摘要：采用數(shù)字與模擬混合控制技術(shù)，利用多種聲源的組合，實現(xiàn)了飛機發(fā)動機音響及環(huán)境音響的仿真。

    關(guān)鍵詞：音響  噪聲  頻率  幅值

    單片機綜合服務(wù)網(wǎng)ＩＳＤＮ撥入電話（０１０）６２７７０９４０

    單片機綜合服務(wù)網(wǎng)ＩＳＤＮ撥入電話（０１０）６２７７０９４０

    飛行模擬器在整個飛行過程中不僅給飛行員提供逼真的視覺、力感和動感而且還要有逼真的音響效果使飛行員感到身臨其境，幫助飛行員從聽覺上能正確判斷出飛機的飛行狀態(tài)。音響效果的仿真主要有模擬式和數(shù)字式兩種，模擬式仿真音響適合于實時控制，數(shù)字式仿真音響逼真度高。本文依據(jù)飛機發(fā)動機的頻譜特性，設(shè)計了能夠?qū)崿F(xiàn)單、雙轉(zhuǎn)子噪聲、噴氣噪聲的模擬電路；依據(jù)環(huán)境音響的特性，設(shè)計了能夠?qū)崿F(xiàn)各種環(huán)境音響的多通道數(shù)字音響效果播放卡。該音響仿真系統(tǒng)可應(yīng)用于螺旋漿式發(fā)動機聲及單、雙轉(zhuǎn)子的噴氣發(fā)動機聲的仿真，能仿真出各種機內(nèi)操縱效果音響及機外摩擦、雷電等多種效果音響，還可開發(fā)用于艦船及陸地機動設(shè)備的音響效果仿真。

1 發(fā)動機音響的頻譜分析

    為了對發(fā)動機的仿真音響進行實時控制，首先要對發(fā)動機的音響頻譜進行分析。如經(jīng)過現(xiàn)場實地錄音、采集，殲六飛機發(fā)動機的噪聲頻譜如圖１所示。

    通過頻譜分析儀對殲六飛機發(fā)動機的噪聲頻譜進行分析，它是由三種聲音組成，即渦輪聲、噴氣聲和進氣聲。渦輪聲是發(fā)動機渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中壓縮空氣時發(fā)出的尖叫聲，是由兩個單一頻率的波形組成的。頻率變化從０～４６Ｈｚ，它的頻率和振幅都是發(fā)動機轉(zhuǎn)速的函數(shù)。發(fā)動機從０～５５００ｒ／ｍｉｎ，渦輪聲的幅值是不斷提高的；從５５００ｒ／ｍｉｎ到額定轉(zhuǎn)速，幅值又是不斷下降，到８５００ｒ／ｍｉｎ以后，人耳基本上感覺不到渦輪聲了。噴氣聲的頻率基本上在２００～５００Ｈｚ之間，它的頻率和振幅也是發(fā)動機轉(zhuǎn)速的函數(shù)，人耳的感覺是轟鳴聲。進氣聲可忽略。

2 硬件設(shè)計

    依據(jù)飛機發(fā)動機的噪聲頻譜特點及聲音與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系，設(shè)計了硬件電路。該系統(tǒng)由音響控制計算機、多功能音響效果生成和播放卡、多通道功率放大器和多通道揚聲器等部分組成，其核心部分是自行研制的多功能音響效果生成和播放卡，它由音響效果生成和多通道數(shù)字音響效果播放兩部分組成。圖２給出了教練八飛機仿真音響效果生成和播放卡結(jié)構(gòu)示意圖。

2.1 音響效果生成電路

    利用壓控振蕩器４０４６的振蕩頻率與數(shù)控電壓成線性比例關(guān)系的特性設(shè)計了生成渦輪聲的高低壓轉(zhuǎn)子電路。通過輸入相應(yīng)的轉(zhuǎn)速數(shù)字信號，可產(chǎn)生不同頻率的渦輪聲信號（見圖３）。通過設(shè)置初始頻率及通過高低壓轉(zhuǎn)子幅值控制電路實時改變幅值，即可產(chǎn)生相應(yīng)的高低壓轉(zhuǎn)子信號。

    利用晶體二極管 ＰＮ結(jié)的白噪聲（熱噪聲、散彈噪聲）生成了噴氣發(fā)動機的噴氣噪聲。經(jīng)過選擇與實驗，噴氣噪聲生成電路如圖４，依據(jù)輸入的油門位置和發(fā)動機功率的大小生成不同頻率的白噪聲，通過噴氣噪聲幅值控制電路實時控制幅值而生成的噴氣噪聲經(jīng)過檢測，生成的噪聲波形與實際的噴氣噪聲波形非常相似。

2.2 多通道數(shù)字音響效果的播放

    可將存于計算機中的數(shù)字音響信號還原成相應(yīng)的模擬音響信號放大，經(jīng)過多種聲音的切換、疊加后輸出音響信號而進行播放（如圖５所示）。該數(shù)字通道可對發(fā)動機啟動聲、發(fā)動機停車聲及環(huán)境效果聲（收放起落架聲、收放襟翼聲、收放減速板聲和著陸摩擦聲）進行仿真，這些聲音的原始音源是通過實地錄音采集或影音剪輯獲得。

2.3 數(shù)字音響和模擬音響的擬合與