MIDI 1.0の仕様書は、こちらのサイト からpdfをダウンロードすることができます。1983年に規格が作成され、1998年に規格書として第１版が発行された とのことです。ちなみにpdf版は、2019年に配布が始まりました。
MIDIの工夫 ランニングステータス
MIDIの昔話です。その昔どんな工夫をしていたかというお話。今回はランニングステータスについて書いて見ます。 MIDIは遅い、と言われることがあります。元々、MIDIはシリアル通信が基本でボーレート（Baud Rate）は31.25kbpsと仕様で決まっています。 ボーレートは１秒間に送信できるビットの数で、31.25kbpsは１秒間に31,250ビットを送ることを意味しています。 1981年の仕様です。その当時のパソコンやマイコンではこのスピードが限界だったのだと思います。
MIDIのメッセージ、例えば鍵盤（真ん中のド）を押したというメッセージは８ビット３バイトのメッセージです。
90H 3CH 7FH
このメッセージを送信するためにかかる時間は約１msecです。測定した記録、MIDIを観測 がこちらにあります。もし、３和音、ドミソを同時に押したとします。押したという３つのMIDIメッセージは以下のような９バイトの メッセージになります。
90H 3CH 7FH 90H 40H 7FH 90H 43H 7FH
それぞれのメッセージが送信されるタイミングを時間軸に乗せて見ます。
このメッセージを鍵盤が送信し、音源が受信したとします。 音源側は、１つのメッセージ（３バイト）を受け取った時から音を鳴らすプログラムが起動し、その後に音が鳴ります。 この準備に何msecかかるかわかりませんが、例えば5msecとします。あくまでも例です。 音源側で音の出るタイピングを上の図に書き加えて見ます。 赤丸の位置がドが鳴る時間、青丸の位置がミが鳴る時間、緑丸の位置がソが鳴る時間になります。
最初のメッセージが送信され始めてから、ドが鳴るまでに６msec、ソがなるまでに８msecかかります。 すなわち、ドとソの鳴時間に約２msecの差がある。この2msecの差をもっと短くする工夫は無いものか？ そこで考えられた工夫がランニングステータスです。 （プログラムの音を鳴らすための準備時間５msecは楽器メーカの努力でしか解決することができません。）
ランニングステータスは、今回送るメッセージが手前で送ったメッセージと、最初のバイトデータ（ステータスバイトと言います。） が同じ場合、ステータスバイトを送らなくて良い。という送信方法です。この場合、ミのメッセージのステータスバイトは 90Hで、ドのメッセージのステータスバイト90Hと同じなので省くことができます。また、ソのメッセージのステータスバイトも 90Hなので省くことができます。そこでドミソを押した、というMIDIメッセージは 次のようなメッセージとなります。
90H 3CH 7FH 40H 7FH 43H 7FH
これを上と同じように時間軸に並べてみると、ドが鳴るタイミングは変わりませんが、ミとソは少しずつ早く鳴ことがわかります。 ドとソの時間差は約1.2msecと短くなります。
ランニングステータスはあくまでもステータスバイトが同じ、という条件でステータスバイトを省くことができます。 次のように、途中で違うステータスを持つメッセージが挿入されると、それ以降は省くことができなくなります。 このメッセージを(1)とします。
90H 3CH 7FH 90H 40H 7FH 80H 40H 7FH 90H 43H 7FH ---(1)
例えば、上のように80Hというステータスバイトがはさまると、次のステータスバイトは省略できません。
90H 3CH 7FH 40H 7FH 80H 40H 7FH 90H 43H 7FH ---(2)
(2)は(1)に対して１バイトしか減らすことができません。
MIDIの工夫 ベロシティゼロのノートオン
上の説明で違うステータスバイトがはさまると省略できない。と書きました。 ピアノの演奏のように、鍵盤を押した、離したを連続して送信したい場合、データを短くして タイミングをなるべく揃えたくなります。(2)で言えば、80H 40H 7FH の80Hも送らなく済むようにしたいのです。
そこで、鍵盤を離したという情報は、鍵盤を押した、でもベロシティはゼロでとして送信することとします。とすると、上の(2)の中で、 80H 40H 7FHというメッセージは、90H 40H 00Hとすることができます。したがって、
90H 3CH 7FH 40H 7FH 90H 40H 00H 90H 43H 7FH ---(3)
となりす。(3) はステータスがすべて90Hになりましたので、これをランニングステータスで端折ることができます。
90H 3CH 7FH 40H 7FH 40H 00H 43H 7FH ---(4)
もともとのメッセージは(1)は12バイトでした。それがベロシティゼロのノートオンとランニングステータスを使うことで (4)のように９バイトになりました。３バイト、MIDIの転送時間にすると約１msrcを短くすることができました。
5pin DIN MIDI
MIDI 1.0の仕様書では、MIDIはこのハードウェアを使いなさい、という規定がなされています。曰く
- インターフェースとして転送速度31.25 Kbit/sec（±1%)の非同期方式シリアル転送を用いる。
- 回路は、5mAのカレント・ループ・タイプとし、論理”０”を電流が流れている状態とする。
- 受信にオプトアイソレータを使用して、送信回路と受信回路を電気的に分離する。
- コネクターは、５ピンのDIN(180°）を使用する。
- 送受信とも機器パネル側にソケット（メス）を使用し、それぞれ「MIDI OUT」「MIDI IN」と表記しなけばならない。
- ピン番号２は、送信側ソケットにおいてのみ設置する。
さらにこのドキュメントには標準の回路図が掲載されています。
この回路図のDINコネクタの接続は、メスコネクタのハンダ付けするピンの側から見ています。
参考
5pin DINには３種類の形状があるそうです。こちらは 秋月電子通商さんのカタログからコピーしています。MIDIは180°とカッコの中に記載があるように、半円の中にピンが収められている -5A の形状です。
システム・エクスクルーシブ・メッセージ
System Exclusive Messageは、その名の通り楽器やシーケンサーのシステムで専用に使われるメッセージです。 楽器のパネルの制御、音色やエフェクトのパラメータ、PCM音源のサンプルデータ、音源のモード切り替えなどに使われます。
コントロールチェンジメッセージもパラメータを送受信することができます。しかし、こちらは１つのメッセージで １つの７ビットのデータを送れるに過ぎません。システム・エクスクルーシブ・メッセージは0xF0で始まり、0xF7で終わる メッセージで、その間には理論上何バイトでもデータを挟んで送ることができます。 ただし、データの最上位ビットはゼロでなければなりません。 （ただし一部、0xF0と0xF7の間に割り込むことができるメッセージがあります。後述します。）
F0H Data1 Data2 Data3 ... DataN F7H
エレクトーンELB-01の操作パネルをシステム・エクスクルーシブ・メッセージで制御する例を こちらのページに記載しています。
例として、以下に音源システムの制御（オン・オフ）に使うシステム・エクスクルーシブ・メッセージを記載しておきます。
GMシステム・オン
F0 7E ノンリアルタイム・ユニバーサル・システム・エクスクルーシブ・ヘッダー <device ID> 対象とするデバイスのＩＤ（推奨７Ｆ :ブロードキャスト） 09 サブ ID番号＃ 1＝ＧＭメッセージ 01 サブ ID番号＃ 2＝ＧＭオン F7 ＥＯＸ
GMシステム・オフ
F0 7E ノンリアルタイム・ユニバーサル・システム・エクスクルーシブ・ヘッダー <device ID> 対象とするデバイスの ID （推奨 7F:ブロードキャスト） 09 サブ ID番号＃ 1＝ＧＭメッセージ 02 サブ ID番号＃ 2＝ＧＭオフ F7 EOX
GM2システム・オン
F0 7E ノンリアルタイム・ユニバーサル・システム・エクスクルーシブ・ヘッダー <device ID> 対象とするデバイスの ID （推奨 7F:ブロードキャスト） 09 サブ ID番号＃ 1＝ＧＭ２メッセージ 03 サブ ID番号＃ 3＝ＧＭ２オン F7 EOX
XGシステム・リセット 音源のメモリーの 00 00 7Eにゼロを書き込む、という意味になります。
F0 ノンリアルタイム・ユニバーサル・システム・エクスクルーシブ・ヘッダー 43 ヤマハID 1n デバイスナンバー 4C モデルID 00 アドレス・ハイ 00 アドレス・ミッド 7E アドレス・ロー 00 データ／XGリセット F7 EOX
GSシステム・リセット 音源のメモリーの 40 00 7Fにゼロを書き込む、という意味になります。
F0 ノンリアルタイム・ユニバーサル・システム・エクスクルーシブ・ヘッダー 41 ローランドID 10 デバイスナンバー 42 モデルID 12 コマンドID 40 アドレス・ハイ 00 アドレス・ミッド 7F アドレス・ロー 00 データー／GSリセット 41 チェックサム F7 EOX
バルクダンプとバルクダンプリクエスト
通常、MIDIはPCから送信し、楽器が受信するという単方向の通信がほとんどです。 ただし、バルクダンプとバルクダンプリクエストはPCと楽器の双方向の通信に使います。 PCが楽器に対してバルクダンプリクエストを投げる、それに応えて楽器がバルクダンプをPCに対して返します。
それではバルクダンプとは何か？直訳するなら「大量に（中身を）放出する」ということでしょうか。 楽器が持っているパラメータを一度に送信することを意味しています。PCにとっては、楽器の中身を まとめて、獲得するためにバルクダンプリクエストを送信し、楽器からバルクダンプを受け取ります。 PCで楽器のエディタを作りたい時などに使います。
もう一つ、似たメッセージとして、パラメータとパラメータリクエスト があります。こちらは楽器の中身の１つのパラメータを知りたい時に使います。