家庭桌面音響距感音量調(diào)節(jié)器的設(shè)計

楊廷來

【摘 要】音響設(shè)備從早期簡單的擴音器發(fā)展到高音質(zhì)設(shè)備，再到當(dāng)前的智能音響，是消費者對音響音質(zhì)的追求到音響智能化的追求。而音響音量的調(diào)節(jié)也經(jīng)過了旋鈕或按鍵的調(diào)節(jié)到觸控調(diào)節(jié)，再到到聲音控制調(diào)節(jié)的發(fā)展過程，但這些調(diào)節(jié)都屬于被動調(diào)節(jié)。本文提出的音響設(shè)備根據(jù)人與音響之間的距離，自動調(diào)節(jié)到合適的音量，增加了音響使用的舒適性和使用樂趣。

【關(guān)鍵詞】單片機；距離感應(yīng)；音量調(diào)節(jié)

當(dāng)前音響設(shè)備的音量調(diào)節(jié)主流方式為旋鈕控制、按鍵控制以及智能音響設(shè)備使用的語音控制，但這些控制方式都屬于被動調(diào)節(jié)，需要根據(jù)個人需求和喜好，去主動控制音響的音量，而且除了智能音響以外，其他音箱的調(diào)節(jié)方式都是接觸式的調(diào)節(jié)。然而對于家庭桌面音響而言，主要使用場合為個人使用，桌面音響大多為2.1或者2.0的音量，它們的音量調(diào)節(jié)裝置基本都是設(shè)計在主音響設(shè)備的背面或者側(cè)面，接觸式旋鈕或者按鍵調(diào)節(jié)使用起來非常不方便。于是一般情況下的桌面音箱的音量調(diào)節(jié)，都是將音響的音量設(shè)置為較大的固定值，然后通過控制音源的音量來實現(xiàn)音對響音量控制。比如音源如果是個人電腦時，則是通過鼠標(biāo)拖動pc電腦的音量條進行調(diào)節(jié)、如果音源是手機或其他播放設(shè)備，則通過控制手機或者播放器的輸出音量的方式來實現(xiàn)音響音量的調(diào)節(jié)。

這種桌面的音響為了避免頻繁的接觸式的音量調(diào)節(jié)，在使用的時候其音量都是設(shè)定為固定值后，不再通過音響音量調(diào)節(jié)裝置進行音量調(diào)節(jié)的情況比較普遍，直到智能音響的出現(xiàn)，比如百度的小度音響、小米的小艾同學(xué)、阿里的天貓精靈等，實現(xiàn)了非接觸式的語音控制，但是依然是被動式的音量調(diào)節(jié)。尤其是在家庭使用時，人是移動的，有時坐在桌前，有時則躺在床上或者房間的其他位置。于人而言，最為舒適的音量則是離音響距離近，需要較小的音量，離音響距離遠(yuǎn)，則較大的音量更為舒適。截止到目前，研究過音量自動控制的有，成都華科威電子科技有限公司研究過一種車載音響播放音量自動調(diào)節(jié)方法與流程，其原理是采集車內(nèi)人說話音量作為控制數(shù)據(jù)。廣州迪士普音響科技有限公司研究過公共場合下的廣播音量自動調(diào)節(jié)，其原理是通過采集公共場所的噪聲作為控制數(shù)據(jù)[1]。而這兩種自動控制的原理，無法用于家庭音響的自動控制。

一、整體方案描述

本文設(shè)計的距感音量調(diào)節(jié)家庭桌面音響，具有根據(jù)人與音響之間的距離，自動調(diào)節(jié)自身音量的功能。同時，該音箱除了自動調(diào)節(jié)模式以外，還保留了音量的手動調(diào)節(jié)模式。手動調(diào)節(jié)模式與傳統(tǒng)音量調(diào)節(jié)一樣，是被動式的調(diào)節(jié)。而自動調(diào)節(jié)模式則是主動音量調(diào)節(jié)，其原理是通過距離傳感器感應(yīng)人與音響之間的距離，然后根據(jù)距離的遠(yuǎn)近，自動調(diào)節(jié)音量的大小。如果人離音響比較近，比如坐在桌前，則音量較??；如果人離音響較遠(yuǎn)，則會自動增加到合適的音量。通過距離自動調(diào)節(jié)音響的音量，不僅增加了音響使用時的舒適性，更增加了音響使用的樂趣。當(dāng)然，該自動調(diào)節(jié)方式可以手動設(shè)定音量的最大值和最小值，以達到音量不會隨著距離的增大而無線增大，以及隨著距離的減小而無限減小的目的。

二、硬件設(shè)計

因為本距感音量調(diào)音響節(jié)是基于傳統(tǒng)音響改進而來，所以硬件基礎(chǔ)為各類家庭音響設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上，增加音量自動控制模塊。自動控制模塊主要由距離感應(yīng)模塊、自動控制模塊（包括音量的上下限的手動設(shè)置裝置）以及手動模式和自動模式切換控制開關(guān)。

由于紅外距離傳感器有效測量距離有限，而超聲波距離傳感器不能識別人體，故距離感應(yīng)模塊采用紅外距離感應(yīng)器與超聲波距離感應(yīng)器的組合來實現(xiàn)，以達到較高的精度。為了距離測量的準(zhǔn)確性，可在主音響和副音箱均安裝多個距離感應(yīng)模塊，以此進一步可以實現(xiàn)左右聲道的音量單獨控制。距離傳感器采集到的距離數(shù)據(jù)，經(jīng)過軟件處理后，用于音量控制。控制模塊包括數(shù)據(jù)處理和音量控制數(shù)據(jù)產(chǎn)生的主控芯片單片機，音量控制芯片采用音量專用控制芯片PT2314。距離傳感器與單片機之間采用串行通信，單片機與音量控制芯片之間，采用iic通信模式。

以上所采用的硬件具有硬件成本低，采購方便，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，同時開發(fā)技術(shù)成熟，較易尋找到齊全的開發(fā)資料，因此本設(shè)計實現(xiàn)起來難度相對不高。

三、軟件設(shè)計

距感音量調(diào)節(jié)器的軟件，主要由距離識別和音量控制兩個部分組成。當(dāng)通過開關(guān)將音響切換為自動控制模式時，單片機上電讀取音量的最低值和最大值，用于后面音量調(diào)節(jié)的邊界值。單片機通過距離傳感器采集距離數(shù)據(jù)，并將距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為音量控制數(shù)據(jù)發(fā)送給音量控制芯片，以控制音量。在隨著距離變大的同時，實時將送數(shù)據(jù)發(fā)送給音量控制芯片，但在發(fā)送之前，單片機會讀取設(shè)定的音量調(diào)節(jié)邊界值，將音量控制數(shù)據(jù)跟音量設(shè)定的邊界值進行比較，如果在音量調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，則發(fā)送相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)到音量控制芯片，如果超過邊界值，則發(fā)送邊界值給音量控制芯片。

軟件設(shè)計的過程中，由于單片機與距離傳感器之間采用串行通信，與音量控制芯片之間采用iic通信方式，因為二者的通信方式不同，所以需要分別設(shè)計單片機與傳感器數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，以及單片機跟控制芯片之間的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。

四、結(jié)束語

家庭桌面音箱距感音量調(diào)節(jié)控制器，使用的是已經(jīng)成熟的距離檢測和音量控制技術(shù)，二者的結(jié)合可以給人們的生活帶來一定的便利性和使用樂趣。但同時存在一定的局限性，比如使用場合只適用于桌面音箱，雖然音量可以自動調(diào)節(jié)，但主音箱與副音箱是同增同減的，音場中心依然是固定不變。希望在實現(xiàn)上述功能后，可以在不增加硬件的情況下，通過修改軟件進一步增加更多的功能，比如增加左右聲道音量的獨立控制，以實現(xiàn)音場中心隨著人的移動而改變；增加通過手勢調(diào)節(jié)或者語音調(diào)節(jié)等功能，使得音響變得更加的方便和有趣。

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