UFuncTypeErrorというエラーが出る。

Question

解決したいこと

pythonでファイルから入力したデータからスペクトログラムを作成するプログラムを書いているのですが、
'numpy.core._exceptions.UFuncTypeError: ufunc 'multiply' did not contain a loop with signature matching types (dtype('S1024'), dtype('float64')) -> None'
というエラーが出てしまいます。astypeを使って型変換などをしてみましたが、解決しません。
どうしたらいいですか？

入力ファイルはバイナルファイルです。

発生している問題・エラーメッセージ

Traceback (most recent call last):
  File "spectrogram.py", line 88, in <module>
    time_array, acf = hanning(time_array, Fs, N_ave)
  File "spectrogram.py", line 30, in hanning
    data_array[i] = data_array[i] * han         # 窓関数をかける
numpy.core._exceptions.UFuncTypeError: ufunc 'multiply' did not contain a loop with signature matching types (dtype('S1024'), dtype('float64')) -> None

該当のソースコード

import numpy as np
from scipy import signal
from scipy import fftpack
from matplotlib import pyplot as plt

# オーバーラップをかける関数
def ov(data, samplerate, Fs, overlap):
    Ts = len(data) / samplerate                     # 全データ長
    Fc = Fs / samplerate                            # フレーム周期
    x_ol = Fs * (1 - (overlap / 100))               # オーバーラップ時のフレームずらし幅
    N_ave = int((Ts - (Fc * (overlap / 100))) /
                (Fc * (1 - (overlap / 100))))       # 抽出するフレーム数（平均化に使うデータ個数）

    array = []                                      # 抽出したデータを入れる空配列の定義

    # forループでデータを抽出
    for i in range(N_ave):
        ps = int(x_ol * i)                          # 切り出し位置をループ毎に更新
        array.append(data[ps:ps + Fs:1])            # 切り出し位置psからフレームサイズ分抽出して配列に追加
        final_time = (ps + Fs)/samplerate           # 切り出したデータの最終時刻
    return array, N_ave, final_time                 # オーバーラップ抽出されたデータ配列とデータ個数、最終時間を戻り値にする

# ハニング窓をかける関数（振幅補正係数計算付き）
def hanning(data_array, Fs, N_ave):
    han = signal.hann(Fs)                           # ハニング窓作成
    acf = 1 / (sum(han) / Fs)                       # 振幅補正係数(Amplitude Correction Factor)
    
    # オーバーラップされた複数時間波形全てに窓関数をかける
    for i in range(N_ave):
        data_array[i] = data_array[i] * han         # 窓関数をかける

    return data_array, acf

# dB(デシベル）演算する関数
def db(x, dBref):
    y = 20 * np.log10(x / dBref)                   # 変換式
    return y                                       # dB値を返す

# 聴感補正(A補正)する関数
def aweightings(f):
    if f[0] == 0:
        f[0] = 1
    ra = (np.power(12194, 2) * np.power(f, 4))/\
         ((np.power(f, 2) + np.power(20.6, 2)) *
          np.sqrt((np.power(f, 2) + np.power(107.7, 2)) *
                  (np.power(f, 2) + np.power(737.9, 2))) *
          (np.power(f, 2) + np.power(12194, 2)))
    a = 20 * np.log10(ra) + 2.00
    return a

# 平均化FFTする関数
def fft_ave(data_array, samplerate, Fs, N_ave, acf, no_db_a):
    fft_array = []
    fft_axis = np.linspace(0, samplerate, Fs)      # 周波数軸を作成
    a_scale = aweightings(fft_axis)                # 聴感補正曲線を計算

    # FFTをして配列にdBで追加、窓関数補正値をかけ、(Fs/2)の正規化を実施。
    for i in range(N_ave):
        # dB表示しない場合とする場合で分ける
        if no_db_a == True:
            fft_array.append(acf * np.abs(fftpack.fft(data_array[i]) / (Fs / 2)))
        else:
            fft_array.append(db
                            (acf * np.abs(fftpack.fft(data_array[i]) / (Fs / 2))
                            , 2e-5))
    # 型をndarrayに変換しA特性をかける(A特性はdB表示しない場合はかけない）
    if no_db_a == True:
        fft_array = np.array(fft_array)
    else:
        fft_array = np.array(fft_array) + a_scale
    fft_mean = np.mean(np.sqrt(fft_array ** 2), axis=0)          # 全てのFFT波形の平均を計算

    return fft_array, fft_mean, fft_axis

# Fsとoverlapでスペクトログラムの分解能を調整する。
Fs = 1024                                   # フレームサイズ
overlap = 75                                # オーバーラップ率

f = open("/home/nomo/b200_220215_0718_30_40_6000_TEST.dat", "rb")　# ファイル読み込み
data = f.read()
samplerate = 30000000
x = np.arange(0, 1, 0.1)

# オーバーラップ抽出された時間波形配列
time_array, N_ave, final_time = ov(data, samplerate, Fs, overlap)

# ハニング窓関数をかける
time_array, acf = hanning(time_array, Fs, N_ave)

# FFTをかける
fft_array, fft_mean, fft_axis = fft_ave(time_array, samplerate, Fs, N_ave, acf, no_db_a=True)

# スペクトログラムで縦軸周波数、横軸時間にするためにデータを転置
fft_array = fft_array.T

# ここからグラフ描画
# グラフをオブジェクト指向で作成する。
fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(111)

# データをプロットする。
im = ax1.imshow(fft_array,
                vmin=0, vmax=np.max(fft_array),
                extent=[0, final_time, 0, samplerate],
                aspect='auto',
                cmap='jet')

# カラーバーを設定する。
cbar = fig.colorbar(im)
cbar.set_label('SP [Pa]')

# 軸設定する。
ax1.set_xlabel('Time [s]')
ax1.set_ylabel('Frequency [Hz]')

# スケールの設定をする。
ax1.set_xticks(np.arange(0, 50, 1))
ax1.set_yticks(np.arange(0, 20000, 200))
ax1.set_xlim(0, 5)
ax1.set_ylim(0, 1000)

# グラフを表示する。
plt.show()
plt.close()

Answer 1

エラー中のdtype('S1024')というのは計算対象がbytes型であることを示しており、bytes値とfloat64値は掛け算できません。
よってバイナリデータを整数や実数などの適切な（意図した）数値型に変換する必要があります。
なお具体的な修正方法については、元ファイルデータ構造や処理の詳細が不明なため、コード作成者しか示せないかと思います。

import numpy as np

b = np.array(b'123')
print(b, b.dtype) # b'123' |S3
print(b*1.23)
# numpy.core._exceptions.UFuncTypeError: ufunc 'multiply' did not contain a loop with signature matching types (dtype('S3'), dtype('float64')) -> None

Comments

[yu_89]

ご回答いただき、ありがとうございます。
なるほど。そういうことでしたか。ありがとうございます！
修正方法については承知しました。