Ep.3: la aparición de las técnicas de sampling y el Protocolo MIDI

ANTECEDENTES DEL MIDI, PRINCIPALES ELEMENTOS QUE LO COMPONEN, Y SU RELACIÓN CON LA SÍNTESIS DE AUDIO:

Txomin

noviembre 4th, 2018

No hay comentarios

midi_thruConexión MIDI con 3 Puertos en cadena: MIDI IN, MIDI OUT, y MIDI THRU

Aunque la música electrónica es bastante anterior al MIDI, cuando éste llegó le abrió un nuevo mundo lleno de posibilidades. En los años 60 los ordenadores no contaban con la suficiente potencia para trabajar la síntesis de audio en tiempo real, aunque sí podían controlar sintes analógicos de diversas formas, como se demostró en experimentos como fueron: “polynome & Coordinome” (Emmanuel Ghent,1964), “Piper” (Gustav Ciamaga & James Gabura, 1965-1973), “Buchla Serie 300”, etc. (ya desde 1971 sus sintes eran híbridos analógicos con control digital), “Groove System” (Max Mathews & F. Richard Moore, 1967; basados en un ordenador que podía controlar todos los parámetros de un sintetizador analógico), “Appalachian Grove” (1974), “Patchwork” (1974), “Waves” (1985), “T Expandig Universe” (1975),” Drums” (1975), “Clockworks” (1975), “A Voyage” (1975), algunas piezas de Spiegel con “Groove”, “Land Compu Music CMU-800R” (1983; con el que también se podían controlar sintes analógicos), y el “Alphasybntauri” (que podía trabajar con síntesis digital utilizando un “Apple II” con 48K de RAM para su control). Pero aun había una gran carencia, ya que la transmisión analógica (CV) no admitía polifonía, ni muchos otros tipos de control.

ff-grooveAnalog-300x238

GROOVE SYSTEM (1967). Experimento basado en un ordenador que podía controlar todos los parámetros de un sintetizador analógico.

LAND COMPU MUSIC CMU-800R” LAND COMPU MUSIC CMU-800R (1983). Experimento también basado en un ordenador capaz de controlar todos los parámetros de un sintetizador analógico.
ALPHASYNTAURI”. ALPHASYNTAURI (1983). Permitía trabajar con síntesis digital utilizando un “Apple II” con 48K de RAM para su control.

En los 70 los instrumentos musicales electrónicos eran analógicos y monofónicos, por lo que no podían emitir más de única nota al mismo tiempo. Fue por ello por lo que se empezó a pensar en la forma de conectarlos entre ellos, y controlarlos con el ordenador. Pero al ser estas primeras comunicaciones analógicas (el voltaje de la señal es proporcional a la frecuencia deseada y, por tanto, a la altura de la nota pulsada), aun no se podía disparar más de una nota a la vez (voltaje + voltaje = nota más aguda, pero no dos notas separadas). La solución estaba en un protocolo digital. En 1981 surgió el primero, bautizado como USI (“Universal Synthesizer Interface”), que no prosperó. Pero durante los dos siguientes años se creó una Comisión de fabricantes japoneses y norteamericanos de instrumentos electrónicos para definir ese protocolo estándar universal, que en este caso sí llegaría a puerto.

Poco antes de su aparición a finales de los 70, los avances tecnológicos por la miniaturización de los componentes electrónicos provocó una aceleración exponencial en el desarrollo de sistemas digitales, cambiando radicalmente el diseño de instrumentos electrónicos. Los sistemas pasaron a trabajar con un microprocesador con memorias y códigos en lenguaje binario (el propio de los ordenadores). La capacidad de memoria se multiplicó hasta el punto de hacer posible, por ejemplo, programar osciladores. Algunas apariciones tecnológicas inmediatamente anteriores, y muy relevantes fueron: el secuenciador ROLAND MC-4 (1978), uno de los primeros secuenciadores digitales comerciales, con capacidad de hasta 12.500 notas entradas a mano, aunque las secuencias se grababan aún en cinta, y que además, al no existir un estándar, sólo podía ofrecer el control por voltaje (CV). En 1978 apareció el PROPHET V de SEQUENTIAL, primer sintetizador con memorias de almacenamiento. Hacia 1980 comenzaron a aparecer los primeros ordenadores personales: ATARI (sus modelos ATARI-400 y ATARI-800 fueron los primeros en incorporar capacidades musicales); COMMODORE y APPLE, que les cogieron el relevo poco después. En 1981, un PC de IBM basado en los procesadores Intel X86 apareció en el Mercado, aunque tardó bastante en entrar en el juego de la edición y la síntesis de audio.

Por fin, y también en 1981, la Comisión de la que hablábamos antes (que como hemos dicho llegó a buen puerto), con TOM OBERHEIM, DAVE SMITH, y varios fabricantes japoneses (ROLAND, YAMAHA, KORG & KAWAI), tomó cartas en el asunto al reunirse con ese objetivo común. Su resultado fue la Publicación de la NORMA MIDI 1.0 (“Musical Instruments Digital Interface”), y su Presentación en 1983 en la NAMM. Fue tal su éxito, y el Mercado que se generó en torno a él, que pronto nacieron varios organismos de control: la “IMA” (“International MIDI Association”), la “MIDI Manufactures Association Harmony Central” (para “MIDI General”), y la “Harmony Central” (para “MIDI Documentación”). Y hasta 1999 no se publicó la NORMA MIDI 2.0, con especificaciones técnicas necesarias por quedar obsoletas, para las posibilidades técnicas de hoy, algunas de las normas recogidas en 1983. El resto no ha cambiado en ningún punto, sólo en detalles que se añadieron, pero que no se contradicen con la especificación original.

La oleada que vino después de su publicación comenzó en 1984 con la llegada del primer sintetizador digital, el YAMAHA DX7 (que además era polifónico), y los primeros secuenciadores por “software” (SPECTRUM, COMMODORE 64). En 1987 apareció la primera tarjeta de sonido para PC, la ADLIB, que empleaba la SÍNTESIS FM con el CHIP YM3812 (OPL) de YAMAHA; aunque poco después le salió un competidor directo llamado CREATIVE, que finalmente fue quien convirtió a sus SOUNDBLASTER en el estándar de sonido para PC´S. Todos estos hechos provocaron, en el campo de la informática musical, una evolución tecnológica vertiginosa hasta el día de hoy, en la que el MIDI se ha mantenido siempre como uno de sus grandes protagonistas (beneficiado por el progresivo abaratamiento de los costes causado por la enorme popularización de los PC´S, que permitió crear sintes con memoria digital).

ROLAND MC-4
ROLAND MC-4 (1978). Uno de los primeros secuenciadores digitales comerciales, con capacidad de hasta 12.500 notas entradas a mano, aunque las secuencias aún se grababan en cinta, y que además, al no haber todavía ningún estándar, sólo podía ofrecer el control por voltaje (CV).

Momento histórico. Dave Smith controlando con el Roland Jupiter 6 el SCI Prophet 600 Momento histórico: Dave Smith controlando con el “ROLAND JUPITER 6” el “SCI PROPHET 600” en la “NAMM (1983).

yamaha-dx7-21244 YAMAHA DX7 (1984), primer sintetizador digital, que además era polifónico. Commodore 64 COMMODORE 64 (1982), secuenciador “software” pionero. Atari-2600-Heavy-Sixer-FL ATARI-2600-HEAVY-SIXER-FL (1985). Los modelos ATARI-400 y ATARI-800 fueron los primeros en incorporar capacidades musicales.

Dicho ésto, ahora vamos a hablar sobre las principales características del PROTOCOLO:

Toda señal musical tiene dos importantes características que la distinguen de otros tipos de señales sonoras: 1. la existencia de una notación precisa y universalmente reconocida, y 2. la creación de la composición a partir de múltiples fuentes sonoras. En el pasado no era posible almacenar el sonido en ningún medio físico, pero la existencia de un método de notación permitía registrar las composiciones por escrito, lo que fue un hito en su momento para la Historia de la Música. Pues bien, el MIDI, aparte de ser un medio para comunicar una composición musical, también contempla el protocolo eléctrico de la comunicación, la estructura de la información (a través de los “mensajes”), y el sistema de archivo y almacenaje informático. Esta interfaz es, quizás la más extendida, y prácticamente es única en su campo, pese a no haber sido respaldada por ningún organismo oficial de normalización, y es que ya prácticamente no se fabrican instrumentos musicales electrónicos, ni tarjetas de audio que no dispongan de esta conexión. Un factor muy importante para que esto sucediese fue la aparición de los sistemas multipista, que permitió gestionar de forma independiente, simultánea, y sincronizada distintas fuentes sonoras, y crear patrones complejos a partir de elementos más simples.

Las principales características del “hardware”, y los elementos indispensables para cumplir la Normativa (que trataremos con más detalle en próximos artículos), son:

– MIDI TRANSMISIÓN: permite la comunicación bidireccional entre 2 dispositivos, 2 cables, y 2 “puertos” diferenciados (MIDI IN y MIDI OUT).

– MIDI PUERTOS: MIDI IN: es por donde entra al instrumento la información que viene desde otro dispositivo. MIDI OUT: es la salida de la información de un instrumento del que salen los “mensajes” generados únicamente en él, de forma que el terminal OUT de un instrumento siempre se conectará con el IN de otro. MIDI THRU: este terminal está previsto para conectar más de dos instrumentos y hacer llegar la misma información desde un mismo instrumento “maestro”. Por el puerto MIDI THRU sale la misma información que llega al puerto IN. Esto quiere decir que, si desde el instrumento “maestro” enviamos información a un 2º instrumento (llamado “esclavo”), y queremos que la misma llegue a un 3º, hay que llevar un cable del terminal OUT del 1º al IN del 2º, y del terminal THRU del 2º conectaremos el cable al IN del 3º. De forma más simple: emisor con puerto MIDI OUT, conectado por cable al receptor con puerto MIDI IN, y un tercer tipo de puerto, el MIDI THRU, que ayuda a conectar los dispositivos en cadena. Una de las primeras pautas que fijó la Norma MIDI fué el uso de estos tres tipos de puertos, así como el empleo de un tipo de cable con conectores DIN2 de 5 pines en sus extremos para conectarlos.

– MENSAJES MIDI: indican, a través de estas entradas y salidas, la acción a ejecutar a cada dispositivo. Todo “mensaje MIDI” se compone de un primer BYTE DE STATUS (que determina el tipo del “mensaje”) y uno o dos BYTES restantes de DATOS (dependiendo del tipo de “mensaje”). Para poder establecer la “Norma”, fue necesario analizar qué situaciones se presentaban al ejecutar un instrumento, para luego poder codificarlas y organizarlas, razón por la que se crearon diferentes categorías y grupos de “mensajes” (de los que ya hablamos extensamente en el primer artículo publicado sobre el tema). No obstante, es conveniente recordar que un FICHERO MIDI es un conjunto de “mensajes MIDI” con “Etiquetas de Tiempo” asociadas a cada uno de ellos (“Evento MIDI” = “Mensaje MIDI” + “Etiqueta de Tiempo”). En el “Byte de Status”, tan solo 3 de los 7 bits disponibles (el más significativo está siempre a 1), son los que determinan el tipo de “mensaje”. Los 4 restantes indican el canal al que va dirigido dicho “mensaje”, lo que explica porque son 16 (24) los “canales MIDI” posibles.

– CANALES MIDI: se establecen 16 CANALES posibles de información, lo que no implica utilizar 16 cables distintos. Los canales, como en las transmisiones de TV o radio, son virtuales, se logran artificialmente, y tienen existencia real solo para el sistema. Disponer de 16 canales es muy útil por ejemplo cuando, teniendo un teclado “Máster” y 2 módulos de sonido, queremos transmitir algo al primer módulo sin que suene el 2º, y otra información al 2º sin que suene el 1º. Para esto, se le asigna un “canal MIDI” distinto a cada módulo, por ejemplo 3 al 1º y 4 al 2º. Entonces, poniendo el “Máster” en canal 3, sonará el 1º, y poniéndolo en canal 4, el 2º. También es posible, utilizando el “Modo MULTI” de un instrumento, asignar canales distintos a cada parte del “Multi”, de forma que cada una reaccione solo a la información que viene por el canal correspondiente. Para poder pasar información de un instrumento a otro, es IMPRESCINDIBLE que los CANALES MIDI de ambos sean IGUALES, si no, el transmisor enviará los “mensajes”, pero el receptor, al estar en otro canal, no los considerará.

– El SECUENCIADOR: es el que le da la información al teclado, al módulo de sonido del sintetizador, a la tarjeta de sonido, etc. Actualmente, todo ordenador equipado con el “software” y el “hardware” necesarios, puede funcionar como secuenciador. Ahora se fabrican teclados que no suenan, sintes sin teclas, nuevos controladores no basados en teclado (guitarras, percusión, etc.). Y los secuenciadores (inicialmente “hardware”) permiten grabar esta información en tiempo real. También se fabrican “Interfaces MIDI” para ordenadores (en 1982 ya la trajo el COMMODORE 64, a partir de 1983 otros ordenadores, ofrecieron la posibilidad de añadirlas, y en 1986, el ATARI 520 ST incorporó la interfaz de fábrica). Como consecuencia, surgieron los secuenciadores por “software”, como el mítico secuenciador de Steinberg PRO24 (antepasado del actual CUBASE), más flexibles, con mejor interfaz, y más potentes que los de “hardware”, con capacidad limitada sólo por el ordenador. En estos dispositivos o programas, la información se podía editar, manipular, visualizar de otras formas, e incluso generar formas a través de programas de composición algorítmica, sistemas interactivos de tiempo real, etc. En “Modo Grabación”, el secuenciador MIDI coloca “Etiquetas de Tiempo” a los “mensajes” que van llegando al “Puerto de Entrada”. En “Modo Reproducción”, cuando sus “Etiquetas de Tiempo” coinciden con el valor actual del reloj, manda los “mensajes” al “Puerto de Salida” (para medir este tiempo, la resolución de los secuenciadores se suele poder configurar).

El secuenciador trabaja con varios elementos básicos: las pistas, los canales, los valores defecto de las pistas (filtrado de canales, “program change”, volumen, etc.); los “puertos MIDI” (Entrada/Salida); los modos de visualización/edición; la resolución y el control de tiempos; y 16 canales diferentes, con 16 voces independientes, que pueden ser (dependiendo del sinte que suene): MONOFÓNICOS (sistemas de grabación y reproducción de sonidos que se llevan a cabo por medio de un solo canal; POLIFÓNICOS (con capacidad de producir varios sonidos o notas simultáneamente. Surgió en 1975 con OBERHEIM); MULTITÍMBRICOS: con capacidad para controlar no solo las notas, sino también los tipos de sonidos (o “Programas” en terminología MIDI), los volúmenes, y muchos otros controles. Los primeros sintes multitímbricos no surgieron hasta que apareció el MIDI, porque este fue el que les dio sentido. Hoy en día una tarjeta de sonido sencilla suele tener función multitímbrica de 16 partes, y una polifonía mínima de 32-64 voces. Los sintes digitales incluyen “presets tímbricos”, que determinan un tipo de sonoridad, y que son accesibles mediante botones, o remotamente mediante “mensajes MIDI”. Un sintetizador de 16 partes multitímbricas puede tener, por lo tanto, 16 programas diferentes, activos simultáneamente. Si a eso le añadimos el abaratamiento de los costes, y la idoneidad de los “samplers” y de otros sintes (que pueden simular, cada vez con mayor veracidad, el sonido de instrumentos acústicos), el impacto de estas tecnologías en la música comercial fue brutal, y muchas músicas de estética no-electrónica (pop, anuncios, bandas sonoras…), ahora se realizan de forma totalmente electrónica.

– LAS ACCIONES: nos referimos a las acciones que puede hacer una persona sobre el instrumento. Por ejemplo, podemos asignar arbitrariamente el código 1001 a la acción de pulsar una tecla. Entonces, el instrumento internamente interpretará los códigos correspondientes según sea la acción desarrollada, y los traducirá en la respuesta que le ordenan. Cada vez que se realiza alguna “acción” sobre un instrumento, éste fabrica un “mensaje”, que consiste en uno o más códigos binarios que comunican a otros instrumentos lo que se ha realizado. Por ejemplo, cada vez que se toca una tecla, se genera un “mensaje” formado por 3 bytes, que les dicen a los otros instrumentos conectados que se ha tocado una tecla, qué tecla se ha tocado, y con qué fuerza o velocidad se la ha ejecutado. Entonces, el instrumento que recibe el “mensaje” se entera de tal “acción” y produce una nota con las características descritas por dicho “mensaje”.

En relación a la dirección de la información, hay tres tipos de dispositivos:

– DE SALIDA: que reciben “datos MIDI”, y disponen de un conector MIDI IN. Aquí encontramos a los generadores de sonido (sintetizadores, “samplers”, tarjetas de audio, etc.), los sintetizadores por “software”, y los procesadores de sonido (“Racks”, Multiefectos, etc.).

– DE PROCESADO: que reciben “datos MIDI” y los reenvían. Disponen de conectores MIDI IN y MIDI OUT (“Mergers”, “Thrus”, “Patchbays”, etc.).

– DE ENTRADA: que generan o mandan “datos MIDI”, y disponen de conectores MIDI OUT (teclados. “faders”, etc.).

Estos elementos y características del MIDI le otorgan VENTAJAS muy evidentes, como por ejemplo:

– Permite separar el dispositivo emisor de datos de los dispositivos receptores, eliminando la necesidad de que cada sinte disponga de un teclado propio, y abaratando mucho los costes.

– Esta separación entre controlador/receptor, ha permitido el desarrollo de nuevos tipos de instrumentos de control, que no tienen que emular al tradicional teclado de piano (guitarras, violines, instrumentos de viento, de percusión, instrumentos nuevos no tradicionales, etc.).

– Los “mensajes MIDI” generados por cualquiera de estos instrumentos pueden ser almacenados en un ordenador para su posterior edición, modificación y reproducción, convirtiendo a dicho ordenador en un estudio de grabación multipista, de forma que una única persona es ahora capaz de emular a todo un grupo.

– El ordenador puede interpretar estos mensajes para sintetizar gráficamente las partituras, que podrán a su vez ser enviadas a una impresora.

– El ordenador puede convertirse en un paciente maestro de música que analiza, evalúa, comenta o corrige los “datos MIDI” recibidos.

– El ordenador puede a su vez generar “mensajes” de este tipo sin necesidad de que hayan sido emitidos por ninguna persona: puede componer música.

– De forma más simple, en un entorno multimedia, el ordenador puede generar “mensajes MIDI” a partir de “eventos” como el clic del ratón.

– Dispositivos no musicales también pueden entender este Protocolo (mesas de luces, proyectores de dispositivas, etc.), existiendo dispositivos externos para manipular las “señales”.

La creación de “The MIDI Association” y su Portal “MIDI.ORG”, tienen el compromiso de hacer públicas, sin coste, y actualizadas para cualquier interesado, las “especificaciones MIDI” completas. Hoy varios documentos técnicos definen el estándar en todas sus múltiples dimensiones, pero nacieron de las sólo 14 páginas publicadas en 1983, que están plenamente vigentes aún. En la NORMA 2.0 únicamente se han matizado algunas cuestiones relativas a la primerísima versión, además de añadirse algunos detalles.

standard midi filesCircuito de interfaz MIDI.
MIDI secuenciador“MIDI Secuenciador”

OBERHEIM (1975)OBERHEIM (1975), primer sintetizador polifónico (con capacidad de producir varios sonidos o notas simultáneamente).
Sistema musical multitímbricoSISTEMA MUSICAL MULTITÍMBRICO
Cadena MIDI con código binario para señalar la cifra 3CADENA MIDI CON CÓDIGO BINARIO PARA SEÑALAR LA CIFRA 3

En cuanto a su relación con la SÍNTESIS de SONIDOS, las “señales MIDI” no son señales de audio propiamente dichas (obtenidas a través de un sonido real), sino que son una descripción de la señal sonora previa a su generación. Por ello existe una opinión generalizada del MIDI como un apartado importante dentro del audio digital, pero sin relación directa con la síntesis de audio musical. Pero, si el eslabón que une al MIDI con las “señales de audio” es precisamente la síntesis (a través de diferentes métodos), es evidente que sí tienen relación directa. La creación de música con el ordenador implica a la SÍNTESIS DE SEÑALES DE AUDIO DIGITAL, bien por medio de puntos discretos de una onda, o bien por medio de muestras de sonido representativas de formas de onda continuas, que muy comúnmente son llamadas “samples”. Y el MIDI puede trabajar esta síntesis digital de muchas formas, todos ellas con su mecanismo de control.

Como ejemplo de esta relación, mucho antes de su aparición, al comienzo de la popularización de los primeros sintetizadores, éstos generaban sonidos muy artificiales. Y a pesar de que la razón principal eran los rudimentarios métodos de síntesis con los que trataban, esto resultó ser una ventaja, ya que había un enorme interés por lograr sonidos imposibles hasta la fecha. Poco después surgió un gran interés por reproducir de forma sintética los sonidos generados por los instrumentos acústicos convencionales, algo realmente difícil de modelar por aquel entonces, ya que estos instrumentos generan el sonido por la vibración de algún elemento mecánico (instrumentos de cuerda o percusión), o por las perturbaciones en una conducción de aire (instrumentos de viento). Pues bien, lo que permite al MIDI lograr estos sonidos es su trabajo con los muchos métodos de síntesis que tiene disponibles.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Menú