新舟600飛行模擬機音響系統(tǒng)的結構和設計分析

胡軍

摘 要 本文簡述了新舟600飛行模擬機音響系統(tǒng)的結構和工作原理。

【關鍵詞】新舟600飛行模擬機 音響系統(tǒng) 仿真聲音環(huán)境

1 概述

二十世紀以來，隨著航空業(yè)的快速發(fā)展，航空業(yè)界迫切需要一種更安全、更經(jīng)濟的方式進行飛行員培訓，和高風險科目的復現(xiàn)和處理程序訓練，以及對新機型新技術進行工程測試。飛行模擬機就是因應這一需求融合現(xiàn)代計算機通信、軟件工程、圖形圖像處理、機電自動控制等高新技術的產(chǎn)物。飛行模擬機主要是對飛行的整個過程進行飛行數(shù)字仿真和環(huán)境仿真。前者是以儀表、指示器等仿真飛行參數(shù)和指示信號，后者是仿真飛行過程中的視覺、聽覺、感覺。分別由視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、運動系統(tǒng)來實現(xiàn)。本文所述的音響系統(tǒng)是仿真環(huán)境的重要組成部分，它結合視景系統(tǒng)、運動系統(tǒng)為飛行員提供座艙中身臨其境的感覺。同時，它也對無線電語音通信，客艙內(nèi)話、廣播等語音通訊進行了仿真。

新舟600飛行模擬機是加拿大Mechtroxni為西飛新舟600型飛機開發(fā)的一型模擬機。該型模擬機創(chuàng)新性地將一些民用技術應用于模擬機，例如將Canbus現(xiàn)場總線技術用于接口通訊，節(jié)點計算機間的通訊使用基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)等。它的音響系統(tǒng)也大量應用了成熟的商業(yè)產(chǎn)品，再配以先進的聲音合成軟件系統(tǒng)，具有結構簡潔，傳真度高，故障率低，便于維護的特點，實現(xiàn)了座艙中聲音環(huán)境的高度仿真。

2 新舟600飛行模擬機音響系統(tǒng)結構和工作原理

新舟600飛行模擬機音響系統(tǒng)結構如圖1所示。

飛行過程中座艙所要處理和仿真的聲音主要分為三類：

第一類為座艙中包括無線電語音通話和機艙內(nèi)話等實時語音通訊。第二類為機載設備所發(fā)出的音頻警告信號，例如飛機構型警告、火警和GPWS、TCAS等發(fā)出的語音警告信號。第三類為環(huán)境聲響，如發(fā)動機在各種推力下的轟鳴聲、機身的氣動摩擦聲、雨刷聲以及雷聲雨聲等聲響。

新舟600飛行模擬機音響系統(tǒng)對實時語音通話的處理主要是通過麥克風接收并經(jīng)數(shù)字音頻處理設備進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字音頻信號格式轉(zhuǎn)換后送到音響計算機進行混音處理。第二類和第三類音頻信號是經(jīng)過預先采樣、去噪等步驟制作成數(shù)字音頻流存儲在音響計算機的數(shù)字音頻流樣本數(shù)據(jù)庫中。當主控計算機解算完飛行數(shù)學模型，并向音響計算機發(fā)出指令，音響計算機即根據(jù)需要調(diào)用相應的合成音頻數(shù)據(jù)流樣本進行頻移、混音等處理，并通過數(shù)字音頻設備進行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大器放大后送到相應的揚聲器播出，制造出逼真的音響環(huán)境。

新舟600模擬機上的音響設備采用了成熟的商用模塊化音頻處理設備，如Alesis公司的16通道24bit，采樣率可達96KHZ的雙向數(shù)模音頻轉(zhuǎn)換器，可同時將16路模擬音頻轉(zhuǎn)換為ADAT（Alesis多通道光纖數(shù)字編碼）格式的數(shù)字音頻，并且在輸出時將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬音頻信號進行預放大。

音響計算機的前端采用了RME公司的滿足MADI（多通道音頻數(shù)字接口）標準的音頻信號轉(zhuǎn)換器ADI-648。他可以在ADAT和MADI之間進行音頻信號的雙向同時轉(zhuǎn)換。這些高質(zhì)量的商用音頻設備的采用，提高了音頻信號處理的保真度和設備工作的穩(wěn)定性。

3 音響計算機及ADAD-X軟件系統(tǒng)工作原理

音響計算機是整個音響仿真系統(tǒng)的核心。它的主要功能是與主控計算機通訊，接收主控計算機的指令和模型解算后的狀態(tài)參數(shù)，對飛行參數(shù)進行分析，特別是對上文所述的聲音頻率、幅值與轉(zhuǎn)速有關的聲音類型，如發(fā)動機的轟鳴聲，進行合成。這主要由音響仿真模型ADAS-X軟件來完成。ADAS-X軟件由MSI公司開發(fā)，它主要由背景聲編輯模塊、背景聲邏輯控制模塊、告警聲邏輯控制模塊、混音模塊等幾個功能模塊構成。它利用聲音與轉(zhuǎn)速關系數(shù)學模型對發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)進行模型解算，對從數(shù)字音頻流媒體數(shù)據(jù)庫中調(diào)用的音頻樣本的頻率、幅值、聲道等參數(shù)進行調(diào)整修正，然后再根據(jù)飛行參數(shù)和指令，調(diào)取相應的警告音頻流媒體樣本和可能的實時語音音頻信號進行混音處理，輸出合成的數(shù)字音頻流媒體，經(jīng)過音頻設備的格式轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換、放大處理，輸出到對應的揚聲器進行回放，就構成了實時的逼真的仿真音響環(huán)境。

4 結束語

新舟600飛行模擬機音響系統(tǒng)在飛行訓練的實際使用過程中，能為飛行員營造一個逼真的仿真音響環(huán)境。訓練時與視景系統(tǒng)、運動系統(tǒng)結合在一起，提高了飛行員在訓練過程中的沉浸感，同時，它所具有的極高的工作穩(wěn)定性和可維護性，也極大地降低了維護人員的維護工作量。

作者單位

中國民航飛行學院模擬機訓練中心 四川省廣漢市 618307