家庭桌面音响距感音量调节器的设计

杨廷来

【摘 要】音响设备从早期简单的扩音器发展到高音质设备，再到当前的智能音响，是消费者对音响音质的追求到音响智能化的追求。而音响音量的调节也经过了旋钮或按键的调节到触控调节，再到到声音控制调节的发展过程，但这些调节都属于被动调节。本文提出的音响设备根据人与音响之间的距离，自动调节到合适的音量，增加了音响使用的舒适性和使用乐趣。

【关键词】单片机；距离感应；音量调节

当前音响设备的音量调节主流方式为旋钮控制、按键控制以及智能音响设备使用的语音控制，但这些控制方式都属于被动调节，需要根据个人需求和喜好，去主动控制音响的音量，而且除了智能音响以外，其他音箱的调节方式都是接触式的调节。然而对于家庭桌面音响而言，主要使用场合为个人使用，桌面音响大多为2.1或者2.0的音量，它们的音量调节装置基本都是设计在主音响设备的背面或者侧面，接触式旋钮或者按键调节使用起来非常不方便。于是一般情况下的桌面音箱的音量调节，都是将音响的音量设置为较大的固定值，然后通过控制音源的音量来实现音对响音量控制。比如音源如果是个人电脑时，则是通过鼠标拖动pc电脑的音量条进行调节、如果音源是手机或其他播放设备，则通过控制手机或者播放器的输出音量的方式来实现音响音量的调节。

这种桌面的音响为了避免频繁的接触式的音量调节，在使用的时候其音量都是设定为固定值后，不再通过音响音量调节装置进行音量调节的情况比较普遍，直到智能音响的出现，比如百度的小度音响、小米的小艾同学、阿里的天猫精灵等，实现了非接触式的语音控制，但是依然是被动式的音量调节。尤其是在家庭使用时，人是移动的，有时坐在桌前，有时则躺在床上或者房间的其他位置。于人而言，最为舒适的音量则是离音响距离近，需要较小的音量，离音响距离远，则较大的音量更为舒适。截止到目前，研究过音量自动控制的有，成都华科威电子科技有限公司研究过一种车载音响播放音量自动调节方法与流程，其原理是采集车内人说话音量作为控制数据。广州迪士普音响科技有限公司研究过公共场合下的广播音量自动调节，其原理是通过采集公共场所的噪聲作为控制数据[1]。而这两种自动控制的原理，无法用于家庭音响的自动控制。

一、整体方案描述

本文设计的距感音量调节家庭桌面音响，具有根据人与音响之间的距离，自动调节自身音量的功能。同时，该音箱除了自动调节模式以外，还保留了音量的手动调节模式。手动调节模式与传统音量调节一样，是被动式的调节。而自动调节模式则是主动音量调节，其原理是通过距离传感器感应人与音响之间的距离，然后根据距离的远近，自动调节音量的大小。如果人离音响比较近，比如坐在桌前，则音量较小；如果人离音响较远，则会自动增加到合适的音量。通过距离自动调节音响的音量，不仅增加了音响使用时的舒适性，更增加了音响使用的乐趣。当然，该自动调节方式可以手动设定音量的最大值和最小值，以达到音量不会随着距离的增大而无线增大，以及随着距离的减小而无限减小的目的。

二、硬件设计

因为本距感音量调音响节是基于传统音响改进而来，所以硬件基础为各类家庭音响设备，并在此基础上，增加音量自动控制模块。自动控制模块主要由距离感应模块、自动控制模块（包括音量的上下限的手动设置装置）以及手动模式和自动模式切换控制开关。

由于红外距离传感器有效测量距离有限，而超声波距离传感器不能识别人体，故距离感应模块采用红外距离感应器与超声波距离感应器的组合来实现，以达到较高的精度。为了距离测量的准确性，可在主音响和副音箱均安装多个距离感应模块，以此进一步可以实现左右声道的音量单独控制。距离传感器采集到的距离数据，经过软件处理后，用于音量控制。控制模块包括数据处理和音量控制数据产生的主控芯片单片机，音量控制芯片采用音量专用控制芯片PT2314。距离传感器与单片机之间采用串行通信，单片机与音量控制芯片之间，采用iic通信模式。

以上所采用的硬件具有硬件成本低，采购方便，性能稳定等优点，同时开发技术成熟，较易寻找到齐全的开发资料，因此本设计实现起来难度相对不高。

三、软件设计

距感音量调节器的软件，主要由距离识别和音量控制两个部分组成。当通过开关将音响切换为自动控制模式时，单片机上电读取音量的最低值和最大值，用于后面音量调节的边界值。单片机通过距离传感器采集距离数据，并将距离数据转换为音量控制数据发送给音量控制芯片，以控制音量。在随着距离变大的同时，实时将送数据发送给音量控制芯片，但在发送之前，单片机会读取设定的音量调节边界值，将音量控制数据跟音量设定的边界值进行比较，如果在音量调节的范围内，则发送相应的控制数据到音量控制芯片，如果超过边界值，则发送边界值给音量控制芯片。

软件设计的过程中，由于单片机与距离传感器之间采用串行通信，与音量控制芯片之间采用iic通信方式，因为二者的通信方式不同，所以需要分别设计单片机与传感器数据收发模块，以及单片机跟控制芯片之间的数据发送模块。

四、结束语

家庭桌面音箱距感音量调节控制器，使用的是已经成熟的距离检测和音量控制技术，二者的结合可以给人们的生活带来一定的便利性和使用乐趣。但同时存在一定的局限性，比如使用场合只适用于桌面音箱，虽然音量可以自动调节，但主音箱与副音箱是同增同减的，音场中心依然是固定不变。希望在实现上述功能后，可以在不增加硬件的情况下，通过修改软件进一步增加更多的功能，比如增加左右声道音量的独立控制，以实现音场中心随着人的移动而改变；增加通过手势调节或者语音调节等功能，使得音响变得更加的方便和有趣。

【参考文献】

[1] 甘广彬.一种音量自动调节的实现方法[J/OL].机电工程技术，2017（S2）：470-472

[2] 张凌寒.基于51单片机的红外测距仪的设计与实现[J]. 数字技术与应用，2016（09）：13

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