家庭桌面音響距感音量調節器的設計

楊廷來

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

【關鍵詞】單片機；距離感應；音量調節

當前音響設備的音量調節主流方式為旋鈕控制、按鍵控制以及智能音響設備使用的語音控制，但這些控制方式都屬于被動調節，需要根據個人需求和喜好，去主動控制音響的音量，而且除了智能音響以外，其他音箱的調節方式都是接觸式的調節。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，它們的音量調節裝置基本都是設計在主音響設備的背面或者側面，接觸式旋鈕或者按鍵調節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節，都是將音響的音量設置為較大的固定值，然后通過控制音源的音量來實現音對響音量控制。比如音源如果是個人電腦時，則是通過鼠標拖動pc電腦的音量條進行調節、如果音源是手機或其他播放設備，則通過控制手機或者播放器的輸出音量的方式來實現音響音量的調節。

這種桌面的音響為了避免頻繁的接觸式的音量調節，在使用的時候其音量都是設定為固定值后，不再通過音響音量調節裝置進行音量調節的情況比較普遍，直到智能音響的出現，比如百度的小度音響、小米的小艾同學、阿里的天貓精靈等，實現了非接觸式的語音控制，但是依然是被動式的音量調節。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，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節方法與流程，其原理是采集車內人說話音量作為控制數據。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節，其原理是通過采集公共場所的噪聲作為控制數據[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

本文設計的距感音量調節家庭桌面音響，具有根據人與音響之間的距離，自動調節自身音量的功能。同時，該音箱除了自動調節模式以外，還保留了音量的手動調節模式。手動調節模式與傳統音量調節一樣，是被動式的調節。而自動調節模式則是主動音量調節，其原理是通過距離傳感器感應人與音響之間的距離，然后根據距離的遠近，自動調節音量的大小。如果人離音響比較近，比如坐在桌前，則音量較小；如果人離音響較遠，則會自動增加到合適的音量。通過距離自動調節音響的音量，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。當然，該自動調節方式可以手動設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、硬件設計

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

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，故距離感應模塊采用紅外距離感應器與超聲波距離感應器的組合來實現，以達到較高的精度。為了距離測量的準確性，可在主音響和副音箱均安裝多個距離感應模塊，以此進一步可以實現左右聲道的音量單獨控制。距離傳感器采集到的距離數據，經過軟件處理后，用于音量控制。控制模塊包括數據處理和音量控制數據產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，性能穩定等優點，同時開發技術成熟，較易尋找到齊全的開發資料，因此本設計實現起來難度相對不高。

三、軟件設計

距感音量調節器的軟件，主要由距離識別和音量控制兩個部分組成。當通過開關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，用于后面音量調節的邊界值。單片機通過距離傳感器采集距離數據，并將距離數據轉換為音量控制數據發送給音量控制芯片，以控制音量。在隨著距離變大的同時，實時將送數據發送給音量控制芯片，但在發送之前，單片機會讀取設定的音量調節邊界值，將音量控制數據跟音量設定的邊界值進行比較，如果在音量調節的范圍內，則發送相應的控制數據到音量控制芯片，如果超過邊界值，則發送邊界值給音量控制芯片。

軟件設計的過程中，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，所以需要分別設計單片機與傳感器數據收發模塊，以及單片機跟控制芯片之間的數據發送模塊。

四、結束語

家庭桌面音箱距感音量調節控制器，使用的是已經成熟的距離檢測和音量控制技術，二者的結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節，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，以實現音場中心隨著人的移動而改變；增加通過手勢調節或者語音調節等功能，使得音響變得更加的方便和有趣。

【參考文獻】

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