実機オルゴールの減衰＋金属倍音＋滑らか包絡

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# 必要ライブラリ / Import libraries
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!pip install mido scipy -q

import mido
import numpy as np
from scipy.io.wavfile import write
from google.colab import files
from IPython.display import Audio

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# ① MIDIファイルをアップロード / Upload MIDI file
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print("🎵 MIDIファイルをアップロードしてください (.mid)")
uploaded = files.upload()
midi_path = list(uploaded.keys())[0]
print("✅ Uploaded:", midi_path)

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# ② パラメータ設定 / Parameter settings
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sr = 44100             # サンプリング周波数
volume = 0.5           # 基本音量
decay_factor = 1.8     # 減衰係数（小さいほど長い余韻）
attack_time = 0.02     # アタックの立ち上がり時間 [s]
output_wav = "/content/high_quality_musicbox.wav"

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# ③ 改良オルゴール音合成関数 / Enhanced music-box tone
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def smooth_envelope(t, decay_factor=1.8, attack_time=0.02):
    """滑らかな立ち上がり＋指数減衰エンベロープ"""
    attack_env = np.clip(t / attack_time, 0, 1)
    decay_env = np.exp(-decay_factor * t)
    return attack_env * decay_env

def rich_musicbox_tone(freq, duration, velocity=64):
    """
    高音質オルゴール風波形を生成
    - 正弦波を中心に柔らかい倍音構成
    - 指数減衰＋滑らかな立ち上がり
    - velocityで音量スケーリング
    """
    t = np.linspace(0, duration, int(sr * duration), endpoint=False)
    env = smooth_envelope(t, decay_factor, attack_time)
    amp = volume * (velocity / 127.0)

    # 基本波と倍音を柔らかく混合（オルゴールの金属音を模倣）
    wave = (
        1.0 * np.sin(2 * np.pi * freq * t)
        + 0.3 * np.sin(2 * np.pi * 2 * freq * t + np.pi / 6)
        + 0.15 * np.sin(2 * np.pi * 3 * freq * t + np.pi / 3)
        + 0.05 * np.sin(2 * np.pi * 4 * freq * t)
    )

    # 軽い非線形補正でアナログ感を加える
    wave = np.tanh(wave * 1.2)

    # エンベロープを適用
    return amp * wave * env

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# ④ MIDI読み込み / Load MIDI
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mid = mido.MidiFile(midi_path)
print(f"Loaded: {midi_path} | Length: {round(mid.length,2)} sec")

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# ⑤ 音声合成 / Generate audio
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audio = np.zeros(int(mid.length * sr) + sr, dtype=np.float32)
current_time = 0.0

for msg in mid:
    current_time += msg.time
    if msg.type == 'note_on' and msg.velocity > 0:
        freq = 440.0 * (2.0 ** ((msg.note - 69) / 12.0))
        start = int(current_time * sr)
        dur = 0.7  # 音の持続時間
        end = start + int(dur * sr)
        if end <= len(audio):
            audio[start:end] += rich_musicbox_tone(freq, dur, msg.velocity)

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# ⑥ ポスト処理 / Post-processing
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# 軽いローパスで高域をなめらかに
audio = np.convolve(audio, np.hanning(64)/np.sum(np.hanning(64)), mode='same')

# 正規化と保存
audio = np.clip(audio / np.max(np.abs(audio)), -1.0, 1.0)
write(output_wav, sr, (audio * 32767).astype(np.int16))
print("✅ 高音質電子オルゴール音を保存しました:", output_wav)

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# ⑦ 再生 / Playback
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Audio(output_wav)

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🎼 改良点まとめ

改良要素	内容
エンベロープ	滑らかなアタック＋自然な減衰（attack_time と exp(-decay*t)）
倍音設計	1〜4倍波を柔らかくブレンド（ベル特性）
非線形補正	tanh により金属板の共鳴のような倍音の丸みを再現
ローパス処理	ハニング窓による軽い滑らか化
ベロシティ対応	強弱をMIDIのvelocityで反映
結果音色	「機械式オルゴール＋トイピアノ」中間の温かみあるサウンド

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💡おすすめ調整

効果	パラメータ例
音を長く伸ばす	decay_factor = 1.5
音を短く切る	decay_factor = 2.5
柔らかくする	倍音係数を 0.3→0.2 に変更
金属的にする	倍音係数を 0.3→0.5 に変更

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