MIDI

ALL ABOUT THE MIDI INTERFACE OF THE ATARI ST SERIES
by Frank Lemmen

Originally  published in ST NEWS Volume 1 Issue  4,  launched  on 
September 7th 1986.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) has become  a standard
since several of the largest synthesizer manufacturers decided  to
use   one system to exchange information between synthesizers (all 
kinds of synthesizers,  and nowadays even guitars,  bass  guitars, 
mixing panels, lighting equipment, etc.).
The  MIDI  interface works just like the interface that's used  to   
connect a modem to your computer (and some printers, too).

 MIDI IS A SERIAL INTERFACE

This interface,   known as the 'RS232 interface' works in a serial 
way.  That means that information is send down the line in one-by-
one format;   just like many people entering a house with only one
door (they can't go in all at the same time).

The  people  that  decided  to  use  the one-by-one  format did so
because this system was cheap,   the technology was proven and  it
turned out to work very well. Another reason was that choosing the
parallel option (which can be compared with many doors) would mean
thicker cables,  expensive connectors and an interface that is not
yet as much in fashion as it is nowadays.

 BITS & BYTES

The data that is send by MIDI consists of small  packages of  bits
that form a number; this number tells the synth. what to do.
As you know, a BIT is nothing to get excited about (BInary digiT).
You can compare it to a switch; it's either ON (set to 1)  or it's
OFF (set to 0).
For the computer it makes sense, because he (it) can translate the
bits to   numbers, and the numbers to instructions, and   he   can 
understand the instructions.
When a MIDI message is sent, first the start-bit is sent, then the
actual  data follows and finally a  stop-bit tells the synthesizer
or computer that the package has been delivered(10 bits in total).
The package itself consists of 8 bits and is also known as a BYTE.
A byte may hold any number in the range of 0 - 255.
 SPEED

The speed at which information is sent down  the cable is a  clean
31250 bits per second (31250 baud).
If you  want  to  produce this kind of  speed on your  keyboard or
synth,   you would have to  play the  'Minute Waltz'  of  Frederic
Chopin in one second (Please don't)!

So midi is fast.

But, the speed IS limited.
That  means  that  if  you've  recorded information  of  a hundred
synthesizers  and you  would play it back it  sounds  different on
each one. In fact, it's not possible to send that much information
with MIDI and still have the timing right.

 BUFFERING

For this  purpose  the computer and the synthesizer use  a buffer,
which is nothing more than a place to store the  information while
the waiting goes on.

In the case of a synthesizer, this buffer usually has room for 128
bytes. The computer has room for many times this amount.
When  the waiting is over, the computer/synthesizer will empty its
buffer as quickly as possible; that is at maximum speed.
The first byte that went in will be the first that goes out.
This kind of buffer is also known as a FIFO buffer (First In First
Out).
This whole proces of buffering may, under extreme conditions,   be 
somewhat 'messy', because when you had a delay of around 1/10th of
a second, you will definately  notice  the sudden  burst  of   the 
emptying of the buffer.
But don't worry,this will hardly ever happen with the synthesizers
and with the computer it will probably never happen.
The reason why the effect is more noticeable with a synthesizer is
simply that the synth has to translate each message to a sound  or
change of pitch,etc.  and at the same time has to keep track  with 
all the incoming information.
So a synthesizer  will  almost always send and recieve at a  speed
that is much slower than the 31250 bits per second that  MIDI  can
actually do.

The  computer  can send at any speed,  up to the maximum,  without
having to make fuzz about sounds and change parameters while it is
sending/receiving.
It will need that extra when it,  for instance,  sends information
to more than one synthesizer at a time.

 WHAT ARE MIDI MESSAGES?

The kind of stuff that a MIDI message consists of is again nothing
more than a series of numbers which are interpreted as commands by 
your synthesizer.
These commands are actually quite simple,    for instance when you
hit a key on the keyboard the numbers will be something like:

     BITS      NUMBER/BYTE

   10010000      144
   01000000       64
   01000000       64

   (are you puzzled?, read on)

The first byte that is send (128)  begins with a bit  that is  set 
(1). This means that the number will be interpreted as a COMMAND.
If  this  bit  would  be  a  0  (cleared),  the  number  would  be
interpreted as a value only.
Now,  something  that you need to  know is  that in  the case of a
command byte, (or status byte),it is split in two:

   1001 - 0000

The first four bits(also called a nibble) form the command and the
last  four  bits (again,   a nibble)  are  the  channel  that  the
information is sent to.
So:

   1001  means: A KEY IS BEING HIT: at channel 0000. ( channel 0 )

When the synth learns about this,  it ofcourse needs to know which
which note you happened to be playing.
This information is contained in the next byte:

   01000000    THE NOTE IS NUMBER 64

Note  64  will  usually  be  somewhere around the middle  C on the
keyboard.
The last byte (also 64)  tells the synth with which speed you  hit
the keyboard.
This  byte  will  have  no meaning if you have got a synth without 
touch-sensitivity; it will then just be ignored.

   A MIDI MESSAGE

     10010000    KEY ON,CHANNEL 0
     01000000    KEY   = C
     01000000    SPEED = 64

The C key has been hit on channel 0 with a speed of '64'.
You see, it's quite easy.
After you've hit  the key  you will probably  release it some time
later. Until that time you will hear the tone C.

The  release of the key is also put down into a series of numbers,
very similar to the former series:

     10000000    KEY OFF,CHANNEL 0
     01000000    KEY   = C
     00000000    SPEED = 0 ( ignored )

After this message, your synth will turn off the C and you'll hear
nothing but silence.
On the whole, hitting a key on a MIDI synthesizer will produce two
series of messages, called EVENTS.
(hit the key.... release it <-> NOTE ON...NOTE OFF event)

 WHAT ARE EVENTS?

An event is a series of bytes that has a particular meaning to the
synthesizer.
Just like the NOTE events I mentioned,    there are events for the
use of the sustain pedal, modulation wheel, the selection of a new
sound, the pitch bender, etc.
Not  all events use the same amount  of bytes, but most events are
three bytes in length.
So this was the first piece of work from me; I hope you've learned
from it.

P.S. My synthesizer type is a CASIO CZ-230S,
     so if you have any kind of music in whatever program
     you  can send it to me at our address with my name 
     on the top lefthand side of the envelope.