Реферат: Музыкальные возможности ПК
Однако если принять во внимание, что MIDI-технология изначально предназначалась не для записи или воспроизведения музыки, а только лишь для управления на некоем расстоянии (в пространстве и времени) синтезаторами, звуковыми модулями и прочими “железными” ящиками, то многие претензии к ней будут сняты. Это все равно, что упрекать виолончель за плохое звучание во флейтовом регистре.
Итак, чтобы закончить мысль о достоинствах и недостатках MIDI, сделаем несколько предварительных выводов. Во-первых, MIDI-технология остаётся ведущей в компьютерной и аппаратно-студийной области. Во-вторых, она совершенствуется, учитывает новые требования и новые технические возможности. Об этом говорит последовательное появление стандартов GM, GS и XG. В-третьих, идея оказалась настолько удачной, что MIDI-технология вовлекает в сферу своего влияния все новые и новые области, для которых она и не предназначалась, — управление магнитофонами, устройствами звуковой обработки, микшерскими пультами (не говоря уже о мультимедийных продуктах и компьютерных играх).
В музыкальном обучении качество звучания уже не играет столь значительной роли, как в звукозаписи или концертной деятельности. Зато возможность воспроизводить изучаемый опус в любом темпе и (тут вокалисты и духовики должны затаить дыхание) в любой тональности делают MIDI-технологию незаменимой в музыкальных школах и училищах. Смешно сказать, но для этого достаточен 286-й компьютер со звуковой картой за 40 долл. Я думаю, недалеко то время, когда некий аппарат, подобными характеристиками станет распространенней метронома. А вместо толстых нотных сборников люди будут покупать дискеты с этюдами Черни или Шопена.
3.1.1. Описание MIDI-интерфейса.
MIDI — Musical Instrument Digital Interface — компьютерный протокол (иногда говорят — язык), предназначенный для связи одного музыкального устройства с другим. Оба эти устройства должны обладать любого вида микропроцессором или программой, которые поддерживают MIDI-протокол.
Рис.4.
Пример использования MIDI.
Пример использования MIDI: На синтезаторе вы можете играть ноты, выбирать новый тембр инструмента, менять громкость, но сам он сейчас не звучит. Все перечисленные действия передаются по MIDI-кабелю (красного цвета) в виде команд на звуковой модуль. Последний выполняет все эти действия (звучат сыгранные ноты, меняется тембр и громкость) и выдает звук через обычные динамики. Красная стрелка показывает направление потока MIDI-сообщений (Рис.4).
Цель MIDI — управлять работой музыкального устройства не с его панели или клавиатуры, а на расстоянии (по MIDI-кабелю) — с другого устройства. Для этого второе устройство передает первому последовательность управляющих команд, которые называются MIDI-сообщениями.
3.1.2. Какая информация передается с помощью MIDI
Все, что вы делаете, управляя работой своего музыкального устройства (крутите ручки, нажимаете на кнопки, играете на клавиатуре), может передаваться в виде управляющих MIDI-сообщений на ваше устройство с другого MIDI-устройства.
MIDI-сообщение передает не сам звук (аудиоинформацию) или какие-то его характеристики, а только управляющие команды, которые выполняются устройством-получателем.
Сам процесс передачи MIDI-сообщения может осуществляться в реальном времени (во время исполнения или воспроизведения музыки), но может быть и разорванным во времени. В этом случае MIDI-сообщение записывается в виде файла на дискету или жёсткий диск компьютера, а потом считывается устройством-получателем.
3.1.3. Музыкальные устройства принимающие информацию по MIDI
Технология MIDI с самого начала была предназначена для связи между самыми различными устройствами (синтезаторами, звуковыми модулями, компьютерами, устройствами цифровой обработки звука и многими другими).
MIDI-устройство должно иметь:
1) внутри — программу или микропроцессор, который понимает MIDI-информацию;
2) снаружи — разъемы, к которым подсоединяется MIDI-кабель.
3.1.4. MIDI-разъемы
По MIDI-кабелю (в отличие, скажем, от телефонного) информация передается всегда в одном направлении. Поэтому каждый MIDI-разъем используется только для одной цели в зависимости от его вида.
Таблица 1.
Виды MIDI-разъемов
| MIDI Out | MIDI-выход. Через этот разъем устройство посылает MIDI сообщение на другое устройство |
| MIDI In | MIDI-вход. Через этот разъем устройство получает MIDI сообщение от другого устройства |
| MIDI Thru | Сквозной. Через этот разъем посылается точная копия любого MIDI-сообщения, которое поступило на разъем MIDI In |
В качестве разъема для MIDI используется стандартный европейский 5-контактный разъем Рис. 5.
 |
Рис. 5.
MIDI-разъем. Контакт 2 — земля, контакты 4 и 5 — сигнальные, контакты 1 и 3 — не используются.
Существует три вида MIDI-разъемов, они представлены выше в таблице.
MIDI-кабель соответственно должен иметь три провода, которые соединяют контакты 1, 4 и 5 на обоих его концах.
3.1.5. Соединение MIDI-устройств между собой
Всегда одно устройство передает MIDI-сообщение, другое получает. MIDI-кабель связывает разъем MIDI Out передающего устройства с разъемом MIDI In принимающего. Если вы хотите направить информацию в обратную сторону, вы должны соединить устройства по-новому (в соответствии с тем, что было сказано в предыдущем предложении) или использовать еще один кабель и, опять же, связать MIDI-выход одного устройства с MIDI-входом другого (рис. 6).
Рис. 6.
По одному MIDI-кабелю синтезатор передает MIDI-сообщение на звуковой модуль. Затем (но не одновременно) по другому MIDI-кабелю этот модуль может послать свое MIDI-сообщение на синтезатор.
У любого устройства имеется только один MIDI-выход. Поэтому, если с него нужно посылать команды на два или несколько других устройств, используется разъем MIDI Thru. Тогда подключение устройств-приемников происходит последовательно (рис. 7). Но имеются, конечно, и специальные приборы, которые способны разветвлять MIDI-сообщения. Тогда нет необходимости в последовательном подключении MIDI-устройств.
Рис. 7.
Компьютер посылает MIDI-сообщения для синтезатора и звукового модуля через свой MIDI-выход. Они оба поступают на MIDI-вход синтезатора, оба выходят через его разъем MIDI Thru. Синтезатор не может добавить никакую свою информацию, поэтому эти MIDI-сообщения в неизмененном виде поступают на MIDI-вход звукового модуля. Каждое из устройств-получателей само определяет, какие команды, находящиеся в MIDI-сообщениях, ему следует выполнять. Кривые линии красного цвета изображают MIDI-кабели, прямые линии красного цвета — схематический путь MIDI-информации.
Итак, первое — при подключении MIDI-устройств вы всегда должны учитывать направление передачи информации. Второе — при подключении третьего и следующих MIDI-устройств вы должны пользоваться разъемом MIDI Thru. Третье — передаваемая MIDI-информация аналогична управлению вашим синтезатором с помощью ручек, кнопок или клавиш.
3.1.6. Типы MIDI-сообщений
Все типы MIDI-сообщений делятся на две большие группы (рис. 8). Системные MIDI-сообщения (System message) передают команды, которые воздействуют на общие параметры и режимы работы всех устройств-получателей.
Рис. 8.
Разделение всех типов MIDI-сообщений на две группы.
Примером системного сообщения может служить команда “Старт”, которая включает режим воспроизведения у любого секвенсора или магнитофона, находящегося в MIDI-связке.
Канальные MIDI-сообщения (Channel message) включают в себя номер MIDI-канала и передают сообщения на каждый MIDI-канал индивидуально. Всего для одного (и каждого) устройства MIDI-технология предусматривает 16 MIDI-каналов.
3.1.7. MIDI-каналы
Представьте себе обычный многодорожечный магнитофон. На одну дорожку можно записать трубу, на другую — гитару и так далее. При воспроизведении мы слышим все записанные дорожки одновременно.
MIDI-каналы предназначены для того, чтобы один синтезатор или звуковой модуль мог играть несколькими разными тембрами одновременно, причем каждый тембр (инструмент) исполняет свою независимую партию.
Когда одно устройство передает канальные MIDI-сообщения на другое, внешне это выглядит так, как если бы они были соединены шестнадцатью кабелями (и по каждому следуют указания о том, какие ноты каким тембром играть).
Рис. 9.
Разделение MIDI-сообщений на MIDI-каналы.
На самом деле MIDI-технология использует один кабель, но в каждое канальное MIDI-сообщение вписывается номер MIDI-канала, для которого оно предназначено. Устройство-получатель, пользуясь этим номером, направляет каждое канальное MIDI-сообщение на свой канал (рис. 9).
3.1.8. Типы сообщений из группы Channel
1) Канальные MIDI-сообщения можно разделить по типам их структуры и по их целям. В последнем случае имеются две группы MIDI-сообщений: голосовые (Voice message) и режимные (Mode message).
Рис. 10.
MIDI-сообщения из группы Channel. Все режимные сообщения по типу (а не по функциям, как они разделены на этом рисунке) являются MIDI-сообщениями типа Control Change, поэтому изображены одним цветом и обведены пунктиром.2)
Голосовые сообщения несут информацию о нотах, тембре и других характеристиках, которые должно учитывать устройство-получатель для конкретного MIDI-канала.
3) Режимные сообщения тоже делятся на две группы. Первая группа воздействует на конкретный MIDI-канал (эти сообщения устанавливают канал в состояние по умолчанию — сбрасывают все ноты, настраивают канал на стандартную высоту звука и пр.).
Сообщения второй режимной группы воздействуют на все MIDI-устройство в целом, другими словами, устанавливают режим его работы.
3.1.9. MIDI-сообщения группы System
В отличие от канальных сообщений все MIDI-сообщения группы System message принадлежат одному типу (то есть имеют одинаковый статус).
Но по своему функциональному назначению их делят на три подгруппы (рис. 11). К первой из них (System Real Time) относятся сообщения, связанные с синхронизацией работы двух MIDI-устройств.
Рис. 11.
MIDI-сообщения из группы System message (подгруппы показаны разным цветом, но по статусу принадлежат к одному типу — Control Change).
Во второй подгруппе (System Common) находятся сообщения, которые одинаково воспринимаются всеми MIDI-устройствами. Поэтому они и называются “общими”. Эта группа просто собрана из различных MIDI-сообщений, и между ними нет никакой логической связи.
Сообщения третьей группы (System Exclusive) являются одними из самых важных и самых неформализованных в MIDI-технологии. Они носят название “эксклюзивные”, потому что содержание данных определяется для каждого MIDI-устройства своей фирмой-производителем и не может быть распознано устройством другой модели или фирмы. Среди этих сообщений могут быть команды о настройке всего устройства целиком или отдельных его модулей. Другие сообщения управляют процессом передачи данных сэмплов или каких-то специальных файлов (Sample Dump, File Dump).
3.2. Mp3 - технология сжатия звуковой информации
Само название МрЗ появилось в результате сокращения аббревиатуры MPEG-1 Layer3.
MPEG (Motion Pictures Expert Group) - это группа при Международной организации по стандартизации и Международном электрическом комитете, которая занимается разработкой стандартов для цифрового сжатия видео и аудио информации. А зачем сжимать эту информацию? Во-первых, для экономии экономических и материальных ресурсов при передаче информации на расстояние по каналам связи (в том числе и спутниковым), а во-вторых, для ее хранения.
Официальное одобрение стандарт MPEG-1 получил в 1992 году, однако до недавнего времени открытие не было востребовано в полной мере. Лишь с появлением достаточно мощных процессоров Pentium (с тактовыми частотами от 300 МГц и выше, позволяющих резко снизить время на кодирование/декодирование сигнала) и высокоскоростных модемов стандарт получил широкое признание.
Стандарт MPEG-1 является потоковым форматом и состоит из аудио, видео и системной частей. Последняя часть содержит информацию об объединении и синхронизации двух первых.
Передача данных происходит потоком независимых отдельных блоков данных - фреймов, получаемых при "нарезке" на равные по продолжительности участки, которые кодируются независимо друг от друга.
Всего в настоящее время существует пять видов (номеров) стандартов MPEG:
1) MPEG1 - сжатие аудио и видео с общей скоростью до 150 Кбайт/сек (аудио 38, 44.1, 48 килогерц);
2) MPEG2 - сжатие аудио и видео с общей скоростью до 300 Кбайт/сек (аудио 38, 44.1, 48 килогерц), сжатие аудио ИДЕНТИЧНО MPEG1;
3) MPEG2.5 - сжатие аудио с пониженным разрешением (аудио 16,22.05,24 килогерц). Интересно заметить, что стандарт MPEG2.5 (еще известный как MPEG2 LSF - LOW SAMPLE FREQUENCY - низкая частота сканирования аудио) введен фирмой IIS Fraunhofer (институт информационных технологий имени Фраунхофера из Германии). Этот стандарт является расширением "чистого" аудио MPEG2 (то есть MPEG1!) для частоты сканирования аудио в два раза меньшей, чем обычно;
4) MPEG3 - многоканальный MPEG1+MPEG2. Этот стандарт практически не используется;
5) MPEG4 - новомодный за рубежом стандарт. Его особенность: может держать до 8-и каналов аудио (то есть AC-3 - цифровое расширение системы Surround.
Чем выше индекс уровня тем выше сложность и производительность алгоритма кодирования, соответственно и увеличиваются требования к системным ресурсам.
Здесь под термином 'кодирование" понимается процесс, позволяющий получать файл в сжатом виде, который занимает меньше места на диске и соответственно быстрее передается по каналам связи. В сжатой форме файл использоваться не может, соответственно, перед использованием его необходимо декодировать. Сжатие файла происходит не всегда с положительным результатом. Результат напрямую зависит от метода компрессии и от содержимого самого файла.
Принцип кодирования сигнала в MPEG Audio основан на использовании психоакустической модели (Psycho-acoustics), суть которой в следующем.
Существует ряд звуковых частот, которые человеческое ухо не воспринимает. Происходит маскирование одних звуков другими, как с большей амплитудой, так и с близкой частотой. Так, например, если излучается сильный звук частотой 1000 Гц (маскирующий), то более слабый звук частотой 1100 Гц (маскируемый) человеческое ухо не зафиксирует из-за особенностей порога слышимости человеческого уха. Порог слышимости на краях частотного диапазона (16-20 Гц и 16-20 кГц) значительно повышается, т.к. на этих частотах слух имеет значительно меньшую чувствительность по сравнению с областью наибольшей чувствительности слуха (диапазон 1-5 кГц). Также известно, что время восстановления чувствительности слуха после громкого сигнала составляет порядка 100 мс, а время задержки восприятия этого же сигнала составляет порядка 5 мс.
