Enterprise MIDI English

From Enterprise Wiki
Revision as of 20:49, 8 September 2017 by IstvanV (talk | contribs) (A MIDI fájl konvertálása EP-n lejátszható formátumúra)

Jump to: navigation, search

Introduction

A *.mid file doesn't contain any wav sample sound but only the "notes" themselves. The notes are programmed what musical instrument sound belongs to them. These instrument sounds are built into the operating system or sysnthesizer. Midi can sound even 16 layers (channels) at the same time and within one channel even more voices, chords. A special midi channel is the 10th one where drums can sound. Our aim is to sound midi files through the EP Dave sound chip. As Dave can handle 3+1 channels altogether all the midi files from the net need conversion to get suitable sounding.

Midi hardware also exists for the Enterprise but there are not many. Now a PC midi player/editor application can be connected to the EP128Emu to get the EP sounding midi. To do this you need:

  • Installing a midi port e.g. loopMIDI. In Linux the Midi Through port can be used or editor programs (e.g. Qtractor) also can create a port that can be directly connected to the emulator. A hardware midi keyboard can also be used, in this case loopMIDI is not needed.
  • An EP128Emu version that supports midi input. (The latest emulator can be downloaded from sourceforge, this should be updated with this newev beta version. So it only needs unpacking and overwriting the existing files of the emulator.)

Ha ez megvan, az emulátorban az Options -> Sound -> Configure menüpontjában be kell állítani a midi bemenetet (loopMIDI port (I MMSystem) felirata van) Mindezek után indítsunk el egy midi lejátszót, szerkesztőt vagy virtuális billentyűzetet a PC-n, ahol kimenetnek a loopMIDI OUT-ot állítjuk be. Indítsuk el az emulátort, töltsük be a midiplay nevű alkalmazást rajta. Ezek után a midi lejátszó hangjai az EP-n fognak szólni, a DAVE képességeit használva.

A hang késésének és az időzítési hibáknak a minimalizálása céljából érdemes az alapértelmezett Latency beállítást (70 ms) csökkenteni, és alacsony szintű audio API-t (ALSA vagy WASAPI) használó kimeneti eszközt választani, különösen MIDI billetyűzet használatakor. Szintén célszerű kerülni a nagy CPU igényű vagy várakozást igénylő OpenGL video módokat (pl. "resample to monitor refresh rate").

A midiplay nevű EP-s alkalmazáshoz több fájl is tartozik, pl. envelope.txt, lásd lejjebb.

A midiplay EP-s alkalmazás használata emulátoron

Ezzel az alkalmazással tehát megszólaltatható a midi fájl EP-s hangszerelésben. Ha midi szerkesztőt használunk (pl. Cakewalk, Sonar, egyebek), közben az emulátoron keresztül is hallható ügyködésünk. Lehetőség van készre szerkesztett midi fájlt EP-n betölthető és lejátszható fájllá konvertálni (midiconv, lásd lejjebb). A midiplay induláskor automatikusan megnézi, az alapértelmezett mappában van-e mididata.bin nevű konvertált fájl (amelynek a maximális mérete 1040 bájt fejléc + 8192 bájt burkológörbe + 28671 bájt MIDI adat), és ha igen, azt játssza le, végtelenségig ismételve a lejátszást. Ha nincs ilyen fájl, akkor várja a program, milyen hangokat küldünk neki a loopMIDIn keresztül. A program futása közben a képernyő teljesen sötét, de nincs is szükség különösebb megjelenítésre. Célszerű turbósított (pl. 10 MHz-es) konfiguráción futtatni, de működik 4 MHz-en is.

Indítás után használható gombok:

F1: a program újraindítása, újraolvassa az envelope.txt-t és (ha van) a mididata.bin-t

F4: minden hang kikapcsolása, hasznos "beragadt" hang esetén. A 123-as MIDI vezérlő is használható hasonló célra

F6: teljes MIDI reset, minden hang kikapcsolása mellett a vezérlőket, hajlítást és hangszereket is alaphelyzetbe állítja, fájl lejátszás esetén a fájl pozíciót is. A vezérlők és a hajlítás alaphelyzetbe állíthatók a 121-es vezérlővel is

F8: kilépés


Melyik MIDI csatorna (1-16) melyik Dave csatorna lesz? A midi csatornákat a lejátszó "logikai" csatornákként kezeli. Tehát mind a tizenhatnak külön tárolja a teljes állapotát:

  • a 128 billentyűt, hogy éppen melyik van lenyomva, és ha igen, akkor a hozzá rendelt DAVE csatornát
  • a programot (hangszert)
  • 4 vezérlőt (7, 10, 76, 77)
  • a hajlítást (csak a felső 8 bitet veszi figyelembe, a tartomány fix +/- 2 félhang)

Ez az információ független a DAVE csatornáitól, hogy egy MIDI hang melyik DAVE csatornára kerül, azt az alábbi algoritmus dönti el:

  • a dob csatorna (10) esetén feltétel nélkül a 3-as DAVE csatornára, az esetleges korábbi hangot azonnal megszakítva
  • egyébként a 0-2. csatorna közül ha az egyik jobb választás a másik kettőnél a burkológörbe fázis alapján (off > release > attack/decay > sustain), akkor arra
  • ha így nem sikerült dönteni, és aktív hangot kell megszakítani mert már mind a 3 zenei csatorna foglalt, akkor a régebbi (illetve release módban a régebben lecsengő) hang helyére kerül
  • ha ez is egyenlő, akkor egy fix sorrend alapján:
    • 1-es MIDI csatorna: 0 > 2 > 1
    • 2-es MIDI csatorna: 2 > 0 > 1
    • 3-es MIDI csatorna: 0 > 2 > 1
    • 4-es MIDI csatorna: 2 > 0 > 1
    • ...stb.

Ezért az 1-es DAVE csatornát csak akkor használja, ha 3 zenei hang aktív egyszerre. Pontosan kettőnél pedig biztosan a 0.-t és 2.-t. Bármelyik logikai MIDI csatornán lehet tetszőleges számú hang, de összesen mindig legfeljebb 3 + 1 dob.

A bal és jobb csatorna hangereje a következő módon számítható közelítően:

Bal = ENV_L * ((VELOCITY + AFTERTOUCH + 1) / 128) * ((VOLUME + 1) / 128) * cos(PAN * (PI / 2) / 127.5) * sqrt(2)
Jobb = ENV_R * ((VELOCITY + AFTERTOUCH + 1) / 128) * ((VOLUME + 1) / 128) * sin(PAN * (PI / 2) / 127.5) * sqrt(2)

Ahol ENV_L = bal burkológörbe, ENV_R = jobb burkológörbe, VELOCITY = billentyű leütés erőssége, AFTERTOUCH = extra nyomás erősség, VOLUME = hangerő (7-es vezérlő), PAN = sztereó pozíció (10-es vezérlő). Ha a burkológörbét 1-nél nagyobb értékkel kellene szorozni, akkor a szorzó 1-re korlátozott. Tehát a sztereó pozíció állítása csak akkor működik helyesen, ha a VELOCITY és VOLUME együttesen legalább 3 dB hangerőcsökkenést eredményez. A hangerő szorzás ténylegesen csak 1/128 felbontású. Az AFTERTOUCH paramétert az Axh és Dxh MIDI események állítják, az előbbi billentyűnként külön, az utóbbi az adott csatornán minden aktív hangnál egyszerre. Új hangnál (9xh esemény) mindig nulla a kezdeti értéke.

A MIDI fájl speciális beállításai

A midiplay lejátszó tehát az egyes midi sávokat bizonyos logika alapján párosítja a Dave csatornákhoz. Azonban mi is meghatározhatjuk, hogy egy adott sáv egy adott Dave csatornának feleljen meg. Így a dinamikus foglaláson kívül fix csatornafoglalást is be lehet állítani. Sőt, erre a legtöbb esetben szükség is van, ha ki akarjuk használni a Dave képességeit, és a netről letöltött midi fájlt EP-n is értelmes hangzásúra akarjuk konvertálni.

Ehhez a midi fájlban a különböző vezérlőkben különböző, Dave specifikus beállításokat hajthatunk végre. (A vezérlők a midi szerkesztő programokban általában a Controllers menüpontban érhetők el.)

71-es (Harmonic Content) és 76-os vezérlő: STYLE paraméter / 4

A Style paraméter ugyanaz, mint amit basic-ben kell megadni a STYLE után, csak 4-gyel el kell osztani. Tehát pl. ha 16 (alacsony torzítás), akkor 16/4=4-et kell megadni. Ha 144-et (gyűrűmoduláció+alacsony torzítás), akkor 144/4=36-ot kell megadni. Négyszögjel 4 bites torzításánál 2 hozzáadása módosítja a frekvencia korrekciót, az alapértelmezett 15 helyett 5 hosszúságú mintát (magasabb hangot) eredményez.

70-es (Sound Variation) és 77-es vezérlő: csatorna vezérlés, csak a 2..4 biteknek van hatása:

- 0 = dinamikus foglalás

- 4 = fix 0. csatorna (csak egy szólamú)

- 8 = fix 1. csatorna

- 12 = fix 2. csatorna

- 16, 24 = 0-s csatorna, legfeljebb 3 hang időosztásos rendszerben (ez több ugyanilyen módú MIDI csatorna között is lehetséges)

- 20, 28 = 1-es csatorna, itt is legfeljebb 3 hang váltakozhat hasonló módon

A DAVE csatornák fix hozzárendelése nem kizárólagos, ezeket a dinamkius foglalású MIDI csatornák továbbra is használhatják.

Az ENVELOPE.TXT használata

A midi fájlok különféle hangszerek hangját szólaltatják meg. Az envelope.txt ezekhez a hangszerekhez társít hangzást (burkológörbét), ezt felhasználva fog megszólalni a Dave képességeit használva EP-n. Csak valós idejű bemenetnél (MIDI port) és fejléc nélküli mididata.bin lejátszásánál van szükség a használatára, az újabb formátumú konvertált fájlok tartalmazzák a hangszereket is.

Egy "hangszer" definíciója így néz ki:

HANGSZER[D][P][:+CSATORNA,+MAGASSÁG][,HANGSZER2...] {
 [L|R|S] IDŐTARTAM, BAL, JOBB, HAJLÍTÁS, TORZÍTÁS;
  ...
}

Több hangszer is használhatja ugyanazt a burkológörbét, több számot megadva vesszővel elválasztva. A hangszer száma vagy 0 és 127 közötti a normál csatornákhoz, vagy -1 és -127 közötti a dobokhoz. Ezt opcionálisan követheti 'P' karakter (lásd lent), illetve kettősponttal elválasztva megadható még két további paraméter, ilyenkor a hangszer használatakor a hangjegyről másolat készül a MIDI csatorna számának és a hangmagasságnak a módosításával. Például 1:2,12-nél az 1-es hangszer a kettővel nagyobb számú MIDI csatornán is megszólaltat egy oktávval magasabb hangot.

A hangszer száma utáni 'D' karakter kényszeríti a burkológörbe teljes lefutását a billentyű korai elengedésekor is, doboknál és 'R' szegmenst tartalmazó burkológörbéknél ez az alapértelmezés, így ott értelmetlen a használata, 'L' vagy 'S' esetén pedig hibát eredményez. A 'P' a hangok sztereó pozícióját változtatja a hangmagasságtól függően, dobnál nincs hatása. Alapértelmezés szerint a 48..79 tartományba eső hangok kerülnek 1..125 pozícióra, ez a 10-es vezérlővel módosítható. A 9-es hangszernél (Glockenspiel) az effektus alapértelmezés szerint bekapcsolt állapotú és a 'P' tiltja.

Az időtartam (ami video megszakítás egységekben adható meg, 0 esetén a paraméterek változása azonnali) előtt az 'S' karakter azt jelenti, hogy az adott szegmens kezdete "sustain" pozíció, ahonnan a lejátszó csak a billentyű elengedésekor lép tovább. Ennek doboknál nincs értelme. A burkológörbe egy szakasza ismételhető is az 'L' karakter használatával, amely önmagában a burkológörbe további részét végteleníti elengedési fázis hozzáadása nélkül. Az 'R' hatása hasonló az 'S'-hez, de azzal ellentétben a burkológörbe mindig lefut a végéig, 'S'-nél viszont az azzal megadott pont elérése előtt azonnal megszakad. Az 'L' és 'R' együttes használatakor az ezek közötti szakasz ismétlődik (az L-es szegmens elejétől az R-es előtti végéig), elengedéskor pedig az ismétlődés megszűnik és a burkológörbe lefut a végéig.

Az EXOS-tól eltérően a hangerők abszolút értékek 0 és 63 között, azt adják meg, hogy mi lesz az új hangerő a következő szegmens elején, amit lineáris interpolációval ér el. Lehetőség van azonban exponenciális burkológörbék definiálására is, ha a hangerő érték előtt '*' karakter található, akkor a megadott szám / 128-al szorzódik a hangerő minden megszakításnál. Tehát például *96 esetén 0.75 a szorzó, *128-nál nem változik a hangerő, stb. A hajlítás egy -2048 és +2047 közötti egész, 64 felel meg egy zenei félhangnak. Itt is lineáris interpoláció történik, és a megadott értéket a következő szegmens elejére éri el. Dobokat nem lehet hajlítani.

A torzítás (STYLE) a többi paraméterrel ellentétben nem interpolálható, hanem az értéke azonnal módosul, erre figyelni kell ha változik a hang közben.

Szóközök, Tab karakterek és új sorok tetszőlegesen használhatók, a program ezeket figyelmen kívül hagyja. '#' karakter esetén a sor további részét megjegyzésnek tekinti és szintén figyelmen kívül hagyja.


A lejátszó program a lefordított (bináris) burkológörbe adatot automatikusan menti egy envelope.bin nevű fájlba. Ennek a formátuma:

  • 256 bájt a normál hangszerek másolását definiálja, csatorna és magasság eltolás felváltva (csak az alsó 4 illetve 7 biten), FFFFh esetén ez a funkció tiltott
  • a következő 256 bájt ugyanez a dobokhoz, azonos formátumban
  • 256 bájt burkológörbe kezdő pozíció a normál hangszerekhez: alsó, felső bájt felváltva, a burkológörbe adat kezdetéhez képesti eltolás / 2, vagy 8080h ha a hangszer nem definiált. A felső 4 bit speciális funkciót tölt be, ezért a címezhető burkológörbe adat maximális mérete 8192 bájt. Az alapértelmezés 2000h, amit az 'S' használata nem változtat.
    • 15. bit: tiltja a hangszert
    • 14. bit: hangmagasságtól függő sztereó pozíció (P)
    • 13. bit: ismétlődő szakasz (L) hiányát jelzi
    • 12. bit: elengedéskor kényszeríti a teljes burkológörbe lefutását (R)
  • 256 bájt burkológörbe pozíció a dobokhoz
  • legfeljebb 8192 bájt burkológörbe adat, minden 50 Hz-es megszakítás 4 bájt:
    • bal hangerő, 0 és 63 között. A 6. bit beállítása ismétlődő szakasz kezdetét (L) jelzi, a 8. pedig a végét ami már nem ismétlődik. A két bit együttesen beállítva az aktuális minta tartását, majd elengedési szakaszt jelez (csak R, vagy S). Speciális eset ha mindkét hangerő FFh, ez a burkológörbe végét és a hang kikapcsolását jelenti
    • jobb hangerő 0 és 63 között, vagy 255 a burkológörbe végén
    • hajlítás alsó 8 bit, a felbontása egy félhang 1/64-ed része. Doboknál nem használt
    • torzítás, és (csak normál hangszereknél) a hajlítás felső 4 bitje előjelesen. Dob esetén a teljes bájt torzítást definiál

Converting MIDI files to midiplay format

Once we are done editing a MIDI file, and it sounds good with DAVE instruments, it can be converted so that it can be listened to on the EP. midiconv (older version 1, 2) is a command line application. On Windows, the command line interface (cmd.exe) can be accessed via the Start Menu. After entering the directory where midiconv.exe is with the CD command, it can be used as follows:

midiconv INFILE.MID OUTFILE.BIN ENVELOPE.BIN|ENVELOPE.TXT|-raw [IRQFREQ]

By default, IRQFREQ is 50.0363 Hz. If the tempo of the music is 125 or 150 BPM, or other value where the duration of a quarter note is an exact integer multiple of 20 ms, it is recommended to set IRQFREQ to 50. After running the command, the .bin file immediately appears in the same folder, and it can be played with the midiplay.com or midi_asm.com application on the Enterprise.

The format of the converted files:

  • 16 bytes EXOS header:
    • 00h, 6Dh
    • 2 bytes: file size without the header (LSB first), in the case of future compressed formats, this would be the total size of the compressed data
    • 2 bytes: uncompressed envelope data size
    • 2 bytes: uncompressed MIDI data size
    • 8 bytes: reserved for future versions, currently always 00h
  • envelope data (envelope.bin) in the above described format, midiconv automatically removes any unused envelopes
  • MIDI data, the format is similar to standard MIDI files (SMF), but it contains only channel messages on a single track without header, and the delta time between events has a fixed resolution of 1/IRQFREQ seconds. For example, the following sequence of bytes plays the 440 Hz "A" note on the first MIDI channel for one second, using instrument 11:
    • 00 C0 0B 00 90 45 7F 32 45 00

When using the -raw parameter, the program converts to a simple headerless format that includes only the raw MIDI data. In this case, it is not necessary to specify a path to an envelope file on the command line.

Egyéb

A midi hangszerek neve és sorszáma