Konesoitto kertoo mitä on MIDI

Miten yli 30 vuotta vanha teknologia voi edelleen olla käytössä lähes kaikessa digitaalisessa musisoinnissa? Se on osoitus MIDI-standardin kestävästä vetovoimasta – se täytti aikanaan suuren tarpeen saada soittokoneet juttelemaan keskenään. Haastajiakin on vuosien varrella ilmaantunut, mutta MIDI on edelleen kaiken ytimessä, vaikka kaapelit ja liittimet vaihtuvat tai katoavat kokonaan. Konesoitto kertoo nyt mistä MIDI:ssä on kysymys.

Vuonna 1983

MIDI eli Musical Instrument Digital Interface on usean syntesoijavalmistajan yhteistyönä kehitetty protokolla soittimien ohjaamiseen. Se esiteltiin vuonna 1983 NAMM-messuilla, ja herätti heti suurta kiinnostusta. Pian nekin syntesoijavalmistajat, jotka eivät olleet alkujaan mukana MIDI-protokollan kehittämisessä, varustivat laitteensa MIDI-liitännöillä, ja tie kovaa vauhtia digitalisoituvissa huippustudioissa tallennetuille sadoille kasarihiteille oli siloiteltu.

Jo kultaisella 1980-luvulla oli saatavana tietokoneeseen kytkettäviä MIDI-liitäntäbokseja, kuten Roland MPU-401, joiden kautta voi ohjata useita syntesoijia samaan aikaan. MIDI-protokolla mahdollistaa monen musiikkilaitteen kytkemisen ketjuksi, jossa laitteet tunnistavat tietyllä kanavalla kulkevan ohjaussignaalin. Kytkentä tapahtuu MIDI-kaapeleilla, joissa signaali kulkee sarjamuotoisena. Sitä mukaa kun tietokoneella toimivat virtuaali-instrumentit ovat yleistyneet on perinteisten suurikokoisten syntesoijien käyttö vähentynyt.

Itse aloitin MIDI-hommat vuonna 1991 käyttämällä Roland MPU-401 -liitäntälaitetta, jonka olen, harmillista kyllä, myynyt pois jo kauan sitten. Toisaalta, eipä ole enää PC-tietokonettakaan johon sen kytkisi. Ensimmäiset MIDI-kappaleet tuli tehtyä MS-DOS:ia käyttävällä PC:llä ja Cakewalk 3.0 -ohjelmalla. Cakewalkista tuli sittemmin SONAR, ja siitä on juuri äskettäin (joulukuussa 2016) tullut uusi ja edullinen SONAR Home Studio -versio Windowsille.

Vielä nörtimmäksi menee: Cakewalkissa oli aikanaan CAL-niminen ohjelmointikieli eli Cakewalk Application Language, joka oli silkkaa LISP:iä. Silloin en ihan tajunnut sen nerokkuutta, mutta sittemmin olen oppinut arvostamaan sitä, sekä Audacity-ohjelmasta löytyvää Nyquist-kieltä.

Kokonaisuudessaan MIDI on itse asiassa sekä ohjauskäskyjen joukko että kaapeleissa kulkevan sähköisen signaalimuodon määritys. Modernissa digitaalisessa studiossa kuitenkin käytetään lähes pelkästään MIDI-ohjauskäskyjä, jotka kulkevat USB-kaapelia pitkin tai jopa johdottoman verkkoyhteyden (Wi-Fi tai Bluetooth) kautta. Esimerkiksi tyypillinen pienikokoinen kontrollerikoskettimisto (kuten Konesoiton vakiovaruste Alesis Q25) muuntaa koskettimiensa painallukset MIDI-ohjauskäskyiksi, jotka välittyvät tietokoneelle USB-liitännän kautta. Monissa tietokoneen äänilaitteissa on silti vielä perinteinen MIDI-liitäntä hieman vanhempien syntesoijien kytkemiseen.

Steinberg UR22 on moderni äänilaite, mutta sen takapaneelista löytyvät silti MIDI IN- ja MIDI OUT -liitännät.

Jo ennen MIDI-protokollaa analogiset syntesoijat (kuten Moog- ja ARP-merkkiset) sekä sekvensserit oli saatu juttelemaan keskenään käyttämällä jänniteohjausta, mutta yhteisten määritysten puute ja analogisten laitteiden jännitevaihtelut hankaloittivat toimintaa. Jo ennen MIDI:ä oli joitakin valmistajien omia digitaalisia ohjausjärjestelmiä, mutta vasta MIDI-määritys laittoi kaikki samalle viivalle ja käytännössä lähes takasi yhteensopivuuden. Standardeja on tietoteknologiankin alalla monenlaisia, mutta MIDI on osoittautunut yhdeksi parhaiten suunnitelluista.

Käskyjä, ei ääntä

Yksi MIDI:n keskeisistä ideoista, ja syy siihen miksi se oli kaikille syntesoijavalmistajille niin helppo toteuttaa, oli lähettää pelkkiä ohjauskäskyjä varsinaisen äänen sijasta. Aikanaan 1980-luvulla ei voinut käytännössä ajatellakaan, että musiikillista ääntä saataisiin toimitettua kaapelin kautta, koska tekniset vaatimukset sille olivat paljon kovemmat kuin tavalliselle puhelinverkolle. Sen sijaan MIDI-yhteensopivat laitteet tuottavat äänen itse, ja MIDI-ohjauskäskyillä kerrotaan miten ne sen tekevät.

MIDI-ohjauskäskyjä on kahdenlaisia: toiset välittävät nuotteja, toiset taas kontrolleritietoa. Ajatellaanpa perinteistä syntesoijan koskettimistoa, johon kuuluu lisäksi kaksi rullamaista ohjainta: säveltaivutuspyörä (pitch bend wheel) ja modulaatiopyörä (modulation wheel). Jokaiselle valkoiselle tai mustalle koskettimelle on annettu oma nuottinumeronsa, jotka on määritelty MIDI-standardissa. Kun kosketinta painetaan, laite rekisteröi tämän nuottinumeron. Useimmat koskettimistot myös tunnistavat painalluksen voimakkuuden (englanniksi velocity eli vauhti tai nopeus). Laitteen sisältämä pieni tietokone koodaa nämä tiedot MIDI-sanomaksi ja lähettää sen MIDI OUT -liitännästä ulos.

Kun koskettimisto on nykyiseen tapaan kytketty tietokoneeseen USB-liitännällä, tietokoneessa oleva MIDI-laiteajuri purkaa saapuneen sanoman. Mikäli käynnissä on myös sopiva musiikkiohjelma, joka on asetettu kuuntelemaan juuri tuon MIDI-laitteen sanomia, koskettimen painallukseen liittyvän sanoman puretaan jälleen nuotiksi, ja sillä saadaan haluttu virtuaali-instrumentti soittamaan tuon nuotin mukainen ääni. Todellisuus on hieman monimutkaisempi, sillä nuottia kohden noita MIDI-sanomia on itse asiassa kaksi – Note On ja Note Off.

Kontrollitieto puolestaan tarkoittaa esimerkiksi säveltaivutuspyörän liikettä, tai MIDI-puhallinsoittimissa vaikkapa puhallusvoimakkuutta. MIDI-standardi määrittelee kymmeniä eri kontrollereita eri tarkoituksiin – pedaaleita, efektejä, äänenvoimakkuutta, kanavatasapainoa ja paljon muita äänentuoton parametreja voidaan välittää kontrollitietona.

MIDI Monitor -ohjelmalla voi seurata MIDI-viestien kulkua.

Kuten nuottitietokin, kontrollerit välittyvät MIDI-sanomina. Lähettävän laitteen vastuulla on koodata sanomat oikein, ja vastaanottavan pään puolestaan purkaa ne. Tämän vuoksi laitteessa, joka on saanut kunnian käyttää MIDI-logoa, on yleensä mukana yksityiskohtainen MIDI-toteutusdokumentti, josta käy ilmi tarkemmat tiedot sen lähettämistä sanomista. MIDI-standardissa on jonkin verran liikkumavaraa, mutta yhteensopivuuden säilyttämiseksi perusasioissa ei laitevalmistajien ole ollut tapana sooloilla.

MIDI-kanavaopas

MIDI-standardin mukaan nuotti- ja kontrolleritietoa voi välittää 16 eri kanavalla. Näin on mahdollista ohjata vaikka 16 eri syntesoijaa samanaikaisesti käyttäen yhtä MIDI-liitäntää. Tällöin oli tarpeellista säätää kukin laite kuuntelemaan eri MIDI-kanavaa, jotta kukin laite poimisi signaalista oman kanavansa sanomat ja jättäisi muut silleen. Käytännössä nykyisillä virtuaali-instrumenteilla ja musiikkiohjelmilla ei MIDI-kanaviin tarvitse kiinnittää lainkaan niin paljon huomiota kuin aiemmin, kun useita syntesoijia kytkettiin ketjuun. Rumpukoneille vakiintui historiallisista syistä kanava 10.

Yksittäinenkin syntesoija voi hyötyä erillisistä MIDI-kanavista, mikäli laite on suunnittelultaan moniäänikertainen eli multitimbraalinen. Tällöin saman syntesoijan eri äänentuottomoduuleja voi ohjata erikseen käyttämällä MIDI-kanavia. Tämmöisessä käytössä MIDI-protokollan edut alkavat tulla esiin: kukaan ei varmasti pysty samaan aikaan soittamaan sekä rumpuosuuksia, pianoa että bassoa syntesoijalla, mutta laite voi toistaa valmiiksi ohjelmoidut osuudet kerrasta toiseen täsmälleen samanlaisena.

Useita MIDI-kanavia käytettäessä saattavat syntesoijan rajoitukset tulla vastaan vanhemmissa syntesoijissa. Laite pystyy tuottamaan vain tietyn määrän samanaikaisia ääniä, kunnes mikroprosessori hyytyy kuorman alla. Tässä yhteydessä puhutaan usein polyfoniasta: esimerkiksi ”32-note polyphony” tarkoittaa, että syntesoija pystyy tuottamaan 32 samanaikaista ääntä. Mikäli MIDI-sanomilla pommitetaan laitetta erityisen tiheään tahtiin, jotkut nuotit saattavat katketa kesken tai jäädä kokonaan kuulumatta. Tietokoneen virtuaali-instrumenteissa ei tällaisia rajoituksia yleensä enää ole, koska nykytietokoneissa riittää laskentatehoa aivan toisella tavalla. Monet virtuaali-instrumentit eivät kuitenkaan ole samalla lailla multitimbraalisia kuin syntesoijalaitteet, vaan niitä voi musiikkiohjelmassa käyttää niin monta kappaletta (eli ”instanssia”) kuin on tarpeen, kunnes tietokoneen suorituskyvyn rajat tulevat vastaan.

Syntesoija voi tietenkin tuottaa millaista ääntä tahansa, joten MIDI-sanomia lähettäessä ei voi välttämättä olla varma siitä kuulostaako lopputulos lainkaan halutulta. Tämä koettiin jonkinlaiseksi ongelmaksi 1990-luvulla, ja sen ratkaisemiseen kehitettiin uusi standardi nimeltä General MIDI , joka määrittelee 128 yleisintä soitinääntä sekä MIDI-tiedostojen tallennusmuodon. General MIDI eli GM pyrkii siihen, että jos MIDI-sekvenssin tekijä on tarkoittanut jossain kuuluvaksi pianon äänen, niin vastaanottava pää osaa valita siihen kohtaan juuri pianon äänen, eikä esimerkiksi rumpusettiä tai trumpettia.

MIDI-musiikkitiedostoja on saatavana netistä Standard MIDI File -muodossa. Näitä tiedostoja voi tuoda omaan musiikkiohjelmaansa, mutta jotta ne soisivat kunnolla, on syytä olla käytössä General MIDI -äänikertoja ymmärtävä syntesoija (perinteinen tai virtuaalinen).

MIDI ei kuole koskaan

MIDI-standardi on osoittanut käyttökelpoisuutensa, ja siitä on tullut harvinaisen pitkäikäinen teknologia-alan määritys. Vain Internetin tietoliikenneprotokollat, kuten TCP/IP, ovat vielä vanhempia edelleen käytössä olevia. MIDI:ssä on toki omat puutteensa, mutta sitä on myös pystytty modernisoimaan niin paljon, että sille ei ole syntynyt korvaajaa.

Open Sound Control eli OSC on varteenotettavin vaihtoehto MIDI:lle, mutta sen kehitys perustuu akateemiseen rahoitukseen, jonka puutteessa se on jäänyt hieman kesannolle. Kyseessä on erityisesti tietoverkkoympäristöön paremmin soveltuva ohjausprotokolla, jolla voi kytkeä yhteen syntesoijia ja tietokoneita paljolti kuten MIDI:lläkin, mutta mitään erityistä etua tai parannusta MIDI:in verrattuna sillä ei verkottuvuuden lisäksi ole.

Aivan äskettäin on nimenomaan livetilanteessa tarvittavaan syntesoijien kytkemiseen tullut myös uusi ratkaisu, Ableton Link, joka on Live-ohjelmastaan tutun saksalaisen Abletonin kehittämä synkronointiprotokolla. Sen tarkoituksena on pitää samaan sessioon samassa Wi-Fi-verkossa liittyvät soittimet samassa tahdissa, vaikka soittimia tulee ja lähtee lennossa. Monet iOS-musiikkisovellukset ovat jo Link-yhteensopivia, mutta sekään ei horjuta MIDI:n asemaa sadoissa tai jopa tuhansissa syntesoijissa, efekteissä, koskettimistoissa ja kontrollereissa.

HUOM! Tässä artikkelissa ei ole kuvitusta – vielä. Halusin saada sen viimein julkaistua, joten sopivia kuvituskuvia tulee ehkä hieman myöhemmin.