Tinnitus_Musik_Therapie_Projektarbeit_Repo/TinnitusAnalyse/SoundGenerator.py

import math
import wave #bearbeiten von .wav-Dateien
import struct
import sounddevice as sd #zum abspielen des audio-arrays
import numpy as np
import sys #für Fehlermeldungen

#In .wav-Dateien wird der Ton in absoluten Werte eingetragen. Die Standart-framerate ist 44100
#das heißt für jede Sekunde an Ton gibt es 44100 Werte, die die Tonwelle über die Zeit beschreiben

class Tinnitus: #beinhaltet alle Werte, die vom Nutzer eingestellt werden
    def __init__(self, l_freq=600, r_freq=600, l_amp=0, r_amp=0, l_rausch=0, r_rausch=0, ear=0):
        self.vorname = ""
        self.nachname = ""
        self.kommentar = ""
        self.linksFrequenz = l_freq
        self.rechtsFrequenz = r_freq
        self.linksLautstaerke = l_amp
        self.rechtsLautstaerke = r_amp
        self.linksRauschenLautstaerke = l_rausch #float von 0-1 (0 ist aus)
        self.rechtsRauschenLautstaerke = r_rausch
        self.ear = ear  # 0:both 1:left 2:right 3:links/rechts unterschiedlich
        return

    def speichern(self): #speichert die Nutzerdaten in eine .csv-Datei

        datei = open("TinnitusDaten.csv", "w")

        daten = "Vorname;" + self.vorname + "\n"
        daten += "Nachname;" + self.nachname + "\n"
        daten += "linke Frequenz;" + str(self.linksFrequenz) + "\n"
        daten += "linke Lautstärke;" + str(self.linksLautstaerke) + "\n"
        daten += "linkes Rauschen;" + str(self.linksRauschenLautstaerke) + "\n"
        daten += "rechte Frequenz;" + str(self.rechtsFrequenz) + "\n"
        daten += "rechte Lautstärke;" + str(self.rechtsLautstaerke) + "\n"
        daten += "rechtes Rauschen;" + str(self.rechtsRauschenLautstaerke) + "\n"

        datei.write(daten)
        datei.close()

        return

"""Sound beinhaltet alle Variablen, die zum erstellen einer .wav-Datei benötigt werden (siehe soun.wav_speichern())
   Das 'sound_obj' ist für das dynamische abspielen zuständig (siehe sound.play())
   Beim Initialisieren muss eine Tinnitus-Objekt übergeben werden"""
class Sound:
    def __init__(self, tinnitus, name="sound.wav", audio=None, nchannels=1, sampwidth=2, framerate=44100, comptype="NONE", compname="not compressed", mute=True):
        if audio is None:
            audio = []
        self.tinnitus = tinnitus
        self.name = name
        self.audio = audio #ein Array, in das die Sound-Werte geschrieben werden
        self.nchannels = nchannels #Zahl der audio channels (1:mono 2:stereo)
        self.sampwidth = sampwidth #Größe eines einzelnen Sound-Werts (in bytes)
        self.framerate = framerate #Abtastrate
        self.nframes = len(audio) #Anzahl der Sound-Werte -> Muss bei jeder audio-Änderung aktuallisiert werden
        self.comptype = comptype
        self.compname = compname
        self.mute = True    # wenn der mute boolean auf true gesetzt ist, sollte kein Ton ausgegeben werden
        self.sound_obj = sd.OutputStream(channels=2, callback=self.callback, samplerate=self.framerate) #Objekt fürs Abspielen (siehe sound.play())
        self.start_idx = 0 #wird für sound_obj benötigt
        return

    def wav_speichern(self): #ezeugt/aktuallisiert die .wav-Datei
        wav_file = wave.open(self.name, "w")
        print("Sound wird als .wav-Datei gespeichert. Bitte warten...\nDer Vorgang kann ca. 30 Sekunden dauern")

        #zuerst muss ein Array mit Audiodaten gefüllt werden
        audio = []
        freq = self.tinnitus.linksFrequenz
        dauer_ms = 10000.0  #10 Sekunden
        amp = self.tinnitus.linksLautstaerke
        rauschen = self.tinnitus.linksRauschenLautstaerke

        num_samples = dauer_ms * (self.framerate / 1000.0)  #framerate -pro Sekunde- umgerechnet in -pro Millisekunde-

        for x in range(int(num_samples)):  #einen einfachen Sinus ins array schreiben
            audio.append(amp * math.sin(2 * math.pi * freq * (x / self.framerate)))

        if(rauschen):  #das Rauschen addieren
            for x in range(int(num_samples)):
                audio[x] += (np.random.rand() - 0.5) * rauschen


        #erst werden die Rahmen-Parameter gesetzt
        self.nframes = len(audio)  # Anpassen des nframes-Parameters
        wav_file.setparams((self.nchannels, self.sampwidth, self.framerate, self.nframes, self.comptype, self.compname))

        #dann wird das audio-Array an die Datei übertragen
        for sample in audio:
            wav_file.writeframes(struct.pack('h', int(sample * 32767.0)))

        wav_file.close()
        print("Speichern beendet.")
        return

    """Die Objekt-Funktion __enter__() startet die asynchrone Soundwiedergabe. Sie ruft dabei immer wieder die Funktion
       sound.callback() auf. Daher können die dort genutzten Variablen dynamisch geändert werden. """
    def play(self):
        if not self.mute:   # NEVER play sound when patient mutes GUI
            self.sound_obj.__enter__()
        return

    def stop(self):
        self.sound_obj.__exit__() #beendet die asynchrone Soundwiedergabe
        return

    """Die Funktion callback() erzeugt bei jedem Aufruf die Audiodaten, abhängig von den aktuellen Tinnitus-Variablen.
       Die errechneten  Werte werden in das NumPy-Array 'outdata' geschrieben """
    #momentan nur Mono. Es werden die Werte des linken Ohrs genutzt
    def callback(self, outdata, frames, time, status):
        if status: #gibt Warnungen aus, wenn das Soundobjekt auf Fehler stößt (hauptsächlich over/underflow wegen timingproblemen)
            print(status, file=sys.stderr)
        t = (self.start_idx + np.arange(frames)) / self.framerate
        t = t.reshape(-1, 1)

        #Sinuston ins Array schreiben
        outdata[:] = self.tinnitus.linksLautstaerke * np.sin(2 * np.pi * self.tinnitus.linksFrequenz * t)

        #Rauschen addieren
        if(self.tinnitus.linksRauschenLautstaerke):
            for x in range(len(outdata)):
                rand = (np.random.rand() - 0.5) * self.tinnitus.linksRauschenLautstaerke
                outdata[x] += rand

        self.start_idx += frames