波形処理 第4回コード演奏
深層学習第3回コード進行解析 で得られたコード進行を例として、音を合成する仕組みを考察してみました。B→E→A→EonG＃→F＃m ■サイン波をベースに合成したコード演奏
HTML5のaudioに対応していないブラウザのためサンプルは表示されません。
■ピアノ・サンプリング音源ドの音をベースに合成したコード演奏 魔王魂 フリー効果音素材
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■開発環境 I2S通信によるハイレゾ音源再生
を参照してください。深層学習 第1回環境整備 を参考にしてください。
$ pip3 list
Package Version
-------------------- -----------
Keras 2.4.3
matplotlib 3.3.2
numpy 1.16.2
pip 18.1
scikit-learn 0.23.2
scipy 1.5.4
tensorflow 1.14.0
$ python3 --version $ sudo pip3 install pyaudio $ sudo pip3 install pychord $ python3 sample.py $ apt list --installed ｜ grep python-pyaudio $ sudo apt-get purge --remove python-pyaudio $ apt list --installed ｜ grep portaudio19-dev $ apt list --installed ｜ grep python-all-dev $ sudo apt install portaudio19-dev $ python3 sample.py $ sudo apt install libatlas-base-dev ■基準となる音の作成
import numpy as np
C4 = 261.626
samplingRate = 44100
range = 2 * np.pi * C4
slice = range / samplingRate
radian = np.arange(0, range, slice)
wavC4 = np.sin(radian)
周波数を変更するだけで、新たに別の音が作れます。
from scipy.io import wavfile
samplingRate = 44100
rate, data = wavfile.read(filename)
wavC4 = data[0:samplingRate]
ここでは、サンプリング音源ドのファイルを読み込んで、先頭の1秒間を抜き出しています。Python 高速フーリエ変換（FFT）による周波数解析「SciPy」
stack = []
shape = []
breakKey = 0
cnt = 0
rate = 1.122
tmpWav = wavC4.tolist()
for key, amplitude in enumerate(tmpWav):
matchKey = int(key/rate+0.5)
if breakKey != matchKey:
pos = len(stack)//2
#print("pos=",pos)
shape.append(stack[pos])
cnt += 1
breakKey = matchKey
stack = [amplitude]
else:
stack.append(amplitude)
この処理では波形を縮めています。つまり、配列データを間引いています。
レの音の周波数は、ドの音の1.122倍ですので、1/1.122に縮小します。
freqWav = shape
rest = samplingRate - cnt
while rest > 0:
if rest > cnt:
range = cnt
else:
range = rest
freqWav.extend(shape[0:range])
rest -= cnt
wavD4 = np.array(freqWav).astype(np.int16)
この要領で１オクターブ分の音を作成します。さらに1オクターブ上の音も同様に生成可能です。■分散和音を作る
broken = wavC4/3
broken += wavE4/3
broken += wavG4/3
Cmajor = broken.astype(np.int16)
■コードを鳴らす
import pyaudio
p = pyaudio.PyAudio()
stream = p.open(format=pyaudio.paInt16,
channels=1,
rate=samplingRate,
output=True,
output_device_index=0)
stream.write(Cmajor)
stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()
strem.write() 部分をコード進行を読み込んでループさせるように変更することで、演奏させることができます。■補足
C4 = 261.626
range = 2 * np.pi * C4
slice = range / samplingRate
# Oscillator-1: サイン波
radian = np.arange(0, range, slice)
wav = np.sin(radian)
# Oscillator-2: サイン波
intensity = 0.45 # 強度
overtone = 2.0 # 倍音
wav += np.sin(radian * overtone) * intensity
# Oscillator-3: サイン波
intensity = 0.1 # 強度
overtone = 3.0 # 倍音
wav += np.sin(radian * overtone) * intensity
# Oscillator-4: サイン波
intensity = 0.25 # 強度
overtone = 4.0 # 倍音
wav += np.sin(radian * overtone) * intensity
# Oscillator-5: サイン波
intensity = 0.12 # 強度
overtone = 5.0 # 倍音
wav += np.sin(radian * overtone) * intensity
max = np.max(wav)
wav /= max
wavC4 = (wav * float(2**14)).astype(np.int16)
重ね合わされた波形は下図のようになります。
HTML5のaudioに対応していないブラウザのためサンプルは表示されません。
FM音源YMF825+micro:bit編 で若干触れています。■参考文献 Python で音楽を作って楽しもう yuma-m/pychord Pythonでwavファイルを読み込む Pythonで音声解析 – 音声データの周波数特性を調べる方法 Python ねこふんじゃったを演奏する「PyAudio」
Raspberry Pi（ラズベリー パイ）は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
