CN107770681A - 自适应音量控制器及其音量控制方法 - Google Patents

自适应音量控制器及其音量控制方法 Download PDF

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CN107770681A CN201711184447.9A CN201711184447A CN107770681A CN 107770681 A CN107770681 A CN 107770681A CN 201711184447 A CN201711184447 A CN 201711184447A CN 107770681 A CN107770681 A CN 107770681A
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瞿少成
程建平
艾宁
赵亮
潘冬
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Abstract

本发明公开了一种自适应音量控制器及其音量控制方法，该自适应音量控制器包括噪音检测电路、播音判断电路、处理电路以及数字电位器；所述噪音检测电路用于采集噪音信息；所述播音判断电路用于根据广播前置放大器输出口的输出信号判断是否为播音间隙；所述处理电路与所述噪音检测电路、所述播音判断电路、所述数字电位器相连，所述处理电路用于当所述播音判断电路判断当前为播音间隙时控制所述噪音检测电路采集当前噪音信息，并根据所述噪音检测电路采集的当前噪音信息控制所述数字电位器输出用于驱动扬声器的音频电压。本发明能够实现根据噪音的大小自动调节扬声器音量的大小，有利于改善公众的听觉舒适度。

Description

自适应音量控制器及其音量控制方法
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及一种自适应音量控制器及其音量控制方法。
背景技术
随着社会交通基础设施现代化建设的加快，在车站、码头、机场等公共大厅环境内均安装有公共广播系统，广播系统成为班次、通知等信息的重要媒介。然而大厅内的噪音是各种不同频率和强度声音的无规则的组合，情况是复杂多变的，如旅客的嘈杂声、机车的启动、进站等大强度噪音均会对大厅广播造成干扰，导致旅客听不清广播信息，如果长时间开大广播音量则会引起听觉不适，如果手动实时进行音量调节也不太现实。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应音量控制器及其音量控制方法，能够实现根据噪音的大小自动调节扬声器音量的大小。
为实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种自适应音量控制器，包括噪音检测电路、播音判断电路、处理电路以及数字电位器；
所述噪音检测电路用于采集噪音信息；
所述播音判断电路用于根据广播前置放大器输出口的输出信号判断是否为播音间隙；
所述处理电路与所述噪音检测电路、所述播音判断电路、所述数字电位器相连，所述处理电路用于当所述播音判断电路判断当前为播音间隙时控制所述噪音检测电路采集当前噪音信息，并根据所述噪音检测电路采集的当前噪音信息控制所述数字电位器输出用于驱动扬声器的音频电压。
进一步地，所述噪音检测电路包括：
MIC单元；
与所述MIC单元相连的信号放大单元；
与所述信号放大单元的输出端相连的第一整流滤波单元；
与所述第一整流滤波单元的输出端相连的模数转换单元。
进一步地，所述MIC单元的第一输出端通过第一电阻连接12V电源，所述MIC单元的第一输出端还连接第一电容的第一端，所述MIC单元的第二输出端接地；
所述信号放大单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的负输入端连接第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第一电容的第二端，所述第一运算放大器的负输入端还通过第三电阻连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的正输入端连接第四电阻的第一端、第五电阻的第一端、第二电容的第一端，所述第四电阻的第二端、第二电容的第二端接地，所述第五电阻的第二端连接12V电源，所述第一运算放大器的输出端连接第三电容的第一端，所述第三电容的第二端通过第六电阻接地；
所述第一整流滤波单元包括第一二极管、第四电容以及第七电阻，所述第一二极管的正极连接所述第三电容的第二端，所述第一二极管的负极连接所述第四电容的第一端、所述第七电阻的第一端，所述第四电容的第二端、所述第七电阻的第二端接地；
所述模数转换单元包括ADC0809芯片，所述第一二极管的负极连接所述ADC0809芯片的IN0引脚。
进一步地，所述第三电阻为可变电阻。
进一步地，所述播音判断电路包括：
信号放大限幅单元；
与所述信号放大限幅单元的输出端相连的第二整流滤波单元；
与所述第二整流滤波单元的输出端相连的比较单元。
进一步地，所述信号放大限幅单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的负输入端连接第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端通过第五电容连接所述广播前置放大器输出口的第一端，所述第二运算放大器的负输入端还通过第九电阻连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的正输入端连接6V电源，所述第二运算放大器的输出端连接第六电容的第一端，所述第六电容的第二端通过第十电阻接地；
所述第二整流滤波单元包括第二二极管、第七电容和第十一电阻，所述第二二极管的正极连接所述第六电容的第二端，所述第二二极管的负极连接所述第七电容的第一端、所述第十一电阻的第一端，所述第七电容的第二端、所述第十一电阻的第二端接地；
所述比较单元包括比较器和第十二电阻，所述比较器的负输入端通过所述第十二电阻连接5V电源，所述比较器的正输入端连接所述第二二极管的负极，所述比较器的输出端连接所述处理电路。
进一步地，所述第九电阻为可变电阻，所述第十二电阻为可变电阻。
进一步地，所述数字电位器通过功率放大器连接所述扬声器。
为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种上述自适应音量控制器的音量控制方法，包括：
步骤S1：当所述播音判断电路判断当前为播音间隙时所述处理电路控制所述噪音检测电路采集当前噪音信息，所述当前噪音信息包括预设个数的噪音电平值；
步骤S2：所述处理电路计算当前噪音信息中预设个数的噪音电平值的平均功率，得到平均噪音功率值；
步骤S3：所述处理电路控制所述数字电位器中间抽头的电阻值为当前的平均噪音功率值所在区间范围对应的电阻值。
进一步地，在所述步骤S3之后还包括：
重复执行步骤S1～S2；
若当前的平均噪音功率值小于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围，且所述数字电位器中间抽头的电阻值保持不变的时间小于预设时间，则所述处理电路控制所述数字电位器中间抽头的电阻不变，若当前的平均噪音功率值大于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围，则执行步骤S3。
本发明提供的自适应音量控制器，能够实现根据噪音的大小自动调节扬声器音量的大小，有利于改善公众的听觉舒适度。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种自适应音量控制器的示意图；
图2是本发明实施方式提供的另一种自适应音量控制器的示意图；
图3是本发明实施方式提供的一种噪音检测电路的示意图；
图4是本发明实施方式提供的一种播音判断电路的示意图；
图5是本发明实施方式提供的一种处理电路以及数字电位器的示意图；
图6是本发明实施方式提供的一种采集噪音的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1，图1是本发明实施方式提供的一种自适应音量控制器的示意图，该自适应音量控制器包括噪音检测电路100、播音判断电路200、处理电路300以及数字电位器400；
所述噪音检测电路100用于采集噪音信息；
所述播音判断电路200用于根据广播前置放大器输出口的输出信号判断是否为播音间隙；
所述处理电路300与所述噪音检测电路100、所述播音判断电路200、所述数字电位器400相连，所述处理电路用于当所述播音判断电路判断当前为播音间隙时控制所述噪音检测电路采集当前噪音信息，并根据所述噪音检测电路采集的当前噪音信息控制所述数字电位器输出用于驱动扬声器的音频电压，以实现扬声器音量大小的控制。
本发明实施方式提供的自适应音量控制器，能够实现根据噪音的大小自动调节扬声器音量的大小，有利于改善公众的听觉舒适度。
参见图2，图2是本发明实施方式提供的另一种自适应音量控制器的示意图，该自适应音量控制器包括噪音检测电路100、播音判断电路200、处理电路300以及数字电位器400，数字电位器400通过功率放大器连接扬声器；
其中，处理电路300为AT89S52单片机；
其中，所述噪音检测电路100包括：
MIC(麦克风)单元110，其可以为电容驻极式无指向性MIC；
与所述MIC单元110相连的信号放大单元120；
与所述信号放大单元120的输出端相连的第一整流滤波单元130；
与所述第一整流滤波单元130的输出端相连的模数转换单元140。
例如，参见图3，图3是本发明实施方式提供的一种噪音检测电路的示意图，其中，所述MIC单元的第一输出端通过第一电阻R11连接12V电源，所述MIC单元的第一输出端还连接第一电容C11的第一端，所述MIC单元的第二输出端接地；
所述信号放大单元包括第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1的负输入端连接第二电阻R12的第一端，所述第二电阻R12的第二端连接所述第一电容R12的第二端，所述第一运算放大器U1的负输入端还通过第三电阻R13连接所述第一运算放大器U1的输出端，所述第一运算放大器U1的正输入端连接第四电阻R14的第一端、第五电阻R15的第一端、第二电容C12的第一端，所述第四电阻R14的第二端、第二电容C12的第二端接地，所述第五电阻R15的第二端连接12V电源，所述第一运算放大器U1的输出端连接第三电容C13的第一端，所述第三电容C13的第二端通过第六电阻R16接地，例如，该第一运算放大器U1为运放NE5532；
所述第一整流滤波单元包括第一二极管D11、第四电容C14以及第七电阻R17，所述第一二极管D11的正极连接所述第三电容C13的第二端，所述第一二极管D11的负极连接所述第四电容C14的第一端、所述第七电阻R17的第一端，所述第四电容C14的第二端、所述第七电阻R17的第二端接地；
所述模数转换单元包括ADC0809芯片，所述第一二极管D11的负极连接所述ADC0809芯片的IN0引脚。
优选地，所述第三电阻R13为可变电阻，从而可以调节第一运算放大器的放大增益。
在本发明实施方式中，由电容驻极式无指向性MIC将噪音声波转换为电压信号后，进入运放NE5532进行信号放大。运放使用12V直流电源，配合调节R13改变放大增益，使线性放大后的交流信号在-6V～+6V之间。放大后的信号经过D11、R17组成的半波整流电路，检出0V～+6V的直流脉冲信号，再经C14滤除高次谐波后得到相对平滑的直流波动电平。R17与C14组成的RC时间常数约为0.1秒，能够较快的反映出噪音信号的直流平均电压，保证了噪声检测的实时性，同时0V～+6V的直流电压将覆盖ADC0809的0V～+5V的A/D转换区域，基本满足了转换的电平需求。
其中，所述播音判断电路200包括：
信号放大限幅单元210；
与所述信号放大限幅单元的输出端相连的第二整流滤波单元220；
与所述第二整流滤波单元的输出端相连的比较单元230。
例如，参见图4，图4是本发明实施方式提供的一种播音判断电路的示意图，其中，所述信号放大限幅单元包括第二运算放大器U2，所述第二运算放大器U2的负输入端连接第八电阻R21的第一端，所述第八电阻R21的第二端通过第五电容C21连接所述广播前置放大器输出口的第一端，所述第二运算放大器U2的负输入端还通过第九电阻R22连接所述第二运算放大器U2的输出端，所述第二运算放大器U2的正输入端连接6V电源，所述第二运算放大器U2的输出端连接第六电容C22的第一端，所述第六电容C22的第二端通过第十电阻R23接地，例如，该第二运算放大器U2为运放NE5532；
所述第二整流滤波单元包括第二二极管D21、第七电容C23和第十一电阻R24，所述第二二极管D21的正极连接所述第六电容C22的第二端，所述第二二极管D21的负极连接所述第七电容C23的第一端、所述第十一电阻R24的第一端，所述第七电容C23的第二端、所述第十一电阻R24的第二端接地，通过第二二极管D21、第七电容C23和第十一电阻R24形成半波整流滤波电路；
所述比较单元包括比较器U3和第十二电阻R25，所述比较器U3的负输入端通过所述第十二电阻R25连接5V电源，所述比较器U3的正输入端连接所述第二二极管D21的负极，所述比较器U3的输出端连接所述处理电路，比较器U3用于二值比较，例如，比较器U3为LM393。
优选地，所述第九电阻R22为可变电阻，从而可以调节第二运算放大器的放大增益，所述第十二电阻R25为可变电阻，从而可以调节比较器U3的翻转电平。
播音判断电路为处理电路采集噪音信息提供时间依据，从广播前置放大器输出口取出音频信号，首先经过运放NE5532放大限幅，然后通过由D21、R24、C23组成的半波整流滤波电路，完成对播音信号的直流转换，输出播音直流信号，LM393构成二值判决电路，通过调节R25确定翻转电平(即确定判决阈值)，当LM393的“+”脚(即正输入端)电位高于“-”脚电位(即负输入端)时，LM393输出高电平；反之，输出低电平。这样，当由D21、R24、C23组成的半波整流滤波电路输出的播音直流信号大于此判决阈值时，LM393输出高电平即认为此时正在播音；当播音直流信号小于此判决阈值时，LM393输出低电平即认为此时没有播音，可以通知处理电路采集噪音信息。
参见图5，数字电位器400的型号可以为X9C103，其VH端连接广播前置放大器输出口，以接收广播前置放大器输出口输出的音频信号，其VW端连接功率放大器，以向功率放大器输出音频电压；
通过AT89S52单片机控制数字电位器中间抽头VW电阻的变化(如在0-10k间变化)，实现相应的分压，分压后的音频电压输出到功率放大器至扬声器，实现100级精度分辨率、平滑渐进式调整音量的目的；
在本发明实施方式中，噪音检测电路中的模数转换单元采用ADC0809芯片，即通过ADC0809芯片进行A/D转换，处理电路采用AT89S52单片机，作为控制器的控制核心(CPU)，如图5所示，AT89S52单片机通过74LS02或非门为ADC0809提供选通逻辑；AT89S52的ALE引脚为ADC0809提供时钟信号，考虑到只有一路噪音模拟信号需要转换，故将ADC0809的3根地址线接地，即选择通道0的信号转换，转换结果送到AT89S52的P0口，LM393(比较器U3)的输出接入AT89S52的P3.2口，AT89S52通过查询此端口判断是否可以启动A/D转换。
在本发明实施方式中，大厅内的噪音信号被MIC单元采集后，经过放大、半波整流、滤波变成直流脉动电压信号，然后通过A/D转换形成数字噪音电平存入AT89S52以备计算，大厅广播前置放大器输出口输出的播音信号经过放大限幅、整流滤波后，再与预设的判决阈值进行二值比较，通过比较判断出此时是否处于播音间隙，处理电路只在播音间隙时段启动A/D转换，也就是在这个时段大厅内只有噪音，没有播音，这样就避免了MIC将大厅播音也当做环境噪音采入，保证了两类音源的准确区分，实现如图6所示的噪音采集，例如，处理电路将采集到的最近一百个噪音电平值进行计算，得到平均噪音功率值，然后根据不同时刻的平均噪音功率大小控制数字电位器，最终实现音量的实时控制。
此外，本发明实施方式还提供了一种上述自适应音量控制器的音量控制方法，包括：
步骤S1：当所述播音判断电路判断当前为播音间隙时所述处理电路控制所述噪音检测电路采集当前噪音信息，所述当前噪音信息包括预设个数的噪音电平值；
步骤S2：所述处理电路计算当前噪音信息中预设个数的噪音电平值的平均功率，得到平均噪音功率值；
步骤S3：所述处理电路控制所述数字电位器中间抽头的电阻值为当前的平均噪音功率值所在区间范围对应的电阻值。
优选地，在所述步骤S3之后还包括：
重复执行步骤S1～S2；
若当前的平均噪音功率值小于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围(即当前的平均噪音功率值小于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围的最小值)，且所述数字电位器中间抽头的电阻值保持不变的时间小于预设时间，则所述处理电路控制所述数字电位器中间抽头的电阻不变，若当前的平均噪音功率值大于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围(即当前的平均噪音功率值大于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围的最大值)，则执行步骤S3。
例如，单片机AT89S52上电后，进入初始化程序，完成片内各模块的设置、清存储单元内容、端口设定等初始化工作。然后进入主程序，当查询到P3.2端口状态为低即播音间歇期时启动A/D转换，在采集到100个噪音电平后计算出这100个噪音电平值的平均功率，得到平均噪音功率值，然后，根据功率值的大小控制数字电位器输出的音频电压，具体电压大小根据现场试验确定，其原则：如果噪音大，则输出的音频电压大，扬声器音量增大；如果噪音小，则输出的音频电压小，扬声器音量减小；
在调节音量的同时打开10秒定时中断，如果这10秒内有更大的噪音出现(即当前的平均噪音功率值大于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围)，则马上切换到新的状态且重新定时10秒，如果这10秒内没有更大的噪音出现(即当前的平均噪音功率值仍位于或者小于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围)，则当前状态一直保持到10秒结束，然后再根据新的噪音状态切换到新的状态，如此循环往复，这样处理的优点是音量的调节不会过于频繁，既可以满足听觉上的自然感，又能及时响应突发大噪音的变化，实现了调节的实时性。
由于每一组噪音采集和计算的时间不超过0.3s，播音间隔时间一般不小于0.4s，因此系统的实时性较好；而且本控制器采用突发大噪声的延时控制算法，听觉上感觉音量的过渡变化比较自然。经过在实际的现场环境中试验后表明本控制器自适应控制效果良好，能够较好的改善车站等大厅环境内的广播效果。
本发明提供的自适应音量控制器，通过根据A/D转换后的噪音电平值计算出复杂环境下噪声信号的平均噪音功率，再根据平均噪音功率大小自适应地控制大厅环境内的广播音量，实现了复杂噪声环境下自适应音量控制，有利于改善公众的听觉舒适度，并且本发明成本低廉、调试方便，且普遍适用于各种大厅广播环境，具有较强的工程实用意义和推广价值。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种自适应音量控制器，其特征在于，包括噪音检测电路、播音判断电路、处理电路以及数字电位器；
所述噪音检测电路用于采集噪音信息；
所述播音判断电路用于根据广播前置放大器输出口的输出信号判断是否为播音间隙；
所述处理电路与所述噪音检测电路、所述播音判断电路、所述数字电位器相连，所述处理电路用于当所述播音判断电路判断当前为播音间隙时控制所述噪音检测电路采集当前噪音信息，并根据所述噪音检测电路采集的当前噪音信息控制所述数字电位器输出用于驱动扬声器的音频电压。
2.根据权利要求1所述的自适应音量控制器，其特征在于，所述噪音检测电路包括：
MIC单元；
与所述MIC单元相连的信号放大单元；
与所述信号放大单元的输出端相连的第一整流滤波单元；
与所述第一整流滤波单元的输出端相连的模数转换单元。
3.根据权利要求2所述的自适应音量控制器，其特征在于，所述MIC单元的第一输出端通过第一电阻连接12V电源，所述MIC单元的第一输出端还连接第一电容的第一端，所述MIC单元的第二输出端接地；
所述信号放大单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的负输入端连接第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第一电容的第二端，所述第一运算放大器的负输入端还通过第三电阻连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的正输入端连接第四电阻的第一端、第五电阻的第一端、第二电容的第一端，所述第四电阻的第二端、第二电容的第二端接地，所述第五电阻的第二端连接12V电源，所述第一运算放大器的输出端连接第三电容的第一端，所述第三电容的第二端通过第六电阻接地；
所述第一整流滤波单元包括第一二极管、第四电容以及第七电阻，所述第一二极管的正极连接所述第三电容的第二端，所述第一二极管的负极连接所述第四电容的第一端、所述第七电阻的第一端，所述第四电容的第二端、所述第七电阻的第二端接地；
所述模数转换单元包括ADC0809芯片，所述第一二极管的负极连接所述ADC0809芯片的IN0引脚。
4.根据权利要求3所述的自适应音量控制器，其特征在于，所述第三电阻为可变电阻。
5.根据权利要求1所述的自适应音量控制器，其特征在于，所述播音判断电路包括：
信号放大限幅单元；
与所述信号放大限幅单元的输出端相连的第二整流滤波单元；
与所述第二整流滤波单元的输出端相连的比较单元。
6.根据权利要求5所述的自适应音量控制器，其特征在于，所述信号放大限幅单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的负输入端连接第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端通过第五电容连接所述广播前置放大器输出口的第一端，所述第二运算放大器的负输入端还通过第九电阻连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的正输入端连接6V电源，所述第二运算放大器的输出端连接第六电容的第一端，所述第六电容的第二端通过第十电阻接地；
所述第二整流滤波单元包括第二二极管、第七电容和第十一电阻，所述第二二极管的正极连接所述第六电容的第二端，所述第二二极管的负极连接所述第七电容的第一端、所述第十一电阻的第一端，所述第七电容的第二端、所述第十一电阻的第二端接地；
所述比较单元包括比较器和第十二电阻，所述比较器的负输入端通过所述第十二电阻连接5V电源，所述比较器的正输入端连接所述第二二极管的负极，所述比较器的输出端连接所述处理电路。
7.根据权利要求6所述的自适应音量控制器，其特征在于，所述第九电阻为可变电阻，所述第十二电阻为可变电阻。
8.根据权利要求1所述的自适应音量控制器，其特征在于，所述数字电位器通过功率放大器连接所述扬声器。
9.一种如权利要求1-8任一所述的自适应音量控制器的音量控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1：当所述播音判断电路判断当前为播音间隙时所述处理电路控制所述噪音检测电路采集当前噪音信息，所述当前噪音信息包括预设个数的噪音电平值；
步骤S2：所述处理电路计算当前噪音信息中预设个数的噪音电平值的平均功率，得到平均噪音功率值；
步骤S3：所述处理电路控制所述数字电位器中间抽头的电阻值为当前的平均噪音功率值所在区间范围对应的电阻值。
10.根据权利要求9所述的音量控制方法，其特征在于，在所述步骤S3之后还包括：
重复执行步骤S1～S2；
若当前的平均噪音功率值小于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围，且所述数字电位器中间抽头的电阻值保持不变的时间小于预设时间，则所述处理电路控制所述数字电位器中间抽头的电阻不变，若当前的平均噪音功率值大于上一次计算的平均噪音功率值所在区间范围，则执行步骤S3。
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