Генератор звука для электромотоцикла hardware + software

Генератор звука для электромотоцикла hardware + software

Цель проекта

Электромотоциклы почти не издают звука, что делает их опасными для пешеходов. Этот проект решает данную проблему.

Основные задачи

Безопасность: создать громкий и заметный звук двигателя, чтобы сделать мотоцикл предсказуемым для окружающих.

Опыт вождения: обеспечить водителя реалистичной звуковой обратной связью, которая точно соответствует его действиям.

Архитектура и Технологии

В основе проекта лежит встраиваемая система (Embedded System), построенная на одноплатном компьютере Orange Pi (аналог Raspberry Pi), который управляет всей логикой.

Аппаратная платформа: Orange Pi, АЦП, USB-аудиокарта, оптопары для безопасного подключения, усилитель класса D, динамик, преобразователи напряжения.

Программный стек: Python 3, библиотеки NumPy для вычислений и SoundDevice для вывода звука в реальном времени.

Комплексная система генерации звука

Звук двигателя не является записью, а создаётся математически в реальном времени. Такой подход обеспечивает максимальную гибкость и мгновенную реакцию. Алгоритм синтеза многослойный, проведен на основе спектрального анализа примеров звуков, данных заказчиком:

Основа тона (Несущие гармоники): "Тело" звука формируется путем сложения нескольких синусоидальных волн с помощью NumPy. Их частоты и амплитуды подобраны так, чтобы создать богатый и узнаваемый тембр двигателя.

Симуляция оборотов (Частотная модуляция): Положение ручки газа преобразуется в "обороты", которые в реальном времени изменяют частоту всех базовых гармоник, создавая эффект набора скорости.

Симуляция нагрузки (Амплитудная модуляция): Резкое открытие ручки газа увеличивает громкость более высоких, "агрессивных" гармоник, делая звук более мощным и рычащим, как у двигателя под нагрузкой.

Характер звука (Тембральный оверлей): Дополнительный высокочастотный слой звука, параметры которого зависят от выбранной передачи, придаёт звучанию индивидуальность и глубину.

Цифровая обработка сигналов (DSP)

После математической генерации, аудиосигнал проходит финальную стадию — DSP-обработку.

С помощью программного фильтра высоких частот (HPF) из сигнала удаляются нежелательные технические артефакты и низкочастотный гул. Это необходимо для того, чтобы на усилитель поступал чистый и качественный звук.

Результат

Создан полнофункциональный прототип, демонстрирующий возможность разработки сложных программно-аппаратных решений.

Этот проект — пример комплексной разработки встраиваемых систем и показывает следующие навыки:

Разработка встраиваемых (Embedded System) на базе микрокомпьютеров.

Создание алгоритмов для генерации и обработки данных в реальном времени.

Программирование на Python для управления электроникой.

Проектирование аппаратной части: подбор компонентов, интеграция датчиков и обеспечение безопасности цепей.

На основе этого опыта возможно создание кастомных встраиваемых систем для решения широкого круга задач.