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

前準備

Python 3.10,Git のインストール(Windows 上)

Pythonは,プログラミング言語の1つ. Gitは,分散型のバージョン管理システム.

手順

  1. Windows で,コマンドプロンプト管理者権限で起動する(例:Windowsキーを押し,「cmd」と入力し,「管理者として実行」を選択)

    次のコマンドを実行

    次のコマンドは,Python ランチャーとPython 3.10とGitをインストールし,Gitパスを通すものである.

    次のコマンドでインストールされるGitは 「git for Windows」と呼ばれるものであり, Git,MinGW などから構成されている.

    winget install --scope machine Python.Launcher
    winget install --scope machine Python.Python.3.10
    winget install --scope machine Git.Git
    powershell -command "$oldpath = [System.Environment]::GetEnvironmentVariable(\"Path\", \"Machine\"); $oldpath += \";c:\Program Files\Git\cmd\"; [System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"Path\", $oldpath, \"Machine\")"
    

関連する外部ページ

サイト内の関連ページ

関連項目Python, Git バージョン管理システム, Git の利用

parselmouth のインストール(Windows 上)

  1. Windows で,コマンドプロンプト管理者権限で起動する(例:Windowsキーを押し,「cmd」と入力し,「管理者として実行」を選択)
  2. 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

  1. Windows で,コマンドプロンプト管理者権限で起動する(例:Windowsキーを押し,「cmd」と入力し,「管理者として実行」を選択)
  2. 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
    
  3. numpy, matplotlib, seaborn のインストール
    pip install -U numpy matplotlib seaborn
    
  4. 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
    
  5. Python プログラムの実行

    Python プログラムの実行

    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()
    
  6. 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")