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Raspberry Piは、ラズベリーパイ財団が開発した、名刺サイズのLinuxコンピュータです。 学校で基本的なコンピュータ科学の教育を促進することを意図しています。

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Pythonは、コードの読みやすさが特徴的なプログラミング言語の1つです。 強い型付け、動的型付けに対応しており、後方互換性がないバージョン2系とバージョン3系が使用されています。 商用製品の開発にも無料で使用でき、OSだけでなく仮想環境にも対応。Unicodeによる文字列操作をサポートしているため、日本語処理も標準で可能です。

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pythonで波形の生成と再生をリアルタイムに行いたい

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投稿2018/02/02 11:10

編集2018/02/19 17:16

前提・実現したいこと

pythonとRassberyPiを用いて楽器のほうのキーボード(電子ピアノ)のようなものを作成しようとしています。
現段階ではpython3および、pyAudioを用いてSin波をならすプログラムをつくり、ここから改良していき
和音や音色の変更、エンベロープなどを実装していこうと思っているのですが、いまいち波形の作成および合成と出音の流れがうまくいきません。
コールバック関数を用いてバッファを少しずつ書き込むという形式をとれば良いそうなのですが実装方法に関して検討もつきません…

発生している問題・エラーメッセージ

現在のコードでは0.05秒間の波形を作成

再生

この流れを繰り返していますが音がプツプツときれてしまうという問題が発生しています。

該当のソースコード

python

1import math 2import numpy as np 3import pyaudio 4import struct 5 6# classとか関数書く 7 8def play(stream,data): #再生用関数、ストリームと波形データを引数に 9 10 # チャンク単位でストリームに出力し音声を再生 11 chunk = 1024 12 sp = 0 # 再生位置ポインタ 13 buffer = data[sp:sp+chunk] 14 while buffer: 15 stream.write(buffer) 16 sp = sp + chunk 17 buffer = data[sp:sp+chunk] 18 19 20def createData(freqList = [440]): #オシレーター 21 22 data = [] 23 amp = 1.0 / len(freqList) #使用時は波形データにampを乗算する 24 25 for n in np.arange(0.05 * 44100): # nはサンプル数 26 27 s = 0.0 #波形データをゼロクリア 28 29 for f in freqList: 30 s += amp * np.sin(2 * np.pi * f * n / 44100) 31 # 振幅が大きい時はクリッピング 32 if s > 1.0: s = 1.0 33 if s < -1.0: s = -1.0 34 data.append(s) #末尾に追加 35 data = [int(x * 32767.0) for x in data] #値を32767~-32767間にする 36 37 38 # バイナリに変換 39 data = struct.pack("h" * len(data), *data) # listに*をつけると引数展開される 40 41 42 return data 43# mainだよ~ 44if __name__ == '__main__': 45 46 # ストリームを開く 47 p = pyaudio.PyAudio() 48 stream = p.open(format=pyaudio.paInt16,channels=1, rate=44100, output=1) 49 50 # メインループ入るよ 51 52 while True : 53 54 data = createData() 55 play(stream,data) 56 57 58 59 #====================== 60 stream.close() 61 p.terminate()

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とりあえず、音がプツプツなる原因は def createData()

Python

1for n in np.arange(0.05 * 44100): # nはサンプル数 2 # ...略... 3 s += amp * np.sin(2 * np.pi * f * n / 44100)

の部分です。

これだと、データは毎回 sin(0) から生成されますが、データの最後は周波数によってまちまちとなるので 0 (sin(2π x n) (n: 1,2,3,…)) でおわるとは限りません。その為データはcreateData() が呼び出される 0.05秒毎に不連続となりますので、再生するとプツプツなります。

で、修正方法ですが、データの生成位置を保持しておき、前回の続きからデータを生成するように修正するとよいかと思います。

具体的な修正方法を1つ挙げますと、例えば createData関数を

  • 引数でデータの開始位置(start_pos)を渡す
  • 戻り値としてデータの終わりの位置(end_pos)を戻す

のように改造して、

Python

1def createData(freqList = [440], start_pos=0): #オシレーター 2 data = [] 3 amp = 1.0 / len(freqList) #使用時は波形データにampを乗算する 4 5 end_pos = start_pos + 0.05 * 44100 6 for n in np.arange(start_pos, end_pos): 7 s = 0.0 #波形データをゼロクリア 8 for f in freqList: 9 s += amp * np.sin(2 * np.pi * f * n / 44100) 10 # 振幅が大きい時はクリッピング 11 if s > 1.0: s = 1.0 12 if s < -1.0: s = -1.0 13 data.append(s) #末尾に追加 14 data = [int(x * 32767.0) for x in data] #値を32767~-32767間にする 15 16 17 # バイナリに変換 18 data = struct.pack("h" * len(data), *data) # listに*をつけると引数展開される 19 20 return data, end_pos

呼び出し元(メインループ)にて

Python

1 pos = 0 2 while True : 3 data, pos = createData(start_pos=pos) 4 play(stream,data)

のようにするとよいかと思います。

投稿2018/02/05 12:07

magichan

総合スコア15898

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退会済みユーザー

退会済みユーザー

2018/02/05 13:22

無事、音が途切れず再生することができました! 波形生成の基本的な部分を見落としていて、処理時間の問題かと思ってしまって スレッドを分けて並列処理してダブルバッファにしてみたりなど色々試していたのですが、解決してよかったです。 ありがとうございました!
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