Um Informationen und Daten zwischen unterschiedlichen MIDI-Geräten, wie beispielsweise Tastaturen, Tongeneratoren, Samplern, oder Computern austauschen zu können, müssen diese über ihre MIDI-Schnittstellen verbunden werden.

Die Schnittstelle besteht zumeist aus MIDI-IN (Eingang), MIDI-OUT (Ausgang) und gegebenenfalls MIDI-THRU (Weiterleitung des Eingangssignals unter Umständen gemischt mit dem Ausgangssignal).

Als Anschlüsse werden in der Regel fünfpolige DIN-Buchsen verwendet, von denen allerdings jeweils nur drei Leitungen tatsächlich verwendet werden.

Die Schnittstelle arbeitet digital mit einer seriellen (ein Bit nach dem anderen), asynchronen, unidirektionalen (Daten können immer nur in eine Richtung übertragen werden) Datenübertragung, je einer Datenleitung pro Richtung (duplex) und einer Geschwindigkeit von 31.250 Baud (Bits pro Sekunde). Das bedeutet, dass innerhalb einer Sekunde mehr als 3000 solcher Bytes (ein MIDI-Byte besteht aus 8 + 2 Bits) über eine Leitung übertragen werden können.

Während am Beginn des MIDI-Zeitalters mit dem ATARI ein typischer Musik-Computer mit einer integrierten MIDI-Schnittstelle zur Verfügung stand, gewinnt das Thema MIDI-Schnittstelle bei den heute zunehmend verwendeten PC eine etwas größere Bedeutung.

Zwar sind die meisten PCs mit einer Soundkarte ausgestattet deren sogenannter Game Port mit Hilfe eines Adapterkabels als MIDI-Schnittstelle missbraucht werden kann, doch sind bei dieser Variante die elektrischen Erfordernisse wie Optokoppler und galvanische Trennung nicht in allen Fällen gewährleistet, sodass der Einsatz eines echten MIDI-Interfaces in Erwägung gezogen werden sollte, das praktisch für wohl jede Schnittstelle wie USB, Parallel-, oder COM-Port erhältlich ist und sich einfach nachrüsten lässt.

Die Signalübertragung erfolgt zur Vermeidung von Störeinflüssen über einen Optpkoppler mit einer 5 mA Stromschleife (am DIN-Stecker: Anschluss 4 und 5), wobei eine Spannung von +5 Volt ein Bit "0" repräsentiert und eine Spannung von 0 Volt ein Bit "1" darstellt. Der Optokoppler sorgt dabei für eine elektrische bzw. galvanische Trennung, wodurch Erdungs- und Brummschleifen oder Potentialunterschiede zwischen zwei Geräten ausgeschlossen werden.

Ein Optokoppler besteht aus einer Leuchtdiode, welche über eine Stromschleife bei einer Spannung von +5 V leuchtet und damit einem photoelektrischen Transistor aktiviert, der dann seinerseits über einige wenige diskrete Bauteile eine positive Spannung frei gibt.

Neben diesem Optokoppler und einigen wenigen diskreten Bauteilen besteht das MIDI-Interface noch aus einem UART (Universal-Asynchronous-Receiver/Transmitter), der beim Empfang den seriellen MIDI-Datenstrom in parallele Daten und beim Senden in umgekehrter Reihenfolge umwandelt.

Der serielle Datenstrom besteht aus jeweils einem Start-Bit, gefolgt von acht Daten-Bits und einem Stopp-Bit und die Daten-Bits werden parallel auf acht Signalleitungen in einem Datenbus zusammengefasst an den Mikroprozessor weitergeleitet.

Grundsätzlich ist es theoretisch möglich beliebig viele Geräte in Serie zu schalten, indem jeweils die MIDI-Thru-Buchse des einen Gerätes mit der MIDI-IN-Buchse eines weiteren Gerätes verbunden wird (Daisy Chaining) und es sollten dann auch beim letzten Gerät die selben Signale ankommen, wie beim ersten Gerät. In der Praxis kommt es dabei jedoch zu Verzögerungen und Datenverzerrungen.

Diese werden nach etwa dem fünften oder sechsten Gerät so stark, dass der nachfolgende Empfänger das Signal nicht mehr korrekt erkennen kann. Für einen störungsfreien Betrieb sollten daher keinesfalls mehr als drei Geräte in Serie betrieben werden.

Auch schlechte oder viel zu lange MIDI-Kabel können die Daten verzerren, sodass deren Interpretation erschwert wird, wobei das Kabel selbst die Daten nur unwesentlich verzögert, da sich diese etwa mit Lichtgeschwindigkeit in diesem fortbewegen, was bei einer Länge von 300 Kilometern eine Verzögerung um nur eine Millisekunde bedeuten würde.

Technisch gesehen resultieren diese Verzerrungen aus den elektrischen Eigenschaften (Kapazitäten, Induktivitäten und Widerständen) der Kabel und aus der Verarbeitungsgeschwindigkeit handelsüblicher Optokoppler.

In jedem größeren MIDI-Verband mit mehr als drei Empfängern sollten aus diesem Grund unbedingt aktive (mit aktiver Signalaufbereitung) MIDI-Thru-Boxen integriert sein, die den Datenstrom einer IN-Buchse elektrisch aufbereiten und an mehreren Ausgängen zur Verfügung stellen.

MIDI-Merger dienen dazu, Daten von zwei oder mehr MIDI-IN-Buchsen zu mischen und an eine oder mehrere OUT-Buchsen weiterzuleiten und werden zum Beispiel dazu verwendet, ein Soundmodul von zwei Keyboards aus gleichzeitig anzusprechen, wobei zumeist die Möglichkeit besteht, System Realtime Messages, beispielsweise zur Vermeidung unterschiedliche MIDI-Clocks, nur von einer IN-Buchse weiterzuleiten.

Je nach technischem Aufbau und Größe des verfügbaren Zwischenspeichers kann es beim Mischen von großen Datenmengen zu Problemen oder Verzögerungen kommen und es sind auch nicht alle MIDI-Merger in der Lage, SysEx-Daten zu verarbeiten.

MIDI-Patchbays besitzen meist zumindest die Funktion einer MIDI Thru-Box für  typischerweise zumindest acht Ausgänge, bieten jedoch manchmal auch die Möglichkeiten eines MIDI-Mergers und stellen gegebenenfalls noch weitere Sonderfunktionen, wie beispielsweise Daten-Filter oder Speicherfunktionen zur Verfügung.

MIDI-Filter sind in der Lage, bestimmte Datenarten wie Controller-Daten, Noten auf einzelnen Kanälen, Programm-Change-Befehle oder andere Befehle wie All-Notes-Off aus dem MIDI-Datenstrom herauszufiltern oder umzuwandeln, sodass zum Beispiel Notenbefehle von Kanal 2 auf Kanal 7 umgelenkt werden oder anstatt Controller 07 ein anderer Controller angesprochen wird.

Höher technisierte Geräte werden oft auch als Master Keyboard Controller, Midi-Matrix oder MIDI-Prozessor bezeichnet und verfügen über weitere, darüber hinaus gehende Möglichkeiten. Solche Geräte stellen oft mehrere Speicherplätze zur Verfügung und sind in der Lage den Notenbereich der MIDI-Kanäle einzugrenzen, MIDI-Kanäle zu konvertieren, Controller-Daten zu manipulieren oder auch verschiedene Daten wie Program Changes, Control Changes und manchmal auch SysEx-Daten zu erzeugen und zu senden und können im Live-Betrieb zur Steuerung eines größeren Geräteparks sehr hilfreich sein.

Abgesehen davon, dass praktisch jeder Sequenzer als Analyser genutzt werden kann, werden im Handel sowohl Software- als auch Hardware-Lösungen angeboten, um MIDI-Datenströme in irgendeiener Form zu visualisieren. Derartige Geräte kennt man unter dem Begriff MIDI Analyser oder MIDI-Monitor.

In erster Linie benötigt man ein Steuergerät, etwa ein Keyboard. Unter einem Masterkeyboard versteht man üblicherweise ein Keyboard ohne eigene Tonerzeugung mit entsprechenden Steuerfunktionen und mit 61 bis 88 meist anschlagdynamischen und oftmals gewichteten Tasten. Daneben verwendet man auch tragbare Tastaturen, soganennte Remote Keyboards oder Akkordeons mit eingebauten Tastenkontakten und MIDI-Interface.

Bei Arranger-Keyboards handelt es sich üblicherweise um Multimode-Instrumente mit einigen Sonderfunktionen, etwa spezielle Parts wie Note To Arranger (NTA) zur Generierung zusätzlicher rhythmisierte Daten aus den empfangenen Noten.

Darüber hinaus sind beispielsweise Flügel und Orgeln mit MIDI-Interface, spezieller MIDI-Tonabnehmer für Gitarren und andere Saiteninstrumente, MIDI-Bass und Streichinstrumente, oder MIDI-Blaswandler für verschiedene Holz- und Blechblasinstrumente, sowie Kontaktwandler für Schlaginstrumente erhältlich.

Aber auch MIDI-Mikrophone zur Wandlung monophoner akustischer Signale wie der menschlichen Stimme, oder das MIDI-Halsband und der MIDI-Datenhandschuh, welche dreidimensionale Bewegungen in MIDI-Befehle umwandeln und Bio-Feedback-Musicsysteme, Hard- und Software-Pakete, welche in der Lage sind, Gehirnwellen, Pulsfrequenzen, Muskelspannungen und Oberflächenspannungen der Haut in MIDI-Daten umzuwandeln, sind bereits weit über das Entwicklungsstadium hinaus zur Serienreife gediehen.

Die vorgenannten Steuergeräten werden allesamt in irgend einer Weise vom Menschen direkt bedient. Daneben erfreuen sich aber auch die automatischen Spielhilfen wie Midifile-Player oder Sequenzerprogramme sehr großer Beliebtheit, die in erster Linie als Software für Computer angeboten werden.

Die Palette reicht dabei von einfachen Freeware-Programmen bis hin zu professioneller Studiosoftware die neben Midispuren auch die Bearbeitung von Audiospuren und Videoclips ermöglicht. Mit derartigen Programmen einiger namhafter Hersteller ist es auch Heimanwendern möglich, technisch ausgereifte Ton- und Videoproduktionen zu erstellen. Dafür ist neben der Sequenzersoftware und einem hardwaremäßig entsprechend ausgestatteten PC jedoch auch zumindest ein wenig Erfahrung und viel Geduld erforderlich, aber an Technik bietet der Markt heute Produkte auch für Normalverbraucher, von denen vor einigen Jahren so manches professionelle Tonstudio geträumt hat.

Während es mit MIDI-Sequenzern auch möglich ist, Midifiles selbst zu erstellen indem man die Melodien entweder live einspielt, oder auch Schritt für Schritt auf den einzelnen Midispuren mit Hilfe von Tastatur oder Maus des Computers eingibt und editiert, sind Midifile-Player meist nur in der Lage derartige Midifiles wiederzugeben. Fertig programmierte Midifiles werden auch im Internet in großen Mengen und in unterschiedlicher Qualität angeboten, sodass einige Anwender oft auf diese weniger mühevolle Möglichkeit zurück greifen.

Bei herkömmliche Musikinstrumenten wird die Klangerzeugung und der Schwindungsvorgang meist von mehreren gekoppelten Resonanzsystemen beeinflusst. Für eine möglichst wirklichkeitsnahe elektronische Nachbildung dieser komplizierten physikalischen Abläufe wurden mehrere Techniken entwickelt und im Lauf der Jahre immer weiter verbessert.

In den Anfängen der elektronische Klangerzeugung standen nur einstimmige (monophone) Systeme zur Verfügung, die in der Folge zur Erhöhung der Klangfülle miteinander verbunden wurden und es wurden digital gesteuerten Analogsynthesizer gebaut. Man ging dazu über, den Ton mit ein oder mehreren Rechteck-, Sinus-, oder Sägezahn-Oszillatoren zu erzeugen und zu modulieren. Dadurch konnten komplexe Sounds erzeugt werden, die sich auch heute noch großer Beliebtheit erfreuen. Es war auf diese Weise jedoch nur sehr schwer möglich, Naturklänge nachzubilden, sodass man dafür ein anderes Verfahren, das Sampling-Verfahren, wählte.

Unter MIDI-Soundmodulen versteht man eigenständige Klangerzeuger die über MIDI angesprochen werden können, selbst über keine Tastatur verfügen und platzsparend in mehr oder weniger kleinen Gehäusen untergebracht sind.

Bei den meisten Soundmodul werden diese Parts in übergeordneten Strukturen organisiert und es stehen zumeist etliche Plätze zur Speicherung unterschiedlicher Konfigurationen der einzelnen Parts zur Verfügung. Auch solche Speicherplätze haben je nach Hersteller verschiedene Bezeichnungen wie Performance, Patch oder etwa Preset und gestatten zumeist neben der Organisation der einzelnen Stimmen auch die Speicherung von Kanalzuordnung, Lautstärke, Tastaturbereich, Splitzonen, Gruppierungen von Klängen oder anderer stimmenbezogener Parameter und erleichtern damit einen einfachen Wechsel zwischen einzelnen Klangprogrammen.

Beim Sampling-Verfahren werden Klänge beispielsweise mit einem Mikrofon aufgenommen, in digitale Signalverläufe umgewandelt und als digitale Kurven abgespeichert. Diese digitalen Signale werden dann zur Wiedergabe in analoge Signale zurückgewandelt.

Entscheidend für die Qualität solcher Klänge ist neben Mikrofon und Verstärker auch die Abtastrate und die Auflösung. Die Abtastrate bestimmt, wie oft in der Sekunde ein digitales Abbild des analogen Signals erstellt wird und wird in Hertz (Hz) bzw. Kilohertz (kHz) angegeben.

Die Abtastrate besagt, in wie vielen digitalen Stufen ein analoges zerlegt wird und wird in Bit angegeben. Heute gebräuchliche Werte sind beispielsweise für die Musik-CD eine Abtastrate von 44,1 kHz bei einer Auflösung von16 Bit, das DVD-Format unterstützt 96 kHz und 24Bit.

Die Anzahl gleichzeitig verfügbarer Stimmen in einem elektronischen Klangerzeuger reicht von einer einzigen Stimme, vorwiegend in älteren Modellen, über 16 und 32 Stimmen, bis hin zu aktuellen Systemen wo heute durchaus 64 und mehr Stimmen vorhanden sind.

Unter der ADSR-Hüllkurve (Attack, Decay, Sustain, Release) eines versteht man den Lautstärkeverlauf eines Tones.

Unmittelbar nach dem Note-On Befehl beginnt der Einschwingvorgang (A = Attack), gefolgt von einer Phase (D = Decay) in der der Ton bei gehaltener Taste in einen kontinuierlichen Zustand (S = Sustein) übergeht und nach dem Note-Off Event mehr oder weniger langsam ausklingt  (R = Release). Diese Hüllkurve bestimmt auch, ob man einen Ton als hart oder weich empfindet, perkussive Klänge beispielsweise haben eine kurze Attack-Zeit von wenigen Millisekunden, weichere Klänge eine entsprechend längere.

Letzte Änderung am 19. Oktober 2005
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