Pythonで扱いサウンド

# mk_sin_wave.py
import numpy as np
sample_rate = 8000# サンプリングレート(samples/seconds)
frequency=1000 # 単位 Hz
seconds = 0.2 # 生成時間（秒）
CHANK = 1024
# 1KHzの波形を生成-----------------------
# n=1つのCHANKに必要な1KH波形の数＝sample_rateHzの周期の1つのCHANK当たりの時間 ÷ frequency Hzの周期
n = (1/sample_rate)*CHANK/(1/frequency)
print( f"1つのCHANK(={CHANK})に必要な{frequency}Hz波形の数＝{n}")
dx = 2* np.pi*n / (CHANK)
a=0x07fff * np.sin(np.arange(0, sample_rate * seconds, dx))
a=a.astype(np.int16)
print(a, a.shape)
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(a)
plt.show()
barray = a.tobytes()
print("生成バイナリのbyte数", len(barray))

def save_wave_file( barray, path="test.wav"):
    ''' barray の16bitリトルエンディアンバイト列から、未圧縮でpathのサウンドファイルを作る'''
    import wave
    wavefile = wave.open(path, 'wb') # waveファイルをバイナリ保存用として開く。
    wavefile.setnchannels(1) #　モノラル（単一の音信号）
    wavefile.setsampwidth(2) # 2byteのデータ群と録音する指定
    wavefile.setframerate(sample_rate) # サンプリングレート
    wavefile.writeframes(barray) # 上記で設定した属性で、ファイルに出力
    wavefile.close()

save_wave_file( barray) # ファイル生成

def print_inf_wave_file( path="test.wav"):
    import wave
    wavefile = wave.open(path, mode='rb')
    print(f"-----{path}ファイルの情報-----") 
    print('type: ', type(wavefile)) 
    print('チャンネル数:', wavefile.getnchannels()) # モノラルなら1，ステレオなら2
    print('サンプル幅:', wavefile.getsampwidth()) # バイト数 (1byte=8bit)
    print('サンプリング周波数:', wavefile.getframerate()) # CDは44100Hz
    print('フレーム数:', wavefile.getnframes()) # サンプリング周波数で割れば時間
    params=wavefile.getparams()# 上記+αのパラメータクラスを返す
    print('パラメータ',type(params) ,":", params) 

print_inf_wave_file() # ファイル情報の確認

import sys
import time
import _thread # Python3では、「_thread」を使う
import pyaudio
import wave

key_code = 0 #キーが押されたらキーデータがセット

def input_key(): # スレッドで実行予定のキー入力関数
   print("キー入力待機")
   c = sys.stdin.read(1) # 1文字入力
   global key_code
   key_code = c

# 新しいスレッドを開始して、input_keyを実行させ、そのIDを返します。
thread_id = _thread.start_new_thread(input_key, ()) 

FORMAT = pyaudio.paInt16 # 2byteのデータ群と録音する指定
CHUNK=1024 # １回のinput で 1024個のデータを録音（サイズは1024 × 2 byteのバイナリ）
RATE=44100
CHANNELS=1

audio=pyaudio.PyAudio()

stream=audio.open(format = FORMAT,
   channels = CHANNELS,
   rate = RATE,
   frames_per_buffer = CHUNK,
   input = True,
   output = True) # inputとoutputを同時にTrueにする

print("録音スタート")
frames = []
while key_code == 0:
   input = stream.read(CHUNK) # 録音データを取得 （CHUNK×2byte のバイナリ）
   frames.append(input) # 録音されたバイナリデータを配列の最後の要素として追加している。
   output = stream.write(input)

stream.stop_stream()
stream.close()
audio.terminate()
print("録音ストップ")

wavefile = wave.open("test.wav", 'wb') # waveファイルをバイナリ保存用として開く。
wavefile.setnchannels(CHANNELS)
wavefile.setsampwidth(audio.get_sample_size(FORMAT))
wavefile.setframerate(RATE)
wavefile.writeframes(b''.join(frames)) # 上記で設定した属性で、ファイルに出力
wavefile.close()

# グラフの描画
import numpy as np
def array_16_from_chunk(frames, chunkSize=1028, bigFlag=False): # チャンクのバイナリの配列から1次 16bit整数に変換
   a = []
   for i in range(len(frames)):
      # a += array_16_from_binary(frames[i], bigFlag )  #2バイト、リトルエンディアンで変換と同じ処理
      a += np.frombuffer(frames[i], dtype="int16").tolist() # 上記と同じ結果が得られるnumpyのメソッド
   return a

import matplotlib.pyplot as plt

a = array_16_from_chunk(frames, True) # バイナリの配列から、int のリストに変換
plt.plot(np.arange(len(a)), np.array(a), label='サウンド波形')
plt.show()

import pyaudio # 録音や再生に使う
import wave # waveファイル読み取り用

CHUNK = 1024
filename="test.wav"
wavefile = wave.open(filename, 'rb') # waveファイルを読み取りでバイナリオープン

audio = pyaudio.PyAudio()
sampwidth = wavefile.getsampwidth() #サンプル幅
print("sampwidth:", sampwidth)
format=audio.get_format_from_width(sampwidth) # ストリームを読み書きするときのデータ型
print("format:", format) # ステレオかモノラルかの選択 1でモノラル 2でステレオ
channels=wavefile.getnchannels() # ステレオかモノラルかの選択 1でモノラル 2でステレオ
print("channels:", channels)
rate=wavefile.getframerate() # サンプル周波数
print("ramerate:", rate)

stream = audio.open(format=format,channels=channels,rate=rate,output=True)
# 上記は、引数で指定する順番が定義と違うので、引数名を指定して実行させている。

num=0; # チャンクのカウント
data = wavefile.readframes(CHUNK) # 1024個読み取り
while len(data) > 0:
    num += 1
    stream.write(data)  # ストリームへの書き込みで、これで音が出力される。
    data = wavefile.readframes(CHUNK) # ファイルから1024個*2個の

print("チャンク数",num)
stream.stop_stream()
stream.close()
audio.terminate()

import numpy as np
import wave

wavefile = wave.open("test.wav", "r")
nframes = wavefile.getnframes() # フレーム数（データの個数）
print("nframes：" , nframes) # 実行例： nframes： 88064
framerate = wavefile.getframerate() # フレームレート（1秒間のデータ出力数）
print("framerate：", framerate) # 実行例： framerate： 44100
buffer = wavefile.readframes(nframes) # ファイルからの読み取り（読み取りフレーム数）で、ファイルからバイナリのデータ部を読み取り、返す。
wavefile.close() # ファイルを閉じる 

# print(buffer) # b'\xbe\xff-\xfeS・・・・・・・\xb6\xfd\x9a\xfdx\xfd'のようなバイナリで得られる。

y1 = np.frombuffer(buffer, dtype="int16") # bufferのバイナリが、16bit整数(リトルエンディアン)である前提で、1次numpyの配列に変換
print(y1) # 実行例： [ -66 -467 -941 ..., -586 -614 -648]
print("type:",type(y1)) # 実行例： type: <class 'numpy.ndarray'>
print("type:",type(y1[0])) # 実行例： type: <class 'numpy.int16'>
print(len(y1), '数' ) # 88064 数

y1 = np.delete(y1, range(0,26000)) # 先頭 26000個のデータを削除
y1 = np.delete(y1, range( len(y1)-32000,len(y1) ) ) # 後ろ 32000個のデータを削除
print(y1) # 先頭 26000個のデータを削除
max = y1.max()
min = y1.min()
print("max:", max ,"min:", min )
raise_y=1 # 倍率算出
if max >= abs(min):
   raise_y = 32767 / max
else :
   raise_y = abs(32767 / min)

y1 = y1 * raise_y # フルスケールを使う倍率変換
y1 = y1.astype(np.int16)

import matplotlib.pyplot as plt
t1 = np.arange(0, len(y1)) / float(framerate) # プロットのｘ軸用データ生成
plt.plot(t1, y1, 'r')
plt.xlabel('Time [sec]')
plt.show()

# numpy の配列を wave モジュールを使って wav ファイルに保存
w = wave.Wave_write("output.wav") 
w.setnchannels(1) # チャンネル数
w.setsampwidth(2) # サンプル(量子化)サイズで、16bitなら2(バイト)。
w.setframerate(44100) # チャンネル数
w.writeframes(y1) # 保存するnumpy の配列
w.close()