MIDI significa Musical Instrument Digital Interface ou Interface Digital para Instrumentos Musicais. Trata-se de um meio de simples de se interligar o computador a um instrumento musical eletrônico ou instrumentos musicais a uma unidade mestre, com a troca de informações na forma digital. Neste artigo vamos explicar de maneira simples como funciona a interface MIDI para que os leitores que gostam de música tenham noções básicas sobre seu funcionamento e saibam o que ela pode fazer e como obter mais informações.
Muitos instrumentos musicais eletrônicos modernos possuem recursos para acoplamento a um computador ou a interligação a outros instrumentos para a troca de informações digitalizadas. Se bem que estes recursos ainda não sejam usados com todo seu potencial, isso deve ocorrer nos próximos anos, principalmente levando-se em conta o que pode ser feito.
Podemos dizer que MIDI é um meio de se transferir informação de um instrumento para outro ou para um computador na forma digital. Essas informações consistem em sequenciamento de notas musicais, tipos de tons que devem ser reproduzidos, etc.
Uma aplicação simples consiste em se usar um computador para gerar algum tipo de sequência musical e um ou mais instrumentos musicais que vão seguir esta sequência reproduzindo sons conforme uma programação determinada, conforme mostra a figura 1.
Isso significa que, comandados por uma unidade mestre ou por um computador, os instrumentos que formam o conjunto podem tocar segundo padrões determinados, formando assim uma "banda".
Evidentemente sistemas mais complexos podem ser imaginados incluindo outros equipamentos que não sejam simplesmente instrumentos musicais eletrônicos e o próprio PC. Podemos incluir neste sistema mixers, amplificadores, efeitos de luz, etc, conforme mostra a figura 2.
O problema principal que deu origem ao MIDI foi a necessidade de se padronizar qualquer sistema de interligação entre instrumentos musicais e computadores numa forma simples que pudesse ser seguida por fabricantes e usuários.
Além disso, na sua criação foi necessário levar em conta a evolução rápida dos equipamentos e dos próprios computadores. Um instrumento antigo deveria operar com conjunto com instrumentos ou computadores mais novos desde que seguisse uma padronização.
O SISTEMA BÁSICO
Para a comunicação entre instrumentos e eventualmente um computador ou entre instrumentos somente é usado um link serial que opera numa velocidade de 31 250 baud. O hardware usado para esta finalidade é similar ao usado pelas portas RS-232 dos computadores pessoais, mas são incluídos opto-isoladores nas entradas de modo a se evitar problemas de captação de roncos e também a interferência dos sinais digitais nos circuitos de áudio.
Com a padronização do hardware fica muito fácil fazer o interfaceamento dos diversos equipamentos com um computador e entre si.
Nos sistemas antigos podia-se controlar a emissão de uma determinada nota num instrumento "escravo" mas não era possível alterar o timbre desta nota ou ainda acrescentar efeitos. Enfim, nos primeiros sistemas a comunicação era "pobre".
Com a interface MIDI as possibilidades aumentaram. É possível, não só controlar a nota que está sendo emitida por um instrumento que faz parte do sistema, como também alterar seu timbre, acrescentar efeitos de todos os tipos e receber informações do próprio instrumento. A padronização dos sinais usados nos controles facilita a interligação dos instrumentos.
COMO OS SINAIS SÃO ENVIADOS
Como em qualquer sistema serial os bits de informação são enviados um a um em sequência. O sistema usado é assíncrono (como os modems) exigindo apenas dois fios de interligação entre os sistemas.
Evidentemente, para que sinais musicais sejam reproduzidos corretamente é preciso haver algum tipo de sincronização. No caso esta sincronização é obtida pelo envio de bits especiais. É usado o padrão comum de um bit de início e outro de identificação do fim de cada pacote de informações enviado, onde o pacote possui 8 bits (1 byte).
Na figura 3 temos o modo como os bits de informação que permitem a sincronização do sinal são colocado em cada "pacote" de 8 bits transmitidos.
Por convenção o bit menos significativo é o primeiro a ser transmitido (bit 0) enquanto que o último a ser transmitido é o bit mais significativo (bit 7).
Se bem que a velocidade usada seja algo elevada em relação aos padrões de modems comuns, ela é ainda muito baixa em relação à velocidade de processamento de um computador e os próprios instrumentos têm para a reprodução de uma peça musical complicada ou para um funcionamento num sistema com muitas unidades.
No entanto, as informações enviadas para a reprodução de notas musicais são muito mais simples do que outros tipos de informações, que normalmente computadores trocam via interfaces seriais. Para se ativar uma nota são usados normalmente 3 bytes e para se desativar mais 3 bytes.
Na velocidade normal do hardware usado estas informações correspondem à 30 bits o que demora aproximadamente 1 milisegundo para ser enviado. Num sistema simples esse tempo não causa qualquer problema mas num sistema mais complexo esse retardo é grande e pode trazer alguns problemas.
Paradas indevidas, omissões de notas e outras falhas podem ocorrer nestes casos.
Uma maneira de se contornar o problema de velocidade pode ser conseguida pelo uso da interface paralela em lugar da serial, mas existem alguns problemas técnicos a serem considerados.
As portas paralelas permitem a transferências de 8 bits ao mesmo tempo de cada vez e têm uma velocidade muito mais alta, mas existe o problema do cabo: os cabos paralelos usados são muito mais críticos e normalmente não podem ter comprimentos elevados. O conhecido problema das impressoras que não funcionam com cabos de extensões maiores que as recomendadas, da ordem de apenas 2 metros, é um exemplo do que pode ocorrer neste caso.
Para o interfaceamento MIDI pode-se usar as portas paralelas com uma velocidade menor do que a empregada no caso das impressoras, e com isso, na prática o alcance pode ser melhorado a ponto de atingir até 15 metros, mas os cabos devem ser de muito boa qualidade.
INTERLIGAÇÕES
Os equipamentos musicais com recursos MIDI possuem até três conectores. O número desses conectores vai depender da sofisticação e da finalidade do equipamento e nas aplicações normais são usados apenas um ou dois deles.
O conector OUT destina-se a transmissão dos dados do instrumento para outro. O conector IN destina a recepção dos dados enviado por um instrumento remoto.
O conector THRU (através) consiste numa interligação que permite sair com o mesmo sinal que se recebe pelo conector IN de modo que ele possa ser repassado e usado por um segundo instrumento da mesma rede.
Na figura 4 temos então um sistema típico MIDI em que não intervêm o uso de um computador.
Conforme podemos ver, este sistema tem uma unidade mestre (MASTER) de controle que consiste num teclado e diversas unidades escravas (slaves) que consistem em sintetizadores produzindo cada qual o som de um instrumento específico.
O modo de conexão usado neste sistema é o modo em cadeia (CHAIN) que consiste em se usar as entradas IN de cada instrumento repassando o sinal para o seguinte pela saída THRU
Um primeiro problema que pode ocorrer neste modo de ligação é que nem todas as unidades escravas possuem saídas TRHU.
Outro problema que pode ocorrer deve-se ao fato de na passagem da entrada IN para a saída THRU o sinal encontra circuitos ativos que podem deformar o sinal.
Outra maneira de se fazer a interligação, quando a unidade mestre possui diversas saídas (OUT) é usá-las com cabos separados para a conexão dos outros instrumentos, conforme mostra a figura 5.
Este modo de ligação é denominado estrela (STAR) e tem inconveniente de exigir um instrumento mestre com muitas saídas.
Para o caso deste instrumento possuir uma única saída, a ligação estrela pode ser feita com a ajuda de uma unidade THRU (THRU box) conforme mostra a figura 6.
Esta unidade possui uma entrada IN que é ligada a saída OUT da unidade mestre e diversas saídas THRU que podem fornecer sinais para os instrumentos escravos do sistema.
Diversos problemas podem ocorrer nos sistemas de conexão indicados. Um deles ocorre com o sistema em cadeia, quando os sinais sofrem retardos na propagação de tal forma que os últimos instrumentos da cadeia podem receber os sinais depois dos que estão mais próximos da unidade mestre com problemas de funcionamento.
Outro problema que ocorre é que a unidade THRU com diversas saídas pode usar circuitos ativos que afetam os sinais, conforme já explicamos.
Os cabos usados na interligação entre as unidades são muito importantes para se garantir um perfeito funcionamento do sistema.
Os conectores usados normalmente são do tipo DIN de 5 pinos com a pinagem mostrada na figura 7.
O cabo deve ser de dois condutores internos com blindagem externa de excelente qualidade. O pino 2 do conector é ligado à blindagem.
Os pinos 4 e 5 transportam os sinais entre as unidades que são interligadas. Os pinos 1 e 3 permanecem desligados.
