經過 36 年的漫長歲月,MIDI 標準終於要更新到 2.0 了

作者 | 發布日期 2019 年 02 月 17 日 0:00 | 分類 數位音樂 , 電子娛樂 follow us in feedly

數位電子樂器的標準──MIDI,是科技界少見長期穩定的工業標準,從 1983 制定出來就沒有再變化,直到 36 年後的今年 1 月,美國 MIDI 製造商協會(MMA)與日本音樂電子事業協會(AMEI)聯手公布了 MIDI 2.0 標準草案。



36 年沒更新?這實在是太神奇了!難道是數位電子樂器的科技進化緩慢嗎?當然不是這樣囉。讓我們回頭看看 1983 年 MIDI 1.0 標準誕生的時空背景。此標準是有關「演奏控制碼」,規格書只有少少 8 頁,主要是描述如何讓兩台合成器(synthesizer)之間傳送控制碼,控制碼包含如何演奏音符與音量控制,除了控制合成器本身,還可控制錄音設備與舞台燈光。也就是說,最一開始的 MIDI 1.0 只是針對當時新興的電子科技樂器現場 LIVE 演奏而設計(而不是今天透過電腦可做非線性數位編輯),這設計讓各廠商製造的電子樂器產品(當時直接聯想就是「電子琴」)不會各行其事,互不相容。

後續延伸標準是在 1991 年公開的 MIDI 檔案標準(縮寫為 SMF,檔名為 mid),因為這時代開始,把演奏方法記錄下來,在另外一台音源機能正確自動化重現變得重要,連帶音源機(當時除了合成器,取樣機也開始流行)的設計標準 GM(General MIDI)也被制定(要有 128 種特定的標準樂器音色等),伴隨而來的就是編曲、作曲核心從傳統手寫轉變到編曲機(Sequencer,最早是專門機器,例如 Kawai Q80)再變遷到以通用電腦作業,此外就是變遷到也能用 USB、FireWire、Wi-Fi 傳遞 MIDI 訊號等。MIDI 1.0 就這樣不知不覺用了 36 年,雖然 MIDI 關於描述音樂的語意(semantic)演奏控制指令已定義到相當完善,但圍繞 MIDI 的科技環境已經變遷,因此有必要推動下一代 MIDI 標準。

▲ 1980 年代,MIDI 音樂是用 Kawai Q80 一類的編曲機創作而非電腦。

現在讓我們來看看 MIDI 2.0 草案,變革主要是自動設定(configuration)能力、與新一代數位音樂工作站(DAW)/網站(web)的整合、演奏更細緻的「精度」、增強的表現力、更嚴格的時間精準度。

MIDI-CI 把電子樂器帶入智慧裝置的世界

MIDI 2.0 實做有 3 個 B 開頭英文字的基本準則:

  • Bidirectional(雙向溝通):MIDI 1.0 的裝置是單向發號司令,2.0 則是裝置之間可以對話。
  • Backwards Compatiable(向後相容性):過去 36 年的任何舊 MIDI 2.0 裝置還是能使用,而 MIDI 2.0 裝置還要能回退成 MIDI 1.0 模式運作。
  • Both:MIDI 2.0 也能強化 MIDI 1.0 的既有特色功能。

▲ MIDI-CI 解釋圖。(Source:MIDI

MIDI 2.0 最核心的是名為 MIDI-CI(MIDI 功能查詢,原文 MIDI Capability Inquiry)的新機制,有 3 個 P 功能:

  • Protocol Negotiation(通訊協定協商):當兩個 MIDI 裝置(含電腦軟硬體)連接起來(且通電)時,MIDI-CI 機制會先假設是雙向通訊,開始互相查詢對方及回應,如果協商失敗,就回退到安全的 MIDI 1.0 通訊協定。
  • Profile Configuration(配置設定):雙方是 MIDI 2.0 裝置的話,可自動設定 GM、鋼琴、管風琴、MPE、MSC 等。
  • Property Exchange(資產交換):這是 MIDI-CI 很重要的特色,裝置可回報連線的「對方」自己是什麼廠牌型號、有哪些音色(patch)、控制器對應、有哪些合成參數、MIDI 實做程度為何等,這使裝置連上 Windows、macOS、GNU/Linux、iOS 等系統甚至網頁瀏覽器的 DAW 軟體時,就能自動對應設定好,不像傳統使用者必須具備一定技術知識來手工設定,甚至得使用特定設定軟體。這種新機制讓軟硬體之間自行「交談」:「你有什麼?我有什麼,我們自己接一接吧。」

▲ MIDI-CI 概念的示範:兩台互連的合成器自動互相演奏設定(profile)。

註 1:MPE 是 MIDI Polyphonic Expression 標準的縮寫,是 MIDI 控制器的新標準,讓樂手有多維度方式來演奏。

▲ MPE 參考影片。

註 2:MSC 是 Midi Show Control 的縮寫,是等燈光聲響舞台自動控制的標準。

MIDI 2.0 關於音樂表現力的強化

MIDI 2.0 在訊息指令方面的進化有哪些東西?首先繼承自 MIDI 1.0 的部分有這些「升級」(也可轉譯回 MIDI 1.0 格式):

  • 力度(Velocity):MIDI 1.0 時代是 7 位元,力道變化的「刻度」是 0~127,MIDI 2.0 則是 16 位元,刻度範圍是 0~65535,更為細膩。
  • 多音、觸鍵後壓力、音高擠音控制(poly&Channel pressure,pitch bend):MIDI 1.0 時代精度也是只有 7 位元,MIDI 2.0 則是 32 位元,細膩度大增。
  • RPN / NRPN的音色參數:演奏時,RPN 或 NRPN 只能各自從 16,384 種之中挑出 4 種;MIDI 2.0 則可同時使用 16,384 個控制器(Register Controllers)或可指定的控制器(Assignable Controllers)。
  • Control Change Messages:相應的,控制 RPN 參數變化的 Control Change Message 也從 MIDI 1.0 的 7 位元升級到 32 位元。
註 3:RPN / NRPN 是音色控制參數,RPN 是標準的力道(velocity)、音量等;NRPN 是各家廠商能自行實做的非標準控制參數。

那 MIDI 2.0 訊息控制碼又有哪些新功能呢?

音色控制的技法(Articulation):比方說拉小提琴時是上弓?下弓?跳弓?用手指撥?各會發出不一樣的聲響效果,高品質的小提琴獨奏,真人小提琴手一次拉完展現出各種技法就 OK,但用 MIDI 1.0 表現時,一段小提琴獨奏旋律要分拆成好幾個 MIDI 軌,各指定不同演奏法的音色,分別錄製,才能呈現差強人意的獨奏;MIDI 2.0 新增了以下參數,使一個 MIDI 軌內就能展現一個樂器的各種技法:

    • 8 位元的 Articulation Types(音色技法類型)。
    • on / off:一個音符是否使用該技法。
    • Articulaiton Data:音色技法的資料,有 16 位元。

單一音符的高精度控制器(Extended Resolution Per-Note Controllers ):承襲 MIDI 1.0 配屬單一 MIDI 軌的控制器以外,MIDI 2.0 還有進階的單一音符控制器:

    • Extended Resolution Per-Note Registered Controllers:類似 RPN,有 256 個,資料精度是 32 位元。
    • Extended Resolution Per-Note 的 Assignable Controllers:類似 NRPN,有 256 個,資料精度是 32 位元。
    • Per-Note Pitch Bend Message:每個音符能有各自獨立的擠音控制,像是吉他等多弦複音樂器,就可以用 MIDI 完整表現,而不用像 MIDI 1.0 時代用多軌「模擬」。
    • Per-Note Management Message:屬於單一音符的管理訊息。

共存封包:一個 MIDI 訊息封包可同時包含 MIDI 1.0 與 2.0 的訊息,MIDI 2.0 的 3 種新式起始訊息不但對 MIDI 2.0 有影響,甚至也能替 MIDI 1.0 的裝置加上新功能。更進一步,MIDI 1.0 時代總共只有 16 軌;MIDI 2.0 則同時有 16 個群組/連接阜(groups / ports,後面單稱「群組」),每群組各有 16 軌,以群組為單位,可設定成 MIDI 1.0 或使用 MIDI 2.0 通訊模式,有巨大的彈性。

▲ MIDI 2.0 的群組讓 MIDI 1.0、2.0 裝置共存。(Source:MIDI

因此嶄新的 MIDI 控制器變成可能,MIDI 2.0 的小提琴、吉他、鼓等控制器,將可讓樂手以自然方式演奏,就錄下完整的音符、音色控制細節,例如:小提琴的上下弓、斷奏等技法;吉他的真實刷弦、不同弦演奏同音符(但音色不同)、不同弦做不同程度的擠音;單一鼓的不同敲打手法、打不同位置產生的不同音色,在一個 MIDI 軌就可處理。

MIDI 1.0 時代,編曲人要使出渾身解數,才能讓演奏出來的聲響不會假假的(俗稱很 MIDI),看起來 MIDI 2.0 可完美表現出世界上任何樂器了吧?不過目前 MIDI 2.0 也才只是發表草案,實在迫不及待落實的那一天呢。

(首圖來源:Unsplash

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