flute_melodyPython

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# 必要ライブラリ / Required Libraries
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!pip install mido soundfile

import numpy as np
import soundfile as sf
import scipy.signal as sg
import mido
from google.colab import files
from IPython.display import Audio

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# シグモイド系補助関数 / Sigmoid Functions
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def calc_2eq(x, p1, p2, p3, p4):
    return 1 / (1 + np.exp(-(x - p1) / p3)) * p4 + p2

def calc_5eq(x, p1, p2, p3, p4):
    return (1 - 1 / (1 + np.exp(-(x - p1) / p3))) * p4 + p2

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# フルート音合成関数 / Flute Sound Synthesizer
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def gen_flute(fs, note_number, velocity, gate):
    duration = gate + 1
    N = int(fs * duration)
    y = np.zeros(N)
    f0 = 440 * (2 ** ((note_number - 69) / 12))
    num_partials = 30

    # 周波数と振幅のゆらぎ量設定
    vca_depth_tbl = np.ones((128, num_partials)) * 0.01
    vca_depth_tbl[60:75, :] = np.random.rand(15, num_partials) * 0.5
    vca_depth = vca_depth_tbl[note_number, :]
    freq = np.arange(1, num_partials + 1) * f0
    a_freq_jitter = calc_2eq(note_number, 108, 1, 150 / 12, 20)

    vca_S = np.ones(num_partials)
    vca_delay = calc_2eq(freq, 0, -0.1, 8000 / 12, 0.2)
    vca_A = calc_5eq(freq, 0, 0.1, 8000 / 12, 0.2)
    vca_R = calc_5eq(freq, 0, 0.2, 8000 / 12, 0.4)
    a_amp_jitter = calc_2eq(freq / f0, 1, -0.3, 10 / 12, 0.8)

    # 部分音ごとに加算
    for i in range(num_partials):
        rnd = np.random.rand(N) * 2 - 1
        b, a = sg.iirfilter(2, 40 / (fs // 2), btype='lowpass')
        jitter = sg.lfilter(b, a, rnd)
        jitter /= np.max(np.abs(jitter))
        f_vco = freq[i] + a_freq_jitter * jitter

        sin_wave = np.zeros(N)
        phase = 0
        for n in range(N):
            sin_wave[n] = np.sin(2 * np.pi * phase)
            phase += f_vco[n] / fs
            if phase >= 1:
                phase -= 1

        env = np.zeros(N)
        d_n = int(vca_delay[i] * fs)
        a_n = int(vca_A[i] * fs)
        r_n = int(vca_R[i] * fs)
        gate_n = int(gate * fs)

        for n in range(d_n, d_n + a_n):
            env[n] = vca_S[i] * (0.5 - 0.5 * np.cos(np.pi * (n - d_n) / a_n))
        for n in range(d_n + a_n, gate_n):
            env[n] = vca_S[i]
        for n in range(gate_n, min(gate_n + r_n, N)):
            env[n] = vca_S[i] * (0.5 + 0.5 * np.cos(np.pi * (n - gate_n) / r_n))
        env *= vca_depth[i]

        rnd = np.random.rand(N) * 2 - 1
        jitter = sg.lfilter(b, a, rnd)
        jitter /= np.max(np.abs(jitter))
        env_vca = env * (1 + a_amp_jitter[i] * jitter)
        y += sin_wave * env_vca

    y *= velocity / 127 / np.max(np.abs(y))
    return y

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# MIDIファイル読み込み / MIDI Import
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print("🎵 Please upload a MIDI file")
uploaded = files.upload()
midi_path = list(uploaded.keys())[0]
midi_data = mido.MidiFile(midi_path)
print("✅ MIDI loaded:", midi_path)

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# 合成パラメータ設定 / Global Parameters
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fs = 48000
wav_out_name = "flute_midi_output.wav"

# MIDIテンポ情報（存在しない場合は120BPMに設定）
tempo = 500000  # default (120 bpm)
for msg in midi_data:
    if msg.type == 'set_tempo':
        tempo = msg.tempo
        break
ticks_per_beat = midi_data.ticks_per_beat
seconds_per_tick = tempo / 1_000_000 / ticks_per_beat

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# MIDIイベント→音合成 / Synthesize per Note
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audio = np.zeros(1)
for track in midi_data.tracks:
    current_time = 0
    for msg in track:
        current_time += msg.time
        if msg.type == 'note_on' and msg.velocity > 0:
            note = msg.note
            velocity = msg.velocity
            # ノートオフまでの長さを探索
            gate_ticks = 0
            for submsg in track[track.index(msg)+1:]:
                gate_ticks += submsg.time
                if submsg.type == 'note_off' or (submsg.type == 'note_on' and submsg.velocity == 0):
                    break
            gate_time = gate_ticks * seconds_per_tick
            # 合成
            y = gen_flute(fs, note, velocity, gate_time)
            # 出力に追加
            pad = int(current_time * seconds_per_tick * fs)
            if pad + len(y) > len(audio):
                audio = np.pad(audio, (0, pad + len(y) - len(audio)))
            audio[pad:pad+len(y)] += y

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# 正規化・保存・再生 / Normalize, Save, Play
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audio /= np.max(np.abs(audio))
sf.write(wav_out_name, audio, fs, subtype='PCM_16')
print("✅ Exported:", wav_out_name)
Audio(audio, rate=fs)

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🔊 実行手順（Google Colab推奨）

1. 上記コードを Colab セルに貼り付けて実行。
2. 指示に従って MIDIファイル（例：flute_melody.mid） をアップロード。
3. 自動で flute_midi_output.wav が生成され、Colab上で再生できます。

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この実装は

• mido で MIDI ノートを読み取り、
• 各ノートのオン〜オフ時間（gate）を自動計算し、
• gen_flute() 関数でフルート的加算合成（30倍音＋ゆらぎ）を行います。

音響的特徴：柔らかい倍音構成・ゆらぎ・自然な減衰があり、実際のフルートの息感を簡易再現します。