spectrum のインストールと動作確認（スペクトログラム，PSD による Yule Walker 法）（Python を使用）（Windows 上）

スペクトログラムは，周波数と時間を，縦横の軸とするグラフ．強度を色や明るさで表すことが多い．

【文献】

Cokelaer et al, (2017), 'Spectrum': Spectral Analysis in Python, Journal of Open Source Software, 2(18), 348, doi:10.21105/joss.00348

【関連する外部ページ】

specurum の GitHub のページ: https://github.com/cokelaer/spectrum
spectrum の公式ドキュメント: http://pyspectrum.readthedocs.io/

前準備

Python 3.12 のインストール（Windows 上） [クリックして展開]

以下のいずれかの方法で Python 3.12 をインストールする。Python がインストール済みの場合、この手順は不要である。

方法1：winget によるインストール

管理者権限のコマンドプロンプトで以下を実行する。管理者権限のコマンドプロンプトを起動するには、Windows キーまたはスタートメニューから「cmd」と入力し、表示された「コマンドプロンプト」を右クリックして「管理者として実行」を選択する。

winget install -e --id Python.Python.3.12 --scope machine --silent --accept-source-agreements --accept-package-agreements --override "/quiet InstallAllUsers=1 PrependPath=1 AssociateFiles=1 InstallLauncherAllUsers=1"

--scope machine を指定することで、システム全体（全ユーザー向け）にインストールされる。このオプションの実行には管理者権限が必要である。インストール完了後、コマンドプロンプトを再起動すると PATH が自動的に設定される。

方法2：インストーラーによるインストール

Python 公式サイト（https://www.python.org/downloads/）にアクセスし、「Download Python 3.x.x」ボタンから Windows 用インストーラーをダウンロードする。
ダウンロードしたインストーラーを実行する。
初期画面の下部に表示される「Add python.exe to PATH」に必ずチェックを入れてから「Customize installation」を選択する。このチェックを入れ忘れると、コマンドプロンプトから python コマンドを実行できない。
「Install Python 3.xx for all users」にチェックを入れ、「Install」をクリックする。

インストールの確認

コマンドプロンプトで以下を実行する。

python --version

バージョン番号（例：Python 3.12.x）が表示されればインストール成功である。「'python' は、内部コマンドまたは外部コマンドとして認識されていません。」と表示される場合は、インストールが正常に完了していない。

Git のインストール

以下のコマンドを管理者権限のコマンドプロンプトで実行する（手順：Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」）。管理者権限は、wingetの--scope machineオプションでシステム全体にソフトウェアをインストールするために必要となる。

REM Git をシステム領域にインストール
winget install --scope machine --id Git.Git -e --silent --accept-source-agreements --accept-package-agreements
REM Git のパス設定
set "GIT_PATH=C:\Program Files\Git\cmd"
for /f "skip=2 tokens=2*" %a in ('reg query "HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Environment" /v Path') do set "SYSTEM_PATH=%b"
if exist "%GIT_PATH%" (
    echo "%SYSTEM_PATH%" | find /i "%GIT_PATH%" >nul
    if errorlevel 1 setx PATH "%GIT_PATH%;%SYSTEM_PATH%" /M >nul
)

【関連する外部ページ】

Git の公式ページ: https://git-scm.com/

parselmouth のインストール（Windows 上）

以下の手順を管理者権限のコマンドプロンプトで実行する（手順：Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」）。
pip を用いてインストール
```
pip install -U spectrum
```

動作確認

.wav 形式のファイルからスペクトログラムを表示．スペクトログラムは，周波数と時間を，縦横の軸とするグラフ．強度を色や明るさで表すことが多い．

次で公開されているプログラムを使用

https://github.com/cokelaer/spectrum/blob/master/examples/plot_spectrogram.py

以下の手順を管理者権限のコマンドプロンプトで実行する（手順：Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」）。

公式ページから parselmouth のファイルをダウンロード

cd /d c:%HOMEPATH%
rmdir /s /q spectrum
git clone --recursive https://github.com/cokelaer/spectrum

numpy, matplotlib, seaborn のインストール
```
pip install -U numpy matplotlib seaborn
```
スペクトログラムの表示
次のページで公開されているプログラムを使用している．
https://github.com/cokelaer/spectrum/blob/master/examples/plot_spectrogram.py
次のコマンドを実行
```
cd /d c:%HOMEPATH%
cd spectrum
jupyter qtconsole
```
Python プログラムの実行
Python プログラムの実行
- Windows では python （Python ランチャーは py）
- Ubuntu では python3
Python 開発環境（Jupyter Qt Console, Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook), Jupyter Lab, Nteract, Spyder, PyCharm, PyScripterなど）も便利である．
Python のまとめ: 別ページ »にまとめ
```
python
```
```
from spectrum import Spectrogram, readwav
data, samplerate = readwav("src/spectrum/data/dolphins.wav")

p = Spectrogram(data, ws=128, W=4096, sampling=samplerate)
p.periodogram()
p.plot()
```

PSD による Yule Walker 法

次のページで公開されているプログラムを使用している．

https://github.com/cokelaer/spectrum/blob/master/examples/plot_yule.py

次のコマンドを実行

cd /d c:%HOMEPATH%
cd spectrum
jupyter qtconsole

Python プログラムを実行する

from spectrum import pyule
from scipy.signal import lfilter
from pylab import plot, mean, log10, randn
from numpy import array
allpsds = []

# ARフィルタ係数のリスト
a = array([1,-2.2137,2.9403,-2.1697,0.9606])

for this in range(1000):
# ノイズを含むデータ
    x = lfilter([1], a, randn(1, 1024))
    p = pyule(x[0],4, scale_by_freq=False, NFFT=256)
    p.plot(color='gray', alpha=0.1)
    allpsds.append(p.psd)

plot(p.frequencies(), 10*log10(mean(allpsds, axis=0)), "red")