飛行模擬器音響系統(tǒng)仿真實現(xiàn)

林亞軍　劉劍超　王偉

摘要：針對飛行模擬器背景聲音的復雜性與多樣性，本文基于Direct Sound 技術(shù)，采用多路數(shù)字音響，在飛機座艙內(nèi)對發(fā)動機聲音進行現(xiàn)場錄音，通過技術(shù)處理和聲卡混合后播放，對發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速、滑行、顛簸等聲音進行仿真。

關(guān)鍵詞：音響系統(tǒng);仿真;聲音合成

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0094-02

飛行模擬器主要是為飛行員提供地面飛行模擬訓練的裝置，它由主控系統(tǒng)、模擬座艙、運動平臺、視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、操縱負荷系統(tǒng)、教員臺組成，不僅要在飛行模擬訓練中給飛行員提供視覺、操縱感和動感的逼真度，而且要有形象生動的聲音效果。聲音效果越逼真，飛行員的沉浸感越強烈，這樣飛行員將會體驗到真實飛機的飛行感覺，幫助飛行員從聽覺上正確判斷出飛機的飛行狀態(tài)。為此進行聲音實時仿真研究具有重要意義。正是基于這種需要，本文對某飛行模擬器音響系統(tǒng)進行了研究和分析，提出了一種基于Direct Sound的合成技術(shù)的聲音建模方法，設(shè)計出了某型飛行模擬器座艙音響系統(tǒng)的仿真方案。

1 仿真內(nèi)容

在整個仿真過程中，仿真計算系統(tǒng)對發(fā)動機聲音采用由近及遠的進行選擇性提取，并且將提取的聲音制作成各個特征點聲音文件，基于Direct Sound軟件，對聲音進行技術(shù)處理，再經(jīng)由聲卡混合后播放。除了發(fā)動機聲音外，音響系統(tǒng)還對座艙設(shè)備操作聲、機輪接地摩擦、撞擊聲、飛行員指揮口令等進行實時模擬，聲音模擬分系統(tǒng)模擬飛行訓練模擬器的主要聲音效果，包括飛機發(fā)動機的噪聲、飛機氣流聲、地面效應(yīng)、降雨聲和告警聲。

1.1 環(huán)境聲音

（1）自然環(huán)境聲，各種自然現(xiàn)象的聲音，如：海浪聲、雷電聲、氣動噪聲等;（2）設(shè)備聲，包括：發(fā)動機各種狀態(tài)聲、剎車聲、收放起落架聲、液壓/冷氣/電氣系統(tǒng)工作聲等;（3）特效聲，包括：爆炸聲、武器發(fā)射聲、跑道效應(yīng)聲等;

1.2 告警聲音，分為二部分

（1）話語告警系統(tǒng)聲音，包括各種語音告警聲音，它反應(yīng)在不同狀態(tài)下所出現(xiàn)的情況，提醒實施各種應(yīng)變措施。（2）告警聲，包括飛機音調(diào)報警聲，如導彈告警聲音、預(yù)警設(shè)備聲音、TACAN聲音、無線電羅盤聲音、信標機聲音等。

2 工作原理

主控系統(tǒng)將獲得的飛行參數(shù)，如飛機的空速、飛行的高度、發(fā)動機工作狀態(tài)、收放起落架等參數(shù)，通過通訊網(wǎng)絡(luò)，實時合成音響系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)用音響系統(tǒng)中已經(jīng)生成的聲音素材，混音后送入音響發(fā)生器播放。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

（1）各計算機間的通信通過以太網(wǎng)進行，采用UDP協(xié)議。（2）音響計算機接收主解算計算機發(fā)來的數(shù)據(jù)，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速等，通過安裝的音響軟件，模擬發(fā)動機音響效果。經(jīng)聲卡，傳送到駕駛艙中的音箱中播放。（3）音響計算機接收教員臺發(fā)來的控制聲音的標志位，通過安裝的音響軟件，模擬各種音響效果，如飛機發(fā)動機的噪聲、飛機氣流聲、地面效應(yīng)、降雨聲和告警聲等。（4）音響計算機通過網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)交換機與教員臺計算機、主解算計算機及其他客戶端程序計算機連接起來，與它們進行數(shù)據(jù)交換。

3 仿真實現(xiàn)

3.1 程序流程圖

音響系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。

3.2 音響系統(tǒng)播放功能實現(xiàn)

因為飛行模擬訓練器在訓練時，有很多系統(tǒng)在同時工作，聲音嘈雜而多變，而且隨著飛機姿態(tài)、速度等的變化，各種聲音混雜，發(fā)動機聲音明顯會發(fā)生改變，考慮到這些因素，設(shè)計音響系統(tǒng)具備如下功能：

實現(xiàn)功能1：控制模塊能夠同時播放多種不同的聲音;

實現(xiàn)功能2：控制模塊能夠在任何位置控制播放和結(jié)束;

實現(xiàn)功能3：控制模塊根據(jù)工作狀態(tài)可以控制播放頻率與音量;

實現(xiàn)功能4：控制模塊能夠隨時取消某一種聲音的播放;

實現(xiàn)功能5：控制模塊能夠完成循環(huán)播放功能。

為達到上述系統(tǒng)實現(xiàn)功能要求，本文在DirectSound軟件中建立了類：FCyDSPlaye和FCyDSBuffe，這兩個類專門用于實現(xiàn)混音播放功能，控制模塊中可以實時調(diào)用相對應(yīng)的類，就能夠完成音響系統(tǒng)所需聲音。

3.3 FCyDSPlaye類

FCyDSPlaye類負責管理模塊，主要來管理IDirectSound對象和FCyDSBuffe對象，并且設(shè)置好協(xié)作級別，停止或者播放飛行各種聲音。兩個類實現(xiàn)功能及程序流程圖如圖3和圖4所示。

對于以上定義的兩個類，使用者僅僅需要建立CMyDSPlayer對象，并且加載特定的聲音文件，再對要播放的聲音函數(shù)進行調(diào)用，皆可以實現(xiàn)所要播放聲音的混合播放。CMyDSBuffer對象的管理由CMyDSPlayer負責，不需要用戶參與。

4 結(jié)語

本文結(jié)合我們近年來在飛行模擬器研制的工作實踐，介紹了一種基于Direct Sound技術(shù)的聲音合成方法，這種方法對于硬件要求較低，硬件配置較低的音響系統(tǒng)都可以滿足要求。依據(jù)本方案設(shè)計的音響系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程度明顯，而且易于操作，這樣既能夠保證整個音響系統(tǒng)快速運行，也能夠為飛行員提供一個聲臨其境的聲音環(huán)境，巧妙的克服了目前國內(nèi)飛行模擬器音響系統(tǒng)開發(fā)的弊端，具有一定的實踐價值。

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Simulation and Implementation on Sound Simulation of Flight Simulator

LIN Ya-jun，LIU Jian-chao，WANG Wei

（Flight Simulation Training Center of Trainer，Naval Aviation University，Huludao? ?Liaoning? 125001）

Abstract：Aiming at the complexity and diversity of the background sound of flight simulator， this paper? uses multi-channel digital audio to record the engine sound in the cockpit of an aircraft based on Direct Sound technology， and plays it after using the technology processing and sound card mixing. It simulates the engine sound of different speed， taxiing and bumping.

Key words：sound system; simulation; sound synthesis