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(shí)現(xiàn)了飛機(jī)發(fā)動機(jī)音響及環(huán)境音響的仿真,。
　　關(guān)鍵詞： 音響 噪聲 頻率 幅值

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　　通過頻譜分析儀對殲六飛機(jī)發(fā)動機(jī)的噪聲頻譜進(jìn)行分析,，它是由三種聲音組成,，即渦輪聲、噴氣聲和進(jìn)氣聲,。渦輪聲是發(fā)動機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù),。發(fā)動機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù),，人耳的感覺是轟鳴聲,。進(jìn)氣聲可忽略。
2 硬件設(shè)計
　　依據(jù)飛機(jī)發(fā)動機(jī)的噪聲頻譜特點(diǎn)及聲音與發(fā)動機(jī)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(jī)、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(yáng)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(jī)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(shí)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(jī)的噴氣噪聲。經(jīng)過選擇與實(shí)驗(yàn),，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(jī)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(shí)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(shí)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(jī)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(jìn)行播放(如圖5所示),。該數(shù)字通道可對發(fā)動機(jī)啟動聲,、發(fā)動機(jī)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(jìn)行仿真,，這些聲音的原始音源是通過實(shí)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切換
　　為了避免與計算機(jī)已有的硬件產(chǎn)生沖突,，設(shè)計了相應(yīng)的跳線結(jié)構(gòu),，隨時可通過跳線來改變其相應(yīng)的地址。以下是實(shí)際選擇的一組地址,。
　　390H 高壓轉(zhuǎn)子渦輪聲頻率
　　391H 高壓轉(zhuǎn)子渦輪聲幅值
　　392H 低壓轉(zhuǎn)子渦輪聲頻率
　　393H 低壓轉(zhuǎn)子渦輪聲幅值
　　394H 噴氣噪聲頻率
　　395H 噴氣噪聲幅值
　　396H － 39BH 多路數(shù)字音源的直接通道
　　為了逼真地產(chǎn)生飛機(jī)發(fā)動機(jī)的音響聲,，在發(fā)動機(jī)啟動和停車狀態(tài)，采用純數(shù)字音響,；在發(fā)動機(jī)的其它工作狀態(tài),，采用模擬音響來實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，使發(fā)動機(jī)按照油門位置,、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)的功率產(chǎn)生逼真的實(shí)時音響,。數(shù)字音響與模擬音響之間需要飛行主程序進(jìn)行切換。
3 軟件設(shè)計
　　音響仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下,。
　　渦輪聲：B＝c
　　F＝a+k(N－n)
　　噴氣噪聲：B＝a+k(Ym－0.21)
　　F＝a+k(Ym－0.21)
　　其中B為幅值,、F為頻率、N為轉(zhuǎn)速,、Ym為油門位置,、a為基準(zhǔn)值、c為設(shè)定值,、k為比例因子,、0.21為油門基準(zhǔn)值?！　?BR>　　下面給出教練八飛機(jī)音響仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,。
　　高壓轉(zhuǎn)子渦輪聲
　　B＝c
　　F＝152.00+0.0124351(N1－9060.0)
　　低壓轉(zhuǎn)子渦輪聲
　　B＝c
　　F＝116.00+0.0129005(N2－6500.0)
　　噴氣噪聲：
　　B＝156.0+120.8(Ym－0.21)
　　F＝18.0+12.8(Ym－0.21)
　　其中N1為高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、N2為低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,。
　　音響仿真系統(tǒng)的軟件程序用 Visual C++ 編寫,，程序框圖如圖6所示，由Driect x Sound 插播環(huán)境效果音響。如飛機(jī)左單輪接地時的音響效果仿真,，背景為發(fā)動機(jī)聲(噴氣聲和渦輪聲),，由音響系統(tǒng)主聲道播出。由于飛行員在著陸時帶左坡度,，使飛機(jī)左機(jī)輪先接地,，因而音響系統(tǒng)的左聲道實(shí)時播出機(jī)輪接地的摩擦聲。此時飛行員除通過視景系統(tǒng)目測外,，還可用聽覺來判斷出飛機(jī)是左單輪先接地,。