Musical Instrument Digital Interface

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Exemple de musique créé à partir de commandes MIDI.

Le Musical Instrument Digital Interface ou MIDI est un protocole de communication et un format de fichier dédiés à la musique, et utilisés pour la communication entre instruments électroniques, contrôleurs, séquenceurs, et logiciels de musique.

Apparu dans les années 1980 issu d'une volonté de l'industrie de normaliser les échanges entre les différents instruments, ce protocole est devenu aujourd'hui un standard très répandu dans le matériel électronique de musique.

Histoire[modifier | modifier le code]

La première démonstration publique a lieu lors du NAMM de 1983, entre un Jupiter-6 (de Roland) et un Prophet-600 (de Sequential Circuits), par leurs deux représentants et fondateurs, Ikutaro Kakehashi et Dave Smith. Dave Smith est un des concepteurs de la norme MIDI.

Lancé en 1985, l'ordinateur Atari ST est considéré comme la machine ayant popularisé la norme MIDI auprès du grand public, et plus particulièrement des musiciens, notamment en raison de ses prises MIDI intégrées et de la qualité de ses séquenceurs[1].

Connectique[modifier | modifier le code]

Connectique classique (DIN)[modifier | modifier le code]

Triplet classique de ports MIDI IN, OUT et THRU au format DIN 5 broches.

La liaison classique définie par la norme est une connexion série symétrique à 31,25 kbit/s, transmise via des connecteurs DIN de type 5 broches 180°. La liaison est unidirectionnelle, donc deux connectiques distinctes sont nécessaires pour l'entrée (notée MIDI IN) et la sortie (notée MIDI OUT). Les appareils connectés sont isolés par un photocoupleur[2].

MIDI IN OUT schematic.svg

Le protocole MIDI permet à un contrôleur maître de commander plusieurs instruments, qui doivent alors être branchés en réseau. Il existe pour cela des appareils d'interconnexion intermédiaires permettant des formes de réseaux variées. Dans la pratique, les instruments sont souvent branchés en cascade (réseau linéaire type daisy-chain), les appareils MIDI possédant généralement une sortie dupliquant ce qui a été reçu. Cette sortie peut être la prise MIDI OUT si elle duplique ce que l'appareil reçoit en MIDI IN, ou sinon une prise particulière, notée MIDI THRU[3], permettant de récupérer une copie directe du MIDI IN, sans modification ni temps de latence induite par les traitements internes. Le signal THRU est cependant déformé à travers un photocoupleur, déformation qui peut devenir problématique dans le cas d'une chaîne comportant plusieurs copies MIDI THRU successives[2].

Autres connectiques[modifier | modifier le code]

Diverses interfaces permettent d'échanger des messages MIDI à travers de nombreuses technologies (USB, Firewire, Ethernet, Bluetoothetc.)[4] .

Les anciennes cartes son possédant un connecteur DB15 femelle (interface « joystick » analogique) peuvent gérer les signaux MIDI grâce à la norme MPU-401.

Depuis les années 2000, l'USB se généralise sur les ordinateurs, et les appareils dédiés à la MAO se voient munis de port USB Type-B. L'ordinateur et l'appareil MIDI peuvent alors échanger des messages MIDI de manière native si l'appareil respecte le standard Class Compliant[4].

Il existe également des connexions purement logicielles (par exemple JACK) pour relier des instruments virtuels.

Messages MIDI[modifier | modifier le code]

Le protocole MIDI ne transmet pas de signal audio, mais uniquement des messages de commandes.

Les informations sont codées de manière numérique, à une vitesse de 31 250 bauds sur un bus MIDI. Chaque octet transmis est précédé d'un bit de start et suivi d'un bit de stop, soit au total 10 bits transmis.

La plupart des messages contiennent un identifiant de canal, cela donne la possibilité de multiplexer 16 canaux pour commander plusieurs instruments distinctement à travers un même câble.

Notes de musique[modifier | modifier le code]

Correspondance entre les notes et le code MIDI associés.

Le protocole définit les messages note-on et note-off pour déclencher et arrêter chaque note. Une vélocité est associée à chaque note, permettant d'indiquer si la note est plus ou moins jouée fortement.

Les notes de l'échelle chromatique sont représentées par un nombre entier codé sur 7 bits[5], permettant de coder plus de 10 octaves : du C-1[N 1] (note 0) au G9[N 2] (note 127) avec une résolution d’un demi-ton. Les hauteurs de notes intermédiaires peuvent être atteintes au moyen du message pitch-bend.

Le MIDI peut être utilisé pour jouer des gammes non tempérées. Aucune standardisation n’existe pour l’instant ; cependant certains constructeurs d’instruments MIDI proposent des fonctions microtonales plus ou moins développées à l’aide de messages propriétaires que l’on peut enregistrer et transmettre avec les messages système exclusif (SysEx).

Commandes de modulation[modifier | modifier le code]

La modulation de la hauteurs (du type bend) se commande grâce à un message dédié appelé pitch-bend.

Grâce au message control change, le protocole permet de commander 128 paramètres de jeu (comme le volume, l'intensité du souffle, le réglage d'effetsetc.)[6] avec une résolution de 0 à 127.

La norme recommande une correspondance entre plusieurs paramètres courants et une partie des 128 numéros de control change[7]. Dans les faits, même si la correspondance varie suivant le matériel[N 3], les paramètres les plus importants sont respectés[8], notamment :

Certain control change sont destinés à des commandes plus techniques. Par exemple :

  • La sélection de banque de son (#0 et #32) ;
  • L'arrêt de toute note (#123) ;
  • L'accès à des paramètres supplémentaires RPN et NRPN (#98 à #101).

Changement de programme[modifier | modifier le code]

Le message program change permet de sélectionner une sonorité pré-programmée dans une banque de sons.

Le standard MIDI ne spécifiant pas quel numéro de program change (de 0 à 127) correspond à quelle sonorité d’instrument, une extension du protocole appelée General MIDI propose une correspondance normalisée. En informatique, elle a un certain succès, mais pas tellement en musique proprement dite.

MS Windows version 3 était livré avec une application MIDI mapper permettant de changer à la volée des numéros de canaux afin d’harmoniser des instruments n’étant pas au standard General Midi.

Le General MIDI connaîtra à son tour deux extensions : le GS de Roland et le XG de Yamaha. Ces 2 extensions sont propriétaires à leur fabricant et permettent d’ajouter des effets supplémentaires aux séquences MIDI ou de choisir des sons alternatifs à ceux proposés de base en General MIDI. Les appareils estampillés GS ou XG sont compatibles General MIDI.

En 1999, la version 2 du General MIDI est officiellement lancée, augmentant le nombre de sons et de contrôles. Elle reste compatible avec la version 1.

Synchronisation[modifier | modifier le code]

Le protocole permet de synchroniser le tempo des appareils, dit esclaves, à une horloge maitre. Pour cela le maître envoie sur le bus MIDI un message MIDI clock régulièrement au rythme de 24 messages par noire[3].

Les appareils esclaves écoutent ces tops de synchronisation pour adapter leur vitesse. Ceci permet, d'exécuter plus ou moins rapidement une séquence mémorisée par exemple sur un séquenceur matériel en changeant la valeur de l'horloge dans le maître.

Il faut configurer physiquement chaque instrument midi qui gère le temps de sorte à n'avoir sur un bus MIDI, qu'un seul maître émettant les tops d'horloge. Si cette règle n'est pas respectée, les instruments répondront soit de manière chaotique soit resteront bloqués.

Des messages de navigation (Start, Stop, Continue, et Song Position Pointer) permettent aux différents appareils d'arrêter puis reprendre une séquence ensemble[5].

Contrôleur MIDI[modifier | modifier le code]

Un contrôleurs MIDI est un appareil que le musicien manipule pour générer des signaux MIDI. Ce n'est pas un périphérique de synthèse ni de traitement du son, mais uniquement une interface physique produisant des données MIDI.

Leurs formes peuvent être très variées, du simple clavier à la harpe laser. Ils sont appréciés pour leur utilisation intuitive.

Les événements sortant par un port MIDI OUT peuvent commander un instrument, ou être enregistrés dans un séquenceur ou un logiciel d'écriture de partition.

Clavier maître[modifier | modifier le code]

Clavier maître.

Le clavier maître permet de générer une séquence de notes MIDI en jouant sur un clavier semblable à celui d'un piano. Il n'émet donc pas de son tout seul, mais sert à commander un expandeur ou un synthétiseur.

Différentes caractéristiques correspondent à des utilisations spécifiques : le nombre d'octave, un toucher lourd (pour s'approcher du toucher d'un piano), ou posséder les fonctions de vélocité et de sensibilité à la pression (after-touch). Il peut également permettre la division du clavier (split) en plusieurs portions pouvant envoyer chacune les commandes MIDI sur des canaux différents.

Deux molettes sont souvent présentes sur un clavier maître, une pour jouer le pitch bend et l'autre pour doser une modulation.

Surface de contrôle[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Surface de contrôle.
Surface de contrôle disposant de 16 pads, 8 potard, et 4 faders.

Les surfaces de contrôles sont des appareils munis de nombreux boutons de réglages de formes variées (faders, potentiomètres, encodeurs, interrupteursetc.) et servent à commander divers paramètres.

Ces contrôleurs peuvent être munis de pads, c'est-à-dire de surfaces carrées, parfois lumineuses, sensible à la frappe. Ces pads peuvent être capable de mesurer la vélocité et la pression. Un pad est typiquement utilisés dans le domaine musical pour déclencher des samples ou des boucles.

La forme simule parfois l'aspect de matériel audio réel. La surface de contrôle Behringer BCF2000 par exemple, munie de faders motorisés, a l'aspect d'une table de mixage.

Pédalier MIDI[modifier | modifier le code]

Les pédaliers MIDI (à ne pas confondre avec les pédales d'effets) permettent de moduler le son d’un instrument MIDI avec le pied. Ces contrôleurs sont utilisés  :

  • comme pédale d’expression pour contrôler le son rendu avec un clavier MIDI (pédale de volume, sustain) ;
  • pour sélectionner différents patchs lors d’une représentation live.

Convertisseur MIDI[modifier | modifier le code]

On trouve aussi des convertisseurs MIDI pour beaucoup d'instruments de musique (trompette, accordéon, guitare, etc.). Cela permet, par exemple, de jouer un son de piano à l'aide d'une guitare, ou encore du synthétiseur avec une trompette.

Ils sont constitués de capteurs physiques adaptés à l'instrument utilisé et d'une logique électronique qui transforme les notes jouées par le musicien (événements) en une séquence de messages Midi récupérables via le port Midi OUT de l'instrument (câble, connecteur...).

Format de fichier MIDI[modifier | modifier le code]

Le format de fichier SMF (pour Standard MIDI File) a été défini en 1987[3], pour stocker les commandes MIDI sur disquettes en y ajoutant des informations temporelles.

Il se reconnait à l’extension .mid ou .midi.

Il y a 3 formats différents de fichiers MIDI :

  • 0 : une seule piste contenant les messages des 16 canaux ;
  • 1 : plusieurs pistes jouées simultanément ;
  • 2 : plusieurs pistes jouées séquentiellement (rarement utilisé).

Les fichiers sont le plus souvent de type « 1 », car il est plus pratique de séparer les pistes, mais certains synthétiseurs ne supportent que le format 0.

Utilisation[modifier | modifier le code]

On peut créer les fichiers soit en connectant un contrôleur MIDI à l’ordinateur, soit à l’aide d’un logiciel séquenceur ou d'écriture de partition.

De nombreux logiciels de lecture (libres ou propriétaires) des séquences MIDI (Timidity++, Rosegarden, QuickTime, Alsa, Jack, etc.), s'appuyant sur une banque General MIDI en général intégrée au système d’exploitation. Ne contenant pas de donnée audio, ces fichiers ont l'avantage d'être très compacts.

Les fichiers MIDI-KARAOKE portent l’extension .kar au lieu de .mid, mais ce sont de véritables fichiers MIDI avec une piste karaoké contenant des paroles que certains matériels/logiciels sont capables d’afficher de manière défilante et synchronisée avec la musique. Ils sont reconnus par les logiciels propriétaires QuickTime d’Apple et vanBasco's Karaoke Player, ou par les logiciels libres Kmid et PyKaraoke par exemple.

Limitations et alternatives[modifier | modifier le code]

Il existe une norme spécifiquement développée pour piloter les orgues à tuyaux et les orgues numériques en tenant compte des spécificités de l’orgue (jeux multiples sur le même canal), c’est la norme POMI pour Pipe Organ Midi Interface.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

(en) Site officiel

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Le C-1 est situé 5 octaves en dessous du C4 situé sous la partition en clé de sol, soit 8,175 Hz.
  2. Le G9 correspond au sol 5 octaves au-dessus du sol moyen soit 12 557 Hz.
  3. Le constructeur fournit alors un tableau de correspondance (souvent appelé « MIDI implementation chart » en anglais).

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « 25 Products That Changed Recording », sur soundonsound.com, (consulté le 22 février 2016)
  2. a et b (en) « MIDI DIN Electrical Specification », sur www.midi.org (consulté le 5 janvier 2017)
  3. a, b et c Dictionnaire encyclopédique du son, Dunod, (ISBN 978-2-10-053674-0)
  4. a et b (en) « Basics of USB-MIDI », sur www.midi.org (consulté le 21 juillet 2017)
  5. a et b (en) « Table 1 - Summary of MIDI Messages », sur midi.org (consulté le 20 février 2016)
  6. « Le MIDI : les Midi control change », sur Audiofanzine (consulté le 22 février 2016)
  7. (en) « Table 3 - Control Change Messages (Data Bytes) », sur www.midi.org (consulté le 22 février 2016)
  8. (en) « MIDI continuous controllers », sur Norton Music (consulté le 14 septembre 2016)