MIDI-клавиатура

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.

(щелкните по схеме чтобы ее увеличить)

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

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

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
РАДИО N 11, 1993 г.
http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.