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02.04.2015

Workshop: Geräte synchronisieren mit MIDI Clock

MC: Der Helfer zum Syncen von Delays, LFOs, Drumcomputern und vielem mehr!

Einfach, schnell, preiswert und sicher – Sync für alle.

Master? Slave? Synchronisation? – In diesemWorkshops könnt ihr lernen, wie ihr verschiedene Geräte und Software per MIDI Clock miteinander synchronisieren könnt. Manchmal ist es notwendig, beispielsweise eine Sequencer/DAW wie Logic, Cubase oder Ableton Live gemeinsam mit einem Drumcomputer oder Hardware-Sequencer laufen zu lassen; es gibt aber auch enorme Vorteile, wenn externe Geräte wie Effektgeräte oder Synthesizer via MIDI Clock über das aktuelle Songtempo in Kenntnis gesetzt werden.

Gitarristen beispielsweise kann ein über MIDI Clock gesynctes Delay neue Möglichkeiten eröffnen – und ist zudem genauer als das “Tapping” mit dem Fuß. Drummer können ihr E-Drum-Modul oder ihren Click zum Tempo des Aufnahmesystems syncen. Und wer Sounds bauen und editieren will, der wird sich über die Möglichkeit freuen, LFOs für Filterbewegungen an das Songtempo koppeln zu können.

Schön zu wissen: Das ist alles kein Hexenwerk und üblicherweise schnell gemacht. Ich beschränke mich hier und heute auf die deutlich simplere MIDI-Clock-Verbindung (MC" oder "MBC"), welche zudem in den meisten Fällen weitaus sinnvoller ist als die MIDI-Timecode-Synchronisation per "MTC qfm".

Master and Slave: Synchronisieren per MIDI Clock

Synchronisation per MIDI Clock arbeitet immer mit einem “Chef”-Gerät, welches dem oder den anderen sagt, wo es langgeht. Dieses wird als “Master” bezeichnet. Wenn der Master also etwa behauptet “Das hier ist eine Sechsundneunzigstel-Note.”, dann müssen die angeschlossenen Slaves das einfach glauben und haben zu gehorchen. Nix Demokratie also: Es ist nicht einmal großartig vorgesehen, dass die Slaves irgendetwas an den Master zurück melden können, was für die Synchronisation relevant wäre. Somit wäre auch klar, nach was wir zunächst suchen müssen: Ein Master benötigt einen MIDI-Out, ein Slave einen MIDI-In. Natürlich funktionieren prinzipiell auch MIDI-over-USB und sogar Rechner-interne Verbindungen (wenngleich wir dort mit ReWire ein umfangreicheres System zur Verfügung haben). 

MIDI Clock: Kann mein Gerät Master oder Slave sein?

Die Suppe versalzen können euch leider MIDI-Geräte (und Software!), die vom Konzept her zwar in der Lage sein könnten, als Slaves oder Master aufzutreten – es aber dennoch nicht anbieten. Um das herauszufinden, hilft das Handbuch weiter. Da Hersteller gerne mit den Fähigkeiten eines Gerätes hausieren gehen, sich über ein Unvermögen jedoch ausschweigen, ist oftmals ein Blick in das Inhaltsverzeichnis oder besser noch das Register angebracht. Keine Einträge zu “Synchronisation”, Sync”, MIDI Clock”, “MC”, “MIDI Beat Clock” und dergleichen? Dann sieht es eher schlecht aus. Die schnellste Gewissheit erlangt man, wenn man die “MIDI Implementation Chart” betrachtet. Diese genormte Tabelle ist so gut wie allen MIDI-Geräten beigefügt (üblicher Ort: Anhang des Manuals!) und gibt Auskunft über die Fähigkeiten und Nicht-Fähigkeiten des Geräts. Wenn ihr beispielsweise wissen wollt, ob euer Gerät MIDI Clock senden kann, müsst ihr in der ersten Spalte (“Function”) in der Zeile “System Realtime – Clock” nachsehen, ob in der Spalte “Transmit” (manchmal auch nur “Tx”) ein kleines “x” eingetragen ist oder ein “o”. Letzteres würde bedeuten “ist implementiert”, was wiederum heißt, dass das Gerät die MIDI Clock ausgeben kann. Bei “Receive” ist zu erkennen, ob ein Gerät in der Lage ist die Clock zu empfangen und umzusetzen. Wenn es irgendwelche Einschränkungen gibt, steht es oft auch schon an dieser Stelle (beispielsweise “LFO2 only”). Für manche weiterreichenden Synchronisationen benötigt man das Vorhandensein der “Commands” und des “Song Position Pointers”, wie wir später noch sehen werden. Wenn euch eine Menge “x” einen Strich durch die Synchronisationsrechnung zu machen drohen: Nicht aufgeben, eventuell kann ein Firmware-Update Abhilfe schaffen!

MIDI-Kabel in welche Buchse? – Einfache MC-Verbindung einrichten

Außer den beiden zu verbindenden Geräten benötigt ihr ein MIDI-Kabel, nichts weiter. Dieses wird beim Master in die MIDI-Out-, beim Slave in die MIDI-In-Buchse gesteckt. Sollen mehrere Geräte Slave laufen, gibt es zwei Möglichkeiten: Die einfachste ist es, weitere Geräte per MIDI-Thru anzuschließen. Im Regelfall bekommt man erst bei einer hohen Anzahl und langen Kabeln (besonders im Rack!) Probleme. Eine Daisy-Chain aus drei, vier Geräten mit kurzen Kabeln ist üblicherweise absolut funktionstüchtig. Stellt ein Gerät mehrere Ausgänge bereit, kann selbstverständlich über diese die MIDI Clock gesendet werden. Für gewöhnlich sind das Multiport-Interfaces, die an Rechner angeschlossen werden.

MIDI Clock: Master-Settings

Am Master muss nun nur eingestellt werden, dass die Clock versendet werden soll. Typischerweise ist diese Einstellung in einem der globalen Menüs zu finden, oft unter “System – MIDI”, “Utility – MIDI Settings” oder dergleichen. Das ist leider nicht genormt. Zum Auffinden ist im Zweifel wieder das Handbuch sinnvoll. Wenn ihr den Parameter an eurem Gerät ausfindig gemacht habt, ist alles ganz einfach: “MIDI Clock: OFF” kann in “MIDI Clock: ON” verändert werden. Zwar nennt es sich manchmal auch etwas anders, doch meistens ist die Funktion selbsterklärend. Auch bei Sequencerprogrammen/DAWs wie Logic, Cubase, Live, Reaper, StudioOne und dergleichen ist die Enstellung recht einfach zu finden: Es handelt sich meist um ein Setting, das mit dem Dokument ("Session", "Song" etc.) gespeichert wird, nicht um eine globale Programmeinstellung.

Vielleicht wundert euch, dass sich manchmal ein “Delay” einstellen lässt, welches negative (!) Wert besitzt und das leicht vorgezogene Versenden der relevanten Daten erlaubt. Die Übertragungsdauer auszugleichen ist nicht notwendig (das dauert pro Befehl weniger als 300 Mikrosekunden!), vielmehr kann dadurch auf etwas träge Empfänger reagiert werden. Meist wird man diese Funktion aber nicht benötigen.

“Sei mein Sklave” - Slave-Settings

Hier gilt es zunächst zu unterscheiden, zu welchem Zweck ein Gerät die MIDI Clock erhalten soll. Ist es beispielsweise ein Drumcomputer, eine externe Workstation oder ein sonstiges System, in welchem eine Sequencerwiedergabe als Slave zum Clock-Master laufen soll, ist meist alles recht einfach: An einer Stelle im Menü, die zum Beispiel “Transport” oder “Sync Settings” heißt (manchmal an der gleichen Stelle, an der auch ein Gerät die MIDI-Clock versendet, statt sie zu empfangen) kann die Steuerung der Wiedergabe umgestellt werden. Üblicherweise muss man dafür “Sync” von “Int.” (also “internal”) auf “Ext.” oder einfach nur “MIDI” umschalten. Besonders toll: Das war´s eigentlich schon! Sobald der Master läuft, müsste der Slave schon mitlaufen. In Wirklichkeit senden die meisten Master weitere Befehle mit, die für eine Synchronisation notwendig sind (vor allem “SPP”, der “Song Position Pointer”, welcher den Slave über den Startort informiert), ohne dass man dies separat aktivieren müsste. Was ganau dabei vor sich geht, lernt ihr hier nach und nach. Meist erfährt man von den verwendeten Befehlen nur, wenn man in die MIDI-Implementationstabelle blickt. Funktioniert etwas wieder Erwarten nicht, kann es an mangelnder Unterstützung dieser Befehlsart liegen, doch meist liegt der Hase woanders im Pfeffer:

Die richtigen Settings nutzen nichts bei eingeschalteten Filtern

Es können im Empfänger MIDI-Filter gesetzt werden, die global Synchronisationsbefehle sperren. Eine häufige Fehlerquelle ist dabei die Control-Software eines MIDI-Interfaces oder Audio-Interfaces mit MIDI-Funktionalität.

Manche DAWs sind sich zu schade

Irgendwelche Gründe findet man immer… Technisch ist es kein Problem, auch große Sequencer-/DAW-Schiffe als MIDI-Clock-Slaves laufen zu lassen, doch scheinen sich manche Hersteller zu fein dafür, ihre werten Programme zu niedrigen Mitläufern werden zu lassen. Nein, im Ernst: Bezüglich der Timing-Stabilität kann es mit digitalem Audio im Slave- durchaus etwas ruppiger zugehen als im Master-Betrieb, aber es gibt Beispiele, wie das trotzallem ordentlich funktioniert. Erlaubt es ein Programm dennoch, sich einem externen MIDI-Sequencer oder vergleichbaren System unterordnen zu lassen, unterscheiden sich die Einstellungen nicht sonderlich von denen, die bei Hardware notwendig wird.

Parameter, sync dich!

Sehr gerne wird MIDI Clock für das Anpassen von Delayzeiten an Songtempi verwendet. Delays kann man bei eigentlich allen Geräten auf die eine oder andere Art und Weise einstellen, wozu also Synchronisation?

Überlegen wir mal: Bei einem Tempo von 120 bpm lässt sich noch flott ausrechnen, welche Delayzeit man für eine rhytmische Verzögerung von einer Viertelnote Dauer einstellen muss: Bei 120 bpm sind dies 0,5 Sekunden. Generell gilt: 60/bpm = Viertelnotenabstand in Sekunden – vorausgesetzt, es handelt sich um einen 4/4-Takt (oder einen vergleichbaren). Das ist alles machbar, aber wie lang ist eine punktierte Achtelt bei 141 bpm? Bis man auf die 0,319 Sekunden kommt, geht meist ein wenig Zeit ins Land. Tapping mit der Hand oder dem Fuß funktioniert zwar, doch ist das oft erschreckend ungenau – und daher nur zu empfehlen, wenn nicht zum Click gespielt wird. Und 141 bpm müssen bei dem einen Gerät nicht das exakt gleiche Tempo sein wie bei einem anderen! Ihr seht ein: Die Synchronisation zu einem Sequencer ist äußerst sinnvoll.

Um Effekte zu synchronisieren, reicht es manchmal aus, dem Effektgerät die MIDI Clock zukommen zu lassen – oft genug springt die Verzögerungsanzeige dann von Millisekunden auf musikalische Zeiteinheiten wie 1/4, 1/8T (eine Achteltriole) oder 1/16. (eine punktierte Sechzehntel) um. Manchmal muss man die “Clock-Hörigkeit” separat aktivieren oder der Parameter besitzt eine doppelte Skala: Zu einer Seite stellt man in diesem Fall Zeiten in Millisekunden ein, zur anderen stehen musikalische Einteilungen zur Verfügung. Oftmals muss man an anderer Stelle dann ein “globales Tempo” für das Gerät festlegen, für den Fall, dass man ungesynct arbeitet. Für die Fehlersuche gilt auch hier: Vielleicht sind globale Filter eingestellt (z.B. “Clock Receive: OFF” oder “MIDI Clock: Don´t Listen”).

Hinter den Kulissen: Funktionsweise der MIDI Clock

Simpler geht es eigentlich nicht: Per MIDI Clock wird nicht etwa das Songtempo in einem Format wie “126 bpm” übermittelt, denn dazu müssten sich alle verbundenen Geräte auf die gleiche Zeitreferenz beziehen können – und was das eine Gerät für eine Sekunde Dauer hält, ist für ein anderes vielleicht nur 0,9978 Sekunden lang. Derartige Taktungen ändern sich auch gerne einmal mit der Betriebstemperatur.

Es kommt bei der MIDI Clock das “Metronomprinzip” zum Einsatz: Die für den zum Click spielenden Musiker wichtige Information ist ja auch nicht die numerische Anzeige der Geschwindigkeit, die beim Metronom eingestellt wurde, sondern nur der Abstand zwischen den beiden Impulsen. Das Metronom macht “Click” und ab dem nächsten “Click” kann jeder mitspielen, unabhängig davon, ob er weiß oder erkennt, welche Geschwindigkeit das tatsächlich ist. Wenn drei Musiker zum Click spielen, denkt der eine vielleicht, das seien 127 bpm, ein anderer 130 bpm, ein weiterer 125 bpm, dabei sind am Metronom in Wirklichkeit 126,5 bpm eingestellt – doch wen interessiert das schon, wenn es funktioniert? MIDI Clock macht es genauso: Es ist ein einfacher Befehl, der sehr banal aus einer festgelegten Binärzahlenfolge besteht (dieser hier: 11111000) und nie variiert wird – also keine unterschiedlichen Informationen transportieren kann. Genauso wie ein Metronomgeräusch oder ein Händeklatschen bedeutet ein solcher Befehl auch nur “Click” oder “Jetzt”!

Allerdings sind die Abstände deutlich höher als bei üblichen Metronomen, die ja üblicherweise in Viertelnoten, seltener Halben oder Achteln eingestellt werden. Die Auflösung der MIDI Clock beträgt “24 PPQN”, was für “24 pulses per quarter note” steht. Zwischen zwei Viertelnoten werden also 24 dieser Befehle verschickt, was insgesamt einer Rasterung von 24 x 4 = 1/96 entspricht. Umgekehrt heißt das auch, dass Tempoänderungen beim Master innerhalb dieser Zeit umgesetzt werden können.

Ihr könnt euch vorstellen, dass Schwankungen beim Versenden von MIDI-Clock genauso für Probleme sorgen können wie ein eierndes Metronom. Glücklicherweise wird den zu den Common-Messages gehörenden Befehlen eine der höchsten Prioritäten zugeteilt – außerdem sind sie mit insgesamt zehn Bit Länge enorm kurz! Angst zu haben, dass eine aktivierte Clock die weitere Performance der MIDI-Übertragung wirklich negativ beeinflusst, braucht ihr auch nicht: Bei 120 bpm werden nur 1,5 % der Übertragungskapazität durch die Clock belegt.

Die Vorteile sind klar: Wenn ich eine Achtelnote als Verzögerungszeit in meinem Delay eingestellt habe, dann bleibt die Verzögerung eine Achtelnote, selbst dann, wenn sich das Songtempo ändert. Schließlich habe ich nicht irgendetwas in Millisekunden eingegeben, sondern in musikalischen Zeitwerten. Vielen Songs tut es sehr gut, wenn sie beispielsweise im Refrain etwas mehr Speed aufnehmen dürfen und im Stop eine Fermate gesetzt werden kann – ohne, dass es die schönen Editiermöglichkeiten in der DAW direkt unmöglich macht.

Es gilt aber natürlich zu beachten, dass ein Slave prinzipbedingt von Taktarten und deren Auflösung nichts wissen kann. Ob es also ein 4/4, ein 6/8, ein 3/2 ein 5/8 ist, ist dem Empfänger genauso unbekannt wie es ihm schnurzpiepe ist, was denn nun eine “1” ist und was nicht.

Anwendungen für tempogesyncte Parameter an Synthesizern und Effektgeräten

Sicher sind Delays die am häufigsten verwendeten Ziele für MIDI-Clock-Sync, doch auch weitere Parameter werden dann sinnvoll, wenn sie an das Songtempo angehängt werden können. Man denke nur an Auto-Pans, die rhythmisch im Stereobild wandern oder an Tremolo- oder Flangerbewegungen. Diesen und einigen anderen ist gemein, dass als Modulationsquelle ein Niederfrequenzoszillator dient – ein LFO. Wird dieser an das Songtempo gekoppelt, kann man Effekte erstellen, die nicht irgendwie teilnahmslos vor sich hineiern, sondern eine rhythmische Aufgabe im Mix übernehmen können. Wenn man etwa zu statische Flächenklänge in der Mischung nicht platziert bekommt oder sie “in der Zeit kleben”, tut ein wenig rhythmische Sportgymnastik gut: Lasst sie im Panorama wandern, lauter und leiser werden und dergleichen. Tipp: Man kann Parts, manchmal sogar ganze Songs dadurch interessant machen, dass Modulationsbewegungen gegenläufig sind, also beispielsweise ein ternäres Tremolo in einem eisengeraden 4/4-Song.

Was man mit den LFOs in Multieffektgeräten anstellen kann, lässt sich natürlich auch in Synthesizern oder Samplern nutzen. Dass klassische Modulationsziel für eine Vielzahl von Quellen ist sicherlich die Filtereckfrequenz, besonders der Cutoff eines Tiefpassfilters. Mit einem LFO im Sync kann man beispielsweise ohne viel Bastelei erzielen, dass das Spektrum des Sounds in Achtelbewegungen “toggelt”. Dazu muss ein Low Frequency Oscillator mit der Schwingungsform “Rechteck” (auch: “Pulse”) auf eine Viertelnote gestellt werden und auf die Cutoff-Frequenz einwirken. Die Viertelnote ist kein Schreibfehler: Einen halben Schwingungsdurchlauf ist dann das Filter “auf”, einen halben “zu”, die Bewegung also in Achtelnoten.

Im einfachsten Fall schaltet der LF-Oszillator nur zwischen zwei Extremwerten um (ist also ein Rechteckform), er kann aber auch auf- oder absteigende Sägezahnform besitzen, Dreieck, Sinus oder komplexere Formen (wobei sich nicht immer alle so einfach syncen lassen, besonders bei Analogsynthesizern). Die eben beschriebene Filterfunktion kann beispielsweise mit einem ansteigenden Sägezahn-Oszillator weitaus genauer arbeiten als eine Hüllkurve – und es kann auf Re-Triggering verzichtet werden.

Und selbstverständlich kann man sich hier richtig austoben – als Modulationsziele können auch Filterresonanzen, Pulsbreiten, Pitch einzelner Oszillatoren, Geschwindigkeiten anderer LFOs, Noise Levels, Crossmoulation Amount dienen, bei Samplern Sample Start, Loop-Längen und vieles mehr. “The sky ist the limit.”

Niemand sagt übrigens, dass das Songtempo immer nur von einem Sequencer kommen muss! Denkbar ist auch eine Kombination, in der ganz trivial ein Synthesizer mit einem Multieffektgerät verbunden ist. Dort kann das Effektgerät beispielsweise Master sein und der Synth über die Tempovorgaben informiert werden, so dass etwa Delays und Flanger aus im Multi-FX und LFO-Bewegungen im Synthesizer im gleichen Tempo stattfinden. Wenn man bedenkt, dass es sogar möglich sein kann, das globale Tempo im Effektgerät mit dem Fuß mitzutappen, eröffnet das ganz neue Möglichkeiten für den Livebetrieb oder beim Spiel zu Vinyl-Decks…

Zwei oder mehrere Sequencer im Verbund laufen lassen – wie funktioniert das eigentlich?

Es gibt ja noch eine zweite Baustelle, auf der die MIDI Clock zum Einsatz kommen kann, nämlich bei der Synchronisation zweier Wiedergabesysteme, also Sequencer und DAWs. Ein weit verbreitetes Beispiel ist der Drumcomputer oder die kleine Hardware-Produktions-Workstation mit Klangerzeugung, die zum Computersystem mitlaufen sollen. Manchmal sollen auch zwei Rechner, auf denen verschiedene Klangerzeuger installiert sind (z.B: Mac mit Logic und Windows-PC mit für Mac nicht verfügbaren Programmen), simultan genutzt werden. Sicher: Eines dieser System ist MC-Master, das oder die anderen laufen brav mit. Doch wenn man sich die Funktionsweise der MIDI Clock noch einmal vor Augen führt, dann steht man vor einem Problem, wenn man über die reine Pattern-Wiedergabe hinausgeht: Es muss doch schließlich möglich sein, beide Systeme auch mal von Takt 25 an gemeinsam laufen zu lassen, weil man den Übergang zum Refrain editieren will. Wie geht das?

 

Angenehm ist, dass das im Regelfall automatisch geht – und einfach funktioniert. Was dahintersteckt: Hier erhält die Clock Unterstützung, namentlich durch den Song Position Pointer, welcher dem Slave mitteilt, von wo die Reise losgeht. Die Genauigkeit liegt bei “nur” einer Sechzehntelnote. Das ist nicht weiter schlimm, denn die Synchronisationsauflösung beträgt ja weiterhin 24 PPQN. Es bedeutet ausschließlich, dass von feineren Werten als 1/16 nicht gestartet werden kann – der Slave steigt dann eben erst mit dem nächsten Sechzehntel mit ein, was zu verschmerzen sein sollte. Übrigens ist dies ein Hauptgrund dafür, dass die Standardrasterung bei Sequencerprogrammen auf 1/16 gestellt ist. Der SPP muss ferner nicht ständig jedes Sechzehntel gesendet werden, sondern nur bei Start und Positionsänderung im Master. Schließlich kann der Slave auch zählen: Nach sechs eingegangenen MIDI-Clock-Nachrichten ist eine Sechzehntel vorbei (24:2:2=6). Allerdings ist der SPP-Wertevorrat begrenzt. Aus technischen Gründen sind “nur” 16384 verschiedene Sechzehntelpositionen darstellbar. Bei einem Viervierteltakt ist man allerdings immer noch bei 1048 Takten, die bei 120 bpm noch 35 Minuten dauern. Sollte man dennoch Mammutprojekte im Sync durchführen müssen (etwa komplette Liveshows), sollte man wissen, dass man entweder nach dem letzten Sechzentel nicht mehr einstarten kann – oder einfach das Tempo nominell halbieren oder sogar vierteln (damit setzt man allerdings die Clock-Auflösung mit herunter!). Die meisten Systeme arbeiten zudem mit den sehr einfach gehaltenen Befehlen Start, Stop und Continue (die nicht mit MIDI Machine Control zu verwechseln sind – das ist etwas anderes!).

MIDI Clock: Synchronisation einfach und praktisch

Ihr seht: Synhronisation mit MIDI Clock ist sehr hilfreich und prinzipiell ganz einfach: Der Master sendet, beim Slave können auf verschiedene Arten Parameter "an die Clock gehängt" werden – oder im Falle von Sequencern können diese als Slave mitlaufen. Viel Spaß beim Ausprobieren!

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