■タグ「PureData」

■OSCによるPure DataとPythonの連携

Pure Data(Pd)とPythonを連携させる方法として、Open Sound Control(OSC)という通信方法を試しました。これによりRaspberrry Pi(RPi)上でPdから間接的にGPIOを操作し、スイッチやLED等を扱うことができるようになります。もちろん別のコンピュータとの通信を行うといったことも可能です。



Python側の準備として、pylibloを導入します。python-oscというものもあるようですが、試していません。
$ sudo apt-get install python-liblo
参考ページ→pylibloを使ってOSCメッセージを扱う
Pd側はversion 0.46以降であればOSC用オブジェクト[oscformat][oscparse]が使えます。

▽テストプログラム
py_osc.py
#!/usr/bin/env python
# coding:utf-8

import liblo

server = liblo.Server(8000)
target = liblo.Address("127.0.0.1",8001)

def callback(path, args, types, src):
print "py got msg from pd:", args[0]

server.add_method("/msg_from_pd","f", callback)
liblo.send(target,"/msg_to_pd", 4558)
server.recv(1)

pd_osc.pd
03p_218_1osc.png

先にバックグラウンドでPdパッチを実行した後、Pythonプログラムを実行します。
$ pd pd_osc.pd &
$ python py_osc.py
通信に成功すれば、以下のメッセージが表示されるはずです。
pd_got_msg_from_py: 4558
py got msg from pd: 4558.0

Pythonプラグラムから送信された4558という数値をPdが受け取り、Pdから同じ数値が送信されてPythonが受け取ります。pylibloのExample Codeや[oscformat][oscparse]のヘルプを簡略化したものなので、特に難しいところはないでしょう。



Pdでスイッチ類を扱う他の方法についてメモしておきます。

・pdsend、pdreceiveコマンド
  pdsendは今まで使っていました。pdreceiveの方は詳細不明で通信成功に至りませんでした。
・Pduino
  別途Arduinoが必要で、検証していません。
Pd-wiringPi(Pd外部オブジェクト)
  Pdの実行にsudoが必要になります。GPIOの入力待ちがやりにくそうでしたが、使えないことはないと思います。
py/pyext(Pd外部オブジェクト)
  Pdでpythonプログラムを動かします。導入が難しく、RPiではコンパイルが必要なようです。

■タグ : PureData

■RasPd4 プログラミング編

各設定についてはRasPd2 ソフトウェア編と同じですが、今回はオーディオ設定の入出力音量を操作していないので、alsamixerのMasterとCaptureのdB gainは両方0となっています。内部プログラムは2チャンネルのディストーションエフェクトです(データダウンロードはこちらへ)。

▽コントロール割り当て
左側LED: エフェクトオン時点灯、チャンネル切替モード時点滅
中央LED: Aチャンネル選択時点灯
右側LED: Bチャンネル選択時点灯
左側スイッチ: バイパス音とエフェクト音を同じ音量に合わせる機能
中央スイッチ: チャンネル切替
右側スイッチ: 2秒長押しでシャットダウン
各ポット: エフェクトパラメータ(自動保存されている)
フットスイッチ: 2秒長押しで通常モードとチャンネル切替モードを変更、通常モード時はエフェクトオン・オフ切替、チャンネル切替モード時はチャンネル切替

なかなかプログラミングが面倒でしたが、完成すると大したことはしていない感じです。フットスイッチに長押し機能を持たせた関係で、スイッチを押した時ではなく離した時に切替が働く形になり、少し違和感は残っています。

一つ原因不明の問題があり、バックグラウンドでPure Data(Pd)が起動状態のとき、立ち下がりエッジ検出で定義したコールバック関数がたまに立ち上がりエッジでも呼び出されるという現象が起こりました。どう調べてもスイッチのチャタリングではないようです。とりあえず呼び出される関数に「対象GPIOピンがLOW(0)」という条件を追加して対策しています。

▽Pdパッチ
03_214_1raspd4pd.png
なぜか今回は[spigot~]でエフェクトオン・オフを切り替えるとプツっとノイズが出るため、Isaac(139)さんの[pd spigot~]に[line~]を入れたものを使っています。[pd effect_distortion]の中身の表示は省略しましたが、前々回の記事のオーバードライブのトーン部分を変更したものが入っています。2チャンネル程度ならエフェクトをまるごとコピーすれば簡単ですが、今後の応用を考えてPdのメッセージ機能を使うことにしました。終了時にこのパッチ自体を上書き保存するため、外部ファイル操作はしていません。参考ページ→PureDataで値のプリセットを外部ファイルで管理する方法

エフェクトパラメータの取得は、RasPd2と同じでMCP3008を使っています。0.2秒ごとに0.0から100.0までの値を取得しますが、ノブを触らなくてもたまに値がブレることがあるようです。勝手に値が変わるとPdパッチに記録しているデータも変化して困る場合があるので、1以上変化しないとPythonからPdへ値を送信しないようしています。すごくゆっくりとポットを動かしたときはパラメータが変化しないことになってしまいますが、実用上は問題ないでしょう。

▽Twitter動画(そのうち消えるかもしれません)



RasPd4 ハードウェア編

■RasPd4 ハードウェア編

03_213_1raspd4p.jpg
微妙に不安定な面があったRasPd2を作り直しました。「3」を飛ばして「4」になっていますが、奇数番号は多機能タイプで、偶数番号はコンパクトタイプということにしておきます。スイッチやポットの基板についてはRasPd2のものを流用しており、外観は変わりません。初めてPCBを基板製造業者に注文しましたが、まぁまぁ納得の出来栄えでした。Raspberry Piは「zero W」です。

▽回路図
03_213_2raspd4s.png
入力にローパスフィルターを追加し、出力はヘッドフォン出力ではなくライン出力を使っています。ステレオ入力や出力バッファー追加も考えていたのですが、チップ部品でないと入らなさそうだったので諦めました。ダンピング抵抗は22Ωから47Ωへ上げて様子を見てみます。電源は9Vではなく5Vにしたので、大きな降圧レギュレータが不要となりました。DCジャックには間違えて9Vのプラグを挿さないように、秋月電子で買った「電圧区分4」というものを使用しています。

▽レイアウト(KiCadのデータはこちらへ)
03_213_3raspd4l.png
あまり意味はないかと思いますが、一応レイアウトも載せておきます。GNDはアナログ(右側)とデジタル(左側)に分けていて、中央下のあたりの一点で接続するようにしました。GPIOの番号は「*」印で示しており、使わないGPIOについては左端に引き出してあります。Raspberry Piが重なる部分は高さ7mmの電解コンデンサを使いましたが、スペースがあるので横に倒してもなんとか入りそうです。注文した基板は1M(R1)と1K(R2)の印字位置を逆にするというミスがあり、危ないところでした…

ノイズについてはRasPd2とほぼ同じくらいです。ギターが拾うノイズの方が大きいので、まぁOKということにしておきます。最大入出力レベルは0.9Vrms程度で、これも問題ないと思います。以前あったエラー音のような音については、起動して数十秒の間に短くビッと鳴ることがありますが、それ以外では今のところ大丈夫なようです。

WM8731より性能がよいIC(CS4272が候補)を使うとさらに高品質になると思われます。自作するとなると情報が少ないのですが、今後取り組んでみたいところです。



RasPd4 プログラミング編

■オーバードライブ(Pure Data パッチ)

デジタルの歪みはなかなか自然な感じにするのが難しく、自分なりにいろいろと検討しました。詳細は前回の記事(真空管風デジタル歪み)をご覧ください。
03p_211_1od.pngこのパッチをダウンロード
gain1では二次関数 f(x) = x2 + x を使い、波形を非対称に変形させて浅い歪みを調整します。ただそのままでは x < -0.5 のとき波形が折りたたまれる形になるため、[clip~ -0.5 100]を入れてそれを防いでいます。gain2は[tanh~]を使った対称ソフトクリップで、深い歪みを調整します。

個人的に便利かなと思い組み込んだのが、右側に配置している音量調節機能です。弾きながらadjust_vol(フットスイッチを想定)を押すと、エフェクト音の音量が原音と同じになるように変更されます。原理は簡単で、原音とエフェクト音それぞれに繋がっている[env~ 32768](左上と左下のあたりに配置)から出力される値の差を計算するだけです。

トーン調整についてはとりあえず単純なハイパスフィルターとローパスフィルターにしていますが、私の感覚には結構合っている調整方法のようです。デジタルなので内容の変更や追加は簡単にできます。気が向いたらクリーンミックスやフェンダー型トーン回路等いろいろ試してみたいと思います。

■タグ : 歪み PureData

■コンプレッサー(Pure Data パッチ)

Pure Data(Pd)では[limiter~]でコンプレッサーを作ることができます(zexyが必要)。自分で作ってもそこまで複雑ではありませんが、今回はニー(knee)というコントロールを追加していますので、やや大掛かりなパッチとなっています。
03p_206_1comp.png
このパッチをダウンロード
[env~ 256]は128サンプルごとに値を出力するため、[delwrite~]で原音をその時間分遅延させてタイミングを合わせています(Windows環境ではなぜかさらに64サンプル程度タイミングがずれました)。[env~]を使ったエフェクト全てに行うべき処理ですが、ディレイタイムがそのままレイテンシーの増加になってしまうため、ノイズゲートオートワウでは省きました。

[env~ 256]からのエンベロープデータは2つの[moses]で3パターンに振り分けます。threshold+kneeの値以上では通常の圧縮動作となり、threshold-kneeの値未満では圧縮がかかりません。真ん中下側と右側の[expr]の式がコンプレッサーの定義的な式となります。
(例)入力:80dB、threshold:60dB、ratio:10のとき
   →( 80 - 60 )÷10 + 60 - 80 = -18 (入力音を-18dB変化させる)

threshold±kneeの範囲では、滑らかにthresholdを変化させます。どういった曲線にするかですが、下図のような楕円を考えました。参考ページ→平行四辺形に内接する楕円の三種
03p_206_2comk.png
k=0のときは急に折れ曲がる形(ハードニー)で、kを上げていく程なだらかなカーブ(ソフトニー)になります。市販のコンプレッサーではどのように処理しているかわからないので、完全に自己流です。

attackとreleaseは音量変化にかける時間(ms)を指定します。[env~]からはデータが次々と出力されてくるので、音量変化の最中にまた次の音量変化に切り替えることになります。このため、実際の変化時間は指定した時間よりも長くかかりますが、動作の仕方としてはそれで問題ないようです。参考ページ→コンプレッサーを考える コンプレッサー アタックタイムの真実 (各種コンプ比較あり)

コンプレッサーの世界は思っていたより奥が深く、入出力の関係がもっと複雑なカーブになっていたり、周波数によって特性が違ったりするものがあるようです。まぁ私には大して違いがわからないでしょうから、あまり深追いしないことにします。

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