Musical Instrument Digital Interface

Le  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 

À la démocratisation des synthétiseurs numériques, l'interopérabilité devient un enjeu important, notamment dans l'idée de pouvoir commander plusieurs synthétiseurs à partir d'un même clavier. Dans ce contexte, les concepteurs de synthétiseurs Dave Smith (Sequential Circuits), Ikutarō Kakehashi (Roland), et Tom Oberheim (Oberheim) se rencontrent lors du NAMM de  et réfléchissent à une standardisation des communications.

La première démonstration publique a lieu lors du NAMM de 1983, entre un Jupiter-6 (de Roland) et un Prophet-600 (de ), par leurs deux représentants et fondateurs, Ikutarō Kakehashi et Dave Smith.

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.

Depuis, le standard est géré par l'International MIDI Association (IMA), la position des constructeurs étant défendue par la MIDI Manufacturers Association (MMA).

En , la norme MPE (, expression polyphonique MIDI), permettant de moduler les sons par note et non plus par canal est ajoutée.

En , la norme TRS est ajoutée, permettant d'utiliser un jack 2,5 ou , plus compact que le connecteur DIN 41524 du standard utilisé jusqu'alors.

Connexion physique

Bus MIDI 
Les informations d'un bus MIDI sont codées de manière numérique, proche du signal série RS232 dont, bien que différent, il reprend certains principes. Les premiers modules MIDI utilisaient pour cette raison des puces UART de type 16550 ou 8250, tandis que de nos jours, ces fonctions intégrées au cœur des processeurs sont utilisées. La limite de longueur du câble est établie à . Il a les caractéristiques suivantes :

 Les informations sont transmises par modulation d'amplitude, avec l'état 1 à  et l'état 0 à .
 Le signal est transmis à une vitesse de . Chaque octet transmis est précédé d'un bit de start et est suivi d'un bit de stop, sans bit de parité, soit un total de 10 bits transmis. Aucun signal d’établissement de liaison n'est utilisé.

Connectique classique (DIN) 

La liaison classique définie par la norme est une connexion série symétrique à 31,25 kbit/s, transmise via des connecteurs DIN 41524, de type , placés sur 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.

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 ), 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, 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.

TRS 
Certains constructeurs utilisent des connecteurs de type jack (TRS de  et ) en fournissant des adaptateurs vers le DIN classique profitant ainsi d'un encombrement moindre. Depuis le  le câblage de cette connectique est standardisé par le MMA qui préconise de privilégier le  pour éviter les confusions avec les connectiques audio classiques.

Autres connectiques 
Diverses interfaces permettent d'échanger des messages MIDI à travers de nombreuses technologies (USB, Firewire, Ethernet, Bluetooth).

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.

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

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

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

Notes de musique 

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

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

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

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

La norme recommande une correspondance entre plusieurs paramètres courants et une partie des 128 numéros de . Dans les faits, même si la correspondance varie suivant le matériel, les paramètres les plus importants sont respectés, notamment :
 le volume (#7) ;
 le panoramique (#10) ;
 la position de la pédale de maintien (#64).
Certains  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).

L'ajout de la norme MPE () assigne un canal à chaque note, permettant d'appliquer ces modulations à chaque note.

Changement de programme 

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

Le standard MIDI ne spécifiant pas quel numéro de  (de 0 à 127) correspond à quelle sonorité d’instrument, une extension du protocole appelée  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  permettant de changer à la volée des numéros de canaux afin d’harmoniser des instruments n’étant pas au standard .

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

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

Synchronisation 

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

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.

Contrôleur MIDI 
Un contrôleur 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 

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'octaves, un toucher lourd (pour s'approcher du toucher d'un piano), ou posséder les fonctions de vélocité et de sensibilité à la pression (). Il peut également permettre la division du clavier  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  et l'autre pour doser une modulation.

Surface de contrôle 

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

Ces contrôleurs peuvent être munis de , c'est-à-dire de surfaces carrées, parfois lumineuses, sensible à la frappe. Ces  peuvent être capable de mesurer la vélocité et la pression. Un  est typiquement utilisé 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 
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, ) ;
 pour sélectionner différents patchs lors d’une représentation .

Convertisseur MIDI 
On trouve aussi des convertisseurs MIDI pour beaucoup d'instruments de musique (trompette, accordéon, guitare). 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 

Le format de fichier SMF (pour ) a été défini en 1987, 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  différents de fichiers MIDI :
 0 : une seule piste contenant les messages des  ;
 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 
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 

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 .

Open Sound Control est parfois utilisé comme alternative au standard MIDI lorsque ce dernier parait trop limitant.

Voir aussi

Articles connexes 
 Digital Control Bus, précurseur du MIDI
 DMX (éclairage) protocole dédié au contrôle des effets de lumière en spectacle vivant
 General MIDI
 MIDI Tuning Standard (ou MTS), standard MIDI supportant les micro-intervalles.
 Show control
 MIDI Show Control
 Messages MIDI :
 Active sensing
 Start
 Stop
 Continue
 Animusic : visualisation

Liens externes

Notes et références

Notes

Références 

Format de données numériques
Protocole de télécommunication
Instrument de musique électronique
Musical Instrument Digital Interface
Matériel informatique