MIDI einfach erklärt: Grundlagen und Anwendung

MIDI ist die Abkürzung für „Musical Instrument Digital Interface“. Das ist Englisch und heißt „digitale Schnittstelle für Musikinstrumente“. Digital bedeutet: in Zahlen ausgedrückt. Eine Schnittstelle ist eine Verbindung, über die Geräte Daten austauschen. MIDI ist ein Industriestandard, also eine gemeinsame Regel für viele Hersteller. Über MIDI tauschen elektronische Instrumente wie Keyboards und Synthesizer musikalische Steuerinformationen aus. Ein Synthesizer ist ein elektronisches Instrument, das Klänge selbst erzeugt. MIDI 1.0 wurde im August 1982 eingeführt. Entwickelt hat es Dave Smith zusammen mit Ikutaro Kakehashi von der Firma Roland. Beide bekamen dafür 2013 einen technischen Grammy, einen Preis aus der Musikbranche der USA.

MIDI-Signale enthalten nur Steuerdaten. Das sind Befehle wie: Welche Taste wurde gedrückt? Wie kräftig? Wann wurde sie losgelassen? Ein Audiosignal ist etwas anderes. Ein Mikrofon nimmt die Schwingungen eines Klangs auf. Diese Schwingungen werden sehr schnell hintereinander gemessen und in Zahlen umgewandelt. Das nennt man Abtastung oder Digitalisierung. So entsteht ein ununterbrochener Strom aus Daten. Damit du ihn hörst, werden die Zahlen wieder in elektrische Schwingungen umgewandelt. Das heißt Digital-Analog-Wandlung. Verstärker und Lautsprecher machen daraus Schall.

Daraus folgt ein großer Unterschied bei der Datenmenge. Die Datenrate gibt an, wie viele Daten pro Sekunde anfallen. Ein Audiosignal hat eine gleichbleibend hohe Datenrate. MIDI-Daten fallen dagegen an, wenn etwas passiert, zum Beispiel wenn du eine Taste drückst oder loslässt. Deshalb entstehen bei MIDI viel geringere Datenmengen.

Weil MIDI-Daten keinen Klang enthalten, brauchen sie zum Abspielen einen Klangerzeuger. Das ist ein Gerät oder Bauteil, das aus den Befehlen Töne bildet. Jede Klangerzeugung hat einen eigenen Charakter. Schickst du dieselben MIDI-Daten an einen anderen Klangerzeuger, bleiben die gespielten Töne gleich, aber der Klang kann anders sein. Eine Audioaufnahme hält dagegen den Klang selbst fest, zum Beispiel auch eine Singstimme.

Stell dir eine Kette vor: Taste, Kabel, Klangerzeuger, Lautsprecher. Drückst du auf einem Keyboard eine Taste, gibt das Keyboard an seinem MIDI-Ausgang digitale Informationen aus: welche Tonhöhe und welche Anschlagstärke. Die Anschlagstärke sagt, wie kräftig du die Taste angeschlagen hast. Auf Englisch heißt sie „Velocity“.

Diese Nachricht heißt Note-on, auf Deutsch „Note ein“. Sie besteht aus drei Bytes. Ein Byte ist eine kleine Einheit digitaler Daten. Das erste Byte ist das Statusbyte. Es sagt, um welchen Befehl es geht, hier „Note ein“, und auf welchem Kanal er gilt. Die zwei Datenbytes danach enthalten die Tonhöhe und die Anschlagstärke. Eine Angabe, wie lange der Ton dauern soll, steckt nicht darin.

Die Nachricht wandert über ein Kabel zu einem Klangerzeuger. Das kann ein Synthesizer sein, ein Soundmodul oder die Soundkarte eines Computers. Ein Soundmodul, auch Expander genannt, ist ein Klangerzeuger ohne eigene Tastatur. Die Soundkarte ist das Bauteil, das im Computer Töne ausgibt. Der Klangerzeuger bildet aus den Daten einen Ton. Er spielt ihn so lange, bis er die Nachricht Note-off erhält, auf Deutsch „Note aus“. Diese Nachricht sendet das Keyboard, wenn du die Taste loslässt. Hörbar wird der Ton über Verstärker und Lautsprecher oder über Kopfhörer.

Welchen Klang der Klangerzeuger spielt, etwa Klavier oder Orgel, steht nicht in der Note-on-Nachricht. Der Klang wird vorher am Gerät eingestellt oder mit einem eigenen MIDI-Befehl gewählt. Dieser Befehl heißt „Program Change“, auf Deutsch etwa „Programmwechsel“. Er braucht nach dem Statusbyte nur ein Datenbyte.

Es gibt drei Arten von MIDI-Anschlüssen, sogenannte Buchsen: MIDI-In, MIDI-Out und MIDI-Thru. Über MIDI-In empfängt ein Gerät Befehle. Über MIDI-Out sendet es seine Befehle, zum Beispiel die Tastendrücke eines Keyboards. MIDI-Thru gibt die Befehle, die am MIDI-In ankommen, unbearbeitet weiter. „Thru“ ist Englisch und bedeutet „durch“.

Die Grundregel lautet: Das Gerät, das spielen lässt, sendet über MIDI-Out. Das Gerät, das den Ton erzeugen soll, empfängt über MIDI-In. Willst du mit einem Keyboard einen Synthesizer steuern, verbindest du den MIDI-Out des Keyboards mit dem MIDI-In des Synthesizers. Soll ein zweites Gerät dieselben Befehle bekommen, verbindest du den MIDI-Thru des ersten Geräts mit dem MIDI-In des zweiten.

Oft steht ein Computer mit einem Sequenzerprogramm in der Mitte. Ein Sequenzerprogramm nimmt MIDI-Daten auf, zeigt sie an und spielt sie wieder ab. Dann führt der MIDI-Out des Keyboards zum MIDI-In des Computers und der MIDI-Out des Computers zu den Klangerzeugern. Hängst du viele Geräte über Thru hintereinander, summieren sich kleine Verzögerungen. So können Timingfehler entstehen: Töne kommen nicht mehr genau zur richtigen Zeit. Abhilfe schafft eine sternförmige Verkabelung. Dabei gehen die Daten an einen zentralen Verteiler, eine MIDI-Patchbay, an der alle weiteren Geräte angeschlossen sind.

Über eine MIDI-Verbindung laufen bis zu 16 Kanäle. Die meisten MIDI-Befehle tragen eine Kanalnummer. Jedes angeschlossene Instrument wertet nur die Befehle aus, die auf seinem eingestellten Kanal ankommen. So steuerst du über eine Verbindung bis zu 16 verschiedene Instrumente.

Eine Sonderregel kommt aus General MIDI, kurz GM. Das ist ein zusätzlicher Standard. Er legt unter anderem fest, welcher Klang auf welchem Programmplatz liegt. Ein Programmplatz ist ein nummerierter Speicherplatz für einen Klang. Nach GM ist Kanal 10 für Schlagzeug- und Perkussionsklänge reserviert. Perkussion meint Instrumente, die man schlägt oder schüttelt, etwa Trommeln oder Rasseln.

Wenn dein Stück im Sequenzerprogramm fertig ist, exportierst du es. Dabei hast du zwei Wege: MIDI oder Audio.

Eine MIDI-Datei heißt auch Standard-MIDI-File, kurz SMF. Ihre standardisierte Dateiendung ist „.mid“. Sie speichert die Steuerdaten. Das hat Vorteile: Die Datei ist klein. Du kannst die Daten später an einen anderen Klangerzeuger schicken und so zum Beispiel aus dem Klavier eine Orgel machen. Du kannst falsche Töne auf die richtige Tonhöhe oder an die richtige Stelle schieben und die Dynamik ändern. Dynamik heißt in der Musik: wie laut oder leise gespielt wird. Solche Änderungen kosten den Computer viel weniger Rechenarbeit als das Bearbeiten einer Audioaufnahme.

Für MIDI-Dateien gibt es verschiedene Formate. Zwei davon: Bei SMF 0 sind alle Kanäle in einer einzigen Spur zusammengefasst. Bei SMF 1 hat jeder Kanal seine eigene Spur. Eine Spur ist ein Streifen im Sequenzer, der eine Stimme oder ein Instrument enthält. Mit SMF 1 erkennst du die einzelnen Stimmen und Instrumente besser.

Der Nachteil: Eine MIDI-Datei enthält keinen Klang. Wer sie abspielt, hört den Klangerzeuger seines eigenen Geräts. Außerdem ist alles, was du mit dem Mikrofon aufgenommen hast, ein Audiosignal und keine Steuerdaten, etwa Gesang oder eine akustische Gitarre. Viele Stücke mischen beides: Streicher und Bläser kommen zum Beispiel per MIDI aus einem Klangerzeuger, während Schlagzeug, Gitarre und Gesang als Audiospuren eingespielt werden.

Eine Audiodatei, zum Beispiel im Format WAV oder MP3, hält dagegen den fertigen Klang fest. Sie ist viel größer, und Änderungen Ton für Ton kosten viel mehr Rechenarbeit. Für deine Entscheidung hilft eine Frage: Soll jemand die Noten noch bearbeiten oder die Klänge tauschen? Dann exportiere als MIDI. Soll jemand das fertige Stück mit deinen Klängen hören, oder enthält es Aufnahmen vom Mikrofon? Dann exportiere als Audio.