作者：Andreas Pellkofer, Jagannath Rotti, and Danny Ko

傳統的內燃機車輛即使在低行駛速度下也會發出發動機聲音。通常，當車輛看不見時，行人和其他交通參與者通過視覺和聽覺識別輪胎聲音和其他發出的噪音來識別接近或離開的車輛。

電動汽車 （EV） 不會發出發動機聲音。混合動力電動汽車 （HEV） 或插電式混合動力電動汽車 （PHEV） 在低速行駛時和傳統內燃機 （ICE） 啟動之前幾乎無聲地移動。當以低于 19 英里/小時的速度行駛時，很難聽到這些車輛的聲音。在更高的速度下，輪胎聲音變得占主導地位。

全球管理機構正在探索立法，旨在為PHEV和HEV在電動模式下運行時建立最低聲音水平，以便視障人士，行人和騎自行車的人可以聽到這些車輛接近并確定這些車輛從哪個方向接近。該立法的一個例子可以在國家公路交通安全管理局（NHTSA）網站上找到。

電動汽車警告聲音系統 （EVWSS） 產生一系列聲音，旨在提醒行人注意 EV、HEV 和 PHEV 的存在。駕駛員可以發出警告聲音（類似于汽車喇叭的聲音，但不那么緊急）;但是，必須在低速時自動啟用聲音。這些聲音從人造音調到模仿發動機噪音和輪胎在礫石上移動的逼真聲音不等。

ADI公司為高級應用提供兩種不同的解決方案，包括EV的車內發動機聲音和外部發動機聲音。ADI公司開發了基于ADSP-BF706的解決方案。對于入門級系統，ADI公司開發了一種基于ADAU1450 SigmaDSP的解決方案。這些解決方案可以合成聲音并根據行進速度調整頻率、音量和其他參數，這些解決方案可以將音頻發送到音頻功率放大器。根據某些法規的要求，可以使用內燃機聲音或任何其他合成音調來模擬警告聲音。?

基于黑鰭金槍魚的解決方案

ADSP-BF706 Blackfin+處理器為音頻處理和控制局域網（CAN）總線接口提供單芯片解決方案。 ADI公司開發了一個在ADSP-BF706上運行的CAN軟件堆棧，使用戶能夠以最小的工作量構建汽車級演示（也可以使用矢量CAN堆棧）。此外，ADI公司還提供完整的硬件和軟件參考設計以及SigmaStudio兼容性，用于實時調整參數。???

圖1顯示了ADSP-BF706內部的不同處理模塊。外部波形音頻文件 （WAV） 存儲簽名引擎聲音或音頻音調。可從外部串行外設接口 （SPI） 同時訪問多達 25 個 WAV 文件。在添加動態音量控制之前，這些文件在數字信號處理器（DSP）內部進行頻移和混合。

圖1.Blackfin+ 處理器上的處理塊。

ADSP-BF706采用存儲器映射SPI接口，提供對外部存儲器的更快、更簡化的訪問，因此本應用無需外部雙倍數據速率（DDR）存儲器。最多可從 SPI 閃存同時訪問多達 25 個 WAV 文件。大量可訪問的 WAV 文件有助于創建更逼真的發動機聲音。

ADSP-BF706還可以實現高達16×的變調，這是美國NHTSA的建議，隨著車速的增加，輸出聲音的頻率也會增加。ADSP-BF706可以隨著CAN總線車速的增加動態控制音量。

圖2顯示了詳細的系統框圖。線性?電源LT8602四通道單芯片同步降壓穩壓器提供系統所需的所有電壓軌，源自12 V汽車電池電源。2 MHz開關頻率允許用戶避開關鍵的噪聲敏感頻段，例如AM頻段。LT8602的3 V至42 V輸入電壓范圍使該器件非常適合汽車應用，這些應用必須在冷啟動和啟動停止情況下進行調節，最小輸入電壓低至3 V，拋負載瞬變超過40 V。

圖2.詳細的系統框圖，在全功能板上使用Blackfin+處理器。

圖3顯示了一個替代系統框圖，其中包含連接器、一組簡化的外設和一個承載所有相關信號的汽車合格連接器。此配置允許設計更小外形的電路板。

該系統解決方案可降低系統物料清單（BOM）成本，因為ADSP-BF706可用作微控制器和音頻處理器。

圖3.詳細的系統框圖，在組件減少的電路板上帶有Blackfin+處理器。

有關解決方案的完整詳細信息，請參閱 EVWSS v1 演示手冊和 EVWSS v2 演示手冊，它們在軟件下載包中提供。該軟件包（EVWSS-BF_SRC-Rel2.0.0）可通過ADI公司網站的軟件申請表頁面索取。有關ADSP-BF706的完整詳細信息，請參見ADSP-BF70x Blackfin+工藝硬件參考和ADSP-BF7xx Blackfin+? ?處理器編程參考。

適用于ADSP-BF706 Blackfin+處理器的EVWSS軟件架構

EVWSS軟件架構基于ADSP-BF706硬件架構。處理器對硬件架構的依賴是由于內存映射的 SPI。CAN接口使用存儲器映射SPI直接從閃存讀取。此功能降低了 EVWSS 庫的復雜性，并使內存訪問高效，以生成警告聲音。

軟件組件

EVWSS 軟件架構由圖 4 中所示的組件組成。

本節詳細介紹了軟件組件。SPORT 回調功能映射到音頻數據采樣率，并在 SPORT 收發器中斷服務例程 （ISR） 上下文中運行，讀取閃存文件（SPI 存儲器映射），使用 EVWSS 庫執行音頻操作，并在 SPORT 收發器接口上發送修改后的音頻。EVWSS 庫包含不同的功能來合成警告聲音。EVWSS 庫還接收來自 CAN 堆棧（或用于調試的通用異步接收器和發射器 （UART） 接口）的車速輸入。TDA7803驅動器控制外部功率放大器以產生警告聲音。EVWSS 應用框架配置系統外設、CAN 堆棧和 TDA7803 驅動程序。

EVWSS 庫函數

以下部分介紹 EVWSS 庫的功能。

圖4.EVWSS 軟件架構框圖。

節距控制

變調是根據控制輸入轉換音頻信號頻譜的概念。在EVWSS應用中，WAV文件的基本間距根據車速輸入而移動。

頻率調制和幅度調制

發動機聲音取決于發動機沖程，包括進氣、壓縮、功率（膨脹）和排氣。這些筆劃創建調頻音調，而不僅僅是純音調。改變樣本之間的音高偏移參數以實現頻率調制。

此應用包括兩種調制（鋸齒波和三角形）。在鋸齒調制中，頻率從最低到最高，然后跳回到最低。在三角調制中，頻率從最低到最高，然后斜坡回到最低。

壓擺音頻混合

對于音頻混音，請配置與車速相關的各種增益。

播放 WAV 文件

盡管所需的WAV文件存在于閃存中，但用戶可以播放或停止某些WAV文件，具體取決于動態條件。

基于ΣDSP的解決方案

對于入門級應用，ADAU1450 SigmaDSP處理器可用作ADSP-BF706處理器的替代產品。出于評估目的，可以使用EVAL-ADAU1452評估板。

圖 5 顯示了 SigmaDSP 處理器內部的不同處理模塊。

圖5.SigmaDSP 處理器上的處理塊。

使用SigmaStudio編程環境的ADAU1450支持以下軟件要求：

多音生成

動態音量控制，多達 64 個范圍

混音

限幅器

音高轉換，隨著速度的增加而增加音頻音高

同時播放來自 SPI 閃存的多達 5 個 WAV 文件

ADI公司在SigmaStudio中提供發動機聲音模擬器模塊，以簡化發動機聲音調諧并減少所需的外部同步WAV文件數量。發動機聲音模擬器可以在內部產生多達 32 次諧波。這些諧波的階數和幅度可以通過圖形用戶界面（GUI）進行編程。

諧波發生器模塊作為ESS工具箱的一部分提供。它可以直接從SigmaStudio下載頁面（Rev 4.4.以上）下載。請注意，SigmaStudio不支持CAN軟件堆棧，需要外部微處理器。

SigmaStudio

SigmaStudio 是一個圖形編程環境，最初是為 SigmaDSP 處理器產品組合設計的。該軟件具有專為汽車應用開發的內置算法庫。GUI 簡化了調優過程，并提供可以動態更改的控件和濾波器系數，而無需編寫代碼。SigmaStudio可從ADI公司的網站上的SigmaStudio頁面下載。

結論

ADI公司為入門級系統和高級發動機音響系統提供全面的解決方案，支持車內發動機聲音和外部發動機聲音。本文旨在簡化用戶的決策過程，并縮短用戶上市時間。ADI公司提供完整的系統解決方案，包括用于快速原型設計和產品開發所需的軟件組件。

審核編輯：郭婷