Musical Instrument Digital Interface ( für „digitale Schnittstelle für Musikinstrumente“), kurz MIDI, ist ein Industriestandard für den Austausch musikalischer Steuerinformationen zwischen elektronischen Instrumenten, wie z. B. Keyboards oder Synthesizern. Dieser Standard umfasst sowohl die Beschaffenheit der erforderlichen Hardware als auch das Kommunikationsprotokoll für die zu übermittelnden Daten. MIDI 1.0 wurde im August 1982 eingeführt (englisch) und ist inzwischen mehrmals erweitert worden. Entwickelt wurde MIDI von Dave Smith in Kooperation mit Ikutaro Kakehashi von der Roland Corporation, wofür beide im Jahr 2013 mit dem technischen Grammy ausgezeichnet wurden.
Einsatzbereiche Das MIDI-Protokoll wurde ursprünglich zur Kommunikation von Synthesizern unterschiedlicher Hersteller entwickelt. Der eigentliche Sinn war, von einer Tastatur eines Synthesizers aus weitere Synthesizer anzusteuern. Davor konnten Synthesizer nur analog und mit großem Verkabelungsaufwand verbunden werden.
Zu der damaligen Zeit hatten die Synthesizer nur wenige Stimmen, d. h., sie konnten meist nur 4–8 Töne gleichzeitig erzeugen. Trotz einer gewissen Soundauswahl konnte kein Gerät mehr als einen Sound gleichzeitig erzeugen. Wollte man also zwei oder mehr Sounds mit einem Tastendruck spielen, musste man zwei Geräte mit einer Tastatur verkoppeln. So konnte man unterschiedliche Sounds übereinanderlegen, um z. B. einen „dickeren“ Synthesizerstreicherklang zu bekommen oder Synthesizerstreicher mit Synthesizerbläsern zu kombinieren.
Das war nun mit der Verbindung über ein einzelnes MIDI-Kabel möglich, indem der MIDI-Out des Hauptgerätes mit dem MIDI-In des angesteuerten Gerätes per 5-poligem MIDI-Kabel verbunden wurde (wobei nur zwei Pole genutzt werden). Da die Audiosignale der verschiedenen Synthesizer keine MIDI-Steuerdaten sind, müssen diese über zusätzliche Leitungen einem Mischpult zugeführt werden.
MIDI trennte auch gleichzeitig die Tastatur eines Synthesizers von seiner Klangerzeugung, was natürlich die Einsatzmöglichkeiten eines Instrumentes massiv erhöhte: Denn so war es auch möglich, eine Tastatur aufzuteilen (zu splitten) und die Tastaturbereiche auf verschiedene Synthesizer zu verteilen. So konnte der Keyboarder z. B. mit dem linken Tastaturbereich einen Streicherklang mit einem angesteuerten Synthesizer und mit der rechten Hand einen Solo-Synthesizerklang mit dem lokalen Gerät spielen.
Schnell wurde die MIDI-Schnittstelle für fast jede Art an elektronischen Musikinstrumenten adaptiert, so z. B. für Expandermodule, Sampler, Drumcomputer, Effektgeräte (Hall, Echo, Equalizer usw.), Hardware-Sequencer (Aufnahme- und Abspielgeräte für MIDI-Daten), Computer, Controller (wie Masterkeyboards, Drum-Pads, Masterkeyboardcontroller, Standard-MIDI-File-Player, Fader-Boxen, später auch für Sound- und Audiokarten usw.), nicht zuletzt auch – zweckentfremdet – zur Steuerung von Lichteffekten für Bühnen (MIDI Show Control).
Der Einsatz von Computern in der Tonstudiotechnik gab MIDI einen weiteren Schub. So konnte der wenig versierte Keyboarder mit Hilfe eines Hardwaresequencers bzw. des Computers und eines Sequencerprogrammes komplexe, schwierige oder gar manuell unspielbare Musikstücke erstellen, weil er die MIDI-Daten im Sequencer verändern und korrigieren konnte. Weil die MIDI-Datensätze verschiedene Informationen enthalten, kann zum Beispiel der Sound auch nach einer Aufnahme im Sequencer beliebig ausgetauscht werden. Das ergab völlig neue Möglichkeiten – auch für versierte Musiker – und hat Auswirkungen auf die Produktionsweise von Musik bis heute:
Komposition, Arrangement und Notensatz wurden durch die Verbindung von MIDI-fähigem Keyboard und Computer erheblich vereinfacht. Variationen von Stimmen und Songabläufen sind sehr schnell realisierbar und bleiben jederzeit änderbar. Diese Zeitersparnis ist u. a. bei Studioproduktionen ein wichtiger Faktor. Der Komponist greift oft zwar auf das Hilfsmittel Computer zurück und editiert sein Konzept direkt über Software, viele Stimmen werden jedoch nach wie vor über eine Klaviertastatur bzw. ein Masterkeyboard eingespielt. mini|Hans-Peter Falkner von Attwenger mit einer steirischen MIDI-Hamonika von Limex Mit speziellen Wandler-Geräten kann man auch aus den Tönen beliebiger akustischer Instrumente wie Gitarre (siehe Gitarrensynthesizer) oder Saxophon MIDI-Daten erzeugen (siehe Blaswandler). Dabei muss neben der Tonhöhe oft auch ein komplexes Klangmuster ermittelt werden, was, abhängig vom Instrument und der Spielweise, bald an Grenzen stößt. Bei einer Gitarre muss z. B. berücksichtigt werden, wenn Bundwechsel oder Ziehen einer Saite im Spiel ist.
In den 2000er Jahren, als der Speicher in Mobiltelefonen noch knapp war, benutzte man das MIDI-Format zunächst auch für Klingeltöne.
Funktionsweise Spielt man auf einem Keyboard eine Taste, werden digitale Informationen über Tonhöhe und Anschlagstärke am MIDI-Ausgang des Keyboards ausgegeben und lassen sich an den MIDI-Eingang eines Computers übermitteln oder zur Steuerung der Klangerzeuger in elektronischen Instrumenten und Soundkarten verwenden. Solche Befehle sind beispielsweise Note-on („Taste für Note x wurde gedrückt“) und Note-off („Taste für Note x wurde wieder losgelassen“).
Ein vollständiger 3-Byte-Datensatz für einen Spielbefehl für eine Note könnte beispielsweise wie folgt aussehen:
Byte: Note ein auf MIDI-Kanal 1 Byte: Note C3 Byte: Anschlagstärke 103
Diesen Ton spielt ein angesteuerter Klangerzeuger so lange, bis dieser den 3-Byte-Befehl mit einem Note aus-Byte anstelle des Note ein-Byte empfängt. Welchen Sound der Klangerzeuger spielt, wird entweder zuvor am Klangerzeuger oder mit weiteren MIDI-Befehlen vor dem Spielbefehl für die Note eingestellt.
Ein Computer kann diese Informationen aufzeichnen, abspeichern und in verschiedenen Editoren visualisieren, eingeben und manipulieren. Üblich sind hierbei folgende Editoren: ein Listeneditor, in dem MIDI-Daten direkt editiert werden; der (wohl am meisten verwendete) Piano-Roll-Editor, der eine Klaviertastatur mit einem Zeitverlauf darstellen kann; ein Noteneditor, der die Notenschrift auch auf dem Bildschirm sichtbar macht.
Gleichzeitig oder auch später können die aufgezeichneten Daten an ein MIDI-Instrument zurückgesendet werden.
Neben den musikalischen Befehlen können weitere Datenpakete zur Steuerung des Zielgerätes genutzt werden, so etwa Program-Change-Befehle zur Auswahl eines seiner meist vielen hundert Klangspektren. Viele Klangerzeuger wie Synthesizer, Expander und andere verstehen Befehle, mit denen ihre interne Klangerzeugung direkt beeinflusst werden kann, um so aus einer Reihe einfacher Grundschwingungsformen komplexe, individuelle Klänge zu erzeugen.
Inzwischen nutzen neben elektronischen Instrumenten auch zahlreiche andere Geräte wie beispielsweise (digitale) Mischpulte und Mehrspuraufzeichnungsgeräte das MIDI-Protokoll, um darüber Steuerinformationen auszutauschen. Anstatt MIDI-Datenpakete zur Übertragung von Notenbefehlen zu nutzen, können die Daten hier beispielsweise zum Fernbedienen sämtlicher Mischpultfunktionen (Fader, Muteschalter, Panorama etc.) oder zur Steuerung der Laufwerksfunktionen eines Recorders (Play, Stopp, Vor-/Rückspulen) verwendet werden.
Technik mini|MIDI-Interface am PC: externer Teil zum Anschluss an die 15-polige kombinierte MIDI-/Game-Buchse
MIDI verwendet ein unidirektionales Protokoll zur seriellen Datenübertragung ohne Datenflusskontrolle. Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 31250 Bit/s (exakt 32 µs pro Bit). Zu jedem Byte, bestehend aus 8 Bit, kommt ein Start- sowie ein Stopp-Bit, sodass die komplette Übertragung eines Datensatzes bestehend aus 30 Bits 960 µs dauert. Bis auf das Fehlen des Parity-Bits entspricht es damit dem Protokoll bei PC-UARTs.
Im Unterschied zu pegelgesteuerten Schnittstellen wird bei MIDI jedoch eine 5-mA-Stromschleife verwendet. Durch den Optokoppler in der Empfangsleitung ergibt sich eine galvanische Trennung der einzelnen MIDI-Geräte untereinander, die Masseleitung (und Kabelabschirmung) darf an der MIDI-In-Schnittstelle nicht angeschlossen werden, um Masseschleifen zu vermeiden.
Stecker Physisch sind die Anschlüsse nach klassischer Spezifikation als fünfpolige DIN-Buchsen (DIN 5/180° – früher Diodenbuchse/-stecker) realisiert. Die Pins 4 und 5 werden zur Signalisierung verwendet. Für Pin 2 der Ausgangsbuchsen (MIDI-Out und MIDI-Thru) ist eine Masseverbindung spezifiziert. Auf diesen Pin soll die Abschirmung des Kabels aufgelegt werden. Gemäß der MIDI-Spezifikation ist Pin 4 über einen 220-Ohm-Widerstand mit +5 V verbunden. Zur Datenübertragung wird Pin 5 über 220 Ohm mit 0 V verbunden. Ist am anderen Ende ein MIDI-In-Port angeschlossen (nochmals 220 Ohm in Reihe mit dem Optokoppler), fließt ein Strom über die Leitung, dieser Zustand ist als logische „0“ definiert. Wird Pin 5 nicht verbunden, fließt kein Strom, was als logische „1“ gilt und auch den Ruhezustand darstellt.
Laut einer nachträglichen Erweiterung der MIDI-Spezifikation sind nun auch MIDI-Ausgänge mit 3,3 V Versorgungsspannung möglich. In diesem Fall werden Serienwiderstände von 33 Ohm an Pin 4 und 10 Ohm an Pin 5 eingesetzt.
Bei manchen Systemen (z. B. bei der MIDI-Interface-Karte „Roland MPU-401 AT“ als ISA-Karte) sind die Anschlüsse auch als 6-polige Mini-DIN-Buchsen ausgelegt. In solchen Fällen hilft ein Anschlussadapter, der baugleich zu einem Tastaturadapter „Mini-DIN-Stecker zu DIN-Buchse“ (PS/2 auf AT) ist.
Am 26. Juli 2018 wurde die Spezifikation auf 2,5-mm- und 3,5-mm-Klinkenstecker erweitert. Die dreipolige Form solcher Stecker bietet sich an, da auch von den fünf Pins der üblichen DIN-Buchse lediglich drei zur Signalübertragung genutzt werden. Die kleinere Bauform einer Klinkenbuchse erlaubt somit den spezifikationsgerechten Einbau von MIDI-Schnittstellen auch in besonders flache Geräte.
Anschlüsse mini|MIDI-Anschlüsse als DIN 5 pol
Es existieren drei verschiedene Arten von MIDI-Anschlüssen, MIDI-In, MIDI-Out und MIDI-Thru. MIDI-In wird von einem Gerät zum Empfang verwendet. MIDI-Out wird zum Senden verwendet. MIDI-Thru schickt am MIDI-In empfangene Signale unbearbeitet weiter.
mini|Master-Slave-Prinzip
MIDI arbeitet nach dem Master-Slave-Prinzip. Will man mit einem Keyboard einen Synthesizer steuern, verbindet man die MIDI-Out-Buchse des Keyboards (Master) mit der MIDI-In-Buchse des Synthesizers (Slave). Sollen mit einem Keyboard (Master) zwei Soundmodule als Slave A und B angesteuert werden, verbindet man die MIDI-Out-Buchse des Masters mit der MIDI-In-Buchse des Slave A sowie die MIDI-Thru-Buchse des Slave A mit der MIDI-In-Buchse des Slave B.
Ein häufig anzutreffendes Szenario ist der Einsatz eines Computers mit entsprechender Sequenzer-Software sowie der Anschluss eines Keyboards oder elektronischen Pianos zum Einspielen der Noten und mehreren Synthesizern zur Klangerzeugung. Dabei wird üblicherweise die MIDI-Out-Buchse des Keyboards mit der MIDI-In-Buchse des Computers verbunden, die MIDI-Out-Buchse des Computers mit den MIDI-In-Buchsen der Synthesizer, ggf. verkettet über die MIDI-Thru-Buchsen. Zu beachten ist, dass sich dabei die unvermeidlichen Verzögerungen im MIDI-Datenstrom summieren und damit zu Timingfehlern führen können. Eine sternförmige MIDI-Verkabelung, bei der das Master-Keyboard seine Daten an einen zentralen Verteiler (MIDI-Patchbay) sendet, an dem alle weiteren MIDI-Geräte angeschlossen sind, beseitigt solche Probleme.
Eingabegeräte mini|Masterkeyboard mit 88 gewichteten Hammermechanik-Tasten
Ein Masterkeyboard erzeugt Noteninformationen im MIDI-Format und dient ausschließlich der Steuerung von Expandern, Software-Synthesizern oder zur Aufzeichnung der Tastenbewegung beim Einspielen von Musik in Sequenzer. Es enthält keine eigene Klangerzeugung. Die Klangsteuerung an den Geräten kann über gerätespezifische Steuerfunktionen wie Bankumschaltung geschehen.