新舟600飞行模拟机音响系统的结构和设计分析

胡军

摘 要 本文简述了新舟600飞行模拟机音响系统的结构和工作原理。

【关键词】新舟600飞行模拟机 音响系统 仿真声音环境

1 概述

二十世纪以来，随着航空业的快速发展，航空业界迫切需要一种更安全、更经济的方式进行飞行员培训，和高风险科目的复现和处理程序训练，以及对新机型新技术进行工程测试。飞行模拟机就是因应这一需求融合现代计算机通信、软件工程、图形图像处理、机电自动控制等高新技术的产物。飞行模拟机主要是对飞行的整个过程进行飞行数字仿真和环境仿真。前者是以仪表、指示器等仿真飞行参数和指示信号，后者是仿真飞行过程中的视觉、听觉、感觉。分别由视景系统、音响系统、运动系统来实现。本文所述的音响系统是仿真环境的重要组成部分，它结合视景系统、运动系统为飞行员提供座舱中身临其境的感觉。同时，它也对无线电语音通信，客舱内话、广播等语音通讯进行了仿真。

新舟600飞行模拟机是加拿大Mechtroxni为西飞新舟600型飞机开发的一型模拟机。该型模拟机创新性地将一些民用技术应用于模拟机，例如将Canbus现场总线技术用于接口通讯，节点计算机间的通讯使用基于TCP/IP协议的以太网等。它的音响系统也大量应用了成熟的商业产品，再配以先进的声音合成软件系统，具有结构简洁，传真度高，故障率低，便于维护的特点，实现了座舱中声音环境的高度仿真。

2 新舟600飞行模拟机音响系统结构和工作原理

新舟600飞行模拟机音响系统结构如图1所示。

飞行过程中座舱所要处理和仿真的声音主要分为三类：

第一类为座舱中包括无线电语音通话和机舱内话等实时语音通讯。第二类为机载设备所发出的音频警告信号，例如飞机构型警告、火警和GPWS、TCAS等发出的语音警告信号。第三类为环境声响，如发动机在各种推力下的轰鸣声、机身的气动摩擦声、雨刷声以及雷声雨声等声响。

新舟600飞行模拟机音响系统对实时语音通话的处理主要是通过麦克风接收并经数字音频处理设备进行模-数转换和数字音频信号格式转换后送到音响计算机进行混音处理。第二类和第三类音频信号是经过预先采样、去噪等步骤制作成数字音频流存储在音响计算机的数字音频流样本数据库中。当主控计算机解算完飞行数学模型，并向音响计算机发出指令，音响计算机即根据需要调用相应的合成音频数据流样本进行频移、混音等处理，并通过数字音频设备进行格式转换和数模转换，经放大器放大后送到相应的扬声器播出，制造出逼真的音响环境。

新舟600模拟机上的音响设备采用了成熟的商用模块化音频处理设备，如Alesis公司的16通道24bit，采样率可达96KHZ的双向数模音频转换器，可同时将16路模拟音频转换为ADAT（Alesis多通道光纤数字编码）格式的数字音频，并且在输出时将数模转换后的模拟音频信号进行预放大。

音响计算机的前端采用了RME公司的满足MADI（多通道音频数字接口）标准的音频信号转换器ADI-648。他可以在ADAT和MADI之间进行音频信号的双向同时转换。这些高质量的商用音频设备的采用，提高了音频信号处理的保真度和设备工作的稳定性。

3 音响计算机及ADAD-X软件系统工作原理

音响计算机是整个音响仿真系统的核心。它的主要功能是与主控计算机通讯，接收主控计算机的指令和模型解算后的状态参数，对飞行参数进行分析，特别是对上文所述的声音频率、幅值与转速有关的声音类型，如发动机的轰鸣声，进行合成。这主要由音响仿真模型ADAS-X软件来完成。ADAS-X软件由MSI公司开发，它主要由背景声编辑模块、背景声逻辑控制模块、告警声逻辑控制模块、混音模块等几个功能模块构成。它利用声音与转速关系数学模型对发动机转数进行模型解算，对从数字音频流媒体数据库中调用的音频样本的频率、幅值、声道等参数进行调整修正，然后再根据飞行参数和指令，调取相应的警告音频流媒体样本和可能的实时语音音频信号进行混音处理，输出合成的数字音频流媒体，经过音频设备的格式转换和数模转换、放大处理，输出到对应的扬声器进行回放，就构成了实时的逼真的仿真音响环境。

4 结束语

新舟600飞行模拟机音响系统在飞行训练的实际使用过程中，能为飞行员营造一个逼真的仿真音响环境。训练时与视景系统、运动系统结合在一起，提高了飞行员在训练过程中的沉浸感，同时，它所具有的极高的工作稳定性和可维护性，也极大地降低了维护人员的维护工作量。

作者单位

中国民航飞行学院模拟机训练中心 四川省广汉市 618307