MIDI-клавиатура. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Музыканту

 Комментарии к статье

Характерная особенность описываемой здесь клавиатуры заключается в том, что выход у нее не звуковой, как в обычных ЭМИ, а выход цифрового музыкального интерфейса MIDI. К такой клавиатуре можно подключать различные музыкальные инструменты, если, конечно, они имеют вход этого интерфейса. Многие промышленные синтезаторы, например, серии PSS фирмы "Yamaha", имеют уменьшенные клавиатуры, не всегда удобные для игры, и MIDI-клавиатура с полноразмерными клавишами позволяет существенно расширить их исполнительские возможности. При этом, разумеется, никаких переделок или конструктивных доработок в инструменте делать не приходится - надо лишь соединить MIDI-кабелем клавиатуру с входом "MIDI IN" синтезатора и запрограммировать его на прием сигналов MIDI.

Предлагаемое устройство может также стать частью вашей домашней MIDI-студии или использоваться совместно со звуковыми модулями и сэмплерами в бесклавиатурном "Rack"-исполнении.

(нажмите для увеличения)

Цифровой музыкальный интерфейс MIDI, появившийся в 1982 г., позволил разделить исполнительскую (задающую) и звукогенерирующую (исполняющую) части музыкальных инструментов [1-3]. Передаваемая между ними информация имеет вид простых команд, единых для клавишных, грифовых, духовых и других ЭМИ. Команды отражают воздействие исполнителя на инструмент, например, "ВКЛЮЧИТЬ НОТУ", "ИЗМЕНИТЬ ПОЛОЖЕНИЕ РЕГУЛЯТОРА". Несмотря на то, что приемы и техника игры на инструментах различаются, команды MIDI универсальны, что позволяет соединять ЭМИ разных типов и получать при этом невиданные сочетания исполнительских и звуковых возможностей.

Задача исполнительских устройств - как можно более полно и правильно воспринять и передать самые тонкие оттенки музыкального исполнения. Современные клавиатуры ЭМИ называют динамическими, потому что они фиксируют не только сам факт нажатия клавиши, но и силу, либо скорость ее нажатия [5], что может влиять как на громкость звука, так и на его тембр - в зависимости от того, как запрограммирован ЭМИ. Более того, скорость нажатия может управлять включением звуковых эффектов и даже переключением тембров. Например, при "мягкой" игре инструмент звучит одним тембром, а при более "жесткой"-другим. Этим приемом часто пользуются в сэмплерных инструментах. Скажем, записывают в сэмплер звук фортепиано при сильном и слабом ударах по клавише, а затем звуки смешивают в пропорции, зависящей от скорости нажатия. Это позволяет имитировать динамический и тембровый диапазон натурального фортепиано и гибко управлять им во время игры.

Однако многие акустические инструменты имеют, по крайней мере, еще одну степень управления тембром. Грифовые, духовые инструменты позволяют в большой степени варьировать звук уже после взятия ноты. Игра на смычковых инструментах, на электрогитаре состоит в искусстве подтяжек, вибрато и других исполнительных эффектов на всем протяжении звучания ноты. А как заманчиво клавишнику использовать не автоматическое, а пальцевое, естественное и живое, "вибрато" либо оживить аккорд, введя модуляцию, не отрывая пальцев от клавиш) Чувствительная к нажатию (англ. touch-sensitive) клавиатура позволяет все это делать, поскольку измеряет силу давления пальцев музыканта на всем протяжении звучания ноты. Возможно, в будущем появятся клавиатуры, измеряющие силу давления на клавиши по всем трем направлениям - музыканты наверняка захотят все это использовать.

Конечно же, все измеряемые параметры должны передаваться по интерфейсу и управлять всеми подсоединенными ЭМИ. Для этого стандарт MIDI предоставляет средства, суть которых отображает приведенная здесь табл. 1. Команда "ВКЛЮЧИТЬ НОТУ" несет информацию о силе либо о скорости нажатия каждой клавиши клавиатуры. Все динамические клавиатуры измеряют и передают этот параметр в диапазоне от 0 (отсутствие звука) до 127 (фортиссимо). Аналогично команда "ВЫКЛЮЧИТЬ НОТУ" сообщаете скорости отпускания ноты. Немногие клавиатуры измеряют этот параметр, поэтому вместо нее часто используют команду "ВКЛЮЧИТЬ НОТУ" с нулевой скоростью, что не возбраняется стандартом MIDI. Команду "ДАВЛЕНИЕ НА КЛАВИШУ" передают лишь некоторые динамические клавиатуры- те, которые воспринимают давление пальцев музыканта на клавишу после взятия ноты. Команда "ПОЛОЖЕНИЕ КОЛЕСА" передается при вращении колеса изменения тона, если, конечно, оно есть.

Таблица 1

Команда (в hex-коде)	Байт статуса (n - номер канала)	Первый байт данных (0...7Fh)	Второй байт данных (0...7Fh)
ВКЛЮЧИТЬ НОТУ	9n	Номер ноты	Скорость нажатия (1...7Fh)
ВЫКЛЮЧИТЬ НОТУ	8n 9n	Номер ноты Номер ноты	Скорость отпускания Скорость=0
ДАВЛЕНИЕ НА КЛАВИШУ	0An	Номер ноты	Сила давления
ПОЛОЖЕНИЕ КОЛЕСА	0En	Младшие 7 бит	Старшие 7 бит
СМЕНА УПРАВЛЕНИЯ	0Bn	0 - регулятор 0 1 - регулятор 1 (колесо модуляции) * * * 1Fh - регулятор 31 20h - регулятор 0 21h - регулятор 1 (колесо модуляции) * * * 3Fh - регулятор 31 40h - выключатель 0 41h - выключатель 1 * * * 5Fh - выключатель 31	Старшие 7 бит Старшие 7 бит ----Старшие 7 бит Младшие 7 бит Младшие 7 бит ----Младшие 7 бит 0-выкл.,7Fh-вкл. 0-выкл.,7Fh-вкл. ---0-выкл.,7Fh-вкл.

Большая группа команд "СМЕНА УПРАВЛЕНИЯ" зарезервирована для любых, как дискретных, так и непрерывно действующих органов управления. Привязка конкретных переключателей и регуляторов к кодам передаваемых и принимаемых команд индивидуальна для каждого инструмента. К ним же относится и колесо модуляции, с помощью которого можно во время игры управлять эффектом вибрато.

Предлагаемая MIDI-клавиатура - простейшая . Она передает лишь две команды - "ВКЛЮЧИТЬ-ВЫКЛЮЧИТЬ НОТУ" в любом из шестнадцати MIDI-каналов. Поскольку клавиатура не динамическая, то скорость нажатия-отпускания передается всегда одинаковой - 63. Кроме того, каждые 300 мс передается команда "АКТИВНАЯ ПРОВЕРКА" (байт OFEh), иногда используемая для проверки электрического соединения MIDI.

Однокристальная микро-ЭВМ К1816ВЕ35 (DD6) позволила сильно упростить схемотехнику устройства. ПЗУ К537РФ5 (DS1) содержит коды программы, выполняемой микро-ЭВМ (табл.2). Пропуски в таблице могут быть заполнены любым кодом. Регистр К580ИР82 (DD7) служит для хранения младшей части адреса ПЗУ [4]. Сигнал на выходе "MIDI OUT" формируется программным путем, поэтому скорость передачи непосредственно зависит от частоты кварцевого резонатора ZQ1. Его частота может быть в пределах 8820...8990 кГц - вполне подойдет, например, используемый в декодерах PAL резонатор на частоту 8,86 МГц.

       Таблица 2
Адрес  0  1  2  3  4  5  6  7    8  9  a  b  c  d  e  f    К.С.
0000   23 ff 3а 00 00 00 00 00   00 00 00 00 00 00 00 00   5d5c
0010   00 00 00 00 00 00 00 00   00 00 00 00 34 80 bf 64   74d7
0020   bc 00 b8 20 bа 08 bb 08 	 f0 2c 39 2c 97 36 50 67   bc1e
0030   f6 b0 1с еb 29 а0 18 ea 	 26 ef 20 b9 fe 34 00 04   9f9c
0040   1e ff ff ff ff ff ff ff 	 ff ff ff ff ff ff ff ff   1e0f
0050   a7 67 e6 80 04 32 ff ff 	 ff ff ff ff ff ff ff ff   aca0
0080   2d b9 3f f1 03 90 a9 34 	 00 fc 03 24 a9 34 00 b9   8b3f
0090   3f 34 00 2d 04 32 ff ff 	 ff ff ff ff ff ff ff ff   d6cc
00b0   2d b9 3f f1 03 80 a9 34 	 00 fc 03 24 a9 34 00 b9   7b2f
00c0   3f 34 00 2d 04 32 ff ff 	 ff ff ff ff ff ff ff ff   d6cc
0100   23 00 3а f9 e7 e7 e7 e7 	 b9 08 00 00 00 00 00 00   b8b3
0110   00 00 00 00 3a 77 00 00   00 00 00 00 00 00 00 00   b1b1
0120   00 00 00 00 e9 14 23 ff 	 3а b9 0а е9 2b 83 ff ff   b7b1
0180   b8 3f b0 00 b8 20 b9 08   b0 00 18 e9 88 bb 10 fb   4a3f
0190   07 39 36 97 eb 8f 83 b8   3f a0 36 9a 83 ff ff ff   f9f1

Кнопка SB1 "Сброс" микро-ЭВМ служит для программирования номера канала MIDI. Контакты клавиатуры S1-S64, подключенные к мультиплексорам К155КП1 (DD1-DD4), опрашиваются последовательно для обнаружения нажатых клавиш. Выходы этих микросхем коммутирует мультиплексор К555КП2 (DD5). Состояние опрашиваемого контакта фиксируется на тестовом входе ТО (вывод 1) микро-ЭВМ DD6. Клавиатура питается от источника постоянного тока напряжением 5 В и, потребляемый ток - не более 0,5 А.

Печатная плата для устройства не разрабатывалась. Для уменьшения длины жгута мультиплексоры DD1-DD4 расположены непосредственно под клавиатурой. Вместо механических контактов S1-S64 можно применить герконы с магнитами, закрепленными на клавишах. Контакт S1 соответствует нижней клавише (нота До большой октавы), S64 - самой верхней. Разъем Х1, через который к MIDI- клавиатуре подключают MIDI- кабель - стандартная пятиштырьковая розетка СШ5 (DIN-5) с незадействованными контактами 1 и 3.

Микросхему К1816ВЕ35 можно заменить на К1816ВЕ39, К573РФ5 - на К573РФ2, а К555КП2 - на К555КП12. Мультиплексоры DD1-DD5 могут быть любыми аналогичными серий К133, К555, К533, К1533.

При заведомо исправных деталях и безошибочном монтаже клавиатура начинает работать сразу после включения питания. Если, однако, этого не произошло, в первую очередь проверьте наличие напряжения питания на всех микросхемах. Пользуясь осциллографом, понаблюдайте на выводе 11 микросхемы DD6 тактовые импульсы. Отсутствие колебаний- признак неправильной работы этой микросхемы или резонатора ZQ1.

Далее проводник вывода 1- микросхемы DD6 отключите от вывода 9 микросхемы DD5 и соедините его с общим проводом. К гнездам 5 и 4 разъема X1 подключите головные телефоны - в них должны прослушиваться щелчки с частотой около 3 Гц - это передаются байты OFEh "Активная проверка". Если их нет, значит неисправна одна из микросхем DD6, DD7 или DS1. Затем восстановите соединение выводов 1 и 9 микросхем DD6 и DD5. Теперь щелчки в телефонах должны быть слышны при каждом нажатии и отпускании клавиш. Если это не так, неисправность находится в узле микросхем DD1- DD5 либо среди контактов клавиатуры есть постоянно замкнутые.

Клавиатуру подключайте к инструменту в соответствии с рекомендациями, изложенными в [3]. При включении питания клавиатура автоматически настраивается на первый MIDI-канал. Для изменения номера канала нажмите на кнопку SB1 "Сброс" и, не отпуская ее, на клавишу с порядковым номером необходимого канала. Первой отпускайте кнопку, затем клавишу. После такой коммутации цепей устройства все команды будут передаваться по каналу с нужным номером.

Литература

1. Субботкин М. MIDI. - IN/OUT, 1992, N1, с.18.
2. Кудеев Ю. MIDI-оообщеяия. - IN/OUT, 1992, N 2, с.66, 67.
3. Студнев А. Что такое MIDI? - Радио, 1993, N 1, с.32, 33; N 2, c. 23-25.
4. Сташин В. В., Урусов А. В, Мологонцева О. Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
5. Кузнецов Л. А. Основы теории, конструирования, производства и ремонта электромузыкальных инструментов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

Автор: Алексей Студнев, г. Жуковский; Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Музыканту.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Кремний сохраняет проводимость при сверхнизких уровнях заряда 01.03.2020 Исследователи из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) придумали новый метод измерения мобильности заряженных частиц в кремнии, который если не перевернул, то значительно расширил представление о процессах переноса заряда в полупроводниках. Предложенный учеными метод позволил провести наиболее чувствительные измерения скорости движения электрического заряда в кремнии, а это показатель его эффективности в качестве полупроводника. Как следствие, новый метод позволит точнее оценить влияние на проводимость кремния тех или иных легирующих добавок и создаст основу для улучшения характеристик полупроводниковых приборов. Это шанс улучшить работу чипов практически даром только за счет лучшего понимания процессов. Провести тюнинг, если так можно выразиться. Традиционно подвижность электронов и дырок в кремнии измеряли методом Холла. Этот метод предполагает, что на образце кремния (полупроводника) распаиваются контакты для пропускания электрического тока. Недостатком этого способа является то, что в местах пайки образуются дефекты или появляются примеси, которые вносят искажения в результаты измерения. Для чистоты эксперимента ученые из NIST воспользовались бесконтактным методом. На образец кремния сначала подавался свет слабой интенсивности в виде сверхкоротких импульсов видимого света, а затем образец облучался импульсами излучения в дальнем инфракрасном или микроволновом диапазоне. Слабый видимый свет производил на кремний эффект фотолегирования: в слое кремния возникали заряженные частицы в виде электронов и дырок. Видимый свет, по понятным причинам, в толщу кремния проникнуть не мог. Именно для этого фотолегированный образец облучался терагерцевым излучением (в дальнем инфракрасном диапазоне), для которого кремний прозрачен. И чем больше в образце заряженных частиц, тем больше света проникает или поглощается образцом. При этом важно отметить, что для более точного измерения подвижности электронов в образце его толщина должна была быть довольно большой - до 1 мм. Это исключало влияние на измерения дефектов на поверхности образца. Однако, количество "внесенных" видимым светом электронов и дырок в образце должно было быть как можно меньше, чтобы понизить порог чувствительности при измерениях. Обычно для этого образец облучался одним фотоном, но в случае толстого образца один фотон выбивал в кремнии недостаточно заряженных частиц. Выход был найден в облучении образца двумя фотонами видимого света. После этого терагерцевое излучение свободно проходило через образец при минимальном числе заряженных частиц в объеме материала. По утверждению ученых, порог чувствительности удалось понизить в 10 раз со 100 трлн носителей заряда на см2 до 10 трлн. Как только порог чувствительности был понижен, выяснилось удивительное. Подвижность электронов в кремнии оказалась способна расти даже до весьма разреженного состояния носителей в материале, о чем раньше никто не подозревал. Собственно, сама подвижность оказалась на 50 % выше, чем считалось ранее. Для контрольной проверки подобный эксперимент был проведен с арсенидом галлия (GaAs), тоже светочувствительным полупроводником. Обнаружилось, что подвижность носителей заряда в этом материале продолжает расти по мере снижения их плотности. Измеренный новым методом предел плотности носителей оказался примерно в 100 раз ниже, чем до этого считалось. В далеком или не очень далеком будущем полупроводники смогут работать при очень низких уровнях заряда. По крайней мере, теоретический предел отодвинут достаточно далеко. Это и высокочувствительные солнечны панели, и однофотонные детекторы (привет квантовым компьютерам!), сверх энергоэффективная электроника и многое другое.

Другие интересные новости:

▪ Микро-сегвей Ninebot mini

▪ Недорогая технологи регулировки прозрачности окон

▪ Получение электричества с помощью тени

▪ У трудоголиков более упитанные дети

▪ Чума сделала людей долгожителям

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Защита электроаппаратуры. Подборка статей

▪ статья Было гладко на бумаге... Крылатое выражение

▪ статья Как лягушки выводятся из икры? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Aiwa. Справочник

▪ статья Устройство контроля вращения кулера (вентилятора, электродвигателя). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Превращение шара. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026