飞行模拟器音响系统仿真实现

林亚军　刘剑超　王伟

摘要：針对飞行模拟器背景声音的复杂性与多样性，本文基于Direct Sound 技术，采用多路数字音响，在飞机座舱内对发动机声音进行现场录音，通过技术处理和声卡混合后播放，对发动机不同转速、滑行、颠簸等声音进行仿真。

关键词：音响系统;仿真;声音合成

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）02-0094-02

飞行模拟器主要是为飞行员提供地面飞行模拟训练的装置，它由主控系统、模拟座舱、运动平台、视景系统、音响系统、操纵负荷系统、教员台组成，不仅要在飞行模拟训练中给飞行员提供视觉、操纵感和动感的逼真度，而且要有形象生动的声音效果。声音效果越逼真，飞行员的沉浸感越强烈，这样飞行员将会体验到真实飞机的飞行感觉，帮助飞行员从听觉上正确判断出飞机的飞行状态。为此进行声音实时仿真研究具有重要意义。正是基于这种需要，本文对某飞行模拟器音响系统进行了研究和分析，提出了一种基于Direct Sound的合成技术的声音建模方法，设计出了某型飞行模拟器座舱音响系统的仿真方案。

1 仿真内容

在整个仿真过程中，仿真计算系统对发动机声音采用由近及远的进行选择性提取，并且将提取的声音制作成各个特征点声音文件，基于Direct Sound软件，对声音进行技术处理，再经由声卡混合后播放。除了发动机声音外，音响系统还对座舱设备操作声、机轮接地摩擦、撞击声、飞行员指挥口令等进行实时模拟，声音模拟分系统模拟飞行训练模拟器的主要声音效果，包括飞机发动机的噪声、飞机气流声、地面效应、降雨声和告警声。

1.1 环境声音

（1）自然环境声，各种自然现象的声音，如：海浪声、雷电声、气动噪声等;（2）设备声，包括：发动机各种状态声、刹车声、收放起落架声、液压/冷气/电气系统工作声等;（3）特效声，包括：爆炸声、武器发射声、跑道效应声等;

1.2 告警声音，分为二部分

（1）话语告警系统声音，包括各种语音告警声音，它反应在不同状态下所出现的情况，提醒实施各种应变措施。（2）告警声，包括飞机音调报警声，如导弹告警声音、预警设备声音、TACAN声音、无线电罗盘声音、信标机声音等。

2 工作原理

主控系统将获得的飞行参数，如飞机的空速、飞行的高度、发动机工作状态、收放起落架等参数，通过通讯网络，实时合成音响系统需要的数据，并根据数据调用音响系统中已经生成的声音素材，混音后送入音响发生器播放。系统结构图如图1所示。

（1）各计算机间的通信通过以太网进行，采用UDP协议。（2）音响计算机接收主解算计算机发来的数据，如发动机转速等，通过安装的音响软件，模拟发动机音响效果。经声卡，传送到驾驶舱中的音箱中播放。（3）音响计算机接收教员台发来的控制声音的标志位，通过安装的音响软件，模拟各种音响效果，如飞机发动机的噪声、飞机气流声、地面效应、降雨声和告警声等。（4）音响计算机通过网卡、网络交换机与教员台计算机、主解算计算机及其他客户端程序计算机连接起来，与它们进行数据交换。

3 仿真实现

3.1 程序流程图

音响系统程序流程图如图2所示。

3.2 音响系统播放功能实现

因为飞行模拟训练器在训练时，有很多系统在同时工作，声音嘈杂而多变，而且随着飞机姿态、速度等的变化，各种声音混杂，发动机声音明显会发生改变，考虑到这些因素，设计音响系统具备如下功能：

实现功能1：控制模块能够同时播放多种不同的声音;

实现功能2：控制模块能够在任何位置控制播放和结束;

实现功能3：控制模块根据工作状态可以控制播放频率与音量;

实现功能4：控制模块能够随时取消某一种声音的播放;

实现功能5：控制模块能够完成循环播放功能。

为达到上述系统实现功能要求，本文在DirectSound软件中建立了类：FCyDSPlaye和FCyDSBuffe，这两个类专门用于实现混音播放功能，控制模块中可以实时调用相对应的类，就能够完成音响系统所需声音。

3.3 FCyDSPlaye类

FCyDSPlaye类负责管理模块，主要来管理IDirectSound对象和FCyDSBuffe对象，并且设置好协作级别，停止或者播放飞行各种声音。两个类实现功能及程序流程图如图3和图4所示。

对于以上定义的两个类，使用者仅仅需要建立CMyDSPlayer对象，并且加载特定的声音文件，再对要播放的声音函数进行调用，皆可以实现所要播放声音的混合播放。CMyDSBuffer对象的管理由CMyDSPlayer负责，不需要用户参与。

4 结语

本文结合我们近年来在飞行模拟器研制的工作实践，介绍了一种基于Direct Sound技术的声音合成方法，这种方法对于硬件要求较低，硬件配置较低的音响系统都可以满足要求。依据本方案设计的音响系统的结构化程度明显，而且易于操作，这样既能够保证整个音响系统快速运行，也能够为飞行员提供一个声临其境的声音环境，巧妙的克服了目前国内飞行模拟器音响系统开发的弊端，具有一定的实践价值。

参考文献

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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