6.4 Audio im Computer - MIDI-gesteuerte Klangerzeugung

6.4.1 Computer und Soundkarten

Aufgrund fehlender Normierungen und unterschiedlichster Ansprüche gibt es verschiedenste Soundkarten, die nicht miteinander kompatibel sind und spezielle Eigenheiten besitzen, speziell auf dem oft normproblematischen IBM-kompatiblen PC-Markt. Die Funktionsweise von Soundkarten ist jedoch prinzipiell identisch: Im Computer befindet sich eine gesonderte Soundkarte (wobei allerdings auch On-Board-Soundchips in Zukunft eine wichtigere Rolle spielen könnten), die entweder über interne Formate oder über standardisierte MIDI-Daten angesprochen wird. Aufgrund der Wichtigkeit, der weiten Verbreitung und der großen Menge der Bearbeitungsprogramme soll hier auf die MIDI-gesteuerte Klangerzeugung näher eingegangen werden. Die Art, wie die Klänge erzeugt werden, spielt dabei keine weitere Rolle; es können Wavetables, FM- oder andere Syntheseverfahren gleichberechtigt benutzt werden.

  
6.4.2 MIDI

Da es für Keyboarder ein großer Wunsch war, mit einer Tastatur und einer Kontrolleinheit alle Keyboards bedienen zu können, wurde 1983 das Musical Instrument Digital Interface (MIDI) spezifiziert. Die großen Firmen der Musikindustrie (mehr als 10 Hersteller) stellten eine einheitliche Schnittstelle mit einem standardisierten Übertragungsprotokoll vor: MIDI ist eine serielle Schnittstelle mit 31.25 kBit/s, über die externe Klangerzeuger mit beliegem Syntheseverfahren angesprochen werden. [Str91]

Folgende Daten können vermittelt werden:

• Taste mit einer bestimmten Geschwindigkeit drücken oder loslassen
• Pedal
• Controllerdaten (Daten, die den Sound verändern) wie z.B. Pitch-bend (Tonhöhenveränderung)
• Soundwechsel
• System-exklusive Daten, die die Soundprogrammierung des spezifischen Klangerzeugers verändern
• Stimmung des Instruments
• Synchronisationsmarken (MIDI-Clock)

Drei Anschlüsse an Midi-Geräten sind möglich: IN empfängt Informationen, OUT sendet Informationen und THRU leitet die Informationen des IN weiter; damit können Geräte in Reihe geschaltet und mit einem Gerät alle anderen kontrolliert werden. MIDI hat 16 Kanäle zur Verfügung, womit einzelne Klangerzeuger unterschieden werden können. Zum Aufnehmen, Bearbeiten und Abspielen von MIDI-Daten wurden Sequenzer entwickelt: Geräte, die die Daten in geeigneter Form verwalten konnten. Mittlerweile haben sich Sequenzerprogramme für die verschiedenen Computersysteme durchgesetzt, so gab es beispielsweise im Atari ST schon ab Werk eine eingebaute MIDI-Schnittstelle. Der MIDI-Standard hat einige Erweiterungen erfahren [Unk89b]:

• Midi-Sample-Dump (1985): Die einheitliche Übertragung von Sampledaten über MIDI wird ermöglicht.
• Midi-File-Format (1988): Daten (insbesondere MIDI-Songs^6.3) lassen sich zwischen verschiedenen Sequenzern austauschen.
• General Midi (GM): Die Idee ist, einmal erzeugte Songs mit jedem beliebigen Soundmodul^6.4 abspielen zu können. Das Soundmodul muß dazu folgende Eigenschaften besitzen: mindestens 24 Stimmen, festgelegte Klangspeicher (z.B. Klavier liegt auf Nummer 1, Geige auf Nummer 10, etc.), auf allen 16 Kanälen müssen unterschiedliche Sounds gleichzeitig zur Verfügung stehen.

Quasi gleichzeitig mit der Einführung von MIDI erschien die erste MIDI-Schnittstelle für den Commodore C64 auf dem Markt. Beigelegt war ein einfaches Sequenzerprogramm, mit dem MIDI-Daten aufnehm- und abspielbar waren. Aufgrund des begrenzten Speichers und der Rechengeschwindigkeit, die nur eine geringe Auflösung der Aufnahmen zuließ, wechselten viele Anwender schnell auf andere Rechnersysteme wie Apple, Atari oder PC. Heutzutage enthält ein typischer Sequenzer eine graphische Benutzeroberfläche, mehrere Editoren für Noten, Schlagzeugnoten, Controllerdaten, gerätespezifische Parameter (System-Exlusive Daten), etc. Auf der Datenmenge können eine Anzahl arithmetischer und logischer Operationen durchgeführt werden. Eine wichtige Funktion ist das Quantisieren: Hierbei wird versucht, das oft ungenaue Timing der eingespielten Noten zu korrigieren. Über die Noten wird ein Zeitraster gelegt, in das die Zeitwerte naheliegendst eingepaßt werden. Heute muß dem Computer noch der Zeitwert, auf dem quantisiert werden soll (die Größe des Rasters), vorgeben werden (Viertel, Achtel, Sechzehntel, Triolen, etc.). Es ist also nicht möglich, Viertel und Triolen in einem Arbeitsgang zu quantisieren. Auch kann sich die Maschine noch nicht an das Tempo des Musikers anpassen. Der Musiker kann also Tempo und Tempoänderungen nur am Computer eingeben und sich danach richten. Durch die gute Übersicht über die Songstruktur und Cut-And-Paste-Funktionen lassen sich komplette Songs in kurzer Zeit erstellen. Viele Anwender wünschten sich eine Möglichkeit, ihre Noten auch auszudrucken - selbstverständlich mit Dynamik und Tempozeichen -, ebenso die Möglichkeit, die Noten mit Text zu unterlegen. War das auf dem C64 noch nicht zufriedenstellend zu lösen, so sind die heutigen Sequenzer in der Lage, die meisten Anforderungen an ein Notenbild komfortabel zu erfüllen. Der Trend geht dahin, daß der Computer als zentrales Kontrollorgan den gesamten Produktionsprozeß im Aufnahmestudio steuert. Zusätzlich zur Kontrolle über die Klangerzeuger und Sequenzerdaten lassen sich auch Funktionen des Mischpults, der Effektgeräte und der Mehrspurmaschinen übernehmen. Wird über MIDI nun die Soundkarte eines Computers angesprochen, werden die zahlreichen Möglichkeiten, die sich für Studio- und Homerecording-Aufnahmen anbieten, bei weitem nicht ausgenutzt, da die Anforderungen in der Regel nur den Bereich der Musikeinspielung umfassen. Der entscheidende Vorteil gegenüber Sampling liegt in dem minimalen Datenaufwand. So lassen sich mit wenigen hundert kByte ganze Stücke einspielen, was einem sehr kurzen 16 bit-Sample entspricht. Somit ist es bei speicherplatzkritischen Produktionen vorteilhaft, über MIDI die Soundkarte anzusprechen. Da es mittlerweile oft keine so großen Probleme mehr bezüglich des Speicherplatzes gibt (speziell durch den großen Aufschwung der CD-ROM), ist der Einsatz auch von durchgängigen Samples in zunehmendem Maße durch die vergleichsweise uneingeschränkten Soundmöglichkeiten gerechtfertigt. Häufig werden beide Verfahren kombiniert, z.B. werden in vielen Spielen die Hintergrundmusik von der Soundkarte erzeugt und die realistischeren (kürzeren) Effekte als Samples abgerufen.