MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA INFORMATIKY

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA INFORMATIKY Bakalářská práce MIDI sekvencery a jejich využití Petr Hanuš 2006

2 Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj

3 Děkuji RNDr. Jaroslavu Pelikánovi, Ph.D. za trpělivost, cenné rady a připomínky při vedení bakalářské práce, bez jehož pomoci by nemohla vzniknout

4 Shrnutí Bakalářská práce se zabývá rozhraním MIDI, popisuje jeho hardwarovou implementaci, přenosový protokol a způsob propojování jednotlivých MIDI zařízení mezi sebou. Ve druhé části zhodnocuje některé MIDI sekvencery pro PC jak volně dostupné, tak licencované. V praktické části je popsána implementace MIDI sekvenceru nedit, který demonstruje práci se souborovým formátem SMF ve vývojovém prostředí Borland Delphi 7 a zobrazení dat obsažených v tomto formátu do podoby notového zápisu s možností jeho editace. Klíčová slova MIDI, sekvencer, soubor SMF, Borland Delphi, nedit - 4 -

5 Obsah Shrnutí...4 Klíčová slova...4 Obsah Úvod Historie Složení MIDI Hardwarové rozhraní Význam různých typů zásuvek MIDI In MIDI Thru MIDI Out Přenosový protokol Souborový formát SMF Hlavička Stopa Softwarové MIDI sekvencery na PC Anvil Studio Musette Finale SongWriter Encore Sonar 5 producer edition MIDI sekvencer nedit Partitura programu nedit Uživatelské prostředí programu nedit Implementace programu nedit Objekt Nota Objekt Takt Objekt Řádek Použité komponenty Stručný popis funkce programu nedit Závěr...24 Slovník pojmů...25 Seznam použité literatury...26 Přílohy...27 A. Postup instalace sekvenceru nedit...27 B. Spuštění sekvenceru nedit...27 C. Odstranění sekvenceru nedit...27 D. Obsah doprovodného CD

6 1. Úvod Rozhraní MIDI (Musical Instrument Digital Interface) bylo uvedeno na trh v 80. letech minulého století a hraje významnou roli v hudebním průmyslu. Díky MIDI je možné snadno přenášet informace mezi elektronickými hudebními nástroji. Největší roli sehrálo MIDI v profesionálních nahrávacích studiích, nicméně nepřehlédnutelné místo má také při živých vystoupeních. MIDI se velmi dobře uplatňuje nejen mezi hudebními nástroji, ale s rozvojem osobních počítačů umožňuje také využívat nových možností, které počítače nabízí. Mezi ně patří například přímá editace notového zápisu, tisk partitur, převod do jiných hudebních formátů a především přívětivé uživatelské rozhraní. I přes nástup výkonných osobních počítačů umožňujících zpracování digitálního zvuku je MIDI stále v popředí zájmu a objevuje se i v různých jiných netradičních formách. Za všechny lze uvést například polyfonní vyzvánění moderních mobilních telefonů, jenž je realizováno s pomocí MIDI souborů. 2. Historie Ve druhé polovině 70. let se objevily na trhu první syntetizátory, které byly monofonní, takže umožňovaly, aby zněl vždy pouze jeden tón v čase. Jediná možnost toho, aby hudebník docílil více součastně znějících zvuků, byla hrát na každém syntetizátoru součastně jednou rukou. Výsledný zvuk byl sice dobrý, ale takovéto hraní bylo značně nepohodlné. Jinou možností bylo koupit více syntetizátorů od jednoho výrobce a ty pak propojit pomocí firemního protokolu. Většina výrobců totiž vyráběla svoje vlastní zařízení, která byla chráněná patentem a nepropojitelná se zařízeními ostatních výrobců. První zlom nastal až v roce 1982, kdy se na výstavě NAMM (National Association of Music Merchants, Národní asociace hudebních živnostníků) setkali zástupci firem Roland a Sekvential Circuits. Společně vytvořili první protokol nazvaný UMI (Universal Musical Instrument). O rok později se do projektu zapojily i další firmy a společně vytvořily nový standart MIDI. Zatím odděleně probíhal vývoj osobních počítačů. S MIDI jej spojila až firma Roland, která z něj vytvořila alternativu k v té době vyráběným analogovým sekvencerům. Vzhledem k tomu, že v osobních počítačích chyběl čip pro zpracování zvuku, Roland uvedl na trh kartu pro sběrnici ISA. Tak vzniklo zařízení pojmenované MPU-401 (Musical Processing Unit model 401), prostřednictvím kterého bylo možno připojit k osobnímu počítači celou řadu zařízení disponujících rozhraním MIDI. V roce 1983 vytvořila Yamaha první plně digitální syntetizátor DX7, který byl kompatibilní s MIDI. Tento syntetizátor se stal velmi oblíbeným. Vzhledem k tomu, že Roland poskytl specifikace svého rozhraní MPU-401 široké veřejnosti, začaly brzy vznikat počítačové programy, které tento standard podporovaly. Jen o několik let později byly na trh uvedeny počítače s již zabudovaným rozhraním MIDI. Mezi ně patřilo například Atari 512. Protože byly počítače vybaveny schopností pracovat s MIDI, mnoho softwarových společností začalo vyvíjet softwarové sekvencery. K největším patřil například Steinberg Media Research a Twelve Tone Systems (nyní Cakewalk). Brzy však starost o stále se rozvíjející specifikace MIDI začala být neúnosnou pro to, aby ji udržoval samotný Roland, který stál za jejím vznikem. Proto dal pokyn pro vznik společnosti MMA (MIDI Manufacturer s Association), která dále dohlíží na aktualizace týkající se MIDI

7 3. Složení MIDI MIDI představuje univerzální jazyk, který je společný pro hardwarové zařízení i pro software. Umožňuje propojení elektronických hudebních nástrojů mezi sebou a také jejich propojení s počítačem. MIDI lze rozdělit do tří základních vrstev, které tvoří hardwarové rozhraní, přenosový protokol a distribuční formáty Hardwarové rozhraní Informace MIDI jsou přenášeny metalickými kabely, jejichž maximální délka je 15 metrů. Toto omezení je dáno parazitní kapacitou kabelu, jeho odporem a také tím, že data jsou přenášena sériově, proudovou smyčkou 5 ma. Úroveň log. 0 odpovídá stavu, kdy proud prochází, log. 1 proud neprochází. Pro zamezení zemních smyček tvořených mezi jednotlivými zařízeními, které způsobují chyby při přenosu dat, je vždy vstup MIDI In oddělen optickým izolátorem. Více viz [7]. obrázek 3.1 Hardwarová implementace rozhraní MIDI Standardním konektorem používaným MIDI zařízeními je 5 kolíkový DIN jack. Na obou stranách propojovacího kabelu je konektor typu zástrčky. Prodlužovací kabel je tvořen jedním konektorem typu zástrčky a jedním konektorem typu zásuvky. tabulka 3.1 Zapojení konektoru DIN5 zástrčka a konektoru DIN5 zásuvka Konektor DIN5 zástrčka Konektor DIN5 zásuvka - 7 -

8 Využity jsou jen některé kolíky konektoru, jejich význam popisuje následující tabulka: tabulka 3.2 Význam zapojení kolíků konektoru DIN5 Číslo kolíku Význam 1 Nezapojen 2 Uzemnění; tento kolík je připojen ke stínícímu obalu kabelu, který zabraňuje nežádoucímu rušení. 3 Nezapojen 4 Příjem dat MIDI 5 Vysílání dat MIDI U počítačů je pro MIDI rozhraní použit jiný typ konektoru. Je to z toho důvodu, že rozhraní MIDI sdílí jeden konektor společně s rozhraním gameport určeným pro připojení křížového ovladače pro hry. Tento konektor je v provedení Cannon 15 zásuvka. tabulka 3.3 Význam zapojení dutinek konektoru Cannon 15 Konektor Cannon 15 používaný u PC obrázek 3.2 Zapojení konektoru Cannon 15 Číslo Význam dutinky 1 Napájení 5V 2 Tlačítko 1 3 Joystick 1, osa X 4 Uzemnění 5 Uzemnění 6 Joystick 1, osa Y 7 Tlačítko 2 8 Napájení 5V 9 Napájení 5V 10 Tlačítko 4 11 Joystick 2, osa X 12 MIDI OUT 13 Joystick 2, osa Y 14 Tlačítko 3 15 MIDI IN - 8 -

9 3.2. Význam různých typů zásuvek Zařízení mohou obsahovat tři typy zásuvek s dutinkami. Jsou to MIDI In, MIDI Out a MIDI Thru (Thru od anglického through, skrz). Informace proudí mezi zařízeními MIDI jedním směrem, proto nezáleží na tom, který konec propojovacího kabelu zapojíme do kterého zařízení MIDI In MIDI In tvoří vstup dat MIDI. Přes tento vstup zařízení přijímá data, která následně zpracovává. Pokud je zařízení vybaveno také zásuvkou MIDI Thru, jsou data ze zásuvky MIDI In přímo přenášena také sem, kde mohou být zpracována dalším zařízením, které je do zásuvky MIDI Thru připojeno. Data přijatá například přes zásuvku MIDI In syntetizátoru říkají, aby přehrál určitou notu tvořenou zvukem uloženým v jeho paměti. Zásuvka MIDI In může přijímat data z MIDI Out v případě, že tato data pochází od zařízení typu Master, nebo z MIDI Thru v případě, že data pochází od jiného zařízení, které je připojeno k zařízení typu Master. (viz. Slovník pojmů) MIDI Thru Do zásuvky MIDI Thru jsou posílána veškerá data, která jsou přijímána zásuvkou MIDI In. Tato zásuvka slouží k řetězení MIDI zařízení do řetězce Daisy Chain. Díky tomuto řetězení je možné předávat data posílaná zařízením Master do všech ostatních MIDI zařízení. Teoreticky by bylo možné takto zapojit nekonečně mnoho zařízení. Vzhledem k tomu, že MIDI data jsou posílána sériově a každé zařízení musí nejprve přijmout jistý blok dat, vzniká zpoždění, které omezuje počet zařízení zapojených do řetězce na tři. Při větším počtu propojených zařízení vzniká slyšitelné zpoždění. V případě, že je potřeba propojit více než tři nástroje, je nutné použít speciální rozbočovač nazývaný MIDI merge box. Osobní počítače zásuvku MIDI Thru neobsahují z toho důvodu, že je lze naprogramovat tak, aby výstup MIDI Out fungoval součastně jako MIDI Thru MIDI Out MIDI Out představuje výstup dat a do této zásuvky zařízení posílá data, která samo produkuje. Zásuvka MIDI Out bývá téměř vždy spojena se zásuvkou MIDI In dalšího zařízení. obrázek 3.3 Příklad zapojení zařízení do řetězce Daisy Chain - 9 -

10 3.3. Přenosový protokol MIDI data jsou přenášena sériově, rychlostí b/s. Každý blok tvoří 1 start bit, 8 datových bitů a 1 stop bit. Bloky jsou seskupovány do tzv. zpráv. Každá zpráva obsahuje právě jeden status byte, který může být doprovázen jedním nebo více datovými byty. Status byte identifikuje informaci, která je přes MIDI posílána. Nejvyšší bit status bytu má vždy hodnotu 1. Následující tři bity udávají typ informace a zbývající čtyři bity nesou informaci o MIDI kanálu. Každé MIDI zařízení přijímá zprávy jen pro určitý kanál, na zprávy pro ostatní kanály nereaguje. Následující datové byty udávají hodnotu, vztahující se k informacím předcházejícího status bytu. Nejvyšší bit datového bytu je vždy 0. Status byte Datový byte Nejvyšší bit 1 T T T K K K K Nejnižší bit Nejvyšší bit 0 H H H H H H H Nejnižší bit tabulka 3.4 Typ informace, kterou nese status byte T T T Význam Událost Note Off; zpráva je poslána při uvolnění stisknuté klávesy, následující datové byty nesou informaci o čísle noty a síle předchozího stisku klávesy Událost Note On; zpráva je poslána při stisknutí klávesy, následující datové byty nesou informaci o čísle noty a síle stisknutí klávesy Polyphonic Aftertouch; zpráva je poslána při silnějším stisknutí již stisknuté klávesy. Následující datové byty nesou informaci o čísle noty a nové síle stisknutí klávesy Control Change; zpráva je poslána při změně hodnoty ovladače (pedál, otočný knoflík). Následující datové byty nesou informaci o čísle noty a hodnotě control change, která identifikuje ovladač Program Change; zpráva je poslána při změně čísla programu. Následuje ji jediný datový byte Program Number Channel Aftertouch; klávesy které nepodporují Polyphonic Aftertouch mohou zasílat tuto zprávu, která nese informaci o nejvyšší síle stisku všech kláves Pitch Wheel Change; zpráva je zaslána při manipulaci s ohýbacím kolečkem. Následující datové byty nesou informaci o poloze kolečka. Střed reprezentuje hodnota 0x zprávy System Common a System real-time. Podrobnou specifikaci lze nalézt například v [5]

11 3.4. Souborový formát SMF Tento formát byl vytvořen za účelem záznamu a přehrávání hudebních skladeb prostřednictvím sekvenceru MIDI. Jsou v něm uloženy zprávy MIDI doplněné časovými známkami. Časové známky udávají pozici jednotlivých zpráv v čase. MIDI soubor tedy obsahuje: Zprávy MIDI Časovou známku pro každou zprávu Tempo PPQN (Počet pulzů za čtvrťovou notu) Označení taktů Předznamenání pro jednotlivé stopy Jména stop Drum patterns (vzorky pro bicí automat) Existují 3 druhy formátu SMF: Formát MIDI 0 obsahuje pouze jednu stopu, ve které mohou být zaznamenána data na všech šestnácti kanálech MIDI. Formát MIDI 1 Obsahuje jeden nebo více kanálů a každý z těchto kanálů může být zaznamenán v jedné nebo více stopách MIDI. První stopa tohoto formátu má speciální určení, jedná se o tzv. mapu tempa a obsahuje meta-události jako označení taktů a nastavení tempa. Tento MIDI formát je nejběžnější. Formát MIDI 2 obsahuje jeden nebo více nezávislých jednostopých vzorů. Tento formát není příliš rozšířen a používají jej především bicí automaty (drum machine). MIDI soubor se skládá ze dvou základních částí, kterými jsou hlavička (header chunk) a jedna nebo více stop (track chunk) Hlavička Typ hlavičky Délka hlavičky Formát tabulka 3.5 Hlavička souboru SMF Počet stop Rozdělení Název pole Délka Význam Řetězec, který identifikuje hlavičku, vždy je roven Typ hlavičky 4 byty posloupnosti znaků MThd. Délka hlavičky 4 byty Udává délku hlavičky. Formát 2 byty Označuje formát SMF (MIDI 0, MIDI 1, MIDI 2). Udává počet stop, pokud se jedná o soubor SMF formátu 0 Počet stop 2 byty jsou tyto 2 byty vždy rovny 1. Pokud je 15. bit roven 0 potom rozdělení udává hodnotu PPQN (počet pulsů na jednu čtvrťovou notu). Pokud je 15. Rozdělení 2 byty bit roven 1 potom první byte udává počet pulsů na jeden snímek SMTPE a druhý bajt udává snímkovací frekvenci SMTPE

12 Stopa Identifikace stopy Délka stopy Události tabulka 3.6 Stopa souboru SMF Název pole Délka Význam Identifikace Řetězec, který identifikuje začátek stopy, vždy je 4 byty stopy roven posloupnosti znaků MTrk. Délka stopy 4 byty Udává délku stopy. v závislosti na Události SMF události délce stopy SMF událost obsahuje vždy údaj o uplynulém času od poslední události, za kterým následuje jedna ze tří typů událostí. MIDI událost, která představuje libovolnou událost typu Channel Voice (například note on, note off) případně Channel mode. Meta událost, která nese jména stop, texty a další údaje, které nemusí přímo souviset s MIDI. Pokud sekvencer najde neznámou událost, může ji snadno díky údaji o délce přeskočit. SysEx událost, která bývá určena pro zařízení konkrétního výrobce nebo pro všechna zařízení dohromady. Meta událost vždy začíná vyhrazenou hodnotou status byte 0xFF a její další struktura je následující: tabulka 3.7 Struktura Meta události Název pole Význam Typ 1 byte udávající typ meta události. Délka Délka datové části. V praxi 1 byte. Datová část Datová část specifická pro každou událost

13 tabulka 3.8 Definice šestnácti typů meta událostí Název Číslo sekvence Identifikátor (hex) 0x00 0x02 Popis události Vyskytuje se téměř výhradně v SMF typu 2 k identifikaci jednotlivých stop a napomáhá sekvenceru v sestavení skladby. Text 0x01 Libovolné množství textu k libovolnému účelu. Autorská práva 0x02 Informace o autorských právech. Jméno sekvence nebo stopy 0x03 Text vyjadřující jméno sekvence nebo stopy. Nástroj 0x04 Může obsahovat libovolný text charakterizující hrající nástroj. Text písně 0x05 Hudební text, který se váže k požadované době. Zpravidla obsahuje pouze jednu slabiku. Značkovač 0x06 Označení začátku a konce smyčky. Cue point 0x07 Jméno souboru s audiosamplem, který se začne přehrávat v okamžiku příchodu této události. Kanál MIDI 0x20 0x01 Používá se ke sjednocení různých událostí s různými kanály. Port MIDI 0x21 0x01 Používá se k určení portu MIDI. Konec stopy 0x2F 0x00 Označuje konec stopy. Tempo 0x51 0x03 Udává tempo přehrávané skladby v mikrosekundách na čtvrťovou notu. SMTPE offset 0x54 0x05 Specifikuje SMTPE čas, na kterém má stopa začít hrát. Označení taktů 0x58 0x04 Udává čitatele a jmenovatele označení taktů. Pokud se ve stopě nevyskytuje předpokládá se označení 4/4. Předznamenání 0x59 0x02 Nastavuje předznamenání. Chráněná událost 0x7F Identifikační kód výrobce a libovolná další data

14 4. Softwarové MIDI sekvencery na PC Softwarové MIDI sekvencery predělaly velký rozvoj společně s rozvojem osobních počítačů. Softwarový MIDI sekvencer (dále jen MIDI sekvencer) je program, který umožňuje zaznamenat události MIDI a později je přehrát. Mimo to také umožňuje již zaznamenané události upravovat pomocí kvalitního uživatelského rozhraní. Mezi typické úpravy patří Přehrání skladby odlišnou rychlostí bez ztráty kvality Vrstvení více různých stop Kvantizace vylepšení rytmu Kopírování a vkládání částí skladby Převod na notový zápis a jeho úpravy Následující programy tvoří zástupce volně šiřitelných (freeware) i placených a profesionálních MIDI sekvencerů. Platí, že placený MIDI sekvencer je zpravidla lépe vybaven než MIDI sekvencer volně šířený, ale i mezi volně šířenými programy lze najít opravdu zajímavé a například pro začátečníky naprosto dostačující MIDI sekvencery. Zde jsou také patrná dvě hlavní zaměření programů. Jedno z nich je zaměření na hudbu samotnou. Program nabízí uživatelské rozhraní umožňující bohaté možnosti editace skladby a jejích zvukových parametrů. V této kategorii je nejčastější zobrazení ve stylu piano-roll, volitelně pak ve formě notového zápisu. Naproti tomu programy druhého zaměření jsou spíše orientovány na přehledný notový zápis. Programy jsou obohaceny o funkce umožňující rozdělení skladby a následný tisk partitur pro jednotlivé nástroje v orchestru. Zde se vyskytuje téměř výhradně zobrazení skladby ve formě notového zápisu Anvil Studio Willow software základní verze zdarma, lze rozšiřovat pomocí placených balíčků Velmi propracovaný MIDI sekvencer, který i v základní verzi nabízí všechny běžné funkce pro práci s MIDI. Výrobce poskytuje možnost další pokročilejší funkce do programu dokoupit. Ovládání programu je velmi intuitivní, čemuž napomáhá velmi podrobná uživatelská nápověda. K dispozici je také rychlá nápověda, která je trvale zobrazena ve spodní části okna a vztahuje se k prováděným úkonům. V základní verzi je možné s programem prohlížet a editovat MIDI soubory, měnit hudební nástroje a nahrávat nové stopy. Nahrávat lze v reálném čase i po jednotlivých notách. Program podporuje připojení externího MIDI zařízení, například v podobě kláves. Mimo záznam z externího MIDI zařízení program dovoluje také emulaci MIDI

15 kláves na klávesnici počítače. Nahrávání po jednotlivých notách lze realizovat myší pomocí grafické klávesnice, která je součástí hlavního okna programu. Hudební data lze zobrazit jak ve formě zobrazení piano roll, tak ve formě notového zápisu. Notový zápis lze kvantizovat na délky not v rozmezí čtvrťové až dvaatřicetinové noty. Program v základní verzi umožňuje mimo práce se stopami v MIDI souboru také nahrát jednu stopu obsahující digitální audio v maximální délce jedné minuty. MIDI soubor je programem standardně uložen ve formátu MIDI 1, k dispozici je též možnost exportu do formátu MIDI 0. Program lze zakoupením placeného balíčku rozšířit pro práci až s osmi digitálními audio stopami o délce šedesát sekund. Dále lze dokoupit balíčky pro tisk partitur, zvukové efekty a balíček pro spolupráci s profesionálními ovladači standardu ASIO Musette Canzona Music program kompletně zdarma Program Musette je určen spíše pro tvorbu a následný tisk notových zápisů, nicméně vytvořený notový zápis lze také exportovat do podoby MIDI souboru. Mimo not lze do partitury vkládat také pomlky, různé druhy taktových čar včetně opakování, značky pro zeslabování a zesilování, trioly, texty písní, houslový, basový a také méně používané altové a tenorové klíče. Program má minimum ovládacích prvků, proto je jeho ovládání velmi jednoduché. V případě potřeby je k dispozici stručná nápověda včetně demonstrační ukázky práce s programem. Ze stránek výrobce lze zdarma stáhnout také stejnojmenný notový true type font, který po instalaci do systému Microsoft Windows umožní používat notové značky také v ostatních programech, například v textovém editoru Microsoft Word Finale SongWriter 2005 MakeMusic Inc. třicetidenní zkušební verze, po uplynutí zkušební doby nelze ukládat a tisknout Finale SongWriter je mezistupněm mezi MIDI sekvencerem a programem pro editaci notových zápisů. Program nabízí základní funkce pro práci s MIDI

16 zařízeními, skladbu lze zaznamenávat prostřednictvím externího MIDI zařízení po jednotlivých notách, nahrávání v reálném čase není k dispozici. Celou skladbu lze uložit buď ve standardním formátu MIDI nebo v proprietárním formátu MUS. Při uložení do formátu MIDI jsou však značky, které formát MIDI nepodporuje, ztraceny. Program je v podobě třicetidenní demonstrační verze, po uplynutí třiceti dnů jsou v programu zablokovány funkce pro ukládání souborů a pro tisk. Plná verze programu stojí $ Encore Gvox zkušební verze, neumožňuje ukládat a tisknout Encore je komplexním programem pro pokročilé hudební skladatele, čemuž odpovídá i cena plné verze programu. Program disponuje nepřeberným množstvím hudebních značek pro různé nástroje, výjimkou nejsou ani značky pro kytaru a hlasy. V programu lze vytvořit rozsáhlou orchestrální skladbu, kterou lze posléze rozdělit na party pro jednotlivé hudební nástroje. Samozřejmostí je možnost připojení MIDI kláves, případně jiného MIDI ovladače a nahrávání jak v reálném čase, tak po jednotlivých notách. Klávesy umožňuje program v případě nutnosti emulovat na klávesnici počítače. Výslednou skladbu lze exportovat do MIDI souboru, opět je možné provést export celé skladby i jednotlivých partů. Na internetových stránkách výrobce je ke stažení demonstrační verze programu, která neumožňuje ukládání a tisk vytvořených souborů. Plná verze programu stojí $399.99, v případě stažení instalačního souboru z internetu. Verze prodávaná na CD je o $10 dražší. tabulka 4.1 Srovnání Název programu Anvil Studio Musette Finale SongWriter Cena licence Základní program zdarma Zdarma $49,95 Hlavní zaměření programu MIDI sekvencer Editor not Editor not Možnost připojení externího MIDI ovladače Ano Ne Ano Možnost emulace MIDI ovladače na klávesnici Ano Ne Ano počítače Nahrávání po jednotlivých notách z externího MIDI Ano Ne Ano ovladače Nahrávání v reálném čase z externího MIDI ovladače Ano Ne Ne Tisk notové partitury Nutno dokoupit Ano Ano

17 4.5. Sonar 5 producer edition Cakewalk/Twelve Tone Systems zkušební verze Sonar je software pro pracovní stanici k práci s digitálním audiem a videem. MIDI sekvencer tvoří pouze jednu z několika součástí programu. Program umožňuje spolupráci s celou řadou MIDI periferií. Pokud v programu otevřeme MIDI soubour obsahující specifické události pro nastavení připojeného MIDI zařízení, program tyto informace okamžitě pošle na zvolený výstupní port a postará se tak o jeho správnou konfiguraci. Následně je s programem možné zaznamenávat MIDI události přicházející do vstupního portu počítače. Program umožňuje práci s neomezeným počtem stop nejen ve formátu MIDI, ale i ve formátu digitálního audia a videa. Počet stop je omezen pouze výkonem hostitelského počítače. V praxi vypadá práce s programem tak, že nejprve zaznamenáme základní hudební doprovod prostřednictvím nějakého vhodného MIDI kontroléru (například kláves), posléze jej můžeme obohatit o stopy digitálního audia, které obsahují například zpěv a podle potřeby můžeme také přidat nějaká vizuální data v podobě videosekvencí. Vzájemná synchronizace všech těchto částí je zajištěna pomocí kódu SMTPE/MMC případně MIDI sync. Samozřejmostí v případě MIDI stop je možnost zobrazení jak formou notového zápisu, tak ve formě piano roll. Stopy digitálního audia jsou zobrazeny jako graf amplitudy zaznamenaného obsahu. Velkou výhodou programu je možnost otevření několika hudebních projektů s možností přenášení dat mezi nimi. Další předností je dosahované nízké zpoždění (latence) bez použití speciálních ovladačů zvukové karty, program vystačí s ovladači Windows WDM. Program také nativně podporuje 64bitové procesory pod operačním systémem Microsoft Windows XP x64 Edition a vyniká relativně nízkými nároky na výkon počítače v poměru s jeho komplexností. Jistou nevýhodou je nemožnost spuštění programu pod jiným operačním systémem než Microsoft Windows XP. Samostatnou kapitolu tvoří cena, která odpovídá možnostem a cílovému nasazení programu. Program stojí 799, pro majitele předchozích verzí je poskytována sleva. tabulka 4.2 Srovnání Název programu Encore Sonar 5 producer edition Cena licence Verze stažená z internetu $ Verze na CD $ Hlavní zaměření programu Editor not MIDI sekvencer Nahrávání po jednotlivých notách z externího MIDI Ano Ano ovladače Nahrávání v reálném čase z externího MIDI ovladače Ano Ano

18 5. MIDI sekvencer nedit Součástí této bakalářské práce je MIDI sekvencer nedit, u kterého je požadováno, aby pracoval s notovým zápisem. Tento program byl napsán ve vývojovém prostředí Borland Delphi 7, do kterého byly doplněny volně šířené komponenty pro práci s MIDI soubory a zařízeními a notový font Bach[8], který je nezbytné mít nainstalovaný v systému Microsoft Windows pro správnou funkci programu. Sekvencer nedit pracuje se soubory SMF ve formátu MIDI 0 a MIDI 1, ze kterých načítá následující informace: Výšky a délky not, noty rovnoměrně rozloží do notové osnovy Předznamenání (křížky a béčka) Pomlky Houslový a basový klíč Metrické údaje o taktu Legata Údaje o tempu Program také umožňuje ukládat modifikovaný soubor ve formátu MIDI 1. Při ukládání souboru jsou z důvodu kompatibility se standardem souboru SMF noty s předznamenáním bé převedeny na noty o tón nižší s předznamenáním křížek Partitura programu nedit Partitura programu je složena z notových osnov, které mají 24 pozic pro umístění noty v houslovém klíči nebo 26 pozic pro umístění noty v klíči basovém. Hlavní linky notové osnovy jsou vykresleny černou barvou, pomocné linky jsou vykresleny barvou šedou. Notová osnova je rozdělena na takty pevné délky, rozestup not mezi sebou lze nastavit v nabídce programu. tabulka 5.1 Notové značky používané sekvencerem nedit celá nota celá pomlka půlová nota půlová pomlka čtvrťová nota ± čtvrťová pomlka Osminová nota osminová pomlka šestnáctinová nota šestnáctinová pomlka dvaatřicetinová nota dvaatřicetinová pomlka nota s tečkou ±. křížek houslový g1 klíč béčko ƒ basový F klíč metrický údaj

19 - 19 -

20 5.2. Uživatelské prostředí programu nedit Všechny funkce programu jsou dostupné na hlavním panelu. Ten nabízí následující tlačítka: Tlačítka pro volbu délky noty Tlačítka pro volbu předznamenání Tlačítko prodloužení noty o polovinu její délky Tlačítko pro zrušení noty Tlačítko pro zobrazení vlastností noty Tlačítko pro přidání prázdného taktu Tlačítko pro vázání noty s předchozí pomocí ligatury Tlačítka pro přehrávání Zbylou část okna programu vyplňuje partitura. Ve spodní části je k dispozici stavový řádek, který poskytuje informace o stavu přehrávání a o tempu. Program neumožňuje otevření více souborů najednou Implementace programu nedit Partitura je uložena jako dynamické pole, jehož prvky jsou objekty typu řádek. Velikost tohoto pole odpovídá počtu stop MIDI souboru. Každý objekt řádek tvoří opět dynamické pole objektů typu takt. Velikost pole taktů je dána délkou skladby. Každý objekt typu takt se dále dělí na dynamické pole objektů typu nota, jehož velikost závisí na metrickém údaji otevřeného souboru. Objekt typu nota obsahuje pole pevné délky, které slouží k uchování jednotlivých tónů a MIDI událostí, které k nim přísluší Objekt Nota Objekt typu nota slouží k uchování noty, případně celého akordu. Tento objekt zapouzdřuje následující informace: Znějící tóny MIDI události, které tyto tóny vyvolaly Délka noty případně akordu Ligatura na předchozí noty

21 Objekt Takt Objekt typu takt slouží k uchování celého taktu. Tento objekt zapouzdřuje následující informace: Dynamické pole not, jehož délka závisí na metrickém údaji otevřeného souboru Dynamické pole obsazených míst v taktu, toto pole slouží k usnadnění ověření platného pokusu o vložení nové noty do taktu. Objekt takt dále poskytuje metody pro práci s hudebními značkami: Vykreslení noty s nožičkou nahoru Vykreslení noty s nožičkou dolů Vykreslení akordu s nožičkou nahoru Vykreslení akordu s nožičkou dolů Vykreslení trámců mezi sousedními notami Vykreslení pomlk na prázdná místa mezi notami Vykreslení předznamenání Vykreslení ligatur v rámci taktu Přidání noty do notové osnovy Zrušení noty z notové osnovy Objekt Řádek Objekt typu řádek slouží k uchování jedné notové osnovy. Tento objekt zapouzdřuje následující informace: Dynamické pole taktů, jehož délka závisí na délce skladby Jméno nástroje a jeho MIDI identifikátor Basový / houslový klíč Objekt dále nabízí metody pro práci s hudebními značkami: Vykreslení linek notové osnovy včetně předznamenání a metrického údaje Vykreslení všech not v řádku Vykreslení ligatur přes taktové čáry Vykreslení všech pomlk v řádku

22 Použité komponenty Program využívá volně šířených komponent pro práci s MIDI, které vytvořil Colin Wilson[4]. Tyto komponenty zjednodušují přístup k událostem uloženým v souborech SMF a usnadňují jejich interpretaci ve vývojovém prostředí Borland Delphi 7. V následující tabulce je přehled hlavních komponent. tabulka 5.2 Použité komponenty MIDI TMidiData TMidiPlayer TTrackOutputs TMidiInput Tato komponenta zapouzdřuje soubor SMF. K souboru je možno prostřednictvím této komponenty přistupovat jako k dynamickému poli stop. Položky tohoto pole tvoří záznamy, obsahující jednotlivé MIDI události, které je možné indexovat číslem události nebo procházet prostřednictvím iterátoru. Komponenta TMidiPlayer čte z MIDI stop komponenty TMidiData MIDI události a předává je komponentě TTrackOutputs. Také poskytuje informace o pozici ve stopě a času přehrávání. Díky této komponentě je realizováno i nahrávání v reálném čase. Komponenta TTrackOutputs zabezpečuje komunikaci s MIDI zařízeními počítače. Jedním z důležitých parametrů je číslo výstupního zařízení, na které bude směřován výstup MIDI událostí. Tímto zařízením může být buď MIDI syntetizátor nebo MIDI výstupní port na zvukové kartě. Tato komponenta zprostředkovává komunikaci se vstupními MIDI zařízeními počítače. Jedním z důležitých parametrů je číslo vstupního zařízení, ze kterého budou čteny MIDI události. Tímto zařízením je zpravidla MIDI vstup na zvukové kartě Stručný popis funkce programu nedit Po spuštění programu je nejprve vykresleno hlavní okno aplikace. Poté jsou z registru systému Windows načteny informace o pozici okna na obrazovce a nastavení vstupně-výstupních zařízení MIDI. Následně jsou zinicializovány komponenty TMidiData, TTrackOutputs a TMidiInput. Nyní mohou nastat dvě situace. První možností je, že se uživatel rozhodne vytvořit nový soubor. V menu stopa tedy vloží do budoucího souboru novou stopu. V tomto okamžiku je komponentě TMidiData předán pokyn pro vytvoření nové stopy a zároveň je tato stopa zanesena do datových struktur programu a vykreslena na obrazovku. Na začátek nové stopy je umístěna meta událost s metrickou značkou. Druhou možností je otevření již existujícího souboru SMF. To lze realizovat přes menu soubor. Při otevírání nového souboru jsou nejprve dealokovány všechny datové struktury předešlé partitury a do komponenty TMidiData je načten nový soubor. Následně je alokován potřebný počet stop a taktů partitury podle počtu stop a délky otevíraného souboru SMF. Následně jsou ze SMF souboru čteny jednotlivé stopy událost po události a noty jsou zapisovány do datových struktur programu pomocí následujícího algoritmu:

23 for první událost to poslední událost do begin if přechod na další takt then begin vykresli noty, které ještě nemají událost noteoff; nastav příznak legata na pokračování not v dalším taktu; end; if událost noteon then begin ulož počátek noty; end; end; if událost noteoff then begin vyhledej v poli počátek noty; vypočti délku noty; vlož notu na pozici události noteon; end; Po načtení všech not jsou mezi noty doplněny pomlky. Algoritmus doplňování pomlk sčítá volná místa mezi notami a na počátek volného místa vloží pomlku o délce volného místa. pokud je pozice menší než délka taktu do begin if na pozici je nota then begin před notu vlož pomlku délky součtu volného místa; přesuň se na pozici za notu; end; end; if na pozici je volno then begin zvyš počitadlo volného místa; přesuň se na následující pozici; end; Nyní může být partitura přehrána pomocí komponenty TMidiPlayer. Během přehrávání jsou z této komponenty vyčítány informace o pozici ve skladbě a prostřednictvím časovače TTimer jsou zobrazovány na stavovém řádku programu

24 6. Závěr V bakalářské práci bylo teoreticky popsáno rozhraní MIDI, jeho fyzická implementace, přenosový protokol a způsob propojení jednotlivých zařízení. Dále byl popsán standardní souborový formát SMF a možnost jeho zpracování ve vývojovém prostředí Borland Delphi 7. Výsledkem práce je stručné zhodnocení některých softwarových MIDI sekvencerů pro platformu PC. Hodnoceny byly sekvencery volně šířené i placené profesionální programy. V praktické části práce byl implementován jednoduchý softwarový MIDI sekvencer nedit, který ukazuje možnosti práce se souborovým formátem SMF. Při tvorbě tohoto sekvenceru byl kladen důraz na jeho snadnou rozšiřitelnost. Ta je umožněna díky objektově orientovanému řešení, které usnadňuje budoucí vylepšování programu. Program nedit implementuje pouze základní funkce MIDI sekvenceru, mezi něž patří možnost načtení a uložení SMF souboru, jeho zobrazení a úpravy ve formě notového zápisu a zobrazení MIDI událostí zaznamenaných v načteném souboru SMF. Nyní se nabízí dvě cesty možného vývoje programu. První možností je rozšířit funkce pro práci s notami. Jedná se například o možnost opakování určitého úseku skladby, podrobnější možnosti nastavení vkládaných not (staccato, triola), kvantizace a v neposlední řadě možnost práce s digitálními audiostopami. Druhá možnost rozšíření programu vede k rozšíření doplňkových informací, které mohou být v SMF souborech obsaženy. Jedná se zejména o informace o autorovi díla a písňové texty. Mohla by tak vzniknout jistá forma elektronického zpěvníku

25 Slovník pojmů ASIO Platformově nezávislý vícekanálový audioprotokol, který umožňuje přímý přístup ke zdrojům zvukové karty Daisy Chain Způsob propojení MIDI zařízení pomocí zásuvek MIDI IN a MIDI THRU Datový Byte Nese doplňující informace MIDI zprávy MIDI Musical Instrument Digital Interface, digitální rozhraní pro hudební nástroje MIDI Sekvencer Nástroj, který umožňuje zaznamenat události MIDI pomocí uživatelského rozhraní, tyto události upravovat a později je reprodukovat MIDI Událost viz MIDI zpráva MIDI Zpráva Základní stavební prvek každé skladby zaznamenané pomocí MIDI, skládá se z jednoho status byte a jednoho nebo více datových byte MMC MIDI Machine Control, součást protokolu MIDI, slouží k ovládání externích zařízení (magnetofon, digitální vícestopá zařízení) pomocí MIDI sekvenceru Notační Program, Notátor Program, který zobrazuje MIDI zprávy ve formě not SMF Standard MIDI File, formát souboru určený k přenosu informací mezi MIDI sekvencery a notačními programy. Jeho název obvykle končí příponou.mid SMTPE Synchronizační mechanismus založený na čase Status Byte Určuje typ MIDI zprávy Zařízení MIDI Master Zařízení, které posílá MIDI zprávy, kterými řídí činnost ostatních MIDI zařízení Zařízení MIDI Slave Zařízení, které přijímá MIDI zprávy

26 Seznam použité literatury [1] Guérin Robert: Velká kniha MIDI, standardy, hardware, software. Brno, Computer Press 2004 [2] Grigová Věra: Všeobecná hudební nauka. Olomouc, Alda 2003 [3] Kadlec Václav: Delphi Hotová řešení. Brno, Computer Press 2003 [4] Wilson Colin: Colin Wilson's Delphi 7 Website, duben 2006 [5] The MIDI Specification: duben 2006 [7] MIDI manufacturers association: MIDI Electrical Specification Diagram & Proper Design of Joystick/MIDI Adapters, duben 2006 [8] Notový font Bach: duben

27 Přílohy A. Postup instalace sekvenceru nedit Na doprovodném CD k této bakalářské práci je v adresáři \nedit\setup umístěn instalační program, jehož prostřednictvím lze sekvencer nedit nainstalovat na pevný disk počítače. Instalační program se spustí prostřednictvím souboru setup.exe, po jehož spuštění se vyvolá průvodce, který nainstaluje sekvencer nedit do uživatelem zvoleného adresáře a umístí spouštěcí ikonu do nabídky Start systému Microsoft Windows. Dále je nutné do operačního systému Microsoft Windows nainstalovat notový font Bach, který zabezpečí správné zobrazení hudebních symbolů v sekvenceru nedit. Toto lze provést prostřednictvím menu Písma Ovládacích panelů systému Microsoft Windows. Zde je nutné v menu Soubor zvolit položku Nainstalovat nové písmo a v následujícím okně najít adresář, ve kterém se nachází notový font Bach. Tento font je umístěn na doprovodném CD v adresáři \fonty\bach ttf. Stiskem tlačítka Vybrat vše jsou zvoleny všechny součásti notového fontu a po stisku tlačítka OK je font nainstalován do systému Microsoft Windows. B. Spuštění sekvenceru nedit Po nainstalování sekvenceru nedit lze tento program spustit prostřednictvím ikony v nabídce Start systému Microsoft Windows. C. Odstranění sekvenceru nedit Sekvencer nedit lze z počítače odstranit prostřednictvím instalačního programu, který je dostupný v Ovládacích panelech systému Microsoft Windows, konkrétně v menu Přidat nebo odebrat programy. Zde vybereme sekvencer nedit a stiskneme tlačítko Změnit nebo odebrat, čímž dojde k odstranění programu z počítače. D. Obsah doprovodného CD \fonty\bach ttf Adresář obsahující notový font Bach, který je nezbytné nainstalovat do operačního systému Microsoft Windows pro korektní funkci sekvenceru nedit \fonty\musette ttf Adresář obsahující volně šířený notový font Musette \midi Adresář obsahující ukázkové soubory SMF \nedit\midikomponenty Adresář obsahující komponenty pro práci se SMF soubory [4] \nedit\setup Adresář obsahující instalační program sekvenceru nedit \nedit\source Adresář obsahující kompletní zdrojový text sekvenceru nedit určený pro vývojové prostředí Borland Delphi 7 \programy Adresář obsahující některé demonstrační verze programů popisovaných v této práci \text Adresář obsahující tuto bakalářskou práci ve formátu Dokument Microsoft Word a ve formátu PDF