CN112896039B - 一种汽车喇叭声音控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车喇叭声音控制方法及装置，将喇叭声音按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应进行数字处理并预存，然后在司机按下喇叭开关时将按下的速度转换为力度，根据力度控制播放预存的喇叭声音；装置包括双触点开关(01)、单片机(02)、数字电位器(03)，数字音频播放器(04)、数字音频存储器(05)、音频功率放大器(06)和扬声器(07)。本发明方案提出按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应以提供警示，实施简单方便，实用性强，解决了相关技术存在的实用性低及实际应用不便的问题，能够提高用户体验，提供安全保障支持，预防交通事故，防止财物人身损失，具有重要的市场价值。

Description

一种汽车喇叭声音控制方法及装置

技术领域

本发明涉及交通工具技术领域，具体涉及一种汽车喇叭声音控制方法及装置。

背景技术

汽车喇叭是汽车上的一个必要部件，可以对行人、司机起到警示作用，对交通安全起着重要作用。传统的汽车喇叭只有一个音调，而且音量不可控，因此存在以下缺陷：1，音量不可控，对行人影响太大，易造成惊吓。2，声音单调，容易引起听觉疲劳，对司机的警示作用效果降低。

现有技术中，相关的研究情况如下：

CN201610839346.X公开了一种汽车鸣笛装置，属于汽车技术领域。所述装置包括按键、弹性结构、压敏电阻、控制电路及喇叭。该装置通过设置弹性结构、压敏电阻及控制电路，使得所述鸣笛装置可以根据驾驶员对鸣笛按键的按压力度，控制汽车鸣笛的声音类型及音量，使得驾驶员可以在需要安静的场合进行小音量的柔和警示，而在公路场合可以进行正常的鸣笛警示。

CN201720541851.6涉及一种喇叭控制电路、喇叭控制装置及车辆，该喇叭控制电路包括设置在第一可控开关电路上的第一触点、设置在第二可控开关电路上的第二触点，以及分别与第一可控开关电路和第二可控开关电路连接的喇叭；在第一触点所在的第一可控开关电路导通时，触发喇叭发出第一声音，在第二触点所在的第二可控开关电路导通时，触发喇叭发出第二声音，这样，可以控制喇叭控制电路中的不同可控开关电路导通，从而在不同可控开关电路导通时喇叭的通电电流大小不同，以实现喇叭可以发出不同音量的声音。

但是，这两种装置都只能对音量进行简单调节，喇叭音调上缺乏变化，仍然容易引起听觉疲劳，警示作用减弱。

CN201310505375.9提供了一种车辆、汽车喇叭系统及其控制方法，其中汽车喇叭控制系统包括：喇叭；识别模块，用于对汽车的当前路况进行识别以生成识别信号；喇叭开关，用于接收驾驶员的触发指令，其中，触发指令包括长按喇叭开关的触发指令和短按喇叭开关的触发指令；控制器，控制器与喇叭、识别模块和喇叭开关分别相连，控制器在接收到短按喇叭开关的触发指令后根据识别信号控制喇叭发出声音的音量和/或音调。该发明的汽车喇叭系统，可以在发挥汽车喇叭安全警示作用的同时有效降低汽车噪声污染，并依据用户的需求实现多级控制，具有更高的安全性和可靠性。

但这种控制喇叭发出声音的音量和/或音调的方法，是根据前方预设距离内有无行人，以及位置是否处于禁鸣区，白天还是夜晚，选择以中偏高、中偏低、低音、超低通道或悦耳音通道发声，因此主要用于减少噪音污染和应对“禁行”策略，仍然无法解决声音单调，容易引起听觉疲劳的问题。

CN201610190326.4提供了一种汽车电笛PWM控制装置，包括：单片机MCU、开关功率放大器、喇叭SP、电笛继电器驱动电路、车速传感器、热释电传感器、电笛按钮SB、选择开关S1、状态指示电路和选择开关S1；该发明可在保证安全使用的前提下，降低了能源的消耗和噪音的次生灾害，也能减少目前普遍存在的“路怒现象”，起到一定的营造和谐社会的作用；该发明之控制装置能够根据车速和行驶环境对汽车电笛的音量、音调进行自动调节控制，增强了汽车的使用功能，保护了人们的身体健康和环境和谐。

因此，这种控制装置也是用于节电和减少噪音，在车速高时采用高音电笛，在车速低时采用低音电笛。

可见，目前的汽车喇叭控制仍然主要在于针对噪音的音量大小调整，在警示作用方面缺乏相应研究。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提出了一种汽车喇叭声音控制方法及装置，具有音量可控、音调变化的特点，可以解决以上问题。

为了实现上述目的，本发明提出一种汽车喇叭声音控制方法，包括将喇叭声音按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应进行数字处理并预存，然后在司机按下喇叭开关时将按下的速度转换为力度，根据力度控制播放预存的喇叭声音。

而且，所述将喇叭声音按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应进行数字处理，实现方式如下，

设两辆车的速度都是v，两车的平行车距为w，从两车垂直相距l开始仿真，起始时间t＝0，按照如下多普勒效应引起的频率变化公式，对普通汽车喇叭的声音进行处理，然后将处理所得音频数据进行幅度包络处理，包络线形状采用渐入渐出；

其中，f′为观察到的频率，f为声音源的原始频率，vs为声速，v′为两车的相对速度。

而且，所述在司机按下喇叭开关时将按下的速度转换为力度，实现方式如下，

喇叭开关采用双触点开关实现，所述双触点开关包括触点A和触点B，设当司机按下喇叭开关后，触点A先接通，触点B再接通，则在触点A接通后开始计时，直到触点B接通计时截止，根据计时结果，得到开关被按下的速度，进而相应得到开关被按下的力度，根据所得力度对预存的喇叭声音进行衰减，然后放大输出。

另一方面，本发明还提供一种汽车喇叭声音控制装置，用于实现如上所述的一种汽车喇叭声音控制方法。

而且，包括双触点开关01、单片机02、数字电位器03，数字音频播放器04、数字音频存储器05、音频功率放大器06和扬声器07，

单片机02通过IIC总线接口与数字电位器03的IIC总线接口连接；

单片机02的两个GPIO接口GPIO1、GPIO2与双触点开关01连接；

单片机02的一个GPIO接口GPIO3与数字音频播放器04的控制口Control连接；

单片机02的一个GPIO接口GPIO4与音频功率放大器06的关机或者静音端口SHUTDOWN连接；

数字音频播放器04的音频输出接口OUTPUT与数字电位器03的输入端INPUT连接；

数字电位器03的输出端口OUTPUT与音频功率放大器06的输入端INPUT连接；

音频功率放大器06的输出端OUTPUT连接扬声器07。

而且，将喇叭声音按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应进行数字处理后，存储到数字音频存储器中备用。

而且，所述双触点开关包括触点A和触点B，在司机按下喇叭开关时，单片机02在触点A接通后开始计时，直到触点B接通计时截止，根据计时结果，得到开关被按下的速度，进而相应得到开关被按下的力度，根据力度结果，计算数字电位器03的设置值，并通过数据总线送至数字电位器03；

然后单片机02控制音频功率放大器06进入工作状态，同时控制数字音频播放器04播放数字音频存储器05中的音频，音频通过数字电位器03经过相应衰减送至音频功率放大器06，经过音频功率放大器06放大后的音频电流送至扬声器07发声，直到双触点开关01断开为止。

本发明方案提出按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应以提供警示，实施简单方便，实用性强，解决了相关技术存在的实用性低及实际应用不便的问题，能够提高用户体验，提供安全保障支持，预防交通事故，防止财物人身损失，具有重要的市场价值。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构图。

图2为本发明实施例的需要仿真的两车位置关系。

图3为本发明实施例的多普勒效应处理前后的频率变化(虚线为原始信号，实线为处理后的信号，示意图，仅展示单一频率)。

图4为本发明实施例的幅度包络处理前后的变化(虚线为处理前，实线为处理后)。

具体实施方式

以下结合附图和实施例具体说明本发明的技术方案。

汽车喇叭作为一种警示工具，其音调不宜太过花哨，但是平直的音调容易引起听觉疲劳，导致警示作用减弱。需要选择一种既有变化，又不花哨的变化音调，而且其警醒作用突出。本发明注意到，当两车有相对运动的时候，会使得声音的频率产生多普勒效应，相对速度越快，多普勒效应越明显。如果将喇叭声音按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应进行数字处理，然后播放，则会明显引起司机注意，使得对方司机精神为之一振。尤其是对那些有可能疲劳驾驶的司机或者走神的司机更为有效。

多普勒效应对声音频率的影响如下：

其中，f′为观察到的频率，f为声音源的原始频率，vs为声速，vr为观察者(对方的车)移动速度，vt为声音源(鸣笛一方)的速度。当声音源与观察者之间的距离变近时，速度值为正，反之为负。

两车错车时，相对速度先是为正，该值接近于两车的速度和，随着两者距离的接近，其相对速度分量逐渐减小，在两车距离达到最小时，相对速度为0，然后相对速度变为负值，并逐渐增大并无限接近一个极限值(两车的速度和)。因此声音频率的变化是，首先变高，并逐渐降低。

参见图2，为简化计算，假设需要仿真的两辆车的速度都是v，两车的平行车距为w，从两车垂直相距l开始仿真，起始时间t＝0。则两车距离d随时间t的变化为：

两车的相对速度都为：

则实际的多普勒效应对频率的影响为：

为了使得效果更加真实，在多普勒效应处理完成后，需要将音频数据进行幅度包络处理，实现音量由小到大，再变小的过程。

实施例的实现可以由下列部件和步骤完成：

参见图1，实施例提供的一种汽车喇叭声音控制装置包括以下部件：

双触点开关1，单片机02，数字电位器03，数字音频播放器04，数字音频存储器05，音频功率放大器06，扬声器07。

单片机02通过IIC总线接口与数字电位器03的IIC总线接口连接；

单片机02的两个通用输入输出接口GPIO(可记为GPIO1、GPIO2)与双触点开关01连接；

单片机02的一个GPIO接口(可记为GPIO3)与数字音频播放器04的控制口Control连接；

单片机02的一个GPIO接口(可记为GPIO4)与音频功率放大器06的关机或者静音端口SHUTDOWN连接；

数字音频播放器04的音频输出接口OUTPUT与数字电位器03的输入端INPUT连接；数字音频存储器05的数据输出连接到数字音频播放器04，这是常见数据存储使用方式，本发明不予赘述；

数字电位器03的输出端口OUTPUT与音频功率放大器06的输入端INPUT连接；

音频功率放大器06的输出端OUTPUT连接扬声器07。

优选地，具体实施时的实现方式如下：

双触点开关01包括：触点A:011，触点B:012，复位弹簧013，具体实施时可以根据汽车上的结构定制；

数字电位器03可以选择的种类很多，只需要与单片机具备相同的数据总线，能够接受单片机控制即可，通常使用IIC总线或者串行总线,例如MAX5395,(单通道、256抽头、I²C数字电位器)。为了减少数据处理，在将数字电位器03接入电路的时候，需要参考具体手册，将抽头连接为：输出衰减值随着控制字的增大而增大；

数字音频存储器05和数字音频播放器04可以选用ISD1820等型号的一体化录放模块集成实现；

单片机02要求非常低，只需要可以实现计数功能，并且与数字电位器03有相同的数据总线，并且有足够的GPIO接口可以控制数字音频播放器04、音频功率放大器06以及双触点开关01即可(至少4个GPIO)；

音频功率放大器06需要带关机或者静音控制功能，以便接受单片机02控制，扬声器07的功率和阻抗需要和音频功率放大器06配套。

具体实施时，为降低成本，实现产品化，可将数字电位器、数字音频存储器、数字音频播放器、单片机甚至包括音频功率放大器集成在一个芯片上，形成专用的集成电路。

实施例提供的一种汽车喇叭声音控制方法包括以下步骤：

1.首先录制或者合成一段普通汽车喇叭的声音；

2.按照公式(4)所示的多普勒效应引起的频率变化公式，对步骤1得到的声音文件进行处理，具体可以用现成的音频处理软件进行处理(例如Audition)，其中声速vs可以选取340m/s，其他参数可以参考道路设计等实际情况选取，例如，车速v可以选取20m/s，两车的平行间距w可以选择3m，其垂直距离l可以选为150米。具体实施时，仿真的参数v、w、l采用近似的数据即可，因为近似差异的影响对于人耳的听觉几乎是无法分辨的，而且是一瞬而过的。参见图3中多普勒效应处理前后的频率变化，虚线为原始信号，实线为处理后的信号，示意图仅展示单一频率。

3.对步骤2得到的声音文件进行幅度包络处理，包络线形状采用渐入渐出(音量由小变大，再由大变小)，具体实施时同样可使用音频处理软件进行处理。音量最大处尽量处理为接近两车距离最小的时候，此时多普勒效应引起的频率变化为0。参见图4中本发明实施例的幅度包络处理前后的变化，虚线为处理前，实线为处理后。

4.将步骤3处理完成的文件存储到数字音频存储器中备用。

5.双触点开关01安装的时候，使得当司机按下喇叭开关后，触点A 011先接通，触点B 012再接通。双触点开关01连接到单片机02上，单片机02对两个触点011和012的通断做出如下反应：两个触点都断开的时候，单片机02不反应。触点A011接通后，单片机02开始计数，直到触点B012接通，单片机02计数截止，根据计数结果，得到开关被按下的速度，该计数结果直接反映了开关被按下的力度(力度越大，速度越快，计数结果越小)。优选地，为了能够将此计数结果用于数字电位器03的控制，对该计数进行范围约束，例如最小值为0，最大值为65535。接下来单片机02将计数结果归一化到数字电位器03的控制范围内，例如选用的数字电位器03是256个抽头的，因此要通过把计数结果右移8位，从而将计数结果归一化到8位数字电位器03的设置值。当然也可以直接将计数结果约束在8位，这样可以直接把计数结果当做数字电位器03的设置值使用。然后单片机02将计算数字电位器03的设置值并通过数据总线送至数字电位器03，得到合适的衰减值，然后控制音频功率放大器06进入工作状态，同时控制数字音频播放器04播放数字音频存储器05中的音频，音频通过数字电位器03经过适当的衰减送至音频功率放大器06，经过音频功率放大器06放大后的音频电流送至扬声器07发声，直到双触点开关01断开为止。这种处理方式完全不同于现有的汽车喇叭开关方式。现有的汽车喇叭仅仅是一个通断开关，通则响，断则停，无法处理音量、力度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种汽车喇叭声音控制方法，其特征在于：包括将喇叭声音按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应进行数字处理并预存，然后在司机按下喇叭开关时将按下的速度转换为力度，根据力度控制播放预存的喇叭声音，包括根据所得力度对预存的喇叭声音进行衰减，然后放大输出；

所述将喇叭声音按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应进行数字处理，实现方式如下，

设两辆车的速度都是v，两车的平行车距为w，从两车垂直相距l开始仿真，起始时间t＝0，按照如下多普勒效应引起的频率变化公式，对普通汽车喇叭的声音进行处理，然后将处理所得音频数据进行幅度包络处理，包络线形状采用渐入渐出；

其中，f′为观察到的频率，f为声音源的原始频率，vs为声速，v′为两车的相对速度。

2.根据权利要求1所述汽车喇叭声音控制方法，其特征在于：所述在司机按下喇叭开关时将按下的速度转换为力度，实现方式如下，

喇叭开关采用双触点开关实现，所述双触点开关包括触点A和触点B，设当司机按下喇叭开关后，触点A先接通，触点B再接通，则在触点A接通后开始计时，直到触点B接通计时截止，根据计时结果，得到开关被按下的速度，进而相应得到开关被按下的力度，根据所得力度对预存的喇叭声音进行衰减，然后放大输出。

3.一种汽车喇叭声音控制装置，其特征在于：用于实现如权利要求1-2任一项所述的一种汽车喇叭声音控制方法。

4.根据权利要求3所述汽车喇叭声音控制装置，其特征在于：包括双触点开关(01)、单片机(02)、数字电位器(03)，数字音频播放器(04)、数字音频存储器(05)、音频功率放大器(06)和扬声器(07)，

单片机(02)通过IIC总线接口与数字电位器(03)的IIC总线接口连接；

单片机(02)的两个GPIO接口(GPIO1、GPIO2)与双触点开关(01)连接；

单片机(02)的一个GPIO接口(GPIO3)与数字音频播放器(04)的控制口Control连接；

单片机(02)的一个GPIO接口(GPIO4)与音频功率放大器(06)的关机或者静音端口SHUTDOWN连接；

数字音频播放器(04)的音频输出接口OUTPUT与数字电位器(03)的输入端INPUT连接；

数字电位器(03)的输出端口OUTPUT与音频功率放大器(06)的输入端INPUT连接；

音频功率放大器(06)的输出端OUTPUT连接扬声器(07)。

5.根据权利要求4所述汽车喇叭声音控制装置，其特征在于：将喇叭声音按照两车高速错车的情况仿真多普勒效应进行数字处理后，存储到数字音频存储器中备用。

6.根据权利要求4所述汽车喇叭声音控制装置，其特征在于：所述双触点开关包括触点A和触点B，在司机按下喇叭开关时，单片机(02)在触点A接通后开始计时，直到触点B接通计时截止，根据计时结果，得到开关被按下的速度，进而相应得到开关被按下的力度，根据力度结果，计算数字电位器(03)的设置值，并通过数据总线送至数字电位器(03)；

然后单片机(02)控制音频功率放大器(06)进入工作状态，同时控制数字音频播放器(04)播放数字音频存储器(05)中的音频，音频通过数字电位器(03)经过相应衰减送至音频功率放大器(06)，经过音频功率放大器(06)放大后的音频电流送至扬声器(07)发声，直到双触点开关(01)断开为止。

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