ソフトシンセを作りながら学ぶPythonプログラミング

おまえ誰よ？ Ransui Iso (磯蘭水) Work at X-Listing Co, Ltd. http://www.xlisting.co.jp/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、その他色々を経て、今はネット広告配信システムについての研究開発をしています。最近はCommon Lispでシステム開発をしていますが、Pythonもヘビーに使っています。 http://www.facebook.com/ransui @ransui Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

対象とするレベル● Pythonプログラミングの経験 – 午前中のセッション｢Pythonチュートリアル」 – 書籍「はじめてのPython」 – Python公式ドキュメント「Pythonチュートリアル」全部をクリアしてなくてもOKです● プログラミングそのもの – 練習問題やサンプルプログラム等をいじったことがある – フルスクラッチで何かを作ったことはあまりない – ライブラリとかの中身を覗きこんだりはあまりしない Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

その他注意点など● これはハンズオンのセッションです – セッション時間内に演習時間があります ● Pythonが実行可能なノートPC等を持っていないと、すごくつまらないです ● 近くの席に座った人同士で教えあって、たのしくプログラミングしましょう – 必要なプログラムは配布します● 何故か紛れ込んでいる中〜上級者(モヒカン)の方へ – ぜひとも周りの人に色々教えてあげてください – ウロウロ推奨。勝手開発推奨。成果物の見せびらかし＆頒布推奨● 長時間のセッションなので… – 休憩時間が時間割とずれることがあります。他のセッションの迷惑にならないように注意してください Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

PCの場合● プログラムから信号を送り込むことができる 1：送り込むデータの形式を設定 Application 2：音声信号を数値データとして送り込む OS Device Sound API Driverデータは数値列なのでプログラムで好き放題作成可能 Output→ ソフトシンセ！ DAC Amplifier Terminal Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

部品の雛形を取り込む● モジュールからクラスをインポートするfrom Components import Config from Components import Configfrom Components import SineWaveOscillator from Components import SineWaveOscillatorfrom Components import Amplifeir from Components import Amplifeirfrom Components import Clock from Components import Clockfrom Components import Renderer from Components import Rendererfrom Components import WaveFileSink from Components import WaveFileSink WaveFile Sin Amplifier Clock Renderer Sink クラスは部品そのものではないので注意 Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

部品の生成と接続● クラスからインスタンスを作成する osc = SineWaveOscillator(frequency=440.0) osc = SineWaveOscillator(frequency=440.0) amp = Amplifeir(source=osc, gain=Config.MaxGain, attenuate=1.0) amp = Amplifeir(source=osc, gain=Config.MaxGain, attenuate=1.0) プログラムの意味 Sin Amplifier サイン波を生成する発振器を1個生成してoscという変数から参照できるようにした。作成した発振器の初期周波数は440Hz 増幅器を1個生成してampという変数から参照できる amp ようにした。アンプの入力はoscで参照できる発振器 osc Gain: Max F: 440.0 増幅は最大で、減衰なし。 Att: 1.0 インスタンスが実体を持った機能する部品 Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

Example01.pyでの部品の構成● 最終的に以下のような構成になっている amp WaveFile osc Gain: Max Renderer Sink F: 440.0 Att: 1.0 Out: output.wav Clock End: 44100 インスタンスが実体を持った機能する部品 Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

発振器とアンプ● アンプが数値を増幅する amp osc Gain: Max Renderer F: 440.0 Att: 1.0 -1〜1の範囲の input × Gain × Att 実数でデータを生成ここでは16bit量子化の最大限まで増幅 Att は 1.0 なので、減衰は無しこれから先データを重ねあわせたりするときに正規化されていると何かと便利なのでこうなっている Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

レンダラと時計● 音を表現する数値データ生成の中心 get_value(tick) amp WaveFile osc Gain: Max Renderer Sink F: 440.0 Att: 1.0 Out: output.wav get_value(tick) Clock End: 44100 get_value というメソッド(関数)の連鎖がミソ Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

演習● 音量・音高 – 音量・音高を変えるにはどこを調整すればいいか。また調整によってどのように出力が変化するか● 音色 – Componentsモジュールには SquareWaveOscillator, SawWaveOscillator, NoiseGeneratorという正弦波以外の波形を生成する発振器が含まれている。これを使って音を出してみよ。聴覚上どのような違いがあるか。 Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

MMLのコマンド● 発声に関するもの – 音符：c, d, e, f, g, a, b, r – 半音：+ で ♯, - で ♭ を表現する (a- → aフラット) – 音長：音符の後に数値をつける ● 1, 2, 4, 8, 16, 32 ● Lコマンドでデフォルト値を設定できる ● . で付点を表現できる（a4. → 付点付き4分音符) – オクターブ ● Oコマンドで指定する (o4a が 440Hzのラの音) ● > コマンドで1オクターブUP, < コマンドで1オクターブDown Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

MMLのコマンド● コントロールに関するもの – Tコマンドテンポの指定 – Vコマンド音量の指定(0〜15までの16段階)● 使用上の注意 – コマンドは大文字・小文字を区別しない – MML中にスペースは入れられない – 字句解析は結構いい加減。落とし穴があるかも。 – タイ、スラー、繰り返し指定、トレモロ、調指定等の高度な機能は未サポート。基本機能しか無い。 – ということは自分好みに拡張し放題！ Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

MMLCompiler● MMLをタイミング情報に変換する – (減衰量, 周波数, 時刻) というタプルのリスト ● 減衰量：Vコマンドによるボリューム指定で決定。0〜1の実数 ● 周波数：音符コマンドによる音程によって決定 ● 時刻　：指定周波数をどの時点まで発生させるかを指定音符コマンドの音長によって決定● 使うときの注意 – MMLコンパイラは処理中に内部情報としてMMLを何処まで読んだか、現在のオクターブ情報、デフォルトの音長等の情報をコンパイラ内部に記録しながら動いている。 – 複数のトラックのMMLをコンパイルするときに1個のコンパイラを使いまわすと旨く動かない。別々にインスタンスを用意して処理するべし。 Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

Sequencerの役割● タイミング情報を使って周波数を変化させる – Rendererからの呼び出しの時に受け取る時刻情報を参照しながら、タイミング情報をチェックしてターゲットの発振器の周波数を変化させる – 普通は部品の鎖の先端にある発振器の周波数を変化させ、データは鎖の末尾にあるものから取り出す。 – ボリューム操作を実現するためにSequencerにはAmplifierが内蔵されている。通常はSequencerはRendererの直前に接続すれば良い。 Modulator osc Sequencer Renderer Etc... 上の図のような関係にならないように注意しないといけない Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

演習2● かえるの歌を輪唱させなさい – Sequencerには複数のトラックを指定できる ● add_track を使う ● Sequencerには Mixer が内蔵されているので全トラックの出力が自動的に合成されて出力される – トラック毎に発振器は別のものを用意する必要がある – トラックごとにコンパイラも別のものを用意する ● デフォルトの音長や現在のオクターブなどを記憶しているため – コンパイルしたタイミング情報はそれぞれ適切なトラックに投入する – 第2トラックは1小節分遅れてスタートすればOK ● 第1小節は全休符にすればいい ● 第1トラックが先に演奏が終わるけれど…… Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

ビブラートっぽい音● 周波数を周期的に変化させればOK base_osc = SineWaveOscillator() base_osc = SineWaveOscillator() diff_osc = SineWaveOscillator() diff_osc = SineWaveOscillator() Frequency diff_osc.frequency=10.0 diff_osc.frequency=10.0 osc Modulator viv_amp = Amplifeir( viv_amp = Amplifeir( source=diff_osc, source=diff_osc, gain=2.0, gain=2.0, Attenuate=1.0) Attenuate=1.0) viv_osc = FrequencyModulator( viv_osc = FrequencyModulator( source=base_osc, source=base_osc, diff=viv_amp) diff=viv_amp) osc amp frequency : ビブラートの周期 Ampのgain : ビブラート深さ Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

DeTune● 微妙に周波数をずらした音を重ねる 2つの異なる発振器に対して周波数を同時に frequency 設定できないといけないので、ビブラートとはちょっと事情が違う。 Track0 Example03.py に実装例がある。 osc Property という仕組みを使って、属性にアクセスされた時に get_frequency, Mixer set_frequencyが自動的に呼ばれるようにできる。 osc Track1 frequency + depth Copyright (c) 2011 Ransui Iso, All rights reserved.

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ソフトシンセを作りながら学ぶPythonプログラミング

by Ransui Iso on Sep 17, 2012

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