Datenablage für Tinnitus Therapie Projektarbeit von Julian Seyffer und Heiko Ommert SS2020
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SoundGenerator.py 8.9KB

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  1. import math
  2. import wave # bearbeiten von .wav-Dateien
  3. import struct
  4. import sounddevice as sd
  5. import numpy as np
  6. import sys # für Fehlermeldungen
  7. from scipy import signal
  8. import time as tm
  9. """---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  10. In .wav-Dateien wird der Ton in absoluten Werte eingetragen. Die Standart-framerate ist 44100
  11. das heißt für jede Sekunde an Ton gibt es 44100 Werte, die die Tonwelle über die Zeit beschreiben
  12. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------"""
  13. class Tinnitus: # beinhaltet alle Werte, die vom Nutzer eingestellt werden
  14. def __init__(self, l_freq=0, r_freq=0, l_amp=0, r_amp=0, l_rausch=0, r_rausch=0, ohr=0, l_rausch_ug=0, r_rausch_ug=0, l_rausch_og=0, r_rausch_og=0):
  15. self.vorname = ""
  16. self.nachname = ""
  17. self.kommentar = ""
  18. # [Alle Frequenzangaben in Hz, alle Amplitudenangaben von 0-1 (float)]
  19. self.linksFrequenz = l_freq
  20. self.rechtsFrequenz = r_freq
  21. self.linksLautstaerke = l_amp
  22. self.rechtsLautstaerke = r_amp
  23. self.linksRauschenLautstaerke = l_rausch # float von 0-1 (0 ist aus)
  24. self.rechtsRauschenLautstaerke = r_rausch
  25. self.linksRauschenUntereGrenzfrequenz = l_rausch_ug
  26. self.rechtsRauschenUntereGrenzfrequenz = r_rausch_ug
  27. self.linksRauschenObereGrenzfrequenz = l_rausch_og
  28. self.rechtsRauschenObereGrenzfrequenz = r_rausch_og
  29. self.ohr = ohr # 0:both 1:left 2:right 3:links/rechts unterschiedlich
  30. def speichern(self): # speichert die Nutzerdaten in eine .csv-Datei
  31. datei = open("TinnitusDaten.csv", "w")
  32. daten = "Vorname;" + self.vorname + "\n"
  33. daten += "Nachname;" + self.nachname + "\n"
  34. daten += "linke Frequenz;" + str(self.linksFrequenz) + "\n"
  35. daten += "linke Lautstärke;" + str(self.linksLautstaerke) + "\n"
  36. daten += "linkes Rauschen Lautstärke;" + str(self.linksRauschenLautstaerke) + "\n"
  37. daten += "linkes Rauschen untere Grenzfrequenz;" + str(self.linksRauschenUntereGrenzfrequenz) + "\n"
  38. daten += "linkes Rauschen obere Grenzfrequenz;" + str(self.linksRauschenObereGrenzfrequenz) + "\n"
  39. daten += "rechte Frequenz;" + str(self.rechtsFrequenz) + "\n"
  40. daten += "rechte Lautstärke;" + str(self.rechtsLautstaerke) + "\n"
  41. daten += "rechtes Rauschen Lautstärke;" + str(self.rechtsRauschenLautstaerke) + "\n"
  42. daten += "rechtes Rauschen untere Grenzfrequenz;" + str(self.rechtsRauschenUntereGrenzfrequenz) + "\n"
  43. daten += "rechtes Rauschen obere Grenzfrequenz;" + str(self.rechtsRauschenObereGrenzfrequenz) + "\n"
  44. daten += "Kommentar;" + str(self.kommentar) + "\n"
  45. datei.write(daten)
  46. datei.close()
  47. """---------------------------------KLASSE: SOUND-----------------------------------------------------------------------
  48. Sound beinhaltet alle Variablen, die zum erstellen einer .wav-Datei benötigt werden (siehe soun.wav_speichern())
  49. Das 'sound_obj' ist für das dynamische abspielen zuständig (siehe sound.play())
  50. Beim Initialisieren muss eine Tinnitus-Objekt übergeben werden
  51. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------"""
  52. class Sound:
  53. def __init__(self, tinnitus, name="MeinTinnitus.wav", audio=None, nchannels=1, sampwidth=2, framerate=44100,
  54. comptype="NONE", compname="not compressed", mute=True):
  55. if audio is None:
  56. audio = []
  57. self.tinnitus = tinnitus
  58. self.name = name
  59. self.audio = audio # ein Array, in das die Sound-Werte geschrieben werden (von -1, bis +1)
  60. self.nchannels = nchannels # Zahl der audio channels (1:mono 2:stereo)
  61. self.sampwidth = sampwidth # Größe eines einzelnen Sound-Werts (in bytes)
  62. self.framerate = framerate # Abtastrate
  63. self.nframes = len(audio) # Anzahl der Sound-Werte -> Muss bei jeder audio-Änderung aktuallisiert werden
  64. self.comptype = comptype
  65. self.compname = compname
  66. self.mute = mute # wenn der mute boolean auf true gesetzt ist, sollte kein Ton ausgegeben werden
  67. self.sound_obj = sd.OutputStream(channels=2, callback=self.callback,
  68. samplerate=self.framerate) # Objekt fürs Abspielen (siehe sound.play())
  69. self.start_idx = 0 # wird für sound_obj benötigt
  70. def wav_speichern(self): # ezeugt/aktuallisiert die .wav-Datei
  71. # MOMENTAN NUR MONO
  72. print("Sound wird als .wav-Datei gespeichert. Bitte warten...\nDer Vorgang kann ca. 30 Sekunden dauern")
  73. wav_obj = wave.open("MeinTinnitus.wav", "w")
  74. # Die Callback-Funktion aufrufen, um die Audiodaten zu bekommen
  75. frames = 44100 # entspricht 1 Sekunde
  76. status = "" # für den Funktionsaufruf benötigt, sonst keine Funktion
  77. audio = np.ones((frames, 2))
  78. audio = self.callback(audio, frames, self.sound_obj.time, status)
  79. # Rahmenparameter für die .wav-Datei setzen
  80. wav_obj.setnchannels(1) # mono
  81. wav_obj.setsampwidth(self.sampwidth)
  82. wav_obj.setframerate(self.framerate)
  83. for sample in audio[:, 0]: # geht gerade nur die Werte des linken Ohrs (0) durch
  84. #Die Audiodaten müssen von float in einen passenden int-Wert umgerechnet werden
  85. wav_obj.writeframes(struct.pack('h', int(sample * 32767.0))) #beschreibt die Datei mit diesen Werten
  86. wav_obj.close()
  87. print("Speichern beendet.")
  88. """Die Objekt-Funktion 'start()' startet die asynchrone Soundwiedergabe. Sie ruft dabei immer wieder die Funktion
  89. sound.callback() auf. Daher können die dort genutzten Variablen dynamisch geändert werden. """
  90. def play(self):
  91. if not self.mute: # Nie abspielen, wenn die GUI auf stumm geschaltet ist
  92. self.sound_obj.start() # öffnet thread der immer wieder callback funktion aufruft und diese daten abspielt
  93. def stop(self):
  94. self.sound_obj.stop() # beendet die asynchrone Soundwiedergabe
  95. """Die Funktion callback() erzeugt bei jedem Aufruf die Audiodaten, abhängig von den aktuellen Tinnitus-Variablen.
  96. Die errechneten Werte werden in das NumPy-Array 'outdata' geschrieben """
  97. def callback(self, outdata, frames, time, status):
  98. if status: # Warnungen, wenn das Soundobj. auf Fehler stößt (hauptsächlich over/underflow wg. Timingproblemen)
  99. print(status, file=sys.stderr)
  100. # Whitenoise erzeugen
  101. for x in range(len(outdata)):
  102. rand = (np.random.rand() - 0.5) # Zufallszahl zwischen -0.5 und 0.5
  103. # links:
  104. outdata[x][0] = rand * self.tinnitus.linksRauschenLautstaerke
  105. # rechts:
  106. outdata[x][1] = rand * self.tinnitus.rechtsRauschenLautstaerke
  107. # Whitenoise durch Bandpass laufen lassen
  108. if self.tinnitus.linksRauschenLautstaerke:
  109. # (-3dB Grenzen) bzw was der Bandpass durchlässt
  110. fGrenz = [self.tinnitus.linksRauschenUntereGrenzfrequenz,
  111. self.tinnitus.linksRauschenObereGrenzfrequenz]
  112. # sos (=second order sections = Filter 2. Ordnung) ist ein Array der Länge (filterOrder) und beinhaltet
  113. # die Koeffizienten der IIR Filter 2. Ordnung (b0, b1, b2 & a0, a1, a2)
  114. sos = signal.butter(5, fGrenz, 'bandpass', fs=self.framerate, output='sos')
  115. # sosfilt filtert das Signal mittels mehrerer 'second order sections' (= Filter 2. Ordnung) die über sos definiert sind
  116. outdata[:, 0] = signal.sosfilt(sos, outdata[:, 0])
  117. if self.tinnitus.rechtsRauschenLautstaerke:
  118. # (-3dB Grenzen) bzw was der Bandpass durchlässt
  119. fGrenz = [self.tinnitus.rechtsRauschenUntereGrenzfrequenz,
  120. self.tinnitus.rechtsRauschenObereGrenzfrequenz]
  121. # sos (=second order sections = Filter 2. Ordnung) ist ein Array der Länge (filterOrder) und beinhaltet
  122. # die Koeffizienten der IIR Filter 2. Ordnung (b0, b1, b2 & a0, a1, a2)
  123. sos = signal.butter(5, fGrenz, 'bandpass', fs=self.framerate, output='sos')
  124. # sosfilt filtert das Signal mittels mehrerer 'second order sections' (= Filter 2. Ordnung) die über sos definiert sind
  125. outdata[:, 1] = signal.sosfilt(sos, outdata[:, 1])
  126. # Sinus ins Array schreiben: f(t) = A * sin(2 * pi * f * t)
  127. for x in range(len(outdata)):
  128. # links:
  129. outdata[x][0] += self.tinnitus.linksLautstaerke * np.sin(2 * np.pi * self.tinnitus.linksFrequenz *
  130. ((x + self.start_idx) / self.framerate))
  131. # rechts:
  132. outdata[x][1] += self.tinnitus.rechtsLautstaerke * np.sin(2 * np.pi * self.tinnitus.rechtsFrequenz *
  133. ((x + self.start_idx) / self.framerate))
  134. self.start_idx += frames
  135. return outdata