Computer Music in AMC

■ MIDI 概論 I

(※ 注意: この授業は2001年と2002年に実施したもの)

MIDIとは
MIDI規格の構成
MIDIチャンネル -MIDI 1.0規格より- 重要
MIDIメッセージ -MIDI 1.０規格より- 最重要
MIDIメッセージの仕組み - MIDI 1.0規格より - 本当はとても重要

1. MIDIとは
音楽制作上の重要度: ★☆☆☆☆

●MIDIとは何か？

MIDIは、正式名称を「Musical Instrument Digital Interface」といい、
「楽器間のデジタルによる情報伝達の仕組みを、国際的に統一し規格化したもの」
である。

※MIDIの誕生

1982年のNAMM(世界的な楽器ショー)で、世界の主要楽器メーカー同士で
楽器のための統一デジタルインターフェイス規格について話し合われたのが原動力となり、その後、デジタル制御で世界の一歩先を進んでいた、日本のYAMAHAが中心となって、規格化がすすめられ、1982年10月に米国音楽雑誌「KEYBOARD」誌上で
MIDI規格1.0が初めて公開された。これがMIDIの誕生である。

そして、翌年1983年、初のMIDI対応シンセサイザーDX-7も、YAMAHAから発売され、
当時の音楽業界の一世を風靡した。そのサウンドは1984年以降から多く聞かれるようになる。

YAMAHA社・DX-7 (MIDI対応・デジタルシンセサイザー・FM音源方式) 1983年発売/￥248,000

※MIDI以前はどうやって情報をやりとりしていたのか

MIDI以前は、アナログシンセサイザーの時代であった。
アナログシンセサイザーは、すべての内部パラメータを電圧で制御していることから、アナログシンセサイザー同士の情報のやりとりも、電圧制御の方法で行われていた。
電圧での制御というのは、アナログな制御方式である。
制御電圧のことを、CVというが、音程などは電圧の高低、ノートオンオフはゲート回路を用いて制御していたことから、当時の制御方法をCV/ゲート方式と呼ぶ。
電圧は気温など外的要因により変動し、制御具合が不安定であったため、デジタルによる安定した制御方法が待望されていた。

SEQUENCIAL CIRCUITS社・?Prophet 5　（アナログシンセの名機)　1978年発売/￥1,700,000

※ AMEIについて

現在、国内の「MIDI」の管理・普及活動は、経済産業省所管の、社団法人「音楽電子事業協会」AMEI (アメイ) によって行われている。AMEIの内部で組織されている、「MIDI規格委員会」により発行される、「MIDI 1.0規格書」はMIDIの基本であり、現在のMIDI機器、MIDI活用ソフトは、これをもとに開発されている。

http://www.amei.or.jp

2. MIDI規格の構成
音楽制作上の重要度: ★☆☆☆☆

●MIDI規格の構成

MIDI規格 (MIDI 1.0規格書)は、以下の２つの項目より構成されている。

MIDI1.0規格
RP (Recommended Practice)

※MIDI 1.0規格

厳密に、MIDI OUTコネクターから、MIDI INコネクターまでの、
「MIDIケーブル上での情報の送信プロトコル」を規格化したもの。

※RP (レコメンデッドプラクティス) Recommended Practice

MIDIの普及により、「MIDIケーブル上での情報の送信プロトコル」
の枠には収まり切らない、MIDIの応用的な使用法が開発されている。
そのような、MIDIの応用使用例として既に一般的になったものを
定義したものが、RPとしてまとめられている。
RPが設けられた、最初の大きなキッカケは、「スタンダードMIDIファイル」
の登場であった。

▼主なRP

スタンダードMIDIファイル（SMF)

General MIDI (GM)

MIDIショーコントロール

※「スタンダードMIDIファイル」や「GM」に関しては、後日詳しく触れたい。

3.MIDIチャンネル -MIDI 1.0規格
音楽制作上の重要度: ★★★★☆

●MIDIチャンネル

MIDIにはチャンネルの概念がある。
つまり、第1チャンネルで送信したデータは、
第1チャンネルを受信する設定がなされた音源でのみ受信される。

※他チャンネルを受信するよう設定された音源でも、一応受信されるが無視する。

▼TVのチャンネル

▼MIDIチャンネル (TVのチャンネルと同じような感じをイメージして欲しい)

●MIDIチャンネルは16チャンネルある

MIDIで使用できるチャンネル数は、
チャンネル１からチャンネル16までの16個である。

一本のMIDIケーブルで送信できるチャンネル数は、16チャンネルである。

接続例１：MIDIシーケンスソフトから、16個のチャンネルのデータを全て送信し、それぞれ受信チャンネルをch1～ch16に設定された、16台のMIDI音源から音を鳴らす。
この場合、「16人の16パートによる合奏のイメージ」を持ってもらいたい。

※パソコンとMIDI音源の中継には、通常、「MIDIインターフェイス」を使用する。

接続例2 : レイヤー
MIDIシーケンスソフトから、1ch. と 2ch. のMIDIデータを送信するようにし、受信チャンネルを1ch.に設定した音源群と、2ch.に設定した音源群を用意する。
それぞれの音源群内では、音源の音色をそれぞれ違うものにして、同じフレーズを違う音色で一斉に鳴らすことが出来る。このような音源の鳴らし具合を「レイヤー」という。元々、MIDIは、このような「レイヤー」で使用したいという要求のため、生まれた背景もある。なぜなら、独りの奏者で多数のシンセの音を出せて便利であり、ゴージャスな感じになるからである。

つまりこの例では、以下の２つのレイヤーがある。
それぞれのレイヤー内では、違う音色で、同じフレーズが一斉に演奏される。

1ch.のレイヤー：Piccolo, Flute, Oboe, Clarinet, Horn, Trumpet, Trombone, Piano
2ch.のレイヤー：Violin I, Violin II, Viola, Violon Cello, Double Bass

接続例3　マルチティンバー音源を接続する　
昔のMIDI音源(YAMAHA DX-7など）は、１台で1ch.しか受信出来なかった。(シングルティンバー音源) しかし、現代のMIDI音源(SC88proなど)は、１台で16ch.を受信することが出来る。 このような音源をマルチティンバー音源という。 SC88pro内に、16台のシングルティンバー音源が収まっているのをイメージして欲しい。
16ch.それぞれに、違う音色を割り当て、違うフレーズを演奏させることが可能だ。また、MIDIケーブルは１本で16ch.扱えるため、SC88proへの接続は、MIDIケーブル１本でOKだ。

※混乱するので読まなくてもいいですが・・・
実際には、SC88proは内部に、シンセAとシンセBの独立した２台のマルチティンバー音源が搭載されている。つまり、16chのマルチティンバー×2台で、最大で32ch.を使用できるわけだ。本当は、シングルティンバー音源が32台収まっていることになる。ただし、１個の「MIDI IN」コネクターで受信できるチャンネル数は、16チャンネルまでなので、そのような音源には、必ず「MIDI IN」コネクターが２つ付いている。 SC88proは、１個の匡体の中に２台のマルチティンバー音源が収まっているというわけだ。

接続例4　音楽制作の実際的な接続　
16ch.以上のMIDIチャンネルを扱いたい時は、「マルチポートMIDIインターフェイス」が必要となる。マルチポートMIDIインターフェイスは、「MIDI OUTコネクター」を8個装備しており、８個それぞれに、マルチティンバー音源を接続し、16ch.×８個で、最大128ch.を同時に扱う事が出来る。有名なマルチポートMIDIインターフェイスには、MIDI Time Piece(Mark of the Unicorn社) がある。

●MIDI音源の第10ch.

一般的に、MIDI音源の第10ch.のパートは、パーカッション(ドラム)の音色用に割り当てられている。

※その他のチャンネルでは、自由に音色が選ぶことが出来る。

4. MIDIメッセージ -MIDI 1.0規格
音楽制作上の重要度: ★★★★★

●MIDIメッセージ

MIDIメッセージ
音を出すためのデータや、音を消すためのデータ、音色を指定するデータ、音源の内部パラメータをセットするためのデータ、そのような、目的のMIDI楽器に対し、何らかの動作を促すため、MIDIケーブルを伝わってゆくデータの事。

以下が、MIDIメッセージの全てである。

MIDIメッセージは、まず２つのタイプに大きく分けることが出来る。

チャンネルメッセージ
「1ch.の音を鳴らせ」といった、MIDIチャンネルの指定を含むタイプのデータ。

システムメッセージ

「つながってる機器は、同時に再生スタート！」といった、シーケンサーとMTRなどの同期走行を助けるような、特にMIDIチャンネルの指定が無い、システム全体に関わるタイプのデータ。
データの形式を共通化できないメーカー固有のデータ。

※チャンネルメッセージ ...............チャンネルの指定があるタイプのデータ。

チャンネルメッセージは更に２つのタイプに分けられる。

ボイスメッセージ
チャンネルの指定があり、「音を出せ」、「ペダルを値80で踏んだぞ」、「音色は120番だ」、「音量は64だ」、、と言った、実際の演奏情報のメッセージ。実際のMIDIデータ内の99%は、このボイスメッセージと言える。

モードメッセージ
「オムニのオン／オフ」、「ポリモードか？モノモードか？」といった、チャンネルごとにMIDI楽器の動作の仕方をセットするためのデータの事。オムニやポリ・モノモードに関する"MIDIモード"の話は、実際上あまり必要ないので、説明を省く。ちなみに、現在ほとんどのMIDI音源は、 "「オムニオフ／ポリモード」のMIDIモード３"で動作している。

※システムメッセージ ...................後日説明する。

● チャンネルメッセージ > ボイスメッセージ

ボイスメッセージには以下の７つのメッセージがある。
すべて実際の音楽制作上、本当に重要である。
白字のものは特に重要なので、よくおさえておきたい。

ノートオフ
ノートオン
ポリフォニック・キープレッシャー
コントロールチェンジ
プログラムチェンジ
チャンネルプレッシャー
ピッチベンド・チェンジ

▼チャンネルメッセージ > ボイスメッセージ詳細

ノートオフ鍵盤を離す動作にあたるデータ。必ず”ノートオン”と一対になって使用される。

ノートオン鍵盤を押す動作にあたるデータ。つまり音を鳴らす為のデータである。チャンネルの指定の他、「どの鍵盤を」 「どの強さで(ベロシティー)」という情報が含まれる。又、ノートオンの後には必ず”ノートオフ”が送信される。そうでなければ、つまり鍵盤を押しっぱなしの状態になるわけで、音は鳴り止まない。

ポリフォニック・キープレッシャー所謂、アフタータッチの情報である。つまり、鍵盤を押した時そのまま強く鍵盤を押し込み圧力をかけることで、ビブラートなどの音色変化を付けることが出来る。ポリフォニック・キープレッシャーは、チャンネルキープレッシャーと違い、各鍵盤毎にアフタータッチを付けることが出来る。

コントロールチェンジ MIDI規格で割り当てられた番号(コントロール番号)とそれに続くパラメータ値で、音量や、パンニング、簡単なエフェクターの設定、などを設定する事が出来る。例えば、「コントロール番号#7 - 値127」で、「ボリューム127」を設定できる。又、音色テーブルのバンクセレクト、RPNやNRPNにも使用される。コントロールチェンジは通常、曲のデータの１小節目に入力され、音の鳴り方を事前に設定する。

プログラムチェンジ音色を指定するためのデータ。プログラムチェンジは通常、曲のデータの１小節目に入力される。

チャンネルプレッシャー所謂、アフタータッチの情報である。チャンネルキープレッシャーは、ポリフォニック・キープレッシャーと違い、一つの鍵盤に対しアフタータッチを加えると、同時に押さえている鍵盤に対してもアフタータッチが付いてしまう。例えば、「ドミソ」と３つの鍵盤を押さえ和音を出す時、ドだけにアフタータッチを加えても、他のミ・ソにもアフタータッチが付いてしまう。

ピッチベンド・チェンジキーボード上の、「ピッチベンダー」を使用することで送信されるもので、一時的に音程を滑らかに変化させることの出来るデータである。通常は上下「長２度」(半音程２個分) の幅で音程を変化させるようになっている。しかしRPNを使用して、ピッチベンドの音程幅を設定し直すことも出来る。

Q.
それでは、どのように、MIDIメッセージを
「作成」したり、「MIDI音源に送信」するのか？

A.
「MIDIシーケンスソフト」を使用し、
MIDIメッセージを作成・編集し、
MIDI音源へ送信します。

ということで、次に「MIDIシーケンスソフト」の実際の操作を見てゆこう。
今回は、「ノートオン(メッセージ)」を入力することを中心に演習を行ってゆこうと思う。

又、以下の「5. MIDIメッセージの仕組み(ノートオンメッセージの場合) 」では、チャンネルメッセージ > ボイスメッセージの「ノートオン」を例にとり、そのデータの仕組みを詳しく説明しておいた。恐らくどんなMIDI解説本より解りやすいだろう。もしシリアスミュージック系のコンピュータミュージックの方向性へ進むのなら、その後の応用的利用を発想するために、このような知識が必要となるはずである。その他の人も興味があれば読んでおいて下さい。

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5. MIDIメッセージの仕組み(ノートオンメッセージの場合) -MIDI 1.0規格
音楽制作上の重要度: ★☆☆☆☆

●「MIDI」は8ビット(１バイト)の世界である。

MIDIは、８ビットを一単位として情報をやり取りする規格である。
一度に扱える数値データは「0000 0000 ～ 1111 1111」となる。
これを10進数に変換すると「0から255」となる。

そしてさらに、
MIDIでは「０から255」を２つに分けて
それぞれ違う性格を持たせて使用する。

「０～127」

「128～255」

この話は一旦おいておき・・・
最小単位である、「一個のMIDIメッセージ」について見てみよう。

●「一個のMIDIメッセージ」の仕組み

「チャンネル１の音を鳴らせ。60番目の音を、127の強さでな。」

例えばこれが、「一個のMIDIメッセージ」なのである。

※詳しく見てみよう・・・

上の「１個のMIDIメッセージ」は、３つの部分から構成されている。

「チャンネル１の音を鳴らせ。」

「60番目の音を、」

「127の強さでな。」

MIDIはデジタルデータなので、
これら３つの部分には、それぞれ「０～255」までの範囲で、
MIDI規格によって定められた数値が割り当てられている。
具体的には、以下のような数値が割り当てられている。

「チャンネル１の音を鳴らせ。」 ---- 144

「60番目の音を、」--- 60

「127の強さでな。」--- 127

そしてこれらは、性格上２つに分類することが出来る。

動作の種類を指定するもの
「チャンネル１の音を鳴らせ」------------144

実際の数値を指定するもの
「60番目の音を」------------------------60

「127の強さでな」-----------------------127

ここで、上を良く見て欲しい。

先程、MIDIで一度に扱えるのは、「０～255」までであり、
それを「0～127」と「128～255」の２つに分けて使用する
と説明したが、

動作の種類を指定するものには、「128～255」の方、
実際の数値を指定するものには、「0～127」の方、

・・・の数値が、当てはめられている事に、注目して欲しい。

●ステータスバイトとデータバイト

動作の種類を指定するデータの事を「ステータスバイト」といい、
「128～255」の方の数値が割り当てられる。
(Ex. 「チャンネル１の音を鳴らせ」-----> 144

実際の数値を指定するデータの事を「データバイト」といい、
「0～127」の方の数値が割り当てられる。
(Ex. 「60番目の音を」-----> 60, 「127の強さでな」---->127

つまり、「一個のMIDIメッセージ」は、
ステータスバイトと、データバイトによって構成されている。
MIDIメッセージはまず、1つのステータスバイトに始まり、それに続き、
データバイトが、必要な数だけ送られる。

MIDIは、データ転送時におけるノイズの混入を極力防ぐ必要のために、
「シリアル・トランスミッション」(直列送信)を採用している。
つまり、８ビット(１バイト)単位のデータが、１列になって送信されてゆく。
それは「MIDIケーブルの中を行く電車」のようなイメージである。
　

慣習的に、MIDIの世界では10進数を使用せず、
データの数値の表記として16進数がよく使用される。
それは、MIDIで使用できるMIDIチャンネルが16チャンネルまで
となっていることもあり、表記上、効率が良いからである。
・・・ということで、
今後、MIDIメッセージの説明には 16進数を使用してゆく。
今回の例の10進数を16進数に変換すると、以下のようになる。

実際には、２進数の意味を持った電流となってMIDIケーブル内を進む。
（しかし２進数の事は、MIDIにおいては、今後あまり意識しなくてもよい)

このデータを受信したMIDI音源側では、受信した信号を、
「フォトカプラー」という回路をとうし、一度、光の信号に変換する。
その後、再び、２進数の意味を持った電流に戻され、
MIDI音源のマイクロプロセッサに入ってゆく。
一度、光の信号に変換するのは、
マイクロプロセッサを守るための工夫である。

マイクロプロセッサで、このデータの意味を解析し、
内容が「チャンネル１の音を鳴らせ。60番の音を、127の強さでな。」
であることを理解し、命令どうりに、今回の場合は、
MIDIチャンネル１のC3 (まん中のド音)をヴェロシティー127の強さで発音する。

１つのデータが送信されてから、音がなるまでの時間は、1msec（1/1000秒)である。
つまり、３和音のデータが送信されてから、音がなるまでの時間は、3msecとなる。
それほど早いとは言えない。

これが、音を鳴らす為のMIDIメッセージ
「ノートオンメッセージ」の仕組みである。