Python matplotlibでリアルタイムに音を可視化

0. はじめに

pyaudioを用いて音を読み込み、それをnumpyでバイナリから数値化、matplotlibで描画する。

作業環境：
・Ubuntu
・Docker
・Python3.8.5

各ライブラリがインストールされていない場合はターミナルで以下を実行しpipインストールしておく。

python -m pip install numpy matplotlib pyaudio

インストールができたらimportする。

import pyaudio
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

1. 音を読み込む前の設定

pyaudioを用いて音を読み込むための設定を行っていく。
CHUNKはデータサイズ。基本的に1024とするがデータ数が少なくエラーを吐かれたので3倍している。
RATEはサンプリングレート。1秒間に何回標本化するか指定する。CDが441KHzなのでそれに合わせている。
CHANKやサンプリングレートに関して詳しく知りたい方はGoogle先生へ。

CHUNK = 1024 * 3
RATE = 44100
p = pyaudio.PyAudio()

stream = p.open(format=pyaudio.paInt16,   #データの型
                channels=1,　#ステレオかモノラルかの選択 1でモノラル 2でステレオ
                rate=RATE,   #サンプリングレート
                input=True,
                input_device_index = 6,   #マイクの指定
                frames_per_buffer=CHUNK)   #データ数

2. グラフ描画のための設定

次にmatplotlibの設定を行っていく。
matplotlibの細かい情報は公式リファレンスかGoogle先生へ。

fig, ax = plt.subplots()   #描画領域の作成
fig.canvas.draw()   #figureの描画
bg = fig.canvas.copy_from_bbox(ax.bbox)   #描画情報を保存
line, = ax.plot([0 for _ in range(CHUNK)])   #データがないためCHANKの数だけ0をplot
ax.set_ylim(-1, 1)   #yのデータ範囲を-1~1に設定
fig.show()   #描画

3. データの読み込みとグラフの描画

実際にデータを描画していく。
while Trueで無限に繰り返しデータを抽出、描画し続ける。ctrl+cでプログラムを停止する。

while True:
    data = stream.read(CHUNK)   #CHUNKだけデータを読み込む
    line.set_ydata(np.frombuffer(data ,dtype="int16") / float(2**15))   #バイナリデータをnumpy配列に変換
    fig.canvas.restore_region(bg)   #保存した描画情報を読み込む
    ax.draw_artist(line)   #データを指定
    fig.canvas.blit(ax.bbox)   #保存した描画情報にデータを加える
    fig.canvas.flush_events()   #描画情報をクリア

stream.stop_stream()   #streamを止める
stream.close()   #streamを閉じる
p.terminate()   #pyaudioを終了

3. 最後に

記事作成者も学習段階であるため理解しきれていない点がある。また、よりよい方法が有る場合はコメントしてほしい。
では、よいPythonライフを。