什么是 MIDI？基本指南

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什么是 MIDI？基本指南

从台式机到智能手机再到乐器，计算机完全融入了我们的生活。个人电脑一直有一种处理数字和字母的语言，这样你就可以制作电子表格和写信。但他们没有音乐语言——而这正是 MIDI 的意义所在。

这是一个类比。要使用计算机打印信件，您可以在其 QWERTY 键盘上键入。这将使用称为 ASCII（美国信息交换标准代码）的计算机语言将与您键入的字母相对应的数据发送到您的计算机。这组标准化代码代表字母、数字和符号。由于计算机使用 ASCII，文字处理器可以在屏幕上显示这些字母。由于您的打印机使用 ASCII，计算机可以将数据从文字处理器发送到打印机，打印机将打印出您的信件。

MIDI（乐器数字接口）也是一种语言 - 一组代表音乐参数的标准化代码，例如音高、力度、节奏等。它的工作原理与上面给出的 ASCII 示例类似：您在 MIDI 兼容键盘上弹奏音符，键盘将与您演奏的内容相对应的数据发送到计算机。录音或记谱程序可以识别这些音符是什么并将它们显示在屏幕上。然后，您可以将 MIDI 数据从计算机发送到兼容 MIDI 的音调发生器（将其视为音乐打印机），该发生器会再现您最初在键盘上演奏的内容。您还可以通过将键盘直接连接到兼容 MIDI 的音调发生器来实时使用 MIDI。

请务必记住，MIDI 不是音频；而是音频。这是数据。MIDI 不产生声音；它是一种触发声音的计算机语言。这就像自动钢琴中的钢琴卷帘一样 - 钢琴卷帘本身不会产生声音。它只触发钢琴上的音符，钢琴就像音调发生器一样，播放实际的声音。

MIDI 起源故事
每个超级英雄都需要一个起源故事，MIDI 也不例外。早在 80 年代，合成器就变得越来越便宜和流行。但每次你购买合成器时，都会附带一个键盘。虽然这导致了一些视觉上令人印象深刻的舞台设置，但让我们面对现实吧——你只有两只手。为了避免这种浪费（且昂贵）的冗余，Dave Smith 和 Chet Wood 于 1981 年向音频工程学会提交了一篇关于“通用合成器接口”的论文，该论文后来成为我们今天所知的 MIDI 的基础。这个概念很简单：您可以拥有一个主键盘，它可以生成与您演奏的内容相对应的数据。然后，这些数据可以输入音频发生器，该发生器可以理解所接收的数据，从而产生与您所演奏的内容相对应的声音。此外，您可以同时触发多个音调发生器来分层声音或购买一些很棒的新音调发生器，而无需更改键盘控制器。这极大地简化了舞台设置，降低了合成器的价格，并为音乐家开辟了新的可能性。

除了定义语言之外，MIDI 还需要可以发送和接收 MIDI 数据的硬件，包括可以将 MIDI 控制器（如键盘）连接到 MIDI 音调发生器的电缆规范。幸运的是，整个音乐行业都看到了 MIDI 的优点，并同意采用一种简单的硬件接口，只需花费大约 2 美元即可将其添加到键盘等设备中。制造商认为，如果这个“新的 MIDI 东西”成功，那么这 2 美元就花得很值——如果没有，也没什么损失。为了使连接系统变得更加容易，MIDI 被设计为“菊花链”——换句话说，通过多个 MIDI 兼容单元，一台设备的 MIDI 输出可以馈送到另一台设备的 MIDI 输入，以及它的 MIDI 输出（或 MIDI 直通）。 ，它只是传递数据而不进行任何更改）可以转到另一个设备的 MIDI 输入，依此类推。

1983 年，最初的 MIDI 规范最终确定。Sequential Circuits 和 Roland 在 NAMM（全国音乐商人协会）贸易展上演示了两个交换 MIDI 数据的合成器，并且 MIDI 已启动并运行。它几乎立即就获得了关注，并且从未放松过。在厌倦了 Beta 与 VHS、Mac 与 Windows、FireWire 与 USB 等格式之战的世界中，MIDI 独树一帜——不仅是一项技术成就，而且是音乐产业有多么酷的一个例子，以及当公司为了客户的利益而共同努力时，就会产生巨大的成果。从那时起，它通过适应新技术（例如 USB 上的 MIDI）并获得了控制大量设备的能力，经受住了时间的考验（图 1）。


图 1：代表性 MIDI 设置。键盘控制器通过标准 MIDI 电缆将 MIDI 数据发送到 MIDI 控制的效果设备、桌面合成器，甚至照明/雾机控制器。它还通过 USB 将 MIDI 数据发送到运行 MIDI 兼容软件的计算机。

但那是 36 年前的事了 — MIDI一定已经过时了！
事实上，没有。有三个很好的理由。

MIDI 语言表达音乐参数，这些参数没有改变。人们仍然演奏音符，音符仍然有音高，歌曲仍然有节奏，弯曲音符和颤音仍然存在，动态控制仍然是音乐的重要情感组成部分。直到人们停止演奏音乐为止，MIDI 的这一方面永远不会过时。
因为它是一种语言，所以它并不关心你使用什么技术。MIDI 数据可以通过硬件电缆、USB、Thunderbolt、网络上的数据流，甚至 Apple 的 Lightning 连接器传输 - 这并不重要（图 2）。MIDI 数据并不关心您使用什么操作系统，只要您运行的是支持 MIDI 的程序即可。就像任何语言一样：我们不必仅仅因为电话的发明或视频会议的出现就停止说我们的母语。

图 2： Nektar 的 Panorama P6键盘控制器的后面板可以通过 5 针 DIN 连接器（右侧橙色的圆形插孔）或 USB（左侧）发送 MIDI 数据。

也许最重要的是，该规范不断发展，这再次归功于 MMA（MIDI 制造商协会）和日本 AMEI（音乐电子工业协会）密切合作所营造的全行业合作氛围。MIDI 已扩展到控制灯光、触发烟火、在录音室中提供自动化等等。硬件 MIDI 乐器已与基于软件的虚拟乐器结合在一起，这些乐器位于您的计算机内并使用 MIDI 语言。生成 MIDI 数据的控制器不再局限于键盘，现在包括 MIDI 鼓控制器、吉他控制器、风控制器、音频到 MIDI 转换器（硬件和软件；见图 3）等。

图 3：甚至Melodyne Essential（Celemony 的 Melodyne 软件系列的入门版本）也可以将音频信号转换为 MIDI 数据。在PreSonus Studio One中，Melodyne 已将吉他演奏的低音线（标记为 1 的轨道）转换为 MIDI 数据，并且该数据已被拖入乐器轨道 (2) 并在 MIDI 编辑器窗口 (3) 中打开，以便可以向下移调一个八度并驱动低音合成器。

随着最近 MIDI 2.0 的发布，MIDI 已准备好再次发展。但 MIDI 2.0 并没有废弃 MIDI 1.0——它只是扩展了它。现有的 MIDI 1.0 设备将继续在 MIDI 2.0 环境中工作，并且可能会获得一些新功能。

MIDI 的持续相关性是引人注目的。说真的，您还使用任何其他 1983 年以来与计算机相关的东西吗？如果是这样，我想卖给您一些 SCSI 驱动器、NuBus 卡和 RS-232 电缆。

语言本身
许多 MIDI 文章都讨论位和字节，但您不需要知道这一点，就像您不需要知道在 QWERTY 键盘上键入字母“A”时组成字母“A”的代码一样。MIDI 语言涉及两个广泛的领域：音乐表达和定时/同步。现在让我们讨论音乐表达，并将计时/同步留到以后的文章中。

音乐表现力 MIDI 数据的两种主要类型涉及音符和控制器。这可能会令人困惑，因为控制器这个词有两种不同的含义：A) 控制声音发生器的设备（如键盘），B) 特定类型的 MIDI 消息。为了使事情清楚，在讨论 MIDI 数据时，我们将参考控制器消息或控制器编号。现在回到我们的定期计划......

音符数据表示您弹奏音符的时间、音高、释放音符的时间以及敲击琴键的力度（称为 力度， 对应于动态，即音符应弹奏的响亮或柔和程度）。Velocity 使用一种巧妙的方法来测量动态。当您用力敲击键盘按键时，按键从向上位置移动到敲击键座所需的时间就会减少。当您更轻地敲击琴键时，琴键从向上位置到敲击键座需要更多时间。通过测量琴键从上方位置移动到击中键床所需的时间（即敲击 琴键的速度 ），MIDI 会得出与该动态相对应的值。

一些键盘还具有释放速度，它表示释放按键的速度。

控制器消息会根据某些以性能为导向的手势来修改您正在演奏的声音。以下是一些生成控制器消息的最常见的硬件设备。

弯音。大多数键盘控制器都有轮子或控制杆，您可以移动它们来改变音高，就像吉他手弯曲琴弦或小提琴手在音符之间滑动的方式一样（图 4）。

图 4：Arturia 的 KeyLab mkII键盘控制器包括轮子（橙色轮廓），您可以旋转以改变音高（左）和调制（右）。

调制。这也将是某种轮子（也如图 4 所示）或杠杆。通常它会添加颤音，但它也可以轻松打开或关闭滤波器、更改信号处理器的效果（如回声量）或影响某些其他参数。
压力（也称为触后）。有些键盘会发送与按下按键后施加的压力相对应的数据。例如，您可以按下琴键来改变音调或添加颤音。压力数据可以代表所按住的所有琴键的平均值，而更为罕见的和弦触后（图 5）会为按下的每个音符生成单独的压力数据。

图 5：CME 的 Xkey 37 键移动键盘控制器结构紧凑且价格实惠，但却是提供和弦触后功能的键盘中相对较少的一种。

脚踏板。大多数控制器都有一个脚踏板插孔，您可以使用踏板来控制参数（通常是音量，但也可能是其他参数）。
延音踏板。与脚踏板类似，延音踏板使用脚踏开关来控制延音，就像钢琴的延音踏板一样。
呼吸控制器。您可以向其中吹气，就像演奏管乐器一样，以创建控制器消息的 MIDI 数据流。
色带控制器。这是一条；用手指沿着它滑动会发出控制器消息（图 6）。

图 6：Native Instruments 的 Komplete Kontrol S 系列键盘在音调轮和调制轮下方包含一个带状控制器。

然而，请意识到，由于 MIDI 规范如此深入，并非所有 MIDI 设备都必须实现MIDI 规范的所有方面。例如，键盘可能无法实现和弦触后，家用钢琴可能没有调制轮。大多数设备都包含一个关联的 MIDI 实现图表，其中列出了其 MIDI 功能。

不管怎样，回到 MIDI 的具体细节，我们正在处理数据——所以让我们看看 MIDI 如何组织这些数据。

通道数
当您演奏音符时，您可以选择通过 16 个 MIDI通道中的任意通道发送它。这出于多种原因很有用。假设您有一个可以发出美妙钢琴声音的音调发生器，还有一个可以发出美妙管弦乐声音的音调发生器。将控制器设置为通过通道 1 传输，将钢琴和弦乐模块设置为通过通道 1 接收，然后您将同时触发它们。但也许您想要在某些歌曲中使用钢琴，而在其他歌曲中使用弦乐。将钢琴设置为通道 1，将琴弦设置为通道 2，然后根据您想听到的声音选择通过键盘上的通道 1 或 2 进行传输。

通道也是MIDI 排序的重要组成部分。这是将 MIDI 数据录制到计算机中的过程，相当于多轨音频录制的 MIDI。假设您要记录数据以触发 MIDI 控制的鼓声，然后记录其他数据以触发 MIDI 控制的低音，最后记录数据以触发 MIDI 控制的钢琴音调模块。如果没有通道，所有乐器都会同时播放所有相同的音符。但如果您在通道 1 上录制鼓音符，在通道 2 上录制低音音符，在通道 3 上录制钢琴音符，则每种乐器将仅播放为其指定的音符。请注意，不同的数字没有特殊含义 - 这些音符也可以录制在通道 4、11 和 16 上。唯一常见的通道分配是鼓声音的默认通道为通道 10，但这不是规则。

一些控制器通过多个通道进行传输。例如，MIDI 吉他控制器可以在允许其通过自己的通道发送每个弦的数据的模式下运行。因此，底部两根弦可以触发低音，而上面四根弦可以触发管风琴声音。

通道对于多音色硬件和虚拟乐器也很重要，它们可以同时播放许多不同的声音 - 例如，为歌手/歌曲作者提供完整的背景音轨，具有多种乐器声音（图 7）。这些是与 MIDI 音序器一起使用的流行乐器选择，因为您可以将不同通道的数据记录到 MIDI 音序器中，将多音色乐器中的声音分配到相应的通道，然后播放完整的作品。


图 7：IK Multimedia 的 SampleTank 4可以同时播放 16 种不同的声音。此处显示的八种声音响应通过其各自通道传入的 MIDI 数据。

当 MIDI 规范创建时，16 个通道似乎就足够了 — 毕竟，有多少人买得起 16 个硬件合成器？但随着时间的推移，人们希望能够对更多的声音进行排序，使用通道来触发灯光和音乐等等。解决方案是具有多个 MIDI端口的硬件接口，每个端口处理 16 个通道（图 8）。


图 8： iConnectivity 的iConnectMIDI4+是适用于 Mac、Windows 和 iOS 的 4 端口 MIDI 接口（另一个端口位于前面板上）。它提供 64 个 MIDI 通道，可扩展更多端口，甚至可以成为计算机网络的一部分。

例如，具有四个端口的 MIDI 硬件接口可以通过 16 x 4 = 64 个通道发送数据。MIDI 还催生了诸如 MIDI 合并器（因此具有不同控制器的多个播放器可以使用单个声音发生器“干扰”——见图 9）、用于将单个 MIDI 输入发送到多个 MIDI 输出的 MIDI 分离器等配件。


图 9：MIDI Solutions 的 Quadra Merge 可以合并四个单独的 MIDI 流，并将合并的流分配到两个 MIDI 输出。

匹配通道通常是使用 MIDI 时的第一步 - 您需要确保控制器与您想要听到的设备在同一通道上进行传输。如果频道不匹配，您将听不到任何声音。

控制器消息编号
控制器消息也与 MIDI 通道相关联，但由于您可以选择控制多个参数，因此这些消息也与128 个唯一控制器消息编号之一相关联 — 毕竟，您不希望您的音源发生混淆并控制当你想控制颤音时的音量。尽管控制器编号分配并不是一成不变的，但有些控制器多年来已经获得了标准默认值：1 用于颤音等调制，7 用于音量，4 用于脚踏板，64 用于延音踏板等。弯音被认为足够重要，以至于它具有它自己专用的弯音信息。

与通道一样，传输数据的控制器编号分配和接收数据的控制器编号分配需要匹配才能获得预期结果。MIDI 乐器和信号处理器将控制器编号与特定参数相关联。其中一些任务是固定的；例如，虚拟合成器的滤波器截止可能固定在控制器编号 74。因此，如果您想使用脚踏板控制滤波器截止，则需要分配脚踏板来传输控制器 74 消息。如果分配是固定的，将会有关于哪些控制器消息影响哪些参数的文档（图 10）。


图 10：这是Propellerhead Software Reason的控制器分配图表的摘录。例如，当控制 Subtractor 虚拟合成器时，MIDI 控制器 #14 控制滤波器包络攻击。

或者，合成器可以让您将参数分配给任何控制器编号。因此，如果您想使用默认为控制器编号 4 的脚踏板来控制滤波器截止，您可以将滤波器截止参数指定为 4 — 现在脚踏板将控制滤波器截止。

坚持住——让我们让生活更轻松！
如果此时你的目光呆滞——保持冷静并继续。制造商认识到识别和分配控制器的整个过程可能令人畏惧，因此他们采取了三种方法来简化该过程。

MIDI 学习。这涉及选择您想要控制的参数（例如，滤波器共鸣），并指示它进行“MIDI Learn”。通常，您可以通过右键单击要与硬件控件关联的软件控件来使用虚拟仪器调用此功能（尽管这不是标准 - 您可能需要按住 Shift 键单击、调用菜单或其他操作） 。一旦您选择了 MIDI Learn，参数就会等待，直到您移动要使用的硬件控制器，例如调制轮、脚踏板等。这就是它的全部内容 - 分配已完成（图 11）。您可以类似地选择“MIDI Forget”来取消分配参数。


图 11：在 MOTU 的MX4虚拟乐器（也包含在Digital Performer中）中，LFO 1 Delay 参数被设置为 MIDI Learn。显示屏（橙色轮廓）显示参数正在学习。一旦您触摸所需的硬件控制，分配就会被学习。

MIDI 映射。许多键盘控制器包括推子、旋转控件、开关和其他物理控制器，您可以将它们分配给 DAW、合成器或效果处理器中的参数。尽管您可以自己分配这些参数，但为了简化问题，某些键盘控制器包含将硬件控制器映射（分配）到所选程序中的特定软件参数的模板。随着产品的发展，这种集成是一个不断变化的目标，因此您需要询问 Sweetwater 销售工程师，模板是否可用于您使用的特定 DAW 或效果。

迄今为止最先进的 MIDI 映射版本是 Native Instruments 的 NKS 2.0（Native Kontrol System）协议，可在其 Komplete Kontrol 键盘中使用。有关概述，请参阅文章NKS 2.0 对您意味着什么。它的起源是提供手动控制，主要使用八个触摸感应旋转控件和八个按钮来控制 Native Instruments 合成器中的参数（特别是Komplete包中的参数）。这些都是预先分配的，键盘的显示屏显示哪些旋钮控制哪些参数，因此您无需了解 MIDI 或分配即可使用旋钮和按钮调整控制。后来，该规范向其他乐器和效果器开发商开放，例如 Waves、Arturia 和 Applied Acoustic Systems（图 12）。


图 12：来自 Applied Acoustics Systems 的 NKS 兼容Chromaphone已加载到 Komplete Kontrol 主机软件中（以及 Waves 的Abbey Road Plates效果和 IK Multimedia 的TR5 Tape Echo插件）。然后，您可以通过 Komplete Kontrol 键盘的旋钮和按钮编辑这些插件的参数。

使用 Komplete Kontrol 系统，您可以将 Komplete Kontrol 插件主机加载到计算机的录制软件中，该主机显示所有可用的 NKS 兼容插件。您可以使用 Komplete Kontrol 的屏幕用户界面或硬件 Komplete Kontrol 键盘将插件加载到 Komplete Kontrol 中。加载后，您可以通过键盘控制参数。

请注意，Komplete Kontrol 键盘也是通用 MIDI 控制器，但当与 NKS 兼容的插件一起使用时，它们才真正发挥作用。

使 MIDI 透明。
PreSonus Studio One使用他们的 Control Link 系统，通过拖放进行分配。前提是您在图形中定义您正在使用的硬件控制器（即其旋钮和开关）。然后，当您想要将软件参数分配给硬件控制时，单击该参数，其名称会显示在窗口中，然后将该名称拖到要控制该参数的硬件旋钮上。

包起来
我们已经介绍了 MIDI 语言的一些基本方面以及如何使用它在 MIDI 设备（无论是硬件还是软件）之间交换信息。然而，MIDI 的故事远不止于此——我们将在以后的 inSync 文章中探讨这一点。同时，为了了解最新的 MIDI 发展，您可以免费加入MIDI 协会。

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MIDI（乐器数字接口）是 20 世纪 80 年代开发的一种协议，允许电子乐器和其他数字音乐工具相互通信。MIDI 本身并不发出声音，它只是一系列消息，例如“音符开”、“音符关”、“音符/音高”、“弯音”等等。这些消息由 MIDI 乐器解释以产生声音。MIDI 乐器可以是一个硬件（电子键盘、合成器）或软件环境的一部分（ableton、garageband、数字演奏者、逻辑...）。

MIDI 的优点包括：
紧凑- 整首歌曲可以存储在几百个 MIDI 消息中（与每秒采样数千次的音频数据相比）
易于修改/操作音符 -无需更改音调、持续时间和其他参数必须重新录制
更改乐器- 请记住，MIDI 仅描述要演奏的音符，您可以将这些音符发送到任何乐器以更改作品的整体声音。