Wizard Notes

Pythonを使った音楽信号分析の技術録、作曲活動に関する雑記

ディジタルフィルタ

高次のバターワースフィルタ(ハイパス)の不安定性について scipy.signal.butterworth

マルチバンド処理用のフィルタバンク実装でバターワースフィルタによるハイパスフィルタを使おうとすると,7次くらいから周波数応答が不安定になりました. ハイパスフィルタ 周波数応答をプロット してみると,scipy.signal.butterworthのハイパスフィルタ…

Python:マルチバンド処理用フィルタバンクのクラス設計・実装・動作検証

以前の記事では,木構造のような信号処理フローのマルチバンド処理を紹介しました. この記事では、実装・利用しやすさに着目して信号処理フローを再設計・実装します。 設計 以前の記事では木構造の処理フローでしたが,今回は低域のカットオフ周波数から徐…

オーディオクロスオーバー向け補完フィルタ(バターワース)でのオールパスフィルタのフィルタ係数算出と検証

以前の記事で,低域・高域を別々に処理するようなマルチバンド処理(オーディオクロスオーバー)の実装方法を紹介しました. www.wizard-notes.com www.wizard-notes.com 上記の記事では,補完フィルタのローパス・ハイパスフィルタの並列接続したことで生成…

複数の2帯域分割(補完)フィルタを使ったマルチバンド処理のPython実装(3バンド以上)

以前の記事では,低域・高域を別々に処理するようなマルチバンド処理(オーディオクロスオーバー)を実現するフィルタバンクの例として、2バンドの場合の実装方法を紹介しました. www.wizard-notes.com ただ,より実用的なプラグイン/ソフトウェアを作るこ…

Python:FIR/IIRフィルタの直列/並列接続の周波数応答(伝達関数)プロット (scipy.signal.freqz)

複雑な信号処理プラグインを開発する場合、複数のFIR/IIRフィルタを組み合わせることがよくあります。 そこで,FIR/IIRフィルタの直列/並列接続時の周波数応答をプロットするサンプルコードを作成しました。 回路全体の伝達関数を確認するだけでなく、フィル…

マルチバンド(オーディオクロスオーバー)処理を実現するフィルタ(Butterworth, Linkwitz-Riley)のPython実装(2バンド)

低域・高域のような周波数帯域別に信号処理する場合、いい感じに帯域を分割するフィルタが必要になります。 ソフトウェア/プラグインの具体例としてはマルチバンドコンプレッサが挙げられます。 このような回路の特性としては、音質に影響を与えるような振…

再帰的ダウンサンプリング法による定Q変換 (CQT) のPython 実装とアルゴリズム解説

定Q変換 (CQT)は歌声・音楽の音高/メロディ/和音を分析するのに便利な周波数分析方法です。 例えば,CQTスペクトログラムを算出すれば各音高(ドレミファ…)がどのくらいの強さで鳴っているかを時系列で観察することができます。 以下の記事では、定Q変換…

定Q変換 (CQT: Constant-Q Transform) の 解説(音高・コード・メロディの分析向け)

はじめに 音信号の時間周波数分析にはFFT (高速フーリエ変換) /STFT(短時間フーリエ変換)がよく使われます. しかし,FFTの性質上,音高に関わる分析をしようとすると実装や分析精度の向上に手間がかかります。 そこで,この記事では音楽信号の分析によく…

ステレオ楽曲の位相差を確認できるフェーズメーターの作り方(極座標ベース)

前回の記事では,ステレオのL, R チャネルの信号を,リサージュ図形の として与えることで音の広がりを可視化しました. www.wizard-notes.com この記事では,直交座標 を極座標(絶対値と偏角) 表記にしたバージョンを紹介します. 参考: Goniometer Algo…

Python resampyで音声・音楽ファイルをリサンプリング(アップ/ダウンサンプリング)

サンプリング周波数変換(リサンプリング,アップ/ダウンサンプリング)は,非常によく利用されるオーディオファイル処理です。 ただ、リサンプリングは時間がかかる処理なので、なるべく高速なアルゴリズム・ライブラリを使いたいところです。 特に大量の…

Python:matplotlibで双2次フィルタの極・零点をプロット

自作の双2次フィルタ (Biquad Filter)のPythonライブラリ PyQuadFilter に極と零点をプロットする関数を実装しました。 exmamples/04_plot_pole_zero.pyがサンプルコードとなっています。 プロット例 オールパスフィルタの極/零点プロットです。 q = 1.5 fc…

Pythonとresample_polyでオーバーサンプリング

scipy.signal.resample_polyを使ってオーバーサンプリングを実装してみました。 resample_polyのデフォルトの設定では、パラメタβ=5.0のカイザー窓によるFIRローパスフィルタが使われています。 注意すべき箇所として、フィルタ長はresample_polyの引数では…

双2次フィルタ (Biquad Filter) の周波数特性(振幅・位相)の一覧

以下の記事で作成した双2次フィルタのプログラムで出力した、双2次フィルタの周波数特性(振幅・位相)の一覧ページです。 www.wizard-notes.com カットオフ周波数 (fc) とQ値 (q) を動かしてプロットしています。 双2次フィルタ作成の参考等にご利用くださ…

様々なサンプリング周波数に対応した K-weighting フィルタの設計

2021/1/3: alphaの算出方法がsin(w0)/Qとなっていたため、sin(w0)/(2Q)に修正 導入 ラウドネスメーターで使われるLKFSやLUFSの算出における信号処理の流れは、以下のブロック図のように、 K周波数重み付け(K-weighting) 各チャネルでエネルギーを計算し集…

Python PyFilterBankで環境音をオクターブバンド分析

はじめに 音信号の分析では、時間波形を直接分析するのではなく、様々な周波数分析手法を利用します。 比較的細かい周波数成分を見る方法としては、 STFT (短時間フーリエ変換) CQT (定Q変換) メルフィルタバンク がよく使われています。これらのライブラリ…

Pythonで作る、信号処理開発プラットフォーム用の音楽プレイヤー

今更感がありますが、Pythonで自作のエフェクトをすぐ試せる環境があると開発が捗るので、音楽プレイヤーモジュールを実装 pic.twitter.com/4yEN2wQ07X— Kurene (@_kurene) August 10, 2020 リアルタイム音響信号処理プラグインの開発において、開発言語がC+…

ボイスチェンジャー向けフィルタ設計:周波数ワープによるフィルタ係数の修正と実装方法

リアルタイム声質加工プラグインの開発進捗。声を太くしたり子供っぽくしたりできる処理のデモです。 pic.twitter.com/JcfwPJ2OCc— Kurene (@_kurene) July 18, 2020 線形予測分析+周波数ワープでリアルタイムで声質を加工する処理を作りました。 ボイスチ…

SciPyを使ったデジタルフィルタの周波数応答プロット

実装したIIR/FIRフィルタが正しく動作しているかどうか検証する必要があったため、 デジタルフィルタの周波数応答(周波数特性)をプロットするスクリプトを作りました。 基本的には scipy.signal.freqz() の example とほぼ同じで、 プロット部分を少し整理…

線形畳み込みのforループでのナイーブな実装 (Python)

VSTプラグインで線形畳み込みを実装する必要が出てきたので、 事前にPythonでC++ライクな実装を検証しました。 とりあえず、2つの入力信号の配列サイズ不明で、最適化していない実装です。 import numpy as np from numba import jit @jit def conv_linear(…

フォルマント強調フィルタの設計に関する備忘録

フォルマントの強調っぽい処理で"いい声"に加工する自作フィルタのプロトタイプ(前半:元の歌声、後半:フィルタリング後) pic.twitter.com/deOz1DJjIv— Kurene (@_kurene) 2020年7月7日 先日作ったフォルマント強調フィルタ、実は低ビットレート音声符号…