今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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音を可視化してみる~キッチンタイマーの波形比較
【今日の料理】 2011/11/28 夕食
 今日は,妻と娘(9.5ヶ月)は,午前中は「おやつ教室」に行きました.シューマイ,スコーン,人参ゼリーなどを作り,娘はバクバクと食べたそうです.おやつ教室の最中,娘は託児所で過ごしたそうですが,2時間弱の間,特に泣くこともなく,おとなしく過ごしたそうです.妻は,ちょっとくらい騒いで欲しかったと,少し寂しく,複雑な心境だったようです.
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★米飯

★みそ汁,いろいろ具
 食べ残しの納豆,うりずん豆,大根,など,いろいろ入れました.微妙な味です.

★おでん
 市販のおでんタネのセットに,じゃがいも・大根・人参・ゆで卵を加えました.つゆは,日高昆布のダシと,おでんセット付属のつゆを混ぜたものです.寒くなってくると,温かいものがおいしいです.

★ひきわり納豆

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【今日の料理工学】 音を可視化してみる~キッチンタイマーの波形比較
 だいぶ以前ですが,当ブログにて,スイッチなどのインターフェースについて,考察したことがありました.このときは,スイッチの向きや色について,調べました.

 インターフェースにおいて,もうひとつ重要と思われる要素が,「音」です.スイッチなどを操作したときや,動作の完了時などに鳴る音は,操作者にとって,欠かせない情報と考えられます.
 そこで今回は,身の回りの機器の発する「音」について,考えてみます.


★キッチンタイマーの音を比較する
 図1は,キッチンタイマーです.我が家には,3個のキッチンタイマーがあります.
 a)リンゴ型
 b)黒色コンパクト
 c)青色大型
<図1>
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 これらの音を,比較することにします.次の方法をとりました.

●録音した音の比較
 タイマー音を,録音しました.録音機器は,デジカメ(CASIO,EXILIM EX-Z450)です.録音手順は,次の通りです.
)タイマー音が鳴る状態を,動画(AVIファイル)として保存する.
)動画をパソコンに取り込む.
)動画を再生(Windows Medea Player ver.9)する.
)再生している音声を,サウンドレコーダーで録音し,WAVファイルを得る.
 サンプリング周波数は,約22kHzです.
 AVIファイルから,直接WAVファイルを取り出すこともできますが,適当なソフトがなかったため,上述のような面倒な手順を踏みました.この手順のために,波形が歪んだり,ノイズが増えてしまったかもしれません.

●音の波形の比較
 WAVファイルを耳で聞くだけでは,評価がしにくいです.そこで,音を視覚で見られるようにしました.具体的には,横軸に時間,縦軸に音の強さをとったグラフ(音の波形のグラフ)を作ります.これは,WAVファイルのデータ構造そのものです.
 WAVファイルのデータを読み込むのには,エクセルのマクロを用いました.文献[1]の掲載プログラムを改造しました.(文献[1]はVisual Basicの書籍ですが,エクセルのマクロ(VBA)にも,ほぼそのまま利用できます.)
[1]互野;Visual Basicでエンジョイプログラミング,CQ出版社,(1998)
Visual Basicでエンジョイプログラミング―API関数を活用したメディアデバイスの操作と自作計測装置の制御Visual Basicでエンジョイプログラミング―API関数を活用したメディアデバイスの操作と自作計測装置の制御
(1998/10)
互野 恭治

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★ハーモニカで試してみると
 試しに,下図2のハーモニカ(トンボ複音ハーモニカ,イ長調)の音の波形を,グラフにしてみました.
<図2>
20111128z2.jpg
 音は,こちらです.閲覧の利便のため,動画を掲載します(画像は関係ありません).イ長調のハーモニカの「ド」音で,音名は「イ」または「A」です.(複音ハーモニカなので,上下に吹口が付いていますが,今回は単周波数の音を得たいので,上の吹口だけを吹いています.)

 波形のグラフは,下図3のようになりました.横軸が時間[ms],縦軸が音の強さ(録音最大レベルを±1にスケーリングした数値)です.
<図3>
20111128z3.jpg
 この波形には,細かな周期(周期≒0.3ms)と大きな周期(周期≒2.3ms)の,2つの波が見られます.それぞれの周波数は,約3300Hzと約430Hzに相当します.
 音名「イ」の周波数は,440Hzと決まっています.図3で見られる,周期約2.3msの波が,音名「イ」の波形だと考えられます.(周期約0.3msの波は,よく分かりません.周囲またはハーモニカの持つ雑音かもしれません.)


★キッチンタイマーの音の比較結果
 結果を,以下に示します.

●音の録音
 各タイマーの音は,以下の通りでした.実際に評価したのはWAVファイルですが,利便のため,動画を掲載しました.
a)

b)

c) 

 aとbは,ほぼ同じ音のように聞こえます.cは,やや音が高いようです.
 また,aとbは断続音「ピピピピ」をひとまとめとした音を,切れ目を挟みながら繰り返します.これに対して,cは「ピピピピ…」と,切れ目のない断続音です.


●音の波形
 それぞれの音の波形を,下図4に示します.横軸が時間[ms],縦軸が音の強さ(録音最大レベルを±1にスケーリングした数値)です.
<図4>
a)
20111128z11.jpg
b)
20111128z12.jpg
c)
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 aとbで,大きな波が4個かたまって見られる部分が,「ピピピピ」の音に相当する部分です.各ピピピピの間には,音の切れ目に相当する波形のない部分があります.
 cでは,切れ目なく「ピピピピ…」と鳴るので,波形のない部分が少なくなっています.

 横軸のスケールを,拡大したのが,下図5です.
<図5>
a)
20111128z21.jpg
b)
20111128z22.jpg
c)
20111128z23.jpg
 aとbでは,波の周期は約0.5msです.周波数にすると,2000Hz(2kHz)に相当します.先のハーモニカの音(440Hz)よりも,2オクターブほど高い音になっています.
 cでは,波の周期は約0.25msです.周波数にすると,4000Hz(4kHz)ですので,さらに高い音です.aとbよりも,さらに1オクターブ高くなります.
 いずれの波形も,ノイズのせいなのか,もともとそういう音なのか,きれいな正弦波にはなっていません.


 以上のように,キッチンタイマーであっても,用いている音の高さ(周波数)には,違いがあるようです.どのような意図があるのかは,よく分かりません.


 次回は,キッチンタイマーの音を周波数解析(フーリエ変換)してみます.


【今回の結論】
 キッチンタイマーの音の周波数を調べました.
 周波数には,1kHzと2kHzのものがありました.機種によって,音の高さが異なるようです.


かつてハーモニカ大会に出場したことがありました.なつかしい思い出です.
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