音のデジタル表現

目的

音の波形を見る．音が数値であることを確認．周波数分析を体験．

準備（設定）

適当なディレクトリに以下のファイルを保存しておく．
（『マウスを右クリック→リンク先を名前をつけて保存』）
楽器音のファイル：バイオリン，オルガン，トランペット，クラリネット
音声「みやざき」のファイル：「みやざき」

ファイルを保存したディレクトリで以下のコマンドを実行する．
自由研究の課題：オルガンの「ド」とバイオリンの「ド」の音は，おなじ「ド」の音なので，「ある性質」を共有している．「ある性質」とはいったい何か．耳に聞こえる音と波形には，どのような関係があるか．波形が全然違うのに，同じ音に聞こえることはあるのか．

はじまり

audacity というアプリケーションを使って， wav ファイルの波形を見る．
```
% audacity  doremi001v.wav
```
% （もしくは $）は linux のコマンドプロンプトなので，キーボードから入力する必要はない．

波形の上に表示されているのは秒数．
3.0秒くらいから1.5秒間の波形をマウスでドラッグしてみる．
虫眼鏡の中に＋と描かれたボタンを何回かクリックして，波形を拡大してみる．波形であることが確認できる．同じ形の波形が短時間に何回も繰り返し現れていることを確認する．
コンピュータが壊れることはないので，いろいろなボタンを押したり，マウスでドラッグしたり，いろいろ試してみる．
波形の左横に，ファイル名（doremi0..）が書かれているが，その右横にある下向の矢印▼を左クリックし，「スペクトラム表示」を選ぶ．

これは横軸が時間で，縦軸が周波数，周波数成分の大きさが濃淡で描かれている．この「周波数解析」について，詳しくは 2年後期「応用数学2」で習うはず．
もとに戻るには，下向の矢印をもう一度クリックし「波形」を選ぶ．
終了の仕方：右上の×をクリックする．
音編集ソフト audacity は機能が多い．興味があれば Google などで使い方を知る．
実際に音を聴きたい場合は，ヘッドホンが必要です．演習室のパソコンで音を聴く方法は，このページの最後に書いてあります．

音が数値であることを確認する

上の例では，サンプリングされた音の数値が直線（曲線）で結ばれていた．以下では，本当の数字を見る．
その１: od というコマンドを使い，ファイルの中身を16進数で表示する．（コマンドのオプションがややこしいので，以下のコマンドは，マウスでコピーして，そのまま張り付ければよい）
```
% od -t x1z -A x doremi001c.wav
```
x1z とかは，とりあえず，おまじないだと思っていい．
結果をファイル（以下ではファイル名 hoge）にセーブして見たい場合は
```
% od -t x1z -A x doremi001c.wav > hoge
% less hoge
```
less コマンド終わらすには q　キーを押す．
その2： C言語で音のデータファイルを読み，その中身を表示．
次のプログラムをダウンロードする． dumpwave.c （三重大学奥村先生の作品を少し改編）
```
% gcc dumpwave.c  -o dumpwave
% ./dumpwave -0 doremi001v.wav

filename = 'doremi001v.wav'
[RIFF] (863312 bytes)
[WAVEfmt ] (16 bytes)
  Data type = 1 (1 = PCM)
  Number of channels = 1 (1 = mono, 2 = stereo)
  Sampling rate = 22050Hz
  Bytes / second = 44100
  Bytes x channels = 2
  Bits / sample = 16
[data] (863276 bytes)
```
Sampling rate （サンプリング周波数）というのは， 1秒間の音を，何個の数字（サンプル）で表現しているかということ．このファイルでは 22050 個を使用．
Bits / sample = 16 は， 1サンプル（縦軸の値）あたり使用しているビット数． 16ビットあれば，2^16 = 65536通りの数値が表現できる．縦軸方向のとりうる値の総数．
最初から10000個の数字（約 0.25秒分）を表示．
```
% ./dumpwave -10000 doremi001v.wav
```
プログラムファイルは dumpwave.c 短いので，興味のある人は emacs で読んでみる．
```
% emacs dumpwave.c
```

これが本当に音の波形であることを gnuplot を使って見る．

% ./dumpwave -10000 doremi001v.wav > hoge2
%
% gnuplot

        G N U P L O T
        Version 4.0 patchlevel 0-0vl1
..
..
Terminal type set to 'x11'
gnuplot>  plot "hoge2" with lines
gnuplot>  exit

10000 という数字をいろいろ変えて試してみるといい．

最初に波形は見たではないか... 何を，いまさら，ごちゃごちゃと...
1. audacityというのは，アプリケーションプログラム．→　高級すぎる．
2. wav ファイルに書かれている音の数値列を取り出す．
3. その波形をプロット →　実際に自分で確かめることができる．
より詳しい wav ファイルの形式については： WAVE (.WAV) file format （奥村先生のページ）

音を実際に聴きたい場合

ミニプラグのヘッドホンを持参すれば音を聴くことができます．
計算機本体の後部にある黄緑色（外側）のミニプラグにヘッドホンを繋ぐ．
（※ 前面のプラグは使えません...）
音量の調節
- Vine Linux の上部にある「アプリケーション」を左クリック
- 「マルチメディア」->「音量コントロール」を順次選択する．
- 「音量」，「PCM」が最低レベルになっていると音が聞こえないので，それを中間程度まで上げる．
- 注意すべき点
  ヘッドホンからいきなり大きな音が出る可能性があります．
  あらかじめ耳から離しておき，ボリュームを調整してください．
audacity で緑の矢印をクリックすれば再生．
音が聞こえなければ設定を見直してください．
マイクを繋げば自分の声を記録して，見ることができる．

音のデジタル表現

目的

準備 （設定）

はじまり

音が数値であることを確認する

音を実際に聴きたい場合

準備（設定）