واجهة MIDI الرقمية للآلات الموسيقية (.mid)
MIDI قياسيالواجهة الرقمية للآلات الموسيقية (MIDI) هي معيار تدوين موسيقي رمزي يسجل أحداث الأداء على الآلات بدلًا من الموجات الصوتية.
فحص البيانات الوصفية
تتعرف أنظمة التشغيل ومحللات الملفات على ملفات MID من خلال فحص تسلسل البايت الثنائي البادئ:
توقيع رأس الملف على مستوى البايت (Magic Bytes)
تتعرف أنظمة التشغيل ومحللات الملفات على ملفات MID من خلال فحص تسلسل البايت الثنائي البادئ:
التوقيع الست عشري (الإزاحة 0):
4D 54 68 64تمثيل ASCII: MThd
التوحيد القياسي: MIDI Manufacturers Association (MMA) / AMEI
المواصفات الفنية
| هيكلية الحاوية | تسلسل كتل ملف MIDI القياسي (SMF): ترويسة MThd تليها كتل المسارات MTrk |
| الضغط | أحداث أداء رمزية غير مضغوطة (Note On وNote Off والشدة وانحناء الطبقة) |
| ترتيب البايتات (Endianness) | ترتيب البتات والبايتات الكبير (Big-Endian) |
| مساحات الألوان | لا ينطبق (تدفق رمزي لتعليمات النوتات) |
| القنوات والبنية | 16 قناة MIDI منطقية لكل مسار |
| الحد الأقصى للأبعاد | دقة متغيرة لزمن دلتا (نبضات لكل نغمة ربع، حتى 65,535) |
| الشفافية | تسلسل أحداث رياضي خالص، لا يخزن أي بيانات موجية صوتية |
| البث والتحميل التدرجي | تدفق أحداث متتابع يمكن تحليله وإرساله نغمةً تلو أخرى |
مصفوفة المقارنة التقنية: MID مقابل المنافسين
| السمة التقنية | MID (الحالي) | WAV | MP3 | MOD |
|---|---|---|---|---|
| المحتوى المخزن | تعليمات الأحداث الموسيقية (النغمة وطبقتها وشدتها) | موجة PCM غير مضغوطة | شكل موجي مضغوط مع فقدان البيانات | تعليمات المسار + عينات آلات صوتية مدمجة |
| متوسط حجم الملف | من 10 إلى 100 كيلوبايت | من 30 إلى 50 ميغابايت | من 3 إلى 5 ميغابايت | من 500 كيلوبايت إلى 2 ميغابايت |
| تناسق الصوت | يعتمد اختلافه بدرجة كبيرة على المُركّب أو ملف SoundFont المستخدم. | تنسيق أحداث MIDI قابل للنقل؛ يعتمد الصوت عند التشغيل على آلة التوليف أو بنك الأصوات. | تنسيق أحداث MIDI قابل للنقل؛ يعتمد الصوت عند التشغيل على آلة التوليف أو بنك الأصوات. | |
| تحرير الترتيب | سهل للغاية؛ تحرير النوتات واحدةً تلو الأخرى | إعادة ضبط الصوت صعبة للغاية | إعادة ضبط الصوت صعبة للغاية | تحرير العينات القائم على الأنماط |
أنماط التلف الشائعة ودليل الاسترداد بالنظام الست عشري
تستمر نغمات جهاز المزج في الرنين («نغمات عالقة») أو يرتفع الإيقاع إلى سرعة هائلة.
السبب الجذري: غياب أحداث إيقاف النغمة (Note Off) أو تلف قيم زمن دلتا متغيرة الطول في كتلة MTrk.
الاسترداد: افتح الملف في برنامج تسلسل MIDI، أو استخدم أداة MIDI في File2File.app لإصلاح حالة الاستمرار وإضافة أوامر Note Off المفقودة.
تحليل الأمان ومتجهات الهجوم على المحلّل
تقوم محللات MIDI بفك تشفير قيم زمن دلتا لكمية متغيرة المعقدة (VLQ) ورسائل النظام الحصري (SysEx) التي يمكن أن تؤدي إلى تجاوز سعة المخزن المؤقت في أجهزة المزج البرمجية والعتادية.
ناقلات الهجوم المعروفة
- توسيع قيمة الكمية ذات الطول المتغير دون التحقق منها، مما يتسبب في تجاوز سعة عدد صحيح ذي 32 بت.
- حمولة كبيرة لرسالة SysEx تتسبب في تجاوز سعة الذاكرة الديناميكية (heap) في البرامج الثابتة لجهاز المزج أو المكونات الإضافية البرمجية.
- علامات تكرار مصممة عمدًا لإحداث حلقات لا نهائية تستهلك وحدة المعالجة المركزية في مسارات معالجة الصوت.
أفضل الممارسات الدفاعية: فرض حدود قصوى على قيم زمن دلتا وتنقية كتل بيانات الشركة المصنّعة في رسائل SysEx قبل إرسالها إلى أجهزة المزج.
الأصول التاريخية والمحطات الرئيسية
المزايا الرئيسية والإيجابيات
- حجم ملف ضئيل للغاية: لا تتجاوز الترتيبات السيمفونية الكاملة عشرات الكيلوبايتات بدلًا من عشرات الميغابايتات.
- مرونة تحرير كاملة: يمكن تعديل النغمات الفردية، والسرعات، والمفاتيح، وقوالب الآلات دون فقدان الجودة.
- توافق عالمي للأجهزة عبر أجهزة المزج (Synthesizers)، والبيانو الرقمي، ومسجلات التسلسل، والمحطات الصوتية الرقمية (DAWs).
القيود الفنية والسلبيات
- لا يحتوي على أي تسجيل صوتي فعلي؛ فجهاز المزج وبنك الأصوات في جهاز الاستماع هما ما يحددان الصوت بالكامل.
- لا يمكنه إعادة إنتاج الغناء البشري المسجّل أو الأصوات الواقعية غير الصادرة عن الآلات الموسيقية.
- يختلف صوت التشغيل اختلافًا كبيرًا بين أجهزة الكمبيوتر بحسب ملفات SoundFont الخاصة بـ General MIDI المثبتة.
معلومات تقنية طريفة
- الترويسة السحرية 'MThd' تعني 'MIDI Track Header'، وتتبعها 'MTrk' لكل جزء من أجزاء المسار.
- استخدمت ألعاب الكمبيوتر الكلاسيكية مثل Doom و Warcraft و Monkey Island تقنية MIDI لتوفير موسيقى غنية على أقراص مرنة بحجم 1.44 ميجابايت.
- حصل ديف سميث على جائزة جرامي التقنية في عام 2013 لدوره الأساسي في اختراع MIDI.
الأسئلة التقنية المتكررة
لماذا يبدو ملف MIDI وكأنه آلات رخيصة على جهاز الكمبيوتر؟
يحتوي ملف MIDI على تعليمات للنوتات الموسيقية فقط، مثل النغمة المطلوب عزفها وشدتها. ويولّد مُركّب General MIDI المضمّن في نظام التشغيل الصوت المسموع. ويمكن لتحميل ملف SoundFont احترافي (.sf2) أن يحسّن واقعية الصوت كثيراً.
كيف يمكنني تحويل ملف MIDI إلى ملف MP3 أو WAV؟
لأن MIDI لا يحتوي على صوت، يتطلب تحويله توليد الصوت عبر مُركّب برمجي يستخدم عينات للآلات الموسيقية. ويولّد محول الصوت File2File.app ملفات MIDI تلقائياً باستخدام بنوك أصوات عالية الجودة مباشرةً في المتصفح.
ما الفرق بين تنسيق MIDI 0 وتنسيق 1؟
يدمج التنسيق 0 جميع القنوات الموسيقية في كتلة مسار واحدة. أما التنسيق 1 فيضع كل آلة (كالبيانو والجهير والطبول) في كتلة مسار مستقلة، لتسهيل التحرير متعدد المسارات.