胡軍

摘 要 本文簡(jiǎn)述了新舟600飛行模擬機(jī)音響系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

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

1 概述

二十世紀(jì)以來(lái)，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(jì)的方式進(jìn)行飛行員培訓(xùn)，和高風(fēng)險(xiǎn)科目的復(fù)現(xiàn)和處理程序訓(xùn)練，以及對(duì)新機(jī)型新技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)試。飛行模擬機(jī)就是因應(yīng)這一需求融合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信、軟件工程、圖形圖像處理、機(jī)電自動(dòng)控制等高新技術(shù)的產(chǎn)物。飛行模擬機(jī)主要是對(duì)飛行的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行飛行數(shù)字仿真和環(huán)境仿真。前者是以?xún)x表、指示器等仿真飛行參數(shù)和指示信號(hào)，后者是仿真飛行過(guò)程中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、感覺(jué)。分別由視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)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(jié)合視景系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為飛行員提供座艙中身臨其境的感覺(jué)。同時(shí)，它也對(duì)無(wú)線(xiàn)電語(yǔ)音通信，客艙內(nèi)話(huà)、廣播等語(yǔ)音通訊進(jìn)行了仿真。

新舟600飛行模擬機(jī)是加拿大Mechtroxni為西飛新舟600型飛機(jī)開(kāi)發(fā)的一型模擬機(jī)。該型模擬機(jī)創(chuàng)新性地將一些民用技術(shù)應(yīng)用于模擬機(jī)，例如將Canbus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)用于接口通訊，節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)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(yīng)用了成熟的商業(yè)產(chǎn)品，再配以先進(jìn)的聲音合成軟件系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，傳真度高，故障率低，便于維護(hù)的特點(diǎn)，實(shí)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(jī)音響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

新舟600飛行模擬機(jī)音響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

飛行過(guò)程中座艙所要處理和仿真的聲音主要分為三類(lèi)：

第一類(lèi)為座艙中包括無(wú)線(xiàn)電語(yǔ)音通話(huà)和機(jī)艙內(nèi)話(huà)等實(shí)時(shí)語(yǔ)音通訊。第二類(lèi)為機(jī)載設(shè)備所發(fā)出的音頻警告信號(hào)，例如飛機(jī)構(gòu)型警告、火警和GPWS、TCAS等發(fā)出的語(yǔ)音警告信號(hào)。第三類(lèi)為環(huán)境聲響，如發(fā)動(dòng)機(jī)在各種推力下的轟鳴聲、機(jī)身的氣動(dòng)摩擦聲、雨刷聲以及雷聲雨聲等聲響。

新舟600飛行模擬機(jī)音響系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)語(yǔ)音通話(huà)的處理主要是通過(guò)麥克風(fēng)接收并經(jīng)數(shù)字音頻處理設(shè)備進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字音頻信號(hào)格式轉(zhuǎn)換后送到音響計(jì)算機(jī)進(jìn)行混音處理。第二類(lèi)和第三類(lèi)音頻信號(hào)是經(jīng)過(guò)預(yù)先采樣、去噪等步驟制作成數(shù)字音頻流存儲(chǔ)在音響計(jì)算機(jī)的數(shù)字音頻流樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)主控計(jì)算機(jī)解算完飛行數(shù)學(xué)模型，并向音響計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，音響計(jì)算機(jī)即根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的合成音頻數(shù)據(jù)流樣本進(jìn)行頻移、混音等處理，并通過(guò)數(shù)字音頻設(shè)備進(jìn)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(yīng)的揚(yáng)聲器播出，制造出逼真的音響環(huán)境。

新舟600模擬機(jī)上的音響設(shè)備采用了成熟的商用模塊化音頻處理設(shè)備，如Alesis公司的16通道24bit，采樣率可達(dá)96KHZ的雙向數(shù)模音頻轉(zhuǎn)換器，可同時(shí)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(shí)將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬音頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大。

音響計(jì)算機(jī)的前端采用了RME公司的滿(mǎn)足MADI（多通道音頻數(shù)字接口）標(biāo)準(zhǔn)的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換器ADI-648。他可以在A(yíng)DAT和MADI之間進(jìn)行音頻信號(hào)的雙向同時(shí)轉(zhuǎn)換。這些高質(zhì)量的商用音頻設(shè)備的采用，提高了音頻信號(hào)處理的保真度和設(shè)備工作的穩(wěn)定性。

3 音響計(jì)算機(jī)及ADAD-X軟件系統(tǒng)工作原理

音響計(jì)算機(jī)是整個(gè)音響仿真系統(tǒng)的核心。它的主要功能是與主控計(jì)算機(jī)通訊，接收主控計(jì)算機(jī)的指令和模型解算后的狀態(tài)參數(shù)，對(duì)飛行參數(shù)進(jìn)行分析，特別是對(duì)上文所述的聲音頻率、幅值與轉(zhuǎn)速有關(guān)的聲音類(lèi)型，如發(fā)動(dòng)機(jī)的轟鳴聲，進(jìn)行合成。這主要由音響仿真模型ADAS-X軟件來(lái)完成。ADAS-X軟件由MSI公司開(kāi)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(gè)功能模塊構(gòu)成。它利用聲音與轉(zhuǎn)速關(guān)系數(shù)學(xué)模型對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行模型解算，對(duì)從數(shù)字音頻流媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用的音頻樣本的頻率、幅值、聲道等參數(shù)進(jìn)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(yīng)的警告音頻流媒體樣本和可能的實(shí)時(shí)語(yǔ)音音頻信號(hào)進(jìn)行混音處理，輸出合成的數(shù)字音頻流媒體，經(jīng)過(guò)音頻設(shè)備的格式轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換、放大處理，輸出到對(duì)應(yīng)的揚(yáng)聲器進(jìn)行回放，就構(gòu)成了實(shí)時(shí)的逼真的仿真音響環(huán)境。

4 結(jié)束語(yǔ)

新舟600飛行模擬機(jī)音響系統(tǒng)在飛行訓(xùn)練的實(shí)際使用過(guò)程中，能為飛行員營(yíng)造一個(gè)逼真的仿真音響環(huán)境。訓(xùn)練時(shí)與視景系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合在一起，提高了飛行員在訓(xùn)練過(guò)程中的沉浸感，同時(shí)，它所具有的極高的工作穩(wěn)定性和可維護(hù)性，也極大地降低了維護(hù)人員的維護(hù)工作量。

作者單位

中國(guó)民航飛行學(xué)院模擬機(jī)訓(xùn)練中心 四川省廣漢市 618307