Midi mit Alsa

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original in en Guido Socher

en to de Guido Socher

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Guido mag Linux nicht nur, weil es Spa� macht, die gro�artigen M�glichkeiten, die dieses System bietet zu entdecken, sondern auch wegen der Leute, die an seiner Entwicklung beteiligt sind.

Abstract:[Here you write a little summary]

Midi ist ein Dateiformat, das keinen ge-sampelten digitalen Sound enth�lt, sondern eine Beschreibung, wie der Sound zu erzeugen ist. Das ist vergleichbar mit einem Notenblatt, wo jede Note einen Ton angibt. Mididateien sind daher sehr klein im Vergleich zu wav Dateien.

Um Midi in T�ne zu verwandeln, braucht man einen Midi Synthesizer. Das ist ein St�ck Hardware oder Software, in dem digitale Soundsamples eines Instruments (z.B Klavier) benutzt werden, um aus dem Midi T�ne zu machen. Die Soundsamples werden als "soundfont" bezeichnet.

Dieser Artikel erkl�rt, wie man Alsa (advanced linux sound architecture) als Interface zu einem Midi Synthesizer benutzt.

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Einf�hrung

Bis vor einigen Jahren konnte man bekannte Soundkarten wie "Gravis UltraSound" oder "SoundBlaster Gold" in jedem Computerladen finden. Beide Karten hatten interne Hardware-Midi- Synthesizer. Leider kann man diese Karten nicht mehr kaufen. Selbst wenn es sie g�be, w�ren sie nutzlos, da es ISA Bus Karten waren. Heutige Computer benutzen PCI Bus und haben oft schon im Chipset auf dem Motherboard einen Soundchip. Kaum einer dieser Chips unterst�tzt Midi Synthese. Ein Blick auf die Liste der von Alsa unterst�tzten Karten zeigt, da� es sehr viele Karten gibt. Du wirst dich jetzt vermutlich fragen, welche du kaufen sollst. Leider ist die Entscheidung ganz einfach. Es gibt nur eine Karte, die man heute im Computerladen findet, die auch Midi Synthese unterst�tzt: Soundblaster live.

Wenn du keine Soundblaster live Karte hast, dann kann man Midi Synthesis in Software emulieren und ich werde erkl�ren wie das geht.

Was man braucht

Alsa ist im Augenblick in einer �bergangsphase. Der stabile Release ist 0.5 und wird langsam alt. Die Version 0.9 ist aber noch nicht ganz ausgereift. Wenn man Anwendungen mit Midi benutzen m�chte, dann braucht man im Augenblick noch 0.5, weil es kaum Anwendungen f�r 0.9 gibt und sich die Programmierschnittstelle ge�ndert hat. (Beachte: PCM sampeled sound, wav Dateien, und Applikationen basierend auf gesampeltem Sound sind kein Problem mit Version 0.9. Ich spreche hier von Midi.)
Die Dateien f�r 0.5 sind: Informationen dar�ber, wie man Alsa kompiliert, findet man in der Alsa HOWTO (siehe Referenzen). Im Prinzip mu� man folgendes machen:

tar jxvf alsa-driver-0.5.12a.tar.bz2
cd alsa-driver-0.5.12a
./configure --with-sequencer=yes --with-oss=yes --with-isapnp=no
make
make install
./snddevices

Das ist f�r den "driver" und "./configure;make;make install" f�r den Rest.

Nach der Installation kann man die Module in den Kernel laden. F�r Soundblaster live (=emu10k1 Chip) ist das:

modprobe snd-card-emu10k1
modprobe snd-synth-emu10k1
modprobe snd-seq-midi
modprobe snd-pcm-oss
modprobe snd-mixer-oss
modprobe snd-seq-oss

F�r andere Karten mu� man einfach die ersten zwei Zeilen durch das Modul f�r die entsprechende Karte ersetzen (z.B snd-card-via686a f�r eine interne Karte basierend auf dem via 686 Chip). Mandrake und Suse unterst�tzen Alsa und dort kann man auch die Hardwareerkennung und Konfiguration der Distribution benutzen (harddrake und yast2). Falls du �berhaupt keine Ahnung hast, was f�r ein Chip in deinem Rechner steckt, dann probier mal "lspci -v" (der lspci Befehl geh�rt zu einem Paket namens pciutils).

Nun ist es Zeit zu testen, ob der Sound funktioniert. Starte das Programm
alsamixer
und tippe "m" zum un-mute des master und pcm Kanals (un-mute = nicht stummschalten). Mit den Pfeiltasten kann man die Lautst�rke einstellen. Mit Esc wird das Programm verlassen.

[alsamixer]

Um die Einstellungen in /etc/asound.conf zu speichern, benutzt man:

/usr/sbin/alsactl store

Nun kann man mit

play flute.wav

einen Fl�tenton h�ren. Falls nicht, gehe zu /proc/asound und �berpr�fe /proc/asound/devices und /proc/asound/oss-devices. Dort sollte es "mixer" und "digital audio" geben (meine Dateien).

Das war ein Test der pcm oss Emulation und Sound im allgemeinen. Weiter unten werde ich erkl�ren, wie man mit /etc/modules.conf alles automatisch machen kann. Der n�chste Schritt ist jedoch, Midi zum laufen zu bringen.

Midi

Wenn du eine Soundkarte mit internem Midi Synthesizer (Soundblaster live) hast, dann mu� man die "soundfonts" (gesampelte Instrumente) in den Chip der Soundkarte laden. Wenn du keine solche Karte hast, dann kannst du timidity installieren (siehe Referenzen f�r einen URL zum Download) und timidity als Alsa Midi Synthesizer benutzen. F�r Programme, die oberhalb von Alsa laufen, ist kein Unterschied zwischen dem Hardware Synthesizer und timidity zu sehen.

Den Soundfont laden

Du solltest �berpr�fen, da� das Programm sfxload (/bin/sfxload) installiert ist. Wenn nicht, dann installiere es jetzt, Es ist Teil eines Paketes namens awesfx (auf den CDs deiner Linuxdistribution oder http://mitglied.lycos.de/iwai/awedrv.html). Als n�chstes kopiere die Datei 8MBGMSFX.SF2 von deiner Soundblaster Live CD (/mnt/cdrom/AUDIO/Common/SFBANK/8MBGMSFX.SF2) nach /etc/midi/8MBGMSFX.SF2. Der Soundfont wird mit folgendem Befehl geladen:

/bin/sfxload /etc/midi/8MBGMSFX.SF2

Ein gutes Testprogramm ist pmidi (siehe Referenzen). Der Befehl
pmidi -l
sollte folgendes anzeigen:

Port Client name Port name
64:0 External MIDI 0 MIDI 0-0
65:0 Emu10k1 WaveTable Emu10k1 Port 0
65:1 Emu10k1 WaveTable Emu10k1 Port 1
65:2 Emu10k1 WaveTable Emu10k1 Port 2
65:3 Emu10k1 WaveTable Emu10k1 Port 3

Nun tippe

pmidi -p 65:0 test.mid

und du solltest Midi Sound h�ren.

TiMidity als Software Synthesizer

Lade TiMidity++-2.11.3.tar.gz (siehe Referenzen am Ende) herunter und entpacke es (tar zxvf TiMidity++-2.11.3.tar.gz). Editiere die Datei common.makefile.in. Hier kommentiert man die CFLAGS Zeile f�r pentium gcc aus:

CFLAGS = -O3 -mpentium -march=pentium -fomit-frame-pointer \
-funroll-all-loops -malign-double -ffast-math

Nun kann man timidity f�r verschiedene grafische Oberfl�chen konfigurieren, aber wir sind haupts�chlich an "--enable-alsaseq" interessiert. Es schadet aber nicht, wenn man das Program auch �ber eine grafische Oberfl�che steuern kann:

./configure --enable-ncurses --enable-xaw --enable-spectrogram --enable-xaw=dynamic --enable-audio=oss,alsa --enable-alsaseq --prefix=/usr/local/timidity-2.11.3
make
make install

Das installiert timidity nach /usr/local/timidity-2.11.3/bin, um eine bereits existierende timidity Installation aus deiner Linuxdistribution nicht zu �berschreiben. Wir installieren timidity hier selbst, weil ich keine einzige Distribution kenne, die timidity f�r das alsaseq Interface konfiguriert hat.
F�r timidity braucht man auch Soundfonts. Diese nennen sich hier "instrument files". Ein guter und kompletter Satz von Instrumenten ist ziemlich gro� (ca. 10Mb). Am schnellsten kommst du an diese Dateien heran, wenn du sie aus der timidity++ Installation deiner Linuxdistribution kopierst. Oder z.B. von timidity++-2.11.3-1.i386.rpm, Download f�r Redhat 7.3. Um die Dateien von /usr/share/timidity/instruments nach /usr/local/timidity-2.11.3/share/timidity/instruments zu kopieren, benutzt man folgenden Befehl:

cd /usr
find share/timidity -print | cpio -dump /usr/local/timidity-2.11.3

Nun k�nnen wir timidity testen:

/usr/local/timidity-2.11.3/bin/timidity -iA -B2,8 -Os -EFreverb=0
TiMidity starting in ALSA server mode
set SCHED_FIFO
Opening sequencer port: 128:0 128:1

und dann pmidi -l:

Port Client name Port name
128:0 Client-128 TiMidity port 0
128:1 Client-128 TiMidity port 1

Voila, wir haben 2 Ports mit dem TiMidity Synthesizer.
Nun kann man mit

pmidi -p 128:0 test.mid

Musik erzeugen.

/etc/modules.conf

Zur automatischen Konfiguration und zum Laden der Module kann man folgendes in /etc/modules.conf eintragen, falls man eine Soundblaster live Karte hat:

alias char-major-116 snd
alias char-major-14 soundcore
alias snd-card-0 snd-card-emu10k1
alias sound-slot-0 snd-card-0
alias sound-service-0-0 snd-mixer-oss
alias sound-service-0-1 snd-seq-oss
alias sound-service-0-3 snd-pcm-oss
alias sound-service-0-8 snd-seq-oss
alias sound-service-0-12 snd-pcm-oss
alias midi snd-synth-emu10k1
below snd-seq-oss snd-synth-emu10k1
post-install snd-synth-emu10k1 /bin/sfxload /etc/midi/8MBGMSFX.SF2 ; alsactl restore
# uncomment to save volume settings at shutdown:
#pre-remove snd-synth-emu10k1 alsactl store

F�r eine andere Karte ohne Midi Synthesizer, z.B. eine interne via686:

alias char-major-116 snd
alias char-major-14 soundcore
alias snd-card-0 snd-card-via686a
alias sound-slot-0 snd-card-0
alias sound-service-0-0 snd-mixer-oss
alias sound-service-0-3 snd-pcm-oss
alias sound-service-0-12 snd-pcm-oss
# restore original mixer:
post-install snd-card-via686a alsactl restore
# uncomment to save volume settings at shutdown:
#pre-remove snd-synth-emu10k1 alsactl store

Um timidiy automatisch w�hrend des Booten zu starten, sollte man folgende Zeile in /etc/init.d/alsasound (diese Datei wird mit dem Alsa Driver installiert, ist aber nicht aktiv. Mit chkconfig kann sie f�r Runlevel 3+5 aktiviert werden) einf�gen:

echo "starting timidity"
timidiy=/usr/local/timidity-2.11.3/bin/timidity # do not forget the "&" in the next line:
$timidity -iA -B2,8 -Os -EFreverb=0 > /dev/null &

Alsa und Midi nutzen

[kmid] Wir haben oben schon das pmidi Programm benutzt, um Midi Dateien abzuspielen. KDE enth�lt ein Programm namens kmid (nicht zu verwechseln mit kmidi). Kmid kann man mit oder ohne Alsa Unterst�tzung kompilieren. Redhat hat es nur f�r OSS kompiliert. Mandrake und Suse nutzen Alsa. Man kann die Mandrake Dateien unter Redhat benutzen.

Dieser Artikel ist auch ein vorbereitender Artikel f�r andere Artikel �ber Musikprogramme. Wir werden z.B. einen Artikel zu Jazz haben. Jazz ist ein Midi Sequencer und Editor. Am Ende des Artikels findet sich eine Liste mit Referenzen zu anderen Musikprogrammen.

Es gibt auch andere Programme wie timidiy (timidity -ig wird z.B. timidity mit gtk Oberfl�che starten) oder kmidi (nicht kmid), die schon einen Software Synthesizer enthalten. In diesem Fall braucht man auf Kernelebene kein Midi (ob in Hardware oder durch timidity emuliert). Im allgemeinen ist es jedoch besser, ein gemeinsames Midi API zu haben und nicht Midi in jedem Programm neu zu implementieren.

Alsa durchl�uft im Augenblick gro�e Ver�nderungen. Wie schon vorher gesagt, funktioniert Version 0.9 mit den meisten Applikationen nicht. Die Version 0.5, wie sie hier besprochen wurde, hat jedoch auch Probleme. Die OSS Sequencer Emulation (/dev/sequencer) funktioniert nicht. Sie funktioniert nur mit Soundblaster AWE Karten, die man nicht mehr kaufen kann. Das bedeutet, da� nur Programme, die auch f�r Alsa geschrieben wurden, funktionieren werden. Das wird sich hoffentlich mit Version 0.9 �ndern. Dieser Artikel sollte aber auch in Zukunft noch seinen Wert haben, wenn Version 0.9 weiter verbreitet ist, da sich eigentlich nur "Kleinigkeiten" ge�ndert haben. So sind z.B. die Namen der Kernelmodule anders, aber das grunds�tzliche Vorgehen ist gleich.

Referenzen