１．外部マイク端子がないPCのために

　手元のノートＰＣは、使いやすくてお気に入りのハイブリッドドライブ搭載型ですが、これには外部マイク端子がありません。これではサウンド入力のテストはできません。対策としてオーディオ変換アダプターを購入しました。
　「OMERIL USB オーディオ変換アダプタ 3.5mmジャック ヘッドホン・マイク端子」というもので、USB端子の反対側にマイクとイヤフォンジャックが付いています。amazonで1,399円でしたが、現在は1,099円に値下げされていて微妙！
あわせて「ステレオミニプラグ オーディオケーブル 3.5mm 0.6m」を698円で購入しました。

　このオーディオ変換アダプターはデバイスドライバーが不要で、接続するとすぐに使えます。ヘッドフォンアンプの出力側から、今までつないでいたイヤフォンに替えてオーディオケーブルを差し込みます。もう一端は変換アダプターのマイク端子へ挿入。続いて、イヤフォンを変換アダプターのヘッドフォン端子に挿入すればできあがりです。
　これで、マイクからの信号をパソコンで聴きながら、AudacityやWaveSpectraなどで波形を表示・分析する準備が整いました。

２．Audacityの導入

　Audacityはフリーのデジタル・オーディオエディターです。グラフィカル・ユーザーインターフェイスを備えた、マルチトラック対応の多機能なオーディオ編集ソフトです。ここではPCにWindows版をインストールしますが、Linux、Mac OS、FreeBSDなどにも対応しています。
○ダウンロード

　・Windowsバージョンダウンロード先
　　　ここから ⇒ https://www.audacityteam.org/download/windows/

　Audacity 2.4.2 installer（赤矢印）を選択すると次の画面が表示されます。分かりにくいですが赤矢印のDOWNLOADをクリックしてください。

　インストーラー audacity-win-2.4.2.exeがダウンロードされます。

○インストール

　ダウンロードしたaudacity-win-2.4.2.exeを実行します。最初に「セットアップに使用する言語の選択」ダイアログが現れるので［日本語］を選択します。
　続いて下図・左の開始ダイアログが表示されるので、以降は特に問題がない限り［次へ］ボタンで進めてください。最後に右のような完了画面で終わり、Program Files (x86)に audacity.exe がインストールされます。

○WAVEファイルの再生テスト

　手元にWAVE形式ファイルがあるので、その波形を表示して再生してみましょう。Audacityを起動して[ファイル]－[開く]で対象ファイルを選択します。

　このファイル、アルバム『The Last Time We Saw Paris』から「Swanee River」。Dave Brubeck and his quartetのファイナルコンサートのライブ録音です。左右チャンネルの波形が表示されるので、［再生］ボタンをクリックすると再生が始まります。8分47秒の録音なので、波形が混み入って表示されています。軽快な再生音が流れグラフ上の細いカーソルが右へと移動します。

○マイクから再生

　第9章『I2Sデジタル出力マイク（ADMP441）のテスト』で作成したプロトタイプを使用します。ヘッドフォンアンプのイヤフォン出力を、オーディオケーブルでPCの外部マイク端子またはオーディオ変換アダプターのマイク端子へ接続してください。イヤフォンはPCのイヤフォン端子またはオーディオ変換アダプターのイヤフォン端子へ接続します。
　マイク入力を即再生させるためには、録音のオプションを設定する必要があります。Audacityを起動して、[編集]－[環境設定]で設定ダイアログを開き、「録音」の設定を表示させます。

　赤矢印の「ソフトウェアによる再生」にチェックを入れて［OK］をクリックします。
　これで準備が完了しました。SSHターミナルエミュレータ（Poderosaなど）を立ち上げてPi Zeroに接続し、第11章で作成したリアルタイムサウンド処理のスケルトンプログラム「htskelton」を起動してください。赤丸の［録音］ボタンをクリックすると録音即再生が始まります。イヤフォンから、わずかに遅延をともなった音声が聞こえてきます。

　この音声は録音されているので、［停止］ボタンを押してから［再生］ボタンをクリックすると、録音時点に戻って先ほどからの音声が再生されます。

　Audacityは今後折に触れて使用することになりますが、今回のプロジェクトでの用途はかなり限定されています。Audacityは多機能なオーディオエディターなので、音声の編集や加工など多様な機能を備えています。これらについてはネット上にある豊富な情報を参照してください。

３．WaveSpectraの導入

　WaveSpectraは、efuさん作の高速リアルタイム・スペクトラムアナライザーです。同氏開発の多機能高精度テスト信号発生ソフトWaveGene共々フリーソフトとして提供されていて、オーディオ分野のエンジニアや愛好家から絶賛されています。何しろ、Windows PCが高級オーディオスペクトラムアナライザーやオーディオ信号発生器に早変わりするのですから凄い。
○ダウンロード

　ダウンロードは efuさんのページからどうぞ！
　下図のようなページからWaveGeneとWaveSpectraのZIPファイルをダウンロードして解凍するだけです。特別なインストール作業をすることなく、すぐに使用できます。またこのページには、ソフトウエアや関連技術についての解説があり、波形サンプルなどのダウンロードもできます。

○WaveGeneの設定と動作

　起動したら、右上の「再生デバイス」アイコン（赤枠の）をクリックして使用するデバイスを選択します。

　オーディオ変換アダプターを使用している状態では、次のように設定しました。これでアダプターに接続したイヤフォンが有効になります。

　初期状態で［再生］ボタンをクリックすると400Hzの正弦波を発生します。イヤフォンから発生音を聞くことができます。表示中の音声波形を、秒数を指定してファイル出力することもできます。

　WaveGeneの出力をWaveSpectramと連動させる場合は、「再生デバイス」を次のように指定します。イヤフォン出力は無効になりますが、音声信号がWaveSpectramに送出されます。

○WaveSpectraの設定と動作

　起動したら、右上の「設定」アイコン（赤枠）をクリックしてください。

　［再生／録音］のタブを開いてそれぞれのデバイスを選択します。

　次に、WaveGeneで信号を発生させてWaveSpectramでモニターしてみましょう。WaveGeneでは400Hzと1000Hzの正弦波を合成してみます。

　WaveSpectraを立ち上げて「設定」アイコンをクリックします。設定ダイアログの［Spectrum］タブの「縦軸・レンジ」を40dBに設定し、［FFT］タブの「窓関数」を「なし(矩形)」に変更してみました。

　WaveSpectraの赤丸ボタン［サウンドデバイスから入力］をクリックすると計測が始まります。入力信号をFFT（高速フーリエ変換）してスペクトラム（周波数成分）をリアルタイム表示しています。FFTを簡単に言ってしまえば、どの周波数の音がどの程度含まれているか（スペクトル）を求める手法です。ご覧のように、合成されている基本波の周波数400Hzと1kHzにピークが描かれています。

　実際の計測は、WaveGeneで作成した音声信号をWAVEファイルに記録してスピーカーで再生し、その音声をマイクで集音・音声信号処理したものをWaveSpectraで解析することになります。マイクやスピーカーの周波数特性の計測、音声信号処理系の周波数特性の計測など、目的に応じて計測環境を整える必要があります。

４．その他の小道具

　もうひとつ、スマートフォンにインストールしておくと便利なソフトを紹介しておきましょう。Android用の『周波数ジェネレータ』というアプリです。発生させたいトーンを設定してマイクの前で発音させ、WaveSpectraで解析するといった使い方ができます。
　単一周波数、マルチ周波数、音符など10個の信号生成ツールがあり、波形としては正弦波、矩形波、三角波、ノコギリ波を生成、またホワイト、ピンク、ブラウニアンなどのノイズを生成することもできます。詳しくは下記のリンクでどうぞ。
 　　　　　 Google Play: 『周波数ジェネレータ』

　この他にも、スマートフォンの音響関連アプリケーションの豊富さは驚くばかりです。周波数ジェネレータ、サウンドモニター、オーディオ測定ツール、騒音計、果てはFFTアナライザーまで揃っています。折に触れて試してみるのもいいかも知れません。

　次回は、オーディオ回路の作成や問題解決のためにぜひ備えておきたい測定器、「オシロスコープ」を作ります。
　お楽しみに！