Musical Instrument Digital Interface

Les informations d'un bus MIDI sont codées de manière numérique, proche du signal série RS232 dont, bien que différent, 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 intégrées au cœur des processeurs sont utilisées[6]. La limite de longueur du câble est établie à 15 mètres. Il a les caractéristiques suivantes[7] :

• Les informations sont transmises par modulation d'amplitude, avec l'état 1 à 0 mA et l'état 0 à 5 mA.
• Le signal est transmis à une vitesse de 31 250 bauds. Chaque octet transmis est précédé d'un bit de start et est suivi d'un bit de stop, sans bit de parité, soit un total de 10 bits transmis. Aucun signal d’établissement de liaison n'est utilisé.

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

La liaison classique définie par la norme est une connexion série symétrique à 31,25 kbit/s, transmise via des connecteurs DIN 41524, de type 5 broches, placés sur 180°. La liaison est unidirectionnelle, donc deux connectiques distinctes sont nécessaires pour l'entrée (notée MIDI IN) et la sortie (notée MIDI OUT). Les appareils connectés sont isolés 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].

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 14 août 2018 le câblage de cette connectique est standardisé par le MMA[5] qui préconise de privilégier le 2,5 mm pour éviter les confusions avec les connectiques audio classiques[10].

Diverses interfaces permettent d'échanger des messages MIDI à 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 également des connexions purement logicielles (par exemple JACK Audio Connection Kit) pour relier des instruments virtuels.

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).

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 :

• le volume (#7) ;
• le panoramique (#10) ;
• la position de la pédale de maintien (#64).

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

• La sélection de banque de son (#0 et #32) ;
• L'arrêt de toute note (#123) ;
• L'accès à des paramètres supplémentaires RPN et NRPN (#98 à #101).

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

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 connaîtra à son tour deux extensions : le GS de Roland et le XG de Yamaha. Ces 2 extensions sont propriétaires à leur fabricant et permettent d’ajouter des effets supplémentaires aux séquences MIDI ou de choisir des sons alternatifs à ceux proposés de base en General MIDI. Les appareils estampillés 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.

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].

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 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.

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 pédale d’expression pour contrôler le son rendu avec un clavier MIDI (pédale de volume, sustain) ;
• pour sélectionner différents patchs lors d’une représentation live.

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...).

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.

• Digital Control Bus, précurseur du MIDI
• DMX (éclairage) protocole dédié au contrôle des effets de lumière en spectacle vivant
• General MIDI
• MIDI Tuning Standard (ou MTS), standard MIDI supportant les micro-intervalles.
• Show control
• MIDI Show Control
• Messages MIDI :
  • Active sensing
  • Start
  • Stop
  • Continue
• Animusic : visualisation

(en) Site officiel