情報活用編プラス
第2章「コミュニケーションと情報デザイン」
IP01-05
音のデジタル化
11. ✏️Pythonのプログラムで音質を変化させよう ( 11 / 13 )
Pythonで音声データの音質を変更するプログラムを作りましょう。
アクティビティの準備
アクティビティを始める前に次の準備を行いましょう。
1. Google Colabを開きましょう。
次の「Google Colab」ボタンを押して「Google Colab」にアクセスしましょう。
2. 新しいノートブックを作成し、名前を「IP01-05」と付けましょう。
3. 以下のリンクから、音声ファイルをダウンロードしましょう。
以下のリンクを右クリックし、「リンク先を別名で保存」（またはそれに近い表現）を選択してください。
名前は元のままでダウンロードをしてください。
データをダウンロードしたら、音楽再生アプリなどで聞いてみましょう。
音声データの仕様
|
ファイル名 |
ip01-05-01.wav |
|
サンプリング周波数 |
44,100Hz |
|
量子化ビット数 |
16ビット |
|
チャンネル |
2ch（ステレオ） |
準備ができたらアクティビティに進みましょう。
先ほどダウンロードしたデータを、Google Colabで使用できるようにアップロードします。
次のプログラムをGoogle Colabに貼り付けて実行してください。
from google.colab import files
uploaded = files.upload()
# アップロードされたファイル名を取得（最初の1件）
filename = list(uploaded.keys())[0]
以下のように表示されたら成功です。
「ファイルを選択」をクリックして、先ほどダウンロードしたデータをアップロードしましょう。
アップロードに成功したら、下のように表示されます。
赤枠の中が、この音声ファイルのデータサイズ、つまりバイト数なんです。
ってことは、1,372,460バイトか
およそ 1.4MB だね
アップロードしたデータを読み込み、加工します。
Google Colabの新しいプログラム記入部分を作成し、次のプログラムを貼り付けて実行してください。
from scipy.io import wavfile
from scipy.signal import resample
import numpy as np
from IPython.display import Audio
# 元のWAVファイルを読み込み（アップロード済みであることが前提）
rate, data = wavfile.read(filename)
# モノラルに変換（ステレオなら）
if len(data.shape) > 1:
data = data.mean(axis=1).astype(data.dtype)
# サンプリング周波数を変更
target_rate = 44100
num_samples = int(len(data) * target_rate / rate)
resampled_data = resample(data, num_samples).astype(np.int16)
# 再生（Audioオブジェクトで直接）
print(f"サンプリング周波数:{target_rate}")
Audio(data=resampled_data, rate=target_rate)
なんだか、プログラムがとっても難しくなったね
・・・・・・
育人の心がどこかにいっちゃった
確かに、今このプログラムの全てを理解するのは難しいです。
大事なところだけ、説明していきますね。
まずは、このプログラムを実行すると、このようなものが表示されます。
再生ボタンを押すと、音声が流れます。音声を聞いてみましょう。
あんまり変化がわからないですね。
実は、まだ少ししか変わっていません。
では、プログラムの説明をしましょう。
プログラム 9行目〜11行目
ステレオ(2ch)を、モノラル(1ch)に変換しています。
左右の音の平均値を取ることで、一つの音に変換しています。
プログラム 9行目〜11行目
ここで、サンプリング周波数を設定しています。
44,100が設定されてるっていうことは、サンプリング周波数は変えないで、モノラルに変換しているだけなんですね。
だから、違いがよくわからなかったんだね。
でも、ステレオの2chから、モノラルの1chに変化したことで、データも半分になるんだよね！！
それでは、サンプリング周波数の値を変えて再生してみましょう！！
思い切って、5000にしてみましょうか
上記プログラムの14行目、44100を、5000に変えて実行してください。
全然音質が違うね。
サンプリング周波数を小さくすると、音質は低下してしまいますが、その分データのサイズが小さくなるんですよ。
いろんな値で試してみましょう。
数値を大きくしてみたけど、音質が良くなるわけじゃないんですね。
はい、A/D変換の性質上、サンプリング周波数は録音時より高くしても、波形はほとんど変化しないんです。
なので、44100よりも小さい値で試してください。
ただし、小さすぎると音声が再生できないので注意してください。
はい、いろいろ試してみます。
サンプリング周波数を、「11025」にして改めて実行してください。
Google Colabの新しいプログラム記入部分を作成し、次のプログラムを貼り付けて実行してください。
import os
wavfile.write("resample_data.wav", target_rate, resampled_data)
print(f"保存完了: resample_data.wav（{target_rate} Hz）")
file_size_bytes = os.path.getsize("resample_data.wav")
print(f"📦 ファイルサイズ: {file_size_bytes} バイト")
files.download('resample_data.wav')
このプログラムを実行すると、修正した音声データがダウンロードされ、画面にサイズが表示されます。
① ダウンロードしたデータのファイル名を"ip01-05-自分の名前.wav"に変更して提出してください。
例: ip01-05-広伝亜美.wav
対応形式：.wav
② 説明を読み返し、データを修正する前のファイルのデータサイズを、バイト単位で答えてください。
③ サンプリング周波数を「11025Hz」に修正した後のファイルのデータサイズを、バイト単位で答えてください。
④ 修正する前と修正した後で、データサイズはおよそ8分の1になっています。その理由を説明してください。
最大 200 文字
※この再現版では提出は行いません（送信先は未接続です）
