Ubuntu で C#：スタンダード MIDI ファイルを作成する

こんにちは、@studio_meowtoon です。今回は、WSL の Ubuntu 環境の C# / .NET からスタンダード MIDI ファイルを作成する方法を紹介します。

実現すること

Ubuntu 22.04 で C# / .NET プログラムからスタンダード MIDI ファイルを作成します。

C# には本来厳格なコーディング規則がありますが、この記事では可読性のために、一部規則に沿わない表記方法を使用しています。ご注意ください。

技術トピック

スタンダード MIDI ファイルとは？

こちらを展開してご覧いただけます。

スタンダード MIDI ファイル

スタンダード MIDI ファイル（Standard MIDI File）は、音楽の演奏データを保存および転送するためのファイル形式です。

キーワード	内容
プラットフォーム非依存性	スタンダード MIDI ファイルは、異なる音楽ソフトウェアやデバイス間での互換性が高いため、さまざまなプラットフォームやデバイスで使用することができます。
軽量で効率的	MIDI ファイルはテキストベースではなく、音楽データ自体をコンパクトに表現するため、ファイルサイズが小さく、データの転送や保存に効率的です。
多機能性	MIDI ファイルは、音符、テンポ、音色、演奏のタイミングなど、音楽パフォーマンスに関するさまざまな情報を格納できます。これにより、演奏データの再生、編集、交換が容易になります。
インターネット上での共有	MIDI ファイルはファイルサイズが小さく、再生には音源が必要ですが、音楽データを簡単に共有できるため、ウェブ上での楽曲の交換や共有が容易です。
作曲や編曲の効率化	MIDI ファイルは楽曲の構成要素を表現するため、作曲家や編曲家は作業を効率化し、既存の MIDI データを編集して新しいアレンジを作成することができます。
教育や学習のツール	MIDI ファイルは、音楽教育や学習のツールとして広く使用されます。演奏や作曲の練習に活用したり、楽曲の分析や学習を支援したりすることができます。

開発環境

Windows 11 Home 22H2 を使用しています。

WSL の Ubuntu を操作していきますので macOS の方も参考にして頂けます。

WSL (Microsoft Store アプリ版) ※ こちらの関連記事からインストール方法をご確認いただけます

> wsl --version
WSL バージョン: 1.0.3.0
カーネル バージョン: 5.15.79.1
WSLg バージョン: 1.0.47

Ubuntu ※ こちらの関連記事からインストール方法をご確認いただけます

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 22.04.1 LTS
Release:        22.04

.NET SDK ※ こちらの関連記事からインストール方法をご確認いただけます

$ dotnet --list-sdks
7.0.202 [/usr/share/dotnet/sdk]
$ dotnet --version
7.0.202

作成する音楽の仕様

ドレミファソラシド を4回繰り返す

この記事では、MIDI や スタンダード MIDI ファイル(SMF) の仕様の詳細などは説明しておりません。ご了承ください。

MIDI ファイルを作成する手順

プロジェクトを作成

プロジェクトルートフォルダに移動します。
※ ~/tmp をプロジェクトルートフォルダとします。

$ cd ~/tmp

コンソールアプリを作成します。
※ MIDIApp がアプリ名です。

$ dotnet new console -o MIDIApp -f net7.0

一度コンソールアプリをビルド・実行します。

$ cd ~/tmp/MIDIApp
$ dotnet run
Hello, World!

ここまでの作業で、C# / .NET コンソールアプリの雛形が作成できました😋

ライブラリの追加

SMF バイナリファイルを生成できる Sanford.Multimedia.Midi パッケージを NuGet で取得します。

$ dotnet add package Sanford.Multimedia.Midi

パッケージを確認します。

$ dotnet list package
プロジェクト 'MIDIApp' に次のパッケージ参照が含まれています
   [net7.0]:
   最上位レベル パッケージ                   要求済み    解決済み
   > Sanford.Multimedia.Midi      6.6.2   6.6.2

NU1701 警告を抑制します。

Sanford.Multimedia.Midi は元々 .NET 7 用には作られていないのでビルド時などに警告が表示されます。しかし、今回の利用には支障がない為、以下の記述を追加して NU1701 警告表示を抑制します。

$ vim MIDIApp.csproj

MIDIApp.csproj の一部

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
　<!-- 省略 -->
  <PropertyGroup>
    <NoWarn>NU1701</NoWarn>
  </PropertyGroup>

</Project>

ここまでの手順で、プロジェクトに Sanford.Multimedia.Midi のパッケージを組み込むことができました。

コードの追加と修正

スタンダード MIDI ファイルに対応するバイト配列に変換するクラスを作成します。

$ vim Converter.cs

Converter.cs

using static System.Convert;
using static System.Math;

namespace MIDIApp {
    // コンバータークラス
    public static class Converter {

        // 数値 BPM を SMF のテンポ情報に変換
        public static byte[] ToByteTempo(int tempo) {
            double double_value = 60 * Pow(x: 10, y: 6) / tempo;
            string hex = int.Parse(s: Round(a: double_value).ToString()).ToString("X6"); // 16進数6桁の変換
            char[] char_array = hex.ToCharArray();
            return new byte[3]{ // 3バイトで返す
                ToByte(value: char_array[0].ToString() + char_array[1].ToString(), fromBase: 16),
                ToByte(value: char_array[2].ToString() + char_array[3].ToString(), fromBase: 16),
                ToByte(value: char_array[4].ToString() + char_array[5].ToString(), fromBase: 16)
            };
        }

        // 文字列をバイト配列に変換
        public static byte[] ToByteArray(string target) {
            return target.ToCharArray().Select(selector: x => ToByte(value: x)).ToArray();
        }
    }
}

Program.cs を修正します。

$ vim Program.cs

Program.cs

using static System.Console;

using Sanford.Multimedia.Midi;
using static Sanford.Multimedia.Midi.ChannelCommand;
using static Sanford.Multimedia.Midi.MetaType;

using static MIDIApp.Converter;

namespace MIDIApp {
    class Program {
        static void Main(string[] args) {
            // シーケンスの作成
            Sequence sequence = new();
            sequence.Format = 1;

            int channel = 0; // MIDI チャンネル番号
            int velocity = 112; // ノートオン時のベロシティ
            int bpm = 120; // テンポ
            int eighth_note_length = 6000 / (bpm * 4); // 8分音符の長さ（ミリ秒）
            string song_name = "New Song 001"; // 曲名
            string copyright = "STUDIO Awesome"; // 著作権

            // ノートの長さを 8分音符に設定
            int duration = eighth_note_length;

            // ドレミファソラシドの音階を設定
            int[] notes = { 60, 62, 64, 65, 67, 69, 71, 72 };
            notes = Enumerable.Repeat(notes, 4).SelectMany(n => n).ToArray(); // 4回繰り返す

            // コンダクタートラックの設定
            Track conductor_track = new();
            conductor_track.Insert(position: 0, new MetaMessage(Tempo, ToByteTempo(bpm)));
            conductor_track.Insert(position: 0, new MetaMessage(TrackName, ToByteArray(song_name)));
            conductor_track.Insert(position: 0, new MetaMessage(Copyright, ToByteArray(copyright)));
            sequence.Add(item: conductor_track);

            // シーケンストラックの設定
            Track sequence_track = new();
            sequence_track.Insert(position: 0, new MetaMessage(TrackName, ToByteArray("Melody")));
            sequence.Add(item: sequence_track);

            // 音階の設定
            int tick = 0; // 時間のトラッキング用変数
            foreach (int note_number in notes) {
                // ノートオンイベントの作成
                sequence_track.Insert(position: tick, new ChannelMessage(NoteOn, channel, note_number, velocity));
                // 次のノートまでの時間を加算
                tick += duration;
                // ノートオフイベントの作成
                sequence_track.Insert(position: tick, new ChannelMessage(NoteOff, channel, note_number, 0));
            }

            // MIDI ファイルの保存
            sequence.Save($"{song_name.Replace(" ", "_")}.mid");
            WriteLine("completed.");
        }
    }
}

ターミナルから実行します。

$ dotnet run
completed.

プロジェクトフォルダに以下の MIDI ファイルが出力されます。

New_Song_001.mid

🎵作成した MIDI ファイルを MP3 に変換した音楽を聴いてみる

ここまでの手順で、Ubuntu の C# / .NET からスタンダード MIDI ファイルを作成することができました。作成した MIDI ファイルは、Windows 11 であれば標準の Windows メディアプレイヤーなどから再生することが可能です😋

まとめ

Ubuntu 22.04 で C# からスタンダード MIDI ファイルを作成して出力することができました。

どうでしたか？ Window 11 の WSL Ubuntu に、C# / .NET の開発環境を手軽に構築することができます。ぜひお試しください。今後も .NET の開発環境などを紹介していきますので、ぜひお楽しみにしてください。