Библиотека Интернет Индустрии I2R.ru

Практически в каждом современном компьютере установлена звуковая карта. И если вы заберетесь глубже в настройки «Мультимедиа» вашего компьютера, то обнаружите там море непонятных настроек и устройств, в состав названия которых входит странная аббревиатура MIDI.

Не все знают, что стандарт MIDI (Musical Instrument Digital Interface) создавался вовсе не для звукового сопровождения в играх или как способ передачи музыки между компьютерами. Изначально он был придуман для того, чтобы электромузыкальные инструменты (синтезаторы) разных производителей могли управлять звуками друг друга. К началу 80-х годов прошлого столетия индустрия синтезаторостроения находилась в расцвете — электронные музыкальные инструменты из сложноуправляемой системы ящиков, каждый из которых был размером с холодильник, превратились в относительно компактные приборы с удобным управлением звуками. Синтезаторы тех лет были аналоговыми, то есть звук создавался с помощью аналоговых генераторов внутри инструмента — из простейших электрических волн разной формы (синусоидальной, пилообразной и прочих) или просто шума с помощью хитроумных электрических схем можно было «наруливать» очень сложные и интересные звуки. Как правило, воспроизводился только один тембр единовременно, так что если музыканту требовался сложный звук, состоящий из играющих одновременно двух инструментов (это ведь не что-то экзотическое, а вполне распространенная практика), единственным выходом было одновременно играть обеими руками на клавиатурах двух синтезаторов. А если надо три тембра? Или для исполнения партии нужны все десять пальцев сразу? В студии, конечно, можно записать одну и ту же партию сначала одним инструментом, а затем другим, на разные дорожки многоканального магнитофона, но для концертного выступления или домашних экспериментов такой способ не годился. Кроме того, каждый синтезатор обязан был иметь собственную клавиатуру, что делало его дороже и значительно тяжелее (что особенно неприятно в концертных условиях).

Все эти обстоятельства подтолкнули производителей к созданию разных способов управления одним синтезатором с клавиатуры другого — то есть вы играете на одном какую-то мелодию, а второй, соединенный с ним, одновременно воспроизводит ее своим звуком. Вообще говоря, к тому времени уже довольно давно существовал так называемый CV-интерфейс (Control Voltage), но из-за отсутствия жесткого стандарта для производителей и своей аналоговой природы (больше напряжение — выше нота) он был весьма непрост в настройке и использовании, к тому же с некоторыми инструментами просто не удавалось заставить его надежно работать. Такие поставщики электромузыкальных инструментов, как Roland, Oberheim и Sequential Circuits (сейчас уже несуществующая компания, в свое время выпустила суперпопулярный синтезатор Prophet 5) предпринимали попытки создания собственных интерфейсов управления, однако все они работали только с приборами одного производителя — вы не могли играть на «Профете» с клавиатуры «Роланда». Те же фирмы на основе своих интерфейсов начали выпускать секвенсоры — приборы, которые могут в реальном времени записывать управляющие команды с клавиатуры, а затем их воспроизводить. Сама идея секвенсоров была очень хорошо воспринята музыкантами, так как эти устройства позволяли экспериментировать с различными партиями инструментов дома, а не в дорогой студии; в студию же можно приносить готовую, хорошо сыгранную мелодию, что могло сэкономить немало денег. Но секвенсоры тогда могли работать только с синтезаторами той фирмы, которая их произвела, что было очень неудобно. Согласитесь, что покупать магнитофон, который может записывать только гитары «Fender», но не может записать «Gibson», в общем-то, неразумно.

Революционная ситуация назревала — верхи (фирмы-изготовители) не могли (обеспечить совместную работу разных инструментов), а низы (музыканты) не хотели (мириться с существующим положением вещей). И вот, на одной из музыкальных выставок представитель фирмы Sequential Circuits подошел к представителю Roland, хитро прищурился и сказал: «А почему бы нам с вами не разработать единый цифровой интерфейс управления инструментами наших компаний? И сделать на его основе секвенсор, который бы мог работать с любыми нашими синтезаторами?» Представитель Roland тоже хитро прищурился (ну, насколько может прищуриться японец), отхлебнул кофе и ответил: «Вы знаете, у нас как раз есть кое-какие наработки по этому поводу. Мы планируем использовать в качестве секвенсора этот… как его… персональный компьютер». Тут-то и началась история MIDI.

Во времена зарождения MIDI-синтезаторы были преимущественно аналоговыми. Однако в них уже применялось цифровое управление, и хотя такое решение было тогда довольно дорогим, музыкантам оно очень понравилось. Главное, что дало применение микроконтроллеров в управлении музыкальными инструментами — это возможность сохранять, а впоследствии вызывать из памяти настроенные тембры. С аналоговыми «ручками» такое было невозможно — чтобы зафиксировать понравившийся звук надо было тщательно зарисовать все положения регуляторов на бумаге, а потом вручную все восстанавливать (продавались даже специальные шаблоны для разных инструментов). Если учесть, что на синтезаторе могло быть до нескольких десятков управляющих звуком ручек, то можно себе представить, какого труда стоило извлечение звука. Когда цифровое управление стало уже нормой, естественным выбором для управляющего протокола (MIDI) стала именно цифровая реализация, которая при небольших дополнительных затратах (микроконтроллер в синтезаторе уже все равно был) позволила обеспечить высокую надежность и простоту настройки инструмента для управления. Кроме того, цифровая природа управляющих сигналов упростила создание секвенсоров, реализованных в виде отдельных устройств или как программа для ПК.

У компании Roland действительно были наработки. IBM PC-совместимые компьютеры бурно распространялись и выглядели довольно логичной базой для построения секвенсора. Новый управляющий интерфейс, разработанный Roland, был цифровым, то есть команды передавались в виде байтов данных, а принимающая сторона их соответственно исполняла. Естественно, для записи этих команд (байтов) весьма логично было использовать ПК, благо поток управляющих данных относительно невелик. Никаких звуковых возможностей у IBM PC того времени не было (в отличие, скажем, от Commodore 64, в котором был звуковой чип производства Ensoniq), поэтому Roland разрабатывала собственный интерфейс в виде ISA-платы. Также были разработаны хардверная и софтверная спецификации нового способа управления синтезаторами. После уточнения спецификаций протокола c Sequential Circuits новый стандарт был практически готов.

И тут две компании приняли судьбоносное решение — открыть новорожденный протокол MIDI для остальных производителей. Почему они так поступили? Во-первых, без поддержки большинства игроков отрасли успех нового способа связи музыкальных инструментов был под вопросом — в конце концов, в то время уже существовал ряд закрытых фирменных способов управления (в том числе и цифровых). Во-вторых, компании-основатели были не гигантскими корпорациями, а просто небольшими фирмами, производившими музыкальные инструменты, рынок которых был довольно ограничен, и у них было достаточно забот помимо поддержки и совершенствования нового (притом не известно — успешного ли) стандарта. И в-третьих, у всех на виду был успех IBM PC-совместимых компьютеров, которые получили широкое распространение именно благодаря открытым для сторонних производителей спецификациям. В общем, договорившись и утвердив спецификации с другими производителями, такими как Yamaha и Oberheim, стандарт MIDI (кстати, сначала его хотели назвать UMI, Universal Musical Interface, но потом передумали) начал свое победное шествие.

В 1983 году был представлен первый синтезатор с MIDI — Prophet 600, вскоре вышел MIDI-интерфейс для PC от Roland, и уже к 1985 году практически все электромузыкальные инструменты в мире имели на борту MIDI-разъемы. Успех был стремительным, и MIDI получил широкую поддержку как производителей, так и музыкантов. Для поддержания стандарта и его дальнейшего расширения была учреждена независимая организация — MIDI Manufacturer’s Association (MMA). Кроме традиционных синтезаторов с клавиатурой начали появляться и модели, не имеющие таковой. Они управлялись только по MIDI и были легче и дешевле обычных, хотя звучали точно так же. Такие синтезаторы получили название «звуковой модуль» (музыканты их еще называют «мозги»). Также появились специальные MIDI-клавиатуры, которые не имели встроенного синтезатора, а только управляли внешними синтезаторами и/или звуковыми модулями.

Не так все гладко было с секвенсорными программами для РС. Детище IBM не особенно нравилось музыкантам в силу своей немалой цены, больших размеров и командной строки DOS. Поэтому, несмотря на очевидные преимущества компьютера для этой задачи (большой дисплей, легкость в хранении и обмене данными, универсальность), поначалу широкое распространение получили «железные» секвенсоры. Они представляли собой небольшую коробочку с маленьким дисплеем и позволяли записывать, воспроизводить и редактировать (правда, довольно ограниченно) MIDI-команды. Первой по-настоящему массовой компьютерной платформой для работы с MIDI стал игровой компьютер Atari ST. Причин его успеха было несколько. Прежде всего, он имел встроенный MIDI-интерфейс, так что не надо было дополнительно что-то докупать. Кроме того, у него была операционная система с графическим интерфейсом (она довольно нескромно именовалась TOS — The Operating System и, в отличие от РС и «Маков», была зашита в ROM на материнской плате). Наконец, Atari стоил недорого и занимал совсем немного места — системный блок был объединен с клавиатурой. В силу этих причин Atari надолго обосновался в студиях звукозаписи и в домах музыкантов и аранжировщиков. 

Для него было выпущено великое множество программ, связанных с MIDI, именно на Atari взросли такие «зубры» современного музыкального софтостроения, как Steinberg (секвенсор Pro16, вскоре переродившийся в Cubase) и Emagic (Notator, переросший в Logic). У Atari была еще одна особенность, которая была оценена уже позднее, после того, как большая часть пользователей пересела за «Маки» и РС. Я уже упомянул, что этот компьютер имел встроенный MIDI-интерфейс. Уникальность же Atari была в том, что этот интерфейс и сами по себе MIDI-потоки напрямую поддерживались операционной системой. В результате этого воспроизведение MIDI было очень ровным и стабильным. Речь идет не о каких-то заметных «вихляниях» воспроизведения на современных компьютерах по сравнению с Atari, а о микронестабильности между отдельными нотами. Это бывает особенно заметно в насыщенных аранжировках с высоким темпом. Именно благодаря этой высокой стабильности воспроизведения, а также общей простоте и неприхотливости Atari используется многими для работы с MIDI до сих пор.

Apple тоже не дремала и выпустила MIDI-интерфейс для своей платформы, после чего «Мак» стал второй по распространенности платформой для работы с MIDI. Для него работали такие производители секвенсоров, как Mark Of The Unicorn (MOTU) и Opcode, а после заката платформы Atari на «Мак» пришли программы Cubase и Logic. По-настоящему широкий приход MIDI-секвенсорных программ (и, соответственно, пользователей) на РС состоялся только после выхода Windows 3.1, когда эта платформа наконец-то обрела графический интерфейс. К тому времени уже существовал неплохой секвенсор Cakewalk (он работал еще под DOS, но быстро перешел на Windows), к тому же вездесущие Steinberg и Emagic быстро адаптировали свои продукты (Cubase и Logic) к новой ОС.

Производители секвенсоров быстро столкнулись с проблемой обмена файлами между разными программами и «железными» устройствами. Каждая программа имела свой закрытый формат файла, который могла прочитать только она, и раскрывать свой никто не хотел, так как формате зачастую содержались некоторые ноу-хау производителей. В то же время потребность обмена файлами у пользователей была высока — передать коллеге сделанную аранжировку или принести ее в студию на дискете, если там была другая программа, было невозможно — надо было везти свой компьютер. Чтобы решить эти проблемы, в 1988 году по предложению фирмы Opcode был принят формат Standard MIDI File. Этот открытый формат файла, наряду со своим собственным, с того времени поддерживают все производители программ, связанных с MIDI, и обмен аранжировками между разными платформами и программами значительно упростился. Собственно, то, что в просторечии называют MIDI-файлами (с расширениями .mid или .smf) и есть тот самый Стандартный МИДИ Файл. Немного модифицированная его версия используется для передачи караоке (то есть музыки с текстами), и имеет расширение .kar.

MIDI-файлы были очень удобны для передачи музыки, однако только в том случае, если обменивающиеся ею имели одинаковые синтезаторы. Дело в том, что инструмент, которым будет воспроизводиться партия на данной MIDI-дорожке, задается так называемым сообщением Program Change — оно имеет диапазон от 0 до 127 (как и любое другое MIDI-сообщение) и указывает синтезатору, какой номер встроенного тембра он должен установить на канал, по которому пришел Program Change. Проблема же в том, что каждый производитель имел собственное представление о нумерации звуков, и, например, программе №5 на одном инструменте может соответствовать звук валторны, а у другого на 5-м номере будет бас-гитара или еще хуже, барабаны. С ударными связана еще одна проблема. Даже если у вас совпадут номера звуков на обоих синтезаторах, раскладка ударных по нотам скорее всего не совпадет (так как ударные инструменты, в основном, не имеют высоты, они «раскладываются» по обычным нотам, один инструмент за другим - например ноте До соответствует бас-бочка, Ре — нижний том, Ми — Ride-тарелка и так далее). Для профессионального применения такая ситуация не составляет особой проблемы, так как практика записи MIDI-фонограммы на одном инструменте, а воспроизведение ее на другом (в студии или на концерте) применяется редко (даже при совпадении инструментов она порождает кучу других проблем). К тому же при необходимости довольно легко вручную переставить все тембры на другом синтезаторе.

Без единообразной нумерации тембров и звуков ударных становилось невозможным использование MIDI-файлов как способа передачи и распространения музыки между компьютерами или использования MIDI в играх. Предложение о введении подобного стандарта было внесено компанией Warner New Media, однако особой поддержки среди производителей электромузыкальных инструментов оно не нашло, так как все ориентировались больше на профессиональный рынок и потенциал мультимедийных компьютеров еще не был оценен. Только вездесущая фирма Roland прислушалась к предложению, и вскоре был принят новый стандарт — General MIDI (GM), который и был призван решить все проблемы, возникающие при распространении MIDI-файлов. Roland вскоре выпустила первый GM-совместимый синтезатор Sound Canvas, который стал стандартом для написания музыки к играм или распространяемой в виде MIDI-файлов. Кроме нумерации звуков в стандарте General MIDI описываются также и некоторые минимальные требования к синтезаторам (такие как наличие процессора эффектов, способность отвечать на определенные команды и др.).

General MIDI ограничен всего 128 инструментами, что некоторым музыкантам показалось недостаточным для выражения своих музыкальных идей. Поэтому Roland вскоре выпустила еще один стандарт, названный GS, в котором было задано гораздо больше тембров. При этом он совместим со «старым» General MIDI, то есть композиция, написанная для GM-синтезатора, будет корректно воспроизводиться на GS, и наоборот, написанная для GS будет правильно играть (хотя и с потерей некоторых нюансов) на GM. Однако GS является закрытым, то есть принадлежащим Roland форматом, и, видимо, поэтому особенно широкого распространения он не получил. Лавры обладателя нового MIDI формата приглянулись также и корпорации Yamaha, которая внедрила формат XG. Он применяется во всех современных изделиях этой фирмы (синтезаторах и звуковых картах). По сути он похож на GS (расширенное количество инструментов и повышенное требование к инструменту), однако не совместим с ним полностью (естественно, он совместим со «старичком» GM). Видимо, чтобы подлить масла в огонь, MIDI Manufacturer’s Association в 1998 году выпустила свой расширенный формат, названный GM2, который не совместим ни с GS, ни с XG. Он поначалу не получил особой поддержки у производителей — занятых конкуренцией между своими XG и GS, так что пускать еще кого-то третьего на уже и без того тесный рынок им было не с руки. Но в январе этого года Yamaha и Roland образумились, помирились и решили в своих будущих продуктах поддерживать сразу три новых расширенных формата одновременно (с приоритетом у открытого GM2), а уж пользователь пусть сам решает, какой ему больше нравится. Наверное, вспомнили, что и собственно MIDI, и General MIDI имели такой успех в основном благодаря своей открытости и «ничейности».

Но мы несколько забежали вперед и пропустили приход MIDI, да и вообще звука, на IBM PC-совместимые компьютеры. В то время как, например, «Макинтош» от рождения имел звуковую карту и чип синтеза звука, на РС пользователям долгое время приходилось довольствоваться монотонным «пиканием» динамика, подсоединенного к материнской плате. Впервые использовать синтезированный звук на РС стала фирма Sierra в своей игре «King’s Quest 4». В ней поддерживались карта FM-синтеза Adlib Music Synthesizer и звуковой модуль Roland MT-32 в сочетании с интерфейсом MPU-401. Хотя MT-32, в котором была реализован wavetable-синтез, звучал лучше карты Adlib, стоил он тоже немало (около 550 долларов), поэтому большей популярностью пользовалось именно изделие Adlib. Эту карту поддерживали во множестве выходящих игр¹, и она стала своеобразным стандартом — до сих пор в спецификации многих звуковых карт стоит «Adlib compatible».

Adlib не суждено было долго продержаться ведущим производителем звуковых карт. На сцену вышла сингапурская фирма Creative. Сначала она выпустила карту Game Blaster, однако качество синтезируемого звука было невысоким даже по тем временам, так что Creative быстро свернула ее производство и представила миру Sound Blaster. Эта карта имела такой же чип синтеза звука, как в изделии Adlib, поэтому была совместима с ней, равно как и с существующими играми. Кроме того, Sound Blaster мог записывать и воспроизводить 8-битный цифровой звук. Толку от последнего во времена DOS было мало, но это все же лучше, чем ничего. С помощью агрессивного маркетинга и порой не совсем честных трюков с совместимостью Creative вскоре довела до банкротства (или прекращения выпуска звуковых карт) Adlib, а также ряд других компаний, которые пытались выпускать Sound Blaster-совместимые карты, и вышла в лидеры среди производителей звуковых карт.

После Sound Blaster Creative выпустила SB 16, которая могла записывать и воспроизводить цифровой звук с разрядностью 16 бит, синтезаторная же часть карты осталась практически неизменной — все тот же незатейливый FM-синтез. Следующим этапом стали карты AWE (Advanced Wave Effects) 32 и 64. Как следует из названия, в них использовался wavetable-синтез, кроме того они были почти GM-совместимы. Цифры в названии означают вовсе не количество бит в аудиочасти (как в SB 16), а полифонию, причем тоже не совсем честную. Так что это только маркетинговый ход — после 16, естественно, должно было быть 32, а уж что эта цифра означает, Creative не очень волновало. Особенностью этой линейки звуковых карт является то, что помимо ROM на них содержались разъемы для дополнительных RAM-модулей, в которые можно было загружать собственные звуки. Это сильно расширило функциональность и позволило пользователю изменять звуки в синтезаторе, не меняя при этом саму карту. Подобную архитектуру имели также карты от Turtle Beach и Gravis UltraSound, что, вкупе с улучшенной аудиочастью, обусловило их довольно широкое применение (наряду с AWE) в полупрофессиональной звукозаписи.

Аудиокарты наиболее популярного ныне семейства Creative SB Live!, а также подходящего на смену SB Audigy также позволяют загружать пользовательские банки, но для их размещения используется уже системная память, так как пропускной способности PCI уже вполне хватает, чтобы гонять сэмплы в карту в реальном времени (на ISA такое было невозможно). Большая часть выходящих в настоящее время PCI-аудиокарт других фирм также допускает загрузку пользовательских банков в системную память.

В связи со стремительным ростом производительности компьютеров в последнее время распространились программные синтезаторы и сэмплеры². Это программы, которые для синтеза звука используют вычислительные мощности компьютера и его оперативную память, а для общения с секвенсорами образуют в системе виртуальные MIDI-порты. Существуют как довольно несложные программные синтезаторы просто для проигрывания MIDI-файлов (например, Virtual Sound Canvas от Roland), так и «навороченные» программы для профессионального и полупрофессионального использования (GigaSampler и GigaStudio, Reaktor, Reality и множество других). Программный синтезатор (правда, довольно примитивный) входит даже в состав DirectX. Apple для обеспечения своих компьютеров совместимостью с General MIDI также прибегла именно к программному решению — еще в третьей версии Quick Time был включен «виртуальный» wavetable-синтезатор, звуки для которого были сделаны фирмой Roland. При всех своих очевидных преимуществах программные синтезаторы имеют ряд недостатков, и прежде всего это нагрузка на процессор, которая особенна критична в играх, где дорог каждый кадр в секунде. С точки зрения профессионального применения, такого рода программы, в большинстве своем, пока не дотягивают по качеству звука до своих лучших аппаратных решений, к тому же это качество сильно зависит от установленной звуковой карты.

Заканчивая разговор о MIDI, следует отметить, что в компьютерной сфере применение этого формата уже близко к закату. Звук в играх теперь в основном записан уже в виде wav-файлов, а в качестве источника музыкального сопровождения при работе на компьютере хорошо зарекомендовал себя mp3. Так что на РС в настоящее время MIDI в основном используется энтузиастами да любителями домашнего музицирования (коих, впрочем, немало). Однако в сфере профессиональной звукозаписи позиции MIDI сильны до сих пор, не смотря на то, что этой технологии уже скоро исполнится 20 лет. Собственно, никакой разумной альтернативы MIDI пока нет и, в общем, в ближайшее время не предвидится.

1. Если кто не помнит, во времена DOS устройство должно было поддерживаться приложениями напрямую, никакого DirectX и Direct Sound еще и в помине не было. [вернуться]

2. Сэмплер, это прибор (или программа), который не имеет встроенных в ROM тембров и играет только загружаемыми в RAM сэмплами. [вернуться]