Wizard Notes

Python, JavaScript を使った音楽信号分析の技術録、作曲活動に関する雑記

Python

1次IIRオールパスフィルタでローパス/ハイパスフィルタを作る(Python実装)

「信号処理に欠かせないオールパスフィルタ―の概要・使い方・利用例」では、オールパスフィルタによって低演算量で様々な周波数特性のフィルタを作成できることを紹介しました。 www.wizard-notes.com この記事では、その具体例として1次IIRオールパスフィル…

信号処理に欠かせないオールパスフィルタ―の概要・使い方・利用例

※2022/9/28: λの算出式の符号が間違っていたためプロットとともに修正 信号処理におけるフィルタとしては、ローパス/ハイパスフィルタのような振幅特性を活用するフィルタが良く知られています。 しかし、一方で位相特性のみに影響を与えるオールパスフィル…

Python:VSTプラグインのようなエフェクター(音響効果処理)を簡単に実装・リアルタイム再生できるクラスの作成

入出力の管理リアルタイム音響信号処理を使った身近な機器としては、ボーカルやギターなどの楽器で利用されているエフェクターが挙げられます。 エフェクターは信号処理としては簡単なのですが、実際にPCでプログラミングをして音を出力するのは準備が割と大…

Python:numba (jit)で音響信号処理の高速化 - 2次IIRフィルタの処理時間計測

数値計算でよく利用されている Python (CPython) ですが、for文の処理が遅いという問題点があります。 音響信号処理ではC/C++風に配列の各要素にアクセスが必要な処理を for文を使って実装することが多いため、これは致命的です。 そこで、Python用のjitコン…

適応逆ノッチフィルタによるサイン波/調波成分の抽出(Python実装)

前回紹介した適応ノッチフィルタ は、正弦波信号を除去するアルゴリズムでした。 www.wizard-notes.com www.wizard-notes.com しかし、音楽信号処理でよくある楽音を抽出したいという要求には適応ノッチフィルタは利用しにくいです。 そこで今回は、正弦波信…

多段適応ノッチフィルタで複数の正弦波を除去/ドラム・打楽器音の抽出(Python実装)

前回の記事では、適応ノッチフィルタを使って音高が未知の正弦波を除去しました. www.wizard-notes.com しかし、正弦波が複数ある区間ではうまく動作しませんでした。 そこで、今回は複数の正弦波を除去できる、多段適応ノッチフィルタを紹介します。 また…

Python:sounddeviceを使った音声ファイルの再生・リアルタイム処理の実装方法

以下の記事では,Pythonで音の再生・録音を行うためのライブラリ sounddevice を紹介しました。 Python-sounddevice で音声や歌声をリアルタイム収音・再生・録音 - Wizard Notes この記事では、音の信号処理/アプリ開発でよく使う、音声ファイルの再生をso…

Python:適応ノッチフィルタで正弦波(周期性雑音)を除去

音響信号処理の良い参考書である プログラム101付き 音声信号処理 では、適応信号処理の一例として適応ノッチフィルタが紹介されています。 ただし、プログラムがC言語のみであり、また、数学的な説明が僅かであるため仕組みが分かりにくいです。 そこで、適…

グラフィックイコライザの周波数特性を補正するための最小二乗法による利得最適化

前回は、単純なグラフィックイコライザとして、1/Nオクターブバンドごとに双二次フィルタを用意し直列接続した実装を解説しました。 www.wizard-notes.com しかし、この手法だと、グラフィックイコライザ全体の周波数特性として各中心周波数での振幅値が指定…

Python:1/1, 1/3オクターブバンド グラフィックイコライザの実装

音源制作の現場で最も利用されているプラグインの一つとして、ある周波数帯域を増幅/減衰させるイコライザがあります。 その一種であるグラフィックイコライザをPythonで実装してみます*1。 グラフィックイコライザについて オクターブバンド分割(中心周波…

Python:PyQtでQMainWindowに非依存な複数のQWidgetを同時に表示する

www.wizard-notes.com 上記の例の派生版です。 やりたいこととしては、 複数ある QWidget (個々のGUI)を表示 ここのQWidget はQMainWindowと結合していない QMainWindowは与えられた複数の QWidget を表示する となります。 なお、下記の例ではQMainWindow…

pyrirtool: Pythonで手軽にインパルス応答を測定・録音できるツール

音響分野において指数チャープ信号などを使ったインパルス応答の測定は非常に重要ですが、測定条件に対して柔軟に対応できる測定用ソフトウェアを自前で用意するのは結構手間です。 そこで、Pythonで手軽に利用できるインパルス応答測定ツール pyrirtool を…

Python:Spleeter にNumpy配列を与え、ボーカル・ベース・調波楽器を抽出してクロマベクトルを算出する

https://github.com/deezer/spleeter より 前回の記事では、Python向け楽器分離ライブラリ Spleeter の使い方を紹介しました。 具体的には、2-mixの楽曲ファイルを、ボーカルやベース、ドラムといったオーディオファイルに分離する方法を紹介しました。 Pyth…

Pythonでボーカル・ドラム・ベース・伴奏を抽出できる楽器分離ライブラリ Spleeter の使い方・デモ

https://github.com/deezer/spleeter より 楽曲のメロディ・和音・リズムといった音楽的分析を行うには、個々の構成楽器ごとの分析が重要です。 楽譜・MIDIファイルは情報が各トラックごとに分かれているため メロディ・和音・リズムといった音楽的要素・文…

LibROSAの音響特徴量を使って楽曲のサビを自動で検出する (librosa.feature.rms, librosa.feature.spectral_centroid)

ポピュラー音楽では、楽曲の聞かせどころであるサビは楽曲の最も盛り上がる部分であり、その楽曲の印象に深くかかわります。 サビ検出には様々な手法がありますが、今回は実装が簡単な手法として音響特徴量を使ったサビ検出手法を実装・検証してみました。 …

scipy.signal.oaconvolve:FIRフィルタの畳み込み演算を効率的に行うオーバーラップ加算法の使い方と計算速度について

はじめに 音信号処理では音を加工する1つの方法としてFIRフィルタがよく使われます。 具体的な計算としては、元の信号とFIRフィルタ信号の畳み込み演算を行います。 この畳み込み演算を時間領域で素直に行うと、元の信号長×FIRフィルタ長の計算が必要です。 …

Python (Anaconda) の再インストール後に起動しないエラーへの対処(環境変数の設定)

エラー内容 解決策 エラー内容 環境:Win10 Visual Studio でインストールしたPython (Anaconda) をアンインストールし、Python.orgのインストーラを使ってPythonを再導入した際に発生したエラーです。 なお、Python.orgのインストーラだけでなくMiniconda …

Python:PyQtで複数の画面/ウィンドウ (Widget) を表示する

元ネタ: www.pythonguis.com PyQtを使って実用的なアプリを作ろうとすると、描画や設定などの画面を個別に表示するために複数ウィンドウを実装したいことがあります。 まず、素直に以下のようなコードを実装・実行してみます。 import sys from PyQt5.QtWid…

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:変数がNumPy配列かどうか判別する方法

Pythonで数値計算や信号処理をしていると,NumPy配列かどうか判別したいことがあります. import numpy as np np_array = np.array([0, 1, 2]) type(np_array) #=> <class 'numpy.ndarray'> type(python_list) #=> <class 'list'> 以上の例から NumPy配列とPythonのリストオブジェクトは異なるため</class></class>…

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…

Pythonでゲーム音楽(チップチューン)の基本波形を生成(サイン波,矩形波,のこぎり波,三角波,白色雑音)

シンセサイザ(オシレータ)の基本波形として一般的なサイン波,矩形波,のこぎり波,三角波,白色雑音は,ファミコンのBGMのようなゲーム音楽(チップチューン)の作成や音信号処理のテストでよく利用されます. サイン波は基本周波数(音高)をとすると, …

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…

Pythonでゼロ位相フィルタリング (scipy.filter.filtfilt)

はじめに ゼロ位相フィルタリングの実装方法 scipy.signal.filtfiltを使ったゼロ位相フィルタ lfilter x 2 でのゼロ位相フィルタリング 参考Webサイト はじめに 双2次フィルタ (SOS) やバターワース/チェビシェフフィルタなどといったIIRフィルタは,FIRフ…

Python:半音ごとに音高を抽出するIIRフィルタバンクの作成と使い方 (librosa.filters.semitone_filterbank)

はじめに 音の高さの分析は,メロディや和音の推定に使われる重要な前処理です. 本ブログではこれまで,音の高さの分析手法として一般的である,定Q変換やフーリエ変換を使う手法を紹介してきました. www.wizard-notes.com これらの手法は周波数領域で信号…

Python: 高品質フェーズボコーダ pyrubberband でタイムストレッチ・ピッチシフト

オーディオ信号の再生速度・音高の変更はよく利用される処理です。 そのアルゴリズムはいくつかありますが、リアルタイム処理向けの手法としてはフェーズボコーダという手法があります。 Pythonでは、音楽信号分析ライブラリLibROSAにおいてフェーズボコーダ…

Python-sounddevice で音声や歌声をリアルタイム収音・再生・録音

Pythonで音声や歌声、楽器音などの収音・再生・録音を行うためのライブラリとしてはPyAudioが知られていますが、 低遅延であるASIO規格が利用できない Python 3.7 以上には非対応 というデメリットがあります*1。 Python 3.7 以上でASIO対応デバイスを利用可…