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

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　　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切換
　　為了避免與計算機已有的硬件產(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)生飛機發(fā)動機的音響聲，在發(fā)動機啟動和停車狀態(tài)，采用純數(shù)字音響；在發(fā)動機的其它工作狀態(tài)，采用模擬音響來實現(xiàn)實時控制，使發(fā)動機按照油門位置、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和發(fā)動機的功率產(chǎn)生逼真的實時音響。數(shù)字音響與模擬音響之間需要飛行主程序進行切換。
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。如飛機左單輪接地時的音響效果仿真，背景為發(fā)動機聲(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，使飛機左機輪先接地，因而音響系統(tǒng)的左聲道實時播出機輪接地的摩擦聲。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是左單輪先接地。