はじめに
pythonで正弦波を上手く使って音楽を奏でてみました。打ち込みの仕組みってこういうことなんだ、と感動したので、共有します。
プログラム
make_music.py
from scipy.io.wavfile import write
import numpy as np
import os
class GenFreq:
def __init__(self, Fsample=44100.0, duration=1.0, sound = "normal"):
# Fs はサンプリング周波数(Hz)，dur は持続時間(秒)
self.Fcs = {
"C": 262.0,#ド
"C#":277.0,
"D": 294.0,#レ
"D#":311.0,
"E": 330.0,#ミ
"F": 349.0,#ファ
"F#":370.0,
"G": 392.0,#ソ
"G#":415.0,
"A": 440.0,#ラ
"A#":466.0,
"B": 494.0,#シ
"C5":523.0,#ド
"C5#":554.0,
"D5":587.0,#レ
"D5#":622.0,
}
self.Fs = Fsample # サンプリング周波数
delta = 1.0 / Fsample # 間隔
self.dur = duration # 時間
self.N = int(duration * Fsample) # 音の長さ
self.t = np.arange(self.N) * delta # 時間刻み
self.x = np.zeros(self.N) # 音信号
self.sound = sound # 音の種類
def getSound(self):
# 波形データ配列を返す
return self.x
def getLen(self):
# データ配列長を返す
return self.N
def setTone(self, code="C", Amp=1.0):
# 音を設定する
if(code != ""):
if(self.sound == "normal"):
# 正弦波
f = self.Fcs[code]
self.x = Amp * np.sin(2.0 * np.pi * f * self.t)
elif(self.sound == "triangle"):
# 三角波
n = 100
f = self.Fcs[code]
for i in range(1, n+1):
harmonic = (2*i - 1)**2
self.x += Amp /harmonic * np.sin(2.0 * np.pi * f * harmonic * self.t)
elif(self.sound == "square"):
# 矩形波
n = 100
f = self.Fcs[code]
for i in range(1, n+1):
harmonic = 2*i - 1
self.x += Amp * (1 / harmonic) * np.sin(2.0 * np.pi * f * harmonic * self.t)
elif(self.sound =="sawtooth"):
# 鋸波
n = 100
f = self.Fcs[code]
for i in range(1, n+1):
harmonic = i
self.x += Amp * (1 / harmonic) * np.sin(2.0 * np.pi * f * harmonic * self.t)
def normalize(self):
# 音の振幅範囲を [-1, 1] に設定
xmax = np.abs(self.x).max()
self.x /= xmax
def __add__(self, other):
# 音をつなげる
if isinstance(other, self.__class__) and self.Fs == other.Fs:
tmp = GenFreq(self.Fs, self.dur + other.dur)
tmp.x = np.hstack((self.x, other.x))
return tmp
else: # サンプリング周波数違うときは足せないのでエラーを発出
raise NotImplementedError()
def __mul__(self, code="C", Amp=1.0):
# 音を重ねて和音にする
f = self.Fcs[code]
self.x += Amp * np.sin(2.0 * np.pi * f * self.t)
if __name__ == "__main__":
########################################################
# 音のパターンを定義するリスト（「ビッグブリッヂの死闘」）
pattern = [
("F", 0.2),
("F", 0.2),
("", 0.2),
("F", 0.2),
("G#", 0.2),
("F", 0.2),
("",0.2),
("F", 0.2),
("G#",0.2),
("F",0.2),
("A#",0.2),
("B", 0.2),
("A#",0.2),
("G#", 0.2),
("F", 0.2),
("D#", 0.2),
("F", 0.2),
("F", 0.2),
("", 0.2),
("F", 0.2),
("G#", 0.2),
("G",0.2),
("F", 0.5),
("", 1.5),
("F",0.2),
("G",0.2),
("G#",0.2),
("F",0.2),
("A#",0.2),
("G#",0.2),
("G",0.2),
("F",0.2),
("C5",0.2),
("F",0.2),
("C5#",0.2),
("F",0.2),
("C5",0.2),
("G#",0.4),
("",0.01),
("G#",0.2),
("A#",0.2),
("D#",0.2),
("C5",0.2),
("D#",0.2),
("A#",0.2),
("G",0.4),
("",0.01),
("G",0.2),
("G#",0.2),
("G",0.2),
("F",0.2),
("G",0.2),
("G#",0.2),
("A#",0.2),
("G#",0.2),
("G",0.2),
("F",0.2),
("G",0.2),
("G#",0.2),
("F",0.2),
("A#",0.2),
("G#",0.2),
("G",0.2),
("F",0.2),
("C5",0.2),
("F",0.2),
("C5#",0.2),
("F",0.2),
("C5",0.2),
("G#",0.4),
("",0.01),
("G#",0.2),
("A#",0.2),
("D#",0.2),
("C5",0.2),
("D#",0.2),
("A#",0.2),
("G",0.4),
("",0.01),
("G",0.2),
("G#",0.2),
("A#",0.2),
("C5",0.2),
("C5#",0.2),
("D5#",0.2),
("C5#",0.2),
("C5",0.2),
("C5#",0.2),
("D5#",1.5)
]
########################################################
Fs = 44100.0 # サンプリング周波数
v = GenFreq(Fs, duration=0) # 空の音インスタンスを作る
for tone, duration in pattern:
t = GenFreq(Fs, duration=duration, sound= "square") # 矩形波で音を生成
t.setTone(code=tone)
v += t # 音を加算していく
current_path = os.path.dirname(__file__)
fname2 = os.path.join(current_path, "bigbridge.wav")
v.normalize()
write(fname2, int(Fs), v.getSound().astype("float32"))
これを実行すると、音声ファイルが生成されるので聞いてみてください。今回は矩形波で作りましたが、引数を"normal"や"triangle"、"sawtooth"にした場合、音の感じが変わります。
おわりに
応用するとMIDIアプリを作れそうなので、暇なときにやってみようかと思います。