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Musical Instrument Digital Interface

Le Musical Instrument Digital Interface ou MIDI est un protocole de communication et un format de fichier dédiés à la musique, et utilisés pour la communication entre instruments électroniques, contrôleurs, séquenceurs, et logiciels de musique.

Apparu dans les années 1980, issu d'une volonté de l'industrie de normaliser les échanges entre les différents instruments, ce protocole est devenu aujourd'hui un standard très répandu dans le matériel électronique de musique.

Histoire

À la démocratisation des synthétiseurs numériques, l'interopérabilité devient un enjeu important, notamment dans l'idée de pouvoir commander plusieurs synthétiseurs à partir d'un même clavier. Dans ce contexte, les concepteurs de synthétiseurs Dave Smith (Sequential Circuits), Ikutarō Kakehashi (Roland), et Tom Oberheim (Oberheim) se rencontrent lors du NAMM de et réfléchissent à une standardisation des communications[1].

La première démonstration publique a lieu lors du NAMM de 1983, entre un Jupiter-6 (de Roland) et un Prophet-600 (de Sequential Circuits), par leurs deux représentants et fondateurs, Ikutarō Kakehashi et Dave Smith.

Lancé en 1985, l'ordinateur Atari ST est considéré comme la machine ayant popularisé la norme MIDI auprès du grand public, et plus particulièrement des musiciens, notamment en raison de ses prises MIDI intégrées et de la qualité de ses séquenceurs[2].

Depuis, le standard est géré par l'International MIDI Association (IMA), la position des constructeurs étant défendue par la MIDI Manufacturers Association (MMA)[1] - [3].

En , la norme MPE (anglais : MIDI Polyphonic Expression, expression polyphonique MIDI), permettant de moduler les sons par note et non plus par canal est ajoutée[4].

En , la norme TRS est ajoutĂ©e, permettant d'utiliser un jack 2,5 ou 3,5 mm, plus compact que le connecteur DIN 41524 du standard utilisĂ© jusqu'alors[5].

Connexion physique

Bus MIDI

Les informations d'un bus MIDI sont codĂ©es de manière numĂ©rique, proche du signal sĂ©rie RS232 dont, bien que diffĂ©rent, il reprend certains principes. Les premiers modules MIDI utilisaient pour cette raison des puces UART de type 16550 ou 8250, tandis que de nos jours, ces fonctions intĂ©grĂ©es au cĹ“ur des processeurs sont utilisĂ©es[6]. La limite de longueur du câble est Ă©tablie Ă  15 mètres. Il a les caractĂ©ristiques suivantes[7] :

Connectique classique (DIN)

Triplet classique de ports MIDI IN, OUT et THRU au format DIN 5 broches.

La liaison classique dĂ©finie par la norme est une connexion sĂ©rie symĂ©trique Ă  31,25 kbit/s, transmise via des connecteurs DIN 41524, de type 5 broches, placĂ©s sur 180°. La liaison est unidirectionnelle, donc deux connectiques distinctes sont nĂ©cessaires pour l'entrĂ©e (notĂ©e MIDI IN) et la sortie (notĂ©e MIDI OUT). Les appareils connectĂ©s sont isolĂ©s par un photocoupleur[8].

Le protocole MIDI permet à un contrôleur maître de commander plusieurs instruments, qui doivent alors être branchés en réseau. Il existe pour cela des appareils d'interconnexion intermédiaires permettant des formes de réseaux variées. Dans la pratique, les instruments sont souvent branchés en cascade (réseau linéaire type daisy-chain), les appareils MIDI possédant généralement une sortie dupliquant ce qui a été reçu. Cette sortie peut être la prise MIDI OUT si elle duplique ce que l'appareil reçoit en MIDI IN, ou sinon une prise particulière, notée MIDI THRU[9], permettant de récupérer une copie directe du MIDI IN, sans modification ni temps de latence induite par les traitements internes. Le signal THRU est cependant déformé à travers un photocoupleur, déformation qui peut devenir problématique dans le cas d'une chaîne comportant plusieurs copies MIDI THRU successives[8].

TRS

Certains constructeurs utilisent des connecteurs de type jack (TRS de 2,5 mm et 3,5 mm) en fournissant des adaptateurs vers le DIN classique[10] profitant ainsi d'un encombrement moindre[5]. Depuis le le câblage de cette connectique est standardisĂ© par le MMA[5] qui prĂ©conise de privilĂ©gier le 2,5 mm pour Ă©viter les confusions avec les connectiques audio classiques[10].

Autres connectiques

Diverses interfaces permettent d'Ă©changer des messages MIDI Ă  travers de nombreuses technologies (USB, Firewire, Ethernet, Bluetooth, etc.)[11].

Les anciennes cartes son possédant un connecteur DB15 femelle (interface « joystick » analogique) peuvent gérer les signaux MIDI grâce à la norme MPU-401.

Depuis les années 2000, l'USB se généralise sur les ordinateurs, et les appareils dédiés à la MAO se voient munis de port USB Type-B. L'ordinateur et l'appareil MIDI peuvent alors échanger des messages MIDI de manière native si l'appareil respecte le standard Class Compliant[11].

Il existe Ă©galement des connexions purement logicielles (par exemple JACK Audio Connection Kit) pour relier des instruments virtuels.

Messages MIDI

Le protocole MIDI ne transmet pas de signal audio, mais uniquement des messages de commandes.

La plupart des messages contiennent un identifiant de canal, cela donne la possibilitĂ© de multiplexer 16 canaux pour commander plusieurs instruments distinctement Ă  travers un mĂŞme câble.

Notes de musique

Correspondance entre les notes et le code MIDI associés.

Le protocole définit les messages note-on et note-off pour déclencher et arrêter chaque note. Une vélocité est associée à chaque note, permettant d'indiquer si la note est jouée plus ou moins fort.

Les notes de l'échelle chromatique sont représentées par un nombre entier codé sur 7 bits[12], permettant de coder plus de 10 octaves : du C-1[N 1] (note 0) au G9[N 2] (note 127) avec une résolution d’un demi-ton. Les hauteurs de notes intermédiaires peuvent être atteintes au moyen du message pitch-bend.

Le MIDI peut être utilisé pour jouer des gammes non tempérées. Aucune standardisation n’existe pour l’instant ; cependant certains constructeurs d’instruments MIDI proposent des fonctions microtonales plus ou moins développées à l’aide de messages propriétaires que l’on peut enregistrer et transmettre avec les messages système exclusif (SysEx).

Commandes de modulation

La modulation de la hauteur (du type bend) se commande grâce à un message dédié appelé pitch-bend.

Grâce au message control change, le protocole permet de commander 128 paramètres de jeu (comme le volume, l'intensité du souffle, le réglage d'effets, etc.)[13] avec une résolution de 0 à 127.

La norme recommande une correspondance entre plusieurs paramètres courants et une partie des 128 numéros de control change[14]. Dans les faits, même si la correspondance varie suivant le matériel[N 3], les paramètres les plus importants sont respectés[15], notamment :

Certains control change sont destinés à des commandes plus techniques. Par exemple :

  • La sĂ©lection de banque de son (#0 et #32) ;
  • L'arrĂŞt de toute note (#123) ;
  • L'accès Ă  des paramètres supplĂ©mentaires RPN et NRPN (#98 Ă  #101).

L'ajout de la norme MPE (MIDI Polyphonic Expression) assigne un canal Ă  chaque note, permettant d'appliquer ces modulations Ă  chaque note[2].

Changement de programme

Le message program change permet de sélectionner une sonorité pré-programmée dans une banque de sons.

Le standard MIDI ne spécifiant pas quel numéro de program change (de 0 à 127) correspond à quelle sonorité d’instrument, une extension du protocole appelée General MIDI propose une correspondance normalisée. En informatique, elle a un certain succès, mais pas tellement en musique proprement dite.

MS Windows version 3 était livré avec une application MIDI mapper permettant de changer à la volée des numéros de canaux afin d’harmoniser des instruments n’étant pas au standard General Midi.

Le General MIDI connaĂ®tra Ă  son tour deux extensions : le GS de Roland et le XG de Yamaha. Ces 2 extensions sont propriĂ©taires Ă  leur fabricant et permettent d’ajouter des effets supplĂ©mentaires aux sĂ©quences MIDI ou de choisir des sons alternatifs Ă  ceux proposĂ©s de base en General MIDI. Les appareils estampillĂ©s GS ou XG sont compatibles General MIDI.

En 1999, la version 2 du General MIDI est officiellement lancée, augmentant le nombre de sons et de contrôles. Elle reste compatible avec la version 1.

Synchronisation

Le protocole permet de synchroniser le tempo des appareils, dit esclaves, à une horloge maître. Pour cela le maître envoie sur le bus MIDI un message MIDI clock régulièrement au rythme de 24 messages par noire[9].

Les appareils esclaves écoutent ces tops de synchronisation pour adapter leur vitesse. Ceci permet, d'exécuter plus ou moins rapidement une séquence mémorisée par exemple sur un séquenceur matériel en changeant la valeur de l'horloge dans le maître.

Il faut configurer physiquement chaque instrument midi qui gère le temps de sorte à n'avoir sur un bus MIDI, qu'un seul maître émettant les tops d'horloge. Si cette règle n'est pas respectée, les instruments répondront soit de manière chaotique soit resteront bloqués.

Des messages de navigation (Start, Stop, Continue, et Song Position Pointer) permettent aux différents appareils d'arrêter puis reprendre une séquence ensemble[12].

ContrĂ´leur MIDI

Un contrôleur MIDI est un appareil que le musicien manipule pour générer des signaux MIDI. Ce n'est pas un périphérique de synthèse ni de traitement du son, mais uniquement une interface physique produisant des données MIDI.

Leurs formes peuvent être très variées, du simple clavier à la harpe laser. Ils sont appréciés pour leur utilisation intuitive.

Les événements sortant par un port MIDI OUT peuvent commander un instrument, ou être enregistrés dans un séquenceur ou un logiciel d'écriture de partition.

Clavier maître

Clavier maître.

Le clavier maître permet de générer une séquence de notes MIDI en jouant sur un clavier semblable à celui d'un piano. Il n'émet donc pas de son tout seul, mais sert à commander un expandeur ou un synthétiseur.

Différentes caractéristiques correspondent à des utilisations spécifiques : le nombre d'octaves, un toucher lourd (pour s'approcher du toucher d'un piano), ou posséder les fonctions de vélocité et de sensibilité à la pression (after-touch). Il peut également permettre la division du clavier en plusieurs portions (split) pouvant envoyer chacune les commandes MIDI sur des canaux différents.

Deux molettes sont souvent présentes sur un clavier maître, une pour jouer le pitch bend et l'autre pour doser une modulation.

Surface de contrĂ´le

Surface de contrôle disposant de 16 pads, 8 potentiomètres et 4 faders.

Les surfaces de contrôles sont des appareils munis de nombreux boutons de réglages de formes variées (faders, potentiomètres, encodeurs, interrupteurs, etc.) et servent à commander divers paramètres.

Ces contrôleurs peuvent être munis de pads, c'est-à-dire de surfaces carrées, parfois lumineuses, sensible à la frappe. Ces pads peuvent être capable de mesurer la vélocité et la pression. Un pad est typiquement utilisé dans le domaine musical pour déclencher des samples ou des boucles.

La forme simule parfois l'aspect de matériel audio réel. La surface de contrôle Behringer BCF2000 par exemple, munie de faders motorisés, a l'aspect d'une table de mixage.

PĂ©dalier MIDI

Les pédaliers MIDI (à ne pas confondre avec les pédales d'effets) permettent de moduler le son d’un instrument MIDI avec le pied. Ces contrôleurs sont utilisés :

  • comme pĂ©dale d’expression pour contrĂ´ler le son rendu avec un clavier MIDI (pĂ©dale de volume, sustain) ;
  • pour sĂ©lectionner diffĂ©rents patchs lors d’une reprĂ©sentation live.

Convertisseur MIDI

On trouve aussi des convertisseurs MIDI pour beaucoup d'instruments de musique (trompette, accordéon, guitare, etc.). Cela permet, par exemple, de jouer un son de piano à l'aide d'une guitare, ou encore du synthétiseur avec une trompette.

Ils sont constitués de capteurs physiques adaptés à l'instrument utilisé et d'une logique électronique qui transforme les notes jouées par le musicien (événements) en une séquence de messages Midi récupérables via le port Midi OUT de l'instrument (câble, connecteur...).

Format de fichier MIDI

Le format de fichier SMF (pour Standard MIDI File) a été défini en 1987[9], pour stocker les commandes MIDI sur disquettes en y ajoutant des informations temporelles.

Il se reconnait à l’extension .mid ou .midi.

Il y a 3 formats diffĂ©rents de fichiers MIDI :

  • 0 : une seule piste contenant les messages des 16 canaux ;
  • 1 : plusieurs pistes jouĂ©es simultanĂ©ment ;
  • 2 : plusieurs pistes jouĂ©es sĂ©quentiellement (rarement utilisĂ©).

Les fichiers sont le plus souvent de type « 1 », car il est plus pratique de séparer les pistes, mais certains synthétiseurs ne supportent que le format 0.

Utilisation

On peut créer les fichiers soit en connectant un contrôleur MIDI à l’ordinateur, soit à l’aide d’un logiciel séquenceur ou d'écriture de partition.

De nombreux logiciels de lecture (libres ou propriétaires) des séquences MIDI (Timidity++, Rosegarden, QuickTime, Alsa, Jack, etc.), s'appuyant sur une banque General MIDI en général intégrée au système d’exploitation. Ne contenant pas de donnée audio, ces fichiers ont l'avantage d'être très compacts.

Les fichiers MIDI-KARAOKE portent l’extension .kar au lieu de .mid, mais ce sont de véritables fichiers MIDI avec une piste karaoké contenant des paroles que certains matériels/logiciels sont capables d’afficher de manière défilante et synchronisée avec la musique. Ils sont reconnus par les logiciels propriétaires QuickTime d’Apple et vanBasco's Karaoke Player, ou par les logiciels libres Kmid et PyKaraoke par exemple.

Limitations et alternatives

Il existe une norme spécifiquement développée pour piloter les orgues à tuyaux et les orgues numériques en tenant compte des spécificités de l’orgue (jeux multiples sur le même canal), c’est la norme POMI pour Pipe Organ Midi Interface.

Open Sound Control est parfois utilisé comme alternative au standard MIDI lorsque ce dernier parait trop limitant.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

(en) Site officiel

Notes et références

Notes

  1. Le C-1 est situĂ© 5 octaves en dessous du C4 situĂ© sous la partition en clĂ© de sol, soit 8,175 Hz.
  2. Le G9 correspond au sol 5 octaves au-dessus du sol moyen soit 12 557 Hz.
  3. Le constructeur fournit alors un tableau de correspondance (souvent appelé « MIDI implementation chart » en anglais).

Références

  1. (en) Joseph Rothstein, MIDI : A Comprehensive Introduction, A-R Editions, Inc., , 263 p. (lire en ligne), A brief history of MIDI
  2. (en) « 25 Products That Changed Recording », sur soundonsound.com, (consulté le )
  3. (en) MMA, « About the MMA », sur www.midi.org (consulté le )
  4. « MIDI Manufacturers Association (MMA) Adopts New MIDI Polyphonic Expression (MPE) Enhancement to the MIDI Specification site=midi.org »
  5. (en) Rounik Sethi, « MIDI Manufacturers Association (MMA) Releases TRS Adapter Specification for MIDI Devices », sur Ask Audio,
  6. (en) J Byron, « MIDI Tutorial », sur Learn.Sparkfun.coml
  7. (en) « The MIDI Physical Layer », sur personal.kent.edu
  8. (en) « MIDI DIN Electrical Specification », sur www.midi.org (consulté le )
  9. Dictionnaire encyclopédique du son, Dunod, , 576 p. (ISBN 978-2-10-053674-0, lire en ligne)
  10. (en-US) « It's official: minijack connections are now kosher for MIDI », sur CDM Create Digital Music, (consulté le )
  11. (en) « Basics of USB-MIDI », sur www.midi.org (consulté le )
  12. (en) « Table 1 - Summary of MIDI Messages », sur midi.org (consulté le )
  13. « Le MIDI : les Midi control change », sur Audiofanzine (consulté le )
  14. (en) « Table 3 - Control Change Messages (Data Bytes) », sur www.midi.org (consulté le )
  15. (en) « MIDI continuous controllers », sur Norton Music (consulté le )
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