elektuur maart 1987
34
M. Eller
verdeeldoos voor MIDIsignalen
MIDI (Music Instrument Digital Interface) is de standaard kommunikatievorm tussen elektronische muziekinstrumenten. En wie kommunikatie zegt, zegt netwerk. Het woord netwerk zou wel eens heel letterlijk kunnen uitpakken, want met het groeien van het aantal met elkaar door te verbinden instrumenten zal ook de draden-wirwar toenemen. Samenhangend met de manier van doorverbinden zullen bovendien ongewenste looptijdvertragingen in de keten ontstaan. De MIDI-star vormt hiervoor een elegante oplossing. Musici die graag gebruik maken van elektronische instrumenten, hebben alle reden om de toekomst zonnig in te zien. Het is niet alleen zo dat elektronische instrumenten steeds meer mogelijkheden hebben voor steeds minder geld, ook het op elkaar aansluiten van apparatuur, onafhankelijk van het merk, is dankzij een goede standaard een stuk simpeler geworden. Niet alleen de aansluitingen, maar ook de MIDI-kommando's zijn verregaand genormali-
seerd, waardoor het erg eenvoudig is om met welke computer dan ook (als die maar voorzien is van een MIDIinterface) een instrument met MIDI-aansluiting te bespelen. Afgezien van alle preset-mogelijkheden, die natuurlijk van apparaat tot apparaat verschillen en ook door middel van kommando's aangeroepen kunnen worden, wordt het spelen van één noot (we noemen als voorbeeld maar het meest fundamentele wat in de muziek mogelijk is) naar MIDI vertaald
in eer. driedelig kommando: een KEY ON-kode (waarmee aangegeven wordt dat een noot gestart wordt, samen met het betreffende MIDI-kanaalnummer), vervolgens een KEY NUMBER (het nummer van de noot op een fiktief toetsenbord dat van laag naar hoog loopt van 0 tot 127) en tenslotte de VELOCITY-kode (bepaalt de aanslag, de dynamiek van de gespeelde noot). Om de zo gestarte noot weer te beëindigen moet men een soortgelijk kommando geven, maar nu met
1:1 elektuur maart 1987 KEY ON vervangen door KEY OFF. Het zal duidelijk zijn dat de duur van het geproduceerde geluid ook afhankelijk is van de instelling van het desbetreffende instrument: een trompet blijft doorklinken tot het KEY OFF-kommando, terwijl het geluid van een piano of een harp vanzelf uitsterft. Maar ook die laatste moeten, voor dezelfde noot opnieuw gespeeld kan worden, een KEY OFF ontvangen hebben. We hebben hier maar één voorbeeld gegeven van de vele mogelijke MIDI-kommando's, om u een idee te geven van de te transporteren informatie. Niet zomaar toevallig blijkt uit dit voorbeeld dat een MIDI-kommando geen informatie bevat over de lengte van de te spelen noot. Het starten en stoppen van de gespeelde noten zijn natuurlijk tijdkritische zaken, en het is dan ook aan de snelheid van de gekozen baudrate (31,25 Kb) te danken dat het geheel het aanhoren waard is. Dat geldt des te meer als er een veelheid van instrumenten tegelijkertijd bespeeld moet worden. Synchronisatie is zeker in dat geval belangrijk, maar juist de manier waarop het MIDI-signaal wordt doorgegeven (in de regel staan de apparaten als het ware in serie) veroorzaakt vertragingstijden. Die tijden zijn door het gebruik van opto-couplers (toegepast om aardlussen te vermijden) beslist niet te verwaarlozen. Om dit probleem (meer instrumenten eisen een goede timing maar veroorzaken langere vertraginstijden) op te lossen, kunt u van de MIDI-star gebruik maken.
CPU P23
IC17
12
P24
TT-
10
IC17
5V
IC18
Í -TT+
THRU OUT
OUT
R- I R+
IN
L
87012-1
J
2a
.
1 OUT master synthesizer
IN THRU
IN THRU
hulpsynthesizer 1
hulpsynthesizer 2
etc.
87012.2a
etc.
b IN
OUT 1 OUT 2 OUT 3
IN hulpsynthesizer 2
hulpsynthesizer 1
master synthesizer
87012.21)
hulpsynthesizer 1
hulpsynthesizer 2
ritme-box
KoórDINatie
Figuur 2. Bij het doorlussen van MIDI-apparatuur ontstaat bij elke schakel in de keten een tijdvertraging (a), Ideaal zou zijn als de "master" een groot aantal parallelle uitgangen bezat, maar in de praktijk is dat zelden het geval.
sampler
IN
IN Niet alleen de musici, maar ook de fabrikanten van DINstekermateriaal zullen de MIDIstandaard met gejuich ontvangen hebben. Met het bekende ronde vijfpolige exemplaar uit deze familie worden MIDIverbindingen gemaakt. Het mag verwonderlijk worden genoemd dat het de fabrikanten eindelijk eens is gelukt op één
Figuur 1. Een voorbeeld van een typische MIDI-interface, De MIDI THRU-uitgang wordt gebruikt bij het doorverbinden van meerdere apparaten. Dankzij de optocoupler worden eventuele aardlussen vermeden,
IC18
12
IN
t
OUT 4 2 OUT 3 OUT 1 OUT MIDI STAR
ININ 1 2 IN3 IN4 • OUT master synthesizer
II! M191?”1”11
87012.3
Figuur 3. De MIDI-star stelt u in staat een stervormig netwerk te vormen, waarbij ook nog diverse schakelmogelijkheden worden geboden.
elektuur maart 1987
36
4
N 1...N6 = IC5 = 74(1_5)14 N7...N12 = IC6 = 74(1_5)14 N13...N18 = IC7 = 74(L 5)14 N19...N24 = IC8 = 74(L5)14
* R2
MIDI 10 IN
MIDI 20 IN
MIDI 31 IN
MIDI 41 IN
Figuur 4. Het schema van de MIDI-star. Er zijn vier ingangen en 16 uitgangen. Voor een ideale reproduktie van het MIDI-signaal verdienen opto-couplers van het type 6N135 de voorkeur.
TIL111 F1
5V
IC1 IC2 IC3 IC4
6N135
iii lijn te komen met de keuze van het stekermateriaal. Dat daar het bij de analoge audio zo verguisde DIN-stekertje uit is gekomen, zal wel een kostenaspekt zijn. Omdat de over te brengen signalen digitaal zijn, hoeft voor kwaliteitsverlies niet gevreesd te worden. De MIDIstar heeft niet minder dan 20 van dergelijke stekerbussen: 4 ingangen en 16 uitgangen. Dit lijkt misschien wat overdreven, maar elke musicus die temidden van zijn synthesizers, sequencers, ritme-boxen en wat dies meer zij, bij de vervaardiging van een stuk muziek belemmerd wordt door het aantal beschikbare aansluitpunten, zal het nut van deze schijnbare overkill inzien. De meeste MIDI-instrumenten hebben niet meer dan één ingang (MIDI IN) en twee uitgangen (MIDI OUT en MIDI THRU, figuur 1). De MIDI THRU-uitgang dient samen met de MIDI IN-ingang om meerdere apparaten in een ketting met elkaar door te verbinden. Het signaal wordt als het ware doorgegeven, maar wel met tussenkomst van een opto-coupler. Daardoor ontstaat een kleine tijdvertraging, omdat opto-couplers nu eenmaal relatief traag zijn. Bij het langer worden van de ketting worden die tijdvertragingen uiteraard opgeteld en ontstaat het eerder geschetste probleem. Voor een goed begrip is het belangrijk het verschil in te zien tussen de MIDI OUT en de MIDI THRU-uitgang. Op de eerste staan de door het apparaat zèlf opgewekte signalen. De tweede is slechts een "doorgeefluik" voor de signalen op de MIDI IN-ingang. In figuur 2a zien we de meest voorkomende MIDI-netwerkkonfiguratie. De apparaten staan in serie, waarbij elk apparaat een vertragingtijd introduceert. Figuur 2b geeft een veel fraaiere oplossing: hier is alle apparatuur parallel aangesloten op wat we maar even de "master" zullen noemen. Het zal duidelijk zijn dat de responsietijd van een willekeurige tak in het netwerk in dit geval sneller is, en bovendien niet afhankelijk van het aantal
aangesloten apparaten. Helaas wordt er maar heel weinig apparatuur verkocht met parallelle uitgangen. De MIDI-star vult deze leemte op, zoals te zien is in figuur 3.
16 MIDI-uitgangen De naam MIDI-star hebben we niet gekozen vanwege het te verwachten virtuose spel dat u met deze schakeling aan uw instrumenten kunt ontlokken, dat wordt nog altijd hoofdzakelijk bepaald door de speler. Nee, de naam slaat veeleer op de MIDI-netwerkstruktuur die ermee gerealiseerd wordt: stervormig. De schakeling die daarvoor verantwoordelijk is (figuur 3) is vrij rechttoe-rechtaan van opzet. Er zijn vier ingangen, alwaar de signalen met een opto-coupler galvanisch van elkaar gescheiden worden. Voor die opto-coupler kan een TIL111 gebruikt worden, een goedkoop en goed verkrijgbaar type. Ondanks de door deze opto-coupler geïntroduceerde vertragingstijd (ongeveer 9 ms) is het resultaat heel bevredigend. Mensen die het toch weer wat beter willen, kunnen ook een 6N135 toepassen, maar moeten daar natuur-
lijk ook wat meer voor betalen. Na de opto-coupler wordt het signaal gebufferd (Nl, N7, N13 en N19), waarna verdeling plaatsvindt over vier rijen van vier uitgangen. Met Si en S2 kan gekozen worden hoe de doorverbinding naar de diverse uitgangen gemaakt wordt (zie ook figuur 5). Het schema ziet er, strikt logisch gezien, misschien onlogisch uit. We zien immers drie inverterende elementen (één optocoupler en twee inverterende poorten) in serie. Men zou verwachten dat het signaal ook geïnverteerd zou worden, maar dat is niet het geval. Is de ingang aktief (de LED in de optocoupler licht op), dan zal de kollektor van de fototransistor naar massa geschakeld worden. Op de uitgang van de eerste buffer staat dus een logische één. De tweede buffer (N2, etc.) is zodoende logisch nul. Omdat dit signaal, op pen 5 van de uitgangs-DIN-steker, gegeven wordt ten opzichte van de 5-V-voedingsspanning op pen 4 van de DIN-steker, is de uitgang eveneens aktief. Overigens wordt met een LED (D5 ... D8) de aktieve status van de vier ingangen aangegeven. Mensen met feeling voor detail zullen ons wellicht verwijten
5 si-1
S21
S1-2
S21
s 1 -1
S22
s 1_ 2
0
0
0
0
WalWqii 9Z il; i9WQ51 99 ; 1 9 9 4ZP?
0
0
0
WW9 r. 9 47 4"Wi g n i99 49Z9 ????
0
0
Ei
9 0 ? 9 0 1 ;9 ; i5 " an Z9 i i ii ;9 i i9 1 3r i 9 ?
0
elektuur maart 1987
li l
S2-2
99 49 491 9‘99 99999 1;9000 12 87012.5
Figuur 5. De vier manieren waarop de uitgangen met de ingangen doorverbonden kunnen worden met behulp van S1 en S2.
elektuur maart 1987
38
Figuur 6. Komponentenopstelling en koperlayout van de MIDI-star-print.
Onderdelenlijst Weerstanden: R1,R3,R5,R7, R9 ... R40 = 220 R2,R4,R6,R8 = 1 k (bij TIL111) 3k3 (bij 6N135) R41...R44 = 470 V1 = varistor S10 250 V (optioneel) Kondensatoren: Cl = 470 g/25 V C2,C6...C9 = 100 n C3,C4,C5, = 22 g/16 V Halfgeleiders: B1 = B40C1000 D1 . D4 = 1N4148 D5...D8 = LED rood 1C1...1C4 = TIL111 of 6N135 105...1C8 = 74(LS114 IC9 = 7805 Diversen: S1,S2 = schakelaars, 1 x wissel of één vierstanden draaischakelaar met drie moederkontakten F1 = zekering, 800 mA traag, met houder 20 5-polige DINstekerbussen voor chassismontage Tri = nettrafo, sekundair 9V/400 mA koellichaam voor IC9 Geschatte bouwkosten: circa f 60,—
dat we de uitgangen van de MIDI-star ook met OUT betitelen. In feite zijn dit MIDI THRU-uitgangen (want de MIDI-star zelf wekt geen signalen op), maar ze kunnen ook beschouwd worden als extra uitgangen van de aangesloten master(s).
Bouwen Behalve de elektronica, die dankzij de ontworpen print snel opgebouwd kan worden, bestaat het leeuwedeel van de MIDI-star, zowel gemeten in volume als in montagetijd, uit de DIN-stekerbussen. Het was na-
tuurlijk mogelijk om een print te ontwerpen waar ook die stekerbussen op gemonteerd konden worden, maar dat werpt ook beperkingen op. De print zou door de meer dan verdubbelde oppervlakte erg duur zijn geworden, en DIN-stekerbussen voor printmontage zijn
39
8
7
1Mr
i
20
o0
ir
20
p 300t•-•
40
a
S1c
87012-7
draaischakelaar 3 moederkontakten 4 standen
ELEKTOR MIDISTAR
Oo
eoe
niet altijd even gemakkelijk te krijgen. Bovendien wordt bij professionele muziekapparatuur vaak gebruik gemaakt van DIN-stekers met een schroefvergrendeling. Ieder is nu vrij in de keuze van het toe te passen stekermateriaal. Bij het kopen van de onderdelen moet u ook een keuze maken tussen de twee mogelijke opto-couplers. Een TIL111 heeft tweè aansluitpootjes minder, en deze wordt op de print gemonteerd zoals aangegeven op het schema: pen 1 van een TIL111 valt , samen met pen 2 van een mogelijke 6N135. Bij gebruik van een TIL111 moeten de weerstanden R2, R4, R6 en R8 een waarde hebben van 1 k; bij een 6N135 neme men 3k3exemplaren. De vier LED's worden ergens in de buurt van de vier ingangsbussen geplaatst. V1, een varistor die werkt als overspanningsbeveiliging, is optioneel.
De schakelaars S1 en S2, die gebruikt worden om de uitgangen in groepen met diverse ingangen door te verbinden, kunnen eventueel vervangen worden door één vierstandendraaischakelaar met drie moederkontakten, aan te sluiten volgens figuur 7. Het voordeel van een draaischakelaar is, dat de schakelmogelijkheden iets overzichtelijker weergegeven kunnen worden. Die schakelmogelijkheden zijn overigens in dit geval iets veranderd ten opzichte van figuur 5. De kombinatie in de derde rij komt te vervallen, maar u krijgt de mogelijkheid om alle 16 uitgangen met ingang 1 door te verbinden er voor terug. (87012)
-o-
O0
-o-
-G ooe
°
X
X •
I •
•
elektuur maart 1987
Figuur 7. Een tweede schakeloptie met één driepolige vierstandendraaischakelaar. In stand 4 zijn alle uitgangen doorverbonden met ingang 1. Figuur 8. Met een nette frontplaat wordt het natuurlijk pas echt áf.
