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基于DirectSound 的飞行模拟机声音仿真
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基于DirectSound 的飞行模拟机声音仿真

  摘 要: 针对飞行模拟机背景声音的复杂性与多样性, 分析了目前声音仿真技术中不同实现方法的优缺点。首次提出了利用 DirectSound 组件将声音建模合成法与声音动态调度法相结合的声音仿真方法, 并以发动机声音仿真为例, 介绍了该方法的可行性。

  关键词: DirectSound; 飞行模拟机; 声音仿真

  飞行模拟机训练仿真系统要求仿真的全面性, 不仅要在整个飞行过程中给飞行员提供逼真的视觉、力感和动感, 而且要有逼真的音响效果。逼真的音响效果可以增强沉浸感, 使飞行员具有身临其境的感觉, 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。(相关导读:神州普惠模拟器培训系统)

  目前国内外传统的声音实时仿真方法有两种: 一种是声音建模与合成方法简称建模法, 即: 先采集声音信号, 利用傅里叶变换对其声音进行分析, 得到声音的频率特征。在声音的仿真过程中根据仿真环境的需要,用所需声音的频谱值去控制谐波发声器的频率和幅值合成声音。另一种则是声源的采样与动态调度法简称调度法, 即: 精确的录制声音信号, 建立声音文件素材库, 根据实际情况对声音的定位、距离感、沉浸感等效果进行处理和调度, 最后进行播放。

  飞机在飞行过程中飞行速度、飞行高度、发动机转速等因素的变化会直接影响背景噪声频率、幅值的变化, 使得飞机的背景噪声具有种类多样、变化快速复杂等特点。利用建模法进行仿真时由于背景噪声变化的复杂性, 使得仿真的运算量巨大, 同时增加了延迟时间, 降低了逼真度; 而利用调度法为保证逼真度就要在每一个具体的飞行状态节点采集声音信号存入声音文件素材库中, 这样加大了存储空间的占用, 降低了声音交互性与实时性。

  针对上述问题, 本文首次采用将两种仿真方法结合起来进行仿真, 利用合成法提高合成声音的交互性与实时性, 利用调度法来弥补合成法的逼真度不高, 运算量过大的问题, 从而在增强声音的实时性、交互性的同时又减少运算量。利用该方法本文对飞机的发动机噪声进行了声音仿真, 最终验证了该方法在增强实时性和真实性、减少存储空间等方面都有较好的表现。

  1 工作原理及DirectSound 组件

  1.1 声音仿真的工作原理首先, 通过离线分析飞行中各种声音的频谱, 获得生成各种声音的数据, 建立相应的音响数据文件。

  ......

  2 飞行模拟机声音仿真的实现方案

  2.1 声音仿真系统的构成飞行模拟机由发动机系统、飞行系统、通讯导航系统、电子液压系统、气象雷达系统等组成, 各系统通过网络连接, 传递仿真数据。模型解算节点实时接收操作信息, 完成各分系统的动力学解算, 并将运算结果送回各系统进行相应的运作。 音响系统通过网络从模型解算节点获得发动机转速、飞行高度、飞行速度等参数, 根据获得的飞机状态 和参数, 实时生成声音参数并调用声音素材, 混音后送入音响发生器播放。声音仿真系统的输入、输出信息交链关系如图 3 所示。

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