Pythonで作る俺様サウンドエフェクター

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Pytnonで作る
俺様Sound Effector
2015-10-10
Python Conference JP 2015
Ransui Iso

おまえ誰よ？
http://www.facebook.com/ransui
@ransui
Ransui Iso (磯蘭水)
Pythonは1998年から使っています。E-Commerceエンジンやサーチエンジンの開
発、Zopeを用いたWebサイト開発、ネット広告配信システムについての研究開発
などを経て、今はクラウドシステム関連のお仕事をしています。

Demo Programのありか
●
デモプログラムは以下のURLで入手できます
http://alpa.homeip.net/files/PyConJP2015/pyconjp2015_soundeffector.tar.bz2

音って何だ？

音ってなんだ？
●
空気の密度の時間変化
– 粗密波として視覚化するのは面倒なので普通はグラフを使う

音の3要素
音量
周期
●
音量
– 波の高さ
●
音高
– 波の周波数
●
音色
– 波の形
この3つの要素をコントロールできればOK

音を出す装置
●
信号を空気の粗密波に変換する
Analog
Source
Amplifier Speaker
DACDigital
Source
微小電圧信号電流信号
微小電圧信号
エンコードされた
数値信号

楽器とかの場合
●
全部を通してアナログ信号の変換
Instrument Amplifier
Speaker
微小電圧信号
電流信号
EffectorEffector Effector

アンプとスピーカー
●
最終段は「電流」で制御する
F(t) = q E(t, r(t)) + qv(t) × B(t, r(t))
要するに、強い地場の中で大電流が流れれば
より多くの力が発生するということ

コンピュータと音

デジタル化された音
●
サンプリング周波数
– 1秒あたりの分割数
●
量子化
– 振幅方向の分割数
CD音質の場合
– サンプリング周波数 44100Hz
– 量子化ビット数 16bit (65536段階)

PCの場合
●
プログラムから信号を送り込むことができる
Amplifier
Output
Terminal
DAC
Device
Driver
OS
Sound API
Application
1：送り込むデータの形式を設定
2：音声信号を数値データとして送り込む
データは数値列なのでプログラムで
好き放題作成可能

音の入出力
●
APIに対してバイナリ列でやりとりする
●
16bit符号付き量子化・ステレオの時
– インタリーブ形式
– エンディアンに気をつける
Left Channel
2bytes
Right Channel
2bytes
Left Channel
2bytes
Right Channel
2bytes
・・・
これで1サンプル分

コンポーネント構成

コンポーネントとデータの流れ
●
入力・演算・出力の繰り返し
– データを加工しながら次のプロセスに送る
Device
Driver
OS
Sound API
Capture PlaybackEffector Effector EffectorCapture

Capture / Playback Server
●
OS / デバイスドライバとのやりとり
OS
Sound API
ALSA
Capture
UI
ZMQ
EndPoint
OS
Sound API
ALSA
Playback
UI
ZMQ
EndPoint
●
独立したプログラムとして動作
●
ネットワークを使って送受信
●
通信にはZeroMQを利用

ZeroMQ
●
ネットワーク通信を簡単に
import zmq
def publisher():
context = zmq.Context()
zmq_socket = context.socket(zmq.PUB)
zmq_socket.bind(“tcp://localhost:9999”)
zmq_socket.send(“Hello World”)
def subscriber():
Context = zmq.Context()
zmq_socket = context.socket(zmq.SUB)
zmq_socket.setsockopt(zmq.SUBSCRIBE, b””)
zmq_socket.connect(“tcp://localhost:9999”)
print(zmq_socket.recv())
import zmq
def publisher():
context = zmq.Context()
zmq_socket = context.socket(zmq.PUB)
zmq_socket.bind(“tcp://localhost:9999”)
zmq_socket.send(“Hello World”)
def subscriber():
Context = zmq.Context()
zmq_socket = context.socket(zmq.SUB)
zmq_socket.setsockopt(zmq.SUBSCRIBE, b””)
zmq_socket.connect(“tcp://localhost:9999”)
print(zmq_socket.recv())

エフェクト処理部分
●
QtのSIGNAL/SLOTを使う
Capture
Client
ZMQ
output
Effector
input
output
Effector
input
output
Playback
Client
ZMQ
input

コードで見ると……
●
outputをinputにつなぐだけでOK
from component import CaptureClient, PlaybackClient
from overdrive import Overdrive
from chorus import Chorus
capture_client = CaptureClient()
playback_client = PlaybackClient()
overdrive = Overdrive()
chorus = Chorus()
captureClient.output.connect(overdrive.input)
overdrive.output.connect(chorus.input)
chorus.output.connect(playback_client.input)
from component import CaptureClient, PlaybackClient
from overdrive import Overdrive
from chorus import Chorus
capture_client = CaptureClient()
playback_client = PlaybackClient()
overdrive = Overdrive()
chorus = Chorus()
captureClient.output.connect(overdrive.input)
overdrive.output.connect(chorus.input)
chorus.output.connect(playback_client.input)

Effects

Overdrive
●
音に歪みを付加する
– 元々はアンプへの過大入力による「音割れ」
– クリッピングと増幅でもっと歪ませる

StereoEnhancer
●
音に広がりを持たせる
– 左右チャネルで波形を反転
– どちらかのチャネルの位相をずらす
def input(self, channels_data):
    if self.effect_on is True:
        right = channels_data[1].tolist()
        delayed_right = scipy.array(
            self.delay_queue + right[:self.depth])
        self.delay_queue = right[self.depth:]
        self.output.emit((channels_data[0],
                          delayed_right * 1))
    else:
        self.output.emit(channels_data)
def input(self, channels_data):
    if self.effect_on is True:
        right = channels_data[1].tolist()
        delayed_right = scipy.array(
            self.delay_queue + right[:self.depth])
        self.delay_queue = right[self.depth:]
        self.output.emit((channels_data[0],
                          delayed_right * 1))
    else:
        self.output.emit(channels_data)

Thank you for listening
Happy Hacking with Python!

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