ゲヌマ・フジガヤ２(fujigaya2) blogのまとめ

　ATMELのマイコンATMEGA328PのPWMを使用して、サンプリング音を出力して、加速に合わせたディーゼル音を出します。

• VVVF_sound.cpp・・・疑似音生成の本体です。DCCデコーダ部分からスピードをもらって、疑似音を生成します。
• VVVF_sound.h・・・ヘッダファイルです。
• kasoku.h・・・未使用です。
• "D205_16000_WAV6L.h"・・・加速時（1段階目）のIMA ADPCMの音です。フォーマットは16KHz,16bitです。
• "D205_16000_WAV6U.h"・・・加速時（2段階目）のIMA ADPCMの音です。
• "D205_16000_WAV6UU.h"・・・加速時（3段階目）のIMA ADPCMの音です。
• "D205_16000_WAV3.h"・・・アイドル時のIMA ADPCMの音です。
• motor_func.h・・・LPF関数(Low Pass Filter：速度の変化を滑らかにする）を使用しています。
• TimerOne.h・・・PWMを生成するためのArudinoのライブラリです。こちらのインラインバージョンを使用しています。

VVVF_sound.hに
#define VVVF_SOUND_PIN 9
として、音波形出力ピンを9としています。
Timer1を使用していますので、10とすれば10ピンに出力できると思います。

ino(スケッチ)からどう呼び出すかを解説します。

• setup関数内

1.各種CV値をVVVF_soundにコピーします。
　VVVF_SetCV(3, gCV3_AccRatio);
　VVVF_SetCV(4, gCV4_DecRatio);
　VVVF_SetCV(47, gCV47_SoundSwitch);
　VVVF_SetCV(48, gCV48_SoundState);
　VVVF_SetCV(49, gCV49_SoundNotch);
　VVVF_SetCV(50, gCV50_SoundVolume);
　VVVF_SetCV(52, gCV52_SoundLoopTiming);
2.VVVF_Setup()で、出力ピン(9pin)、Timer1の初期化をします。IMA_ADPCMの各値を初期化します。

• loop内

4.タイマー(33msecごと)でVVVF_Cont(gSpeedCmd_vvvf)を呼びます。
　gSpeedCmd_vvvfは速度０％〜１００％が０〜２５５になる速度値です。

※他のスケッチからの流用のため現在、大量の未使用定数、変数があります。

• #define VVVF_SOUND_PIN 9

→PWM出力のpin番号です。9,10が選べると思います。

• #define WAV_DATA1 test23_data

→サンプリング波形(test23_loud.h）の配列先頭アドレスです。

• #define COUNT_CONSTANTSPEED 30

→ノッチオフ用の音を止めるタイマの定数です。VVVF_Cont内で使用し、33msごとに1ずつ減っていくので、例えば値が30だと、30*33ms=990msでノッチオフに移行します。

• #define CARRER_FREQ 16000

→IMA_ADPCMのキャリア周波数です。

• int uplimit; //VVVF配列の上限
• int kasoku[15][8];//VVVF配列

→未使用です。

• int current_period1 = (double)1000000 / CARRER_FREQ; //Diesel周期

→IMA_ADPCMのキャリア周波数です。

• int current_period2 = (double)1000000 / CARRER_FREQ; //Diesel周期

→未使用です。

• volatile unsigned int pwm_state = 0;
• unsigned int pwm_add = 0;
• int pwm_mask = 0xff;
• int pwm_shift = 8;
• int current_duty_a = 0;

→未使用です。

• int gAccRatio = 20;
• int gDecRatio = 20;
• int gNotchSpdCount = 0;

→VVVF_Cont内で使用する加速、減速、ノッチオフ用の変数です。

• uint8_t SoundSwitch = 0;

→CV47の内部変数で10で通常音、１１で爆音だったと思います。

• uint8_t SoundState = 1;

→CV48ですが未使用です。

• uint8_t SoundNotch = 0;

→CV49ですが未使用です。

• uint8_t SoundVolume = 10;

→CV50ですが未使用です。

• uint8_t gSoundLoopTiming = 8 ; // Variable set of Sound loop time by MECY 2017/05/14

→CV52です。加速時のサウンドの移行タイミング値です。1〜40で値を大きくすると早く移行します。

• int SoundWave_coeff = 1;

→未使用です。

• float PrevSpeed = 0;

→VVVF_Cont内で使用する変数です。

• boolean vvvf_first_flag = true;//VVVF_Initを一回呼び出すためのFlag
• boolean accel_flag_prev = false;

→未使用です。

• boolean accel_flag = false;

→VVVF_Cont内で使用する変数です。

• volatile uint8_t gSound_played = 0;

→現在の鳴らしている音ファイル番号です。

• uint8_t gSound_playnext = 0;

→次に鳴らす音ファイル番号です。

• int gSound_Length = 0;

→音ファイルの長さですが、現在かなり適当な（適切でない）使い方をしています・・・。

• int gSound_offset = 0; // aya add RIFF フォーマットをそのまま使っているのでdata chunkまでoffsetを履かせる
• volatile uint16_t sample; // volatile を使う意味があるかな？
• uint16_t ndata; // 11/9 block数をカウント
• byte lastSample; //
• uint16_t nBlockAlign = 252;
• IMADEC imad;

→IMA　ADPCM関連の変数です。IMA ADPCMについては、DCC館様のページを参考（というかほぼそのまま）に使用しております。

• uint16_t nspeed;

→VVVF_Cont内で使用する変数です。

• extern void VVVF_Setup()

→Timer1の出力ピンの設定、割り込み周期の設定、IMA ADPCMの設定を行います。

• void VVVF_SetCV(uint8_t iNo, uint8_t inData)

→VVVF関連のCV番号（iNo）、CV値（inData）を内部変数にコピーします。

• extern void VVVF_Cont(int inPWMFreq, uint8_t inF2Flag)

→スピード（inPWMFreq）とノッチオフのフラグ（inF2Flag）をもらって、どの音を出すかを決めています。決めた音はgSound_playnext値です。
また、nspeedもリピートスピードに絡んでいます。大きくすると音再生前にリピートします。

• void vvvf_int1()

→16KHz(62.5us)ごとに呼び出される音の波形生成割り込みです。
現在の音の生成は以下になっています。
gSound_playedの音番号の音を再生します。
音のリピートは、gSound_Lengthですが、リピート間隔は音の終了を待たずに「gSound_Length - nspeed」よりも長くなったらリピートする。としています。nspeedは加速すると値が大きくなりますので、リピート間隔が短くなります。
ここはそのうち作り直したほうが良いかなあと思います・・・。
（私は、IMA ADPCMは音の音の長さが、ヘッダに書いてあるものとどうも違ってしまっていて（どうも読み方が分からない・・・）、正しい長さが分からなくて、リピート部分がヘンテコになっています。DCC館などにヘッダの説明がありますので、だれか確認していただければと思います。）
リピート時にgSound_playnextに音を切り替えます。
電圧は、Timer1.setPwmDuty(VVVF_SOUND_PIN,t);で、t:0〜1023の10ビットで出します。

• byte readSoundRom(uint8_t inNo, uint16_t inOffset)

→ROMからサンプリング値を取り出します。inNoが音番号、inOffsetが実際のデータの番号です。

• uint16_t ima_decode( /* Returns the sample value (-32768 to 32767) / Sound extension by MECY 2017/01/14 */　IMADEC* ad, /* Work area for the ADPCM stream */　uint8_t dat, /* ADPCM data, b3:sign (0:+, 1:-), b2-b0:magnify (0..7) */　int8_t hl /* High or low data read */　)

→IMA ADPCMのデコード部分です。コピペですので、説明は省略します。

　まずはディーゼル音を録ってきます。
　編集はAudacityで行います。（Audacityの操作方法はネットで探してください。）
（１）音ファイルをAudacityで開きます。
（２）トラック→ステレオからモノラルへ　を選んで、モノラルデータにします。
（３）適当なディーゼル音部分を切り出して、リピート再生させて、変じゃない部分を探します。

　私はアイドル時の音は400msぐらいの時間のデータを選んでいます。
（４）音が小さいときはエフェクト→増幅を選ぶと波形を大きくできます（大きくできないときは「クリッピングを可能にする」にチェックを入れておきます）。振幅が１を超えない程度に大きくすることをお勧めします。
（５）選んだあとZキーを押すと、勝手に波形の０点に時間を合わせてくれます。Shift＋Spaceキーを押すと切り出した部分をリピート再生してくれます。よさそうな波形を探してください。
（６）切り出します。ファイル→新規作成でAudacityをもう一個立ち上げ、選択領域をコピー＆ペーストします。

（７）画面の左下のプロジェクトのサンプリング周波数(Hz)から、サンプリング周波数を16000Hzに変更します。
（８）ファイル→オーディオの書き出しでファイルを書き出します。
ファイルの種類は「その他の非圧縮ファイル」
フォーマットは、ヘッダ：「WAV(Microsoft)」、エンコーディング：「IMA ADPCM」
でよいと思います。
ファイル名の拡張子は.WAVにしておきます。
　私のサンプリングファイルではファイルサイズは4KBぐらいでした。
（９）DSWav2C.exeを立ち上げ、Openボタンから先ほどのWAVファイルを読み込ませます。「Sample rate of the Wave file is not 8kHz.」と怒られますが「OK」ボタンを押して無視します。(DSWav2CはYaasan様の作です）
　Saveボタンを押して、適当なファイル名.hでセーブします。（test23_loud.hとすると、デコーダのスケッチをいじらないで済むかもです）

　なお、私のサンプリングファイルではデータ数が配列で3500程度になっていました。（画像は別のものです）

　このファイル名をVVVF_sound.cppで読み込んでいるサンプリング波形ファイル(D205_16000_WAV3.h)などと差し替えて、参照ファイル名も変えてやって、コンパイルして、書き込んで、動けば、オリジナル音源のスケッチの完成です。