem einzigen MIDI-Port liegen, sollte bei maximal drei Gliedern Schluss sein, anderenfalls führt die serielle Übertragungsweise zwangsläufig zum Datenstau - die anfallenden Daten können nicht mehr schnell genug verarbeitet werden. Möglichst kurze Verbindungskabel und Interfaces mit mehreren unabhängigen MIDI-Ports schaffen in diesem Fall Abhilfe.

Das Masterkeyboard steuert den PC an und schließt per MIDI THRU weitere Komponenten zusammen.

Viele Grüße

Regina
Administrator

von
Regina am 05.01.2004