CN107452249A - 一种飞行模拟器的音响*** - Google Patents

Abstract

本发明属于飞行仿真技术领域，公开了一种用于飞行模拟器的音响***，该***包括：多只设置在驾驶舱的音箱，与多只所述音箱相连的多个声卡，所述声卡与音响控制主机相连，所述音响控制主机对声音片段进行实时融合处理，驱动声卡，通过音箱进行播放；多只所述音箱以驾驶舱的外形为定位基准，正面均与驾驶舱外壳体平行并朝向驾驶舱内部，从驾驶舱的前方向后呈多列排列，从驾驶舱的底部向上呈多层排列并且对称分布在主副驾驶座周围。本发明通过空间融合，使驾驶员达到身临其境的听觉感受，增强了驾驶飞机飞行模拟机的沉浸感和真实感，达到了D级飞机飞行模拟机的要求。

Description

一种飞行模拟器的音响***

技术领域

本发明属于飞行仿真技术领域，具体涉及一种用于飞机模拟器的音响***。

背景技术

在D级飞机飞行模拟机设计中，声音***是重要的分***之一，在鉴定测试的主观项、客观项中均有明确要求。模拟机运行时，需要根据飞机不同时间的飞行状态，实时播放对应不同位置音源的声音文件，以营造真实的座舱环境。主要存在以下难点：

(1)空间融合：音源对应的飞机发声部位不同，需要相应位置的一个或多个通道来构造发声环境。

(2)实时融合：飞机的状态不同，可能触发不同的声音播放，现有的音源都是飞机在特定条件下一段时间内的声音环境，如何通过多个特定条件下的声音文件去构造飞机全状态条件下的声音环境是一个难点。

因此，急需一种可以将这两个方面进行有效融合，以达到D级飞机飞行模拟机设计的声音***要求。

发明内容

本发明提供了一种用于飞行模拟器的音响***，解决了现有声音仿真***空间融合困难，播放体现立体声三维效果的问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种用于飞行模拟器的音响***，包括：多只设置在驾驶舱内部的音箱，多只所述音箱以驾驶舱的外形为定位基准，正面均与驾驶舱外壳体平行并朝向驾驶舱内部，从驾驶舱的前方向后呈多列排列，从驾驶舱的底部向上呈多层排列并且对称分布在主副驾驶座周围。

进一步，所述多列包括在驾驶舱的前方一列、中间两列、后方一列和后方中心一列；所述多层包括在驾驶舱底部一层、中间一层和上部一层。

进一步，所述音箱设置有十三只，呈五层八列排列在主副驾驶座周围，在主副驾驶座前方各设置一只音箱，上层中心各设置一只音箱，上层内部各设置一只音箱，上层后方各设置一只音箱，后方侧面各设置一只音箱，下层前方各设置一只音箱，下层后方中心设置一只低音音箱。

进一步，还包括与多只所述音箱相连的多个声卡，所述声卡与音响控制主机相连，所述音响控制主机对飞行过程中的声音片段进行处理后，根据OpenAL播放规则，实现声音片段播放参数到OpenAL播放源参数的转化，从而驱动声卡通过音箱播放。

进一步，所述声音片段播放参数和OpenAL播放源参数均包括增益系数、播放方式和位置参数，两者一一对应，

所述增益系数是声音片段的播放音量；播放方式包括循环播放和单次播放；位置参数表示为对应各个声音片段实际播放的位置坐标，所述位置坐标采用驾驶室声音测试点为原点，X轴沿飞机横轴向右，Y轴垂直向上，Z轴沿飞机纵轴向后的坐标系下的坐标。

进一步，所述音响控制主机通过位置参数选择音箱，进行声音片段播放。

本发明有益的技术效果如下：

本发明以座舱内声音测试点为中心，对十三只音箱进行三维坐标系精确定位，通过音响控制程序中的算法设置OpenAL位置参数，将所有声音素材有指向性地分布到三维空间中，在测试点周围形成一个全新的环绕立体声，以使驾驶员达到身临其境的听觉感受，增强了驾驶飞机飞行模拟机的沉浸感和真实感，达到了D级飞机飞行模拟机的要求。

附图说明

图1为本发明的总体结构图；

图2为本发明的总体结构的俯视图；

图3为本发明的总体结构的右视图；

图4为本发明的声音片段播放参数和OpenAL播放源参数中位置参数的定义坐标系示意图；

图5为本发明的方法流程图；

图6为本发明的OpenAL音效播放参数转化方法流程图；

其中，1-前方左音箱，2-前方右音箱，3-上层中心左音箱，4-上层中心右音箱，5-上层内部左音箱，6-上层内部右音箱，7-上层后方左音箱，8-上层后方右音箱，9-后方侧面左音箱，10-后方侧面右音箱，11-下层前方左音箱，12-下层前方右音箱，13-下层后方低音炮。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

现在有很多音响***，可以实现声音录制和播放，以达到很好三维立体环绕的效果，比如杜比。由于飞行模拟机本身的外形特点，同时考虑到成本及制作过程的复杂程度，现有的音响***不适合飞行模拟机本身的需要。

因此，本发明公开了一种用于飞行模拟器的音响***，包括多只设置在驾驶舱内部的音箱，多只所述音箱以驾驶舱的外形为定位基准，正面均与驾驶舱外壳体平行并朝向驾驶舱内部，从驾驶舱的前方向后呈多列排列，从驾驶舱的底部向上呈多层排列并且对称分布在主副驾驶座周围。多列包括在驾驶舱的前方一列、中间两列、后方一列和后方中心一列；多层包括在驾驶舱底部一层、中间一层和上部一层。

本实施例以十三只设置在驾驶舱的音箱为例，如图1所示，这十三只音箱以驾驶舱的外形为定位基准，正面均与驾驶舱外壳体平行并朝向驾驶舱内部，对称分布在主副驾驶座周围。从驾驶舱的前方向后呈八列排列，如图2所示；从驾驶舱的底部向上呈五层排列，如图3所示。具体分布如下：在主副驾驶座前方各设置一只音箱，上层中心各设置一只音箱，上层内部各设置一只音箱，上层后方各设置一只音箱，后方侧面各设置一只音箱，下层前方各设置一只音箱，下层后方中心设置一只低音音箱。这十三只音箱与两个七点一声道声卡和一个集成声卡相连，这三个声卡与音响控制主机相连，该音响控制主机对飞行过程的声音片段进行实时融合处理，驱动声卡，通过音箱进行播放。

该音箱布局是以人的双耳效应理论为基础，利用人类听觉***对声音信号特征的辨识度，在贴近座舱外壳的重点部位进行音箱空间定位。从飞机开车、滑行、起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆，直至发动机关车，飞行员在座舱里能真切感受到飞行过程中的正常环境噪声、气流声、发动机声、起落架收放声音、襟翼收放和减速板收放声音、雨点打击风挡玻璃声音、雨刷移动声音、各种告警声音、机轮与地面的摩擦声和飞机的振动声音等等，使飞行员置身于真正的三维立体环绕声中。

这十三只音箱分布在不同的空间位置(见表1，其中H为安装方位角，V为安装俯仰角；参考坐标系如图4所示，方位角向右为正，俯仰角向上为正)，根据实际发声位置，不同的声音能够出现、变化、平移、消失在相应位置的音箱中，在某一时刻可根据位置参数确定由某一只音箱单独发声，或多只离散音箱组合发声，保证了声音融合的连贯性，也增强了声音的辨识度，使驾驶员达到身临其境的听觉感受，增强了驾驶飞机飞行模拟机的沉浸感和真实感。

表1音箱空间布局表

第一个七点一声道声卡用到的声道与音箱的对应关系为：前左—FLS、前右—FRS、后侧左—BLS、后侧右—BRS、上后左—HBLS、上后右—HBRS；第二个七点一声道声卡用到的声道与音箱的对应关系为：下前左—DFLS、下前右—DFRS、上内左—HILS、上内右—HIRS、上中左—HCLS、上中右—HCRS，集成声卡连接低音炮(DBCD)，根据***需求，低音炮需要独立控制。

该组合方式不同于传统的五点一或者七点一声道环绕声技术，音箱的空间定位是以驾驶舱外形为定位基准，利用两个七点一声道声卡和一个集成声卡将十三只音箱进行重新分配。音箱作为发声源，是以驾驶舱内声音测试点为中心，进行三维坐标系精确定位，通过音响控制程序中的算法将所有声音素材有指向性地分布到三维空间中，在测试点形成一个全新的环绕立体声。

本发明还公开了一种基于上文所述的用于飞行模拟器的音响***进行多通道声音实时融合方法，包括以下步骤，如图5所示：

步骤一、根据飞行模拟器的主控制器实时解算出来的飞行参数，按照特征影响参数提取方法，分析确定飞行阶段和对应各个飞行阶段的特征影响参数；

飞行阶段根据飞行过程划分为地面滑跑、起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆七个主要阶段，每个阶段的声音环境主要影响因素不同。结合整个飞行过程中的飞行参数变化和飞机制造商提供的声音文件，提取出每个阶段的特征影响参数。

1.地面滑跑——发动机推力

发动机启动和关车时，均有明显的声音特征。当推力连续变化时，前后推力变化较大时，声音在大小和频率上有明显区别；推力变化较小时，声音在大小和频率上区别较小。

2.起飞——起落架收放状态、襟翼角度

起飞状态下，离地时刻声音有明显变化，发动机声音影响逐渐减小，起落架和襟翼对气流的冲击声成为主要影响因素。起落架处于放下状态时，空速越大，声音越大；当起落架收起时，声音明显减小。当襟翼角度由大变小时，声音明显减小。

3.爬升——高度

在稳定爬升过程中，发动机推力和飞机空速变化较小，随高度升高，空气密度降低，飞机冲击气流的声音减小，相邻高度层变化较小，高度层差别较大时变化较大。

4.巡航——高度，扰流板

在稳定巡航过程中，相同高度条件下，发动机推力和飞机空速变化较小。随高度升高，空气密度降低，飞机冲击气流的声音减小，相邻高度层变化较小，高度层差别较大时变化较大。当扰流板打开时，声音明显增大。

5.下降——高度，扰流板

在稳定下降过程中，发动机推力和飞机空速变化较小，随高度降低，空气密度升高，飞机冲击气流的声音增大，相邻高度层变化较小，高度层差别较大时变化较大。当扰流板打开时，声音明显增大。

6.进近——起落架、襟翼、扰流板状态

进近过程中，发动机推力、飞机空速较小，起落架、襟翼、扰流板陆续放下或打开，飞机构型发生变化，起落架、襟翼、扰流板冲击气流的声音成为主要影响因素。

7.着陆——下降率、反推、扰流板

着陆过程中，飞机触地时有明显的撞击声，且随下降率变化明显，下降率较大时，撞击声较大。落地后，随着发动机反推打开，发动机声音影响明显；扰流板打开后，声音影响较大，且随空速减小而减小。

步骤二、根据整个飞行过程的飞行阶段和特征影响参数的变化规律，对飞机制造商提供的声音文件进行编辑、裁剪，得到对应各自飞行阶段的多个稳态和瞬态声音片段；

稳态和瞬态声音片段是根据飞行阶段和主要特征影响参数，对飞机制造商提供的声音文件进行编辑提取的(如表2所示)，其中稳态表示截取的声音片段前后变化不大，处于平稳状态，可以根据飞行状态循环播放；瞬态表示截取的声音片段前后变化较大，代表某一瞬态量引起的声音变化，满足播放条件时只需要播放一次。其中，N1表示发动机推力大小(0～100％)；V表示飞机空速，单位节(kts)；H表示飞机海拔高度，单位英尺(ft)；Flap表示襟翼角度；SinkRate表示下降率，单位英尺每秒(ft/s)。

表2根据特征影响参数提取的各个飞行阶段的声音片段

步骤三、根据实际飞行参数，对各自飞行阶段的多个稳态和瞬态声音片段进行声音融合，获得融合后的声音片段，并实时获取对应各个声音片段的声音片段播放参数，该声音片段播放参数包括是否播放、增益系数、频率系数、播放方式和位置参数；

具体的声音融合方法包括以下步骤：

步骤Ⅰ、根据各自飞行阶段的已知的多个稳态或瞬态声音片段，利用如下方程式，计算在实际飞行参数条件下的稳态或瞬态声音片段；

其中，S_N1表示在实际飞行参数条件下的稳态或瞬态声音片段，S_N1k和S_N1k+1表示已知的相邻飞行参数条件下的两个稳态或瞬态声音片段，N1_k,N1,N1_k+1表示飞行参数，a₁和a₂表示增益系数；

和/或步骤Ⅱ、根据先后播放的两个声音片段，利用如下方程式，计算包括过渡阶段的整个声音片段；

其中，S表示包括过渡阶段的整个声音片段，S₁表示先播放的声音片段，S₂表示后播放的声音片段，t_start表示先播放的声音片段开始退出的时间，t_end表示后播放的声音片段完成进入的时间，t_trans表示过渡时间，a₃和a₄表示增益系数。

声音片段播放参数中的是否播放由当前的飞行参数判定属于哪个飞行阶段进而决定哪个声音片段播放；播放方式包括循环播放和单次播放，上述的稳态声音片段用于循环播放，上述的瞬态声音片段用于单次播放；位置参数表示为对应各个声音片段实际播放的位置坐标，该位置坐标采用驾驶室声音测试点为原点，X轴沿飞机横轴向右，Y轴垂直向上，Z轴沿飞机纵轴向后的坐标系下的坐标，该音响控制主机通过位置参数选择音箱，进行声音片段播放。

步骤四、根据OpenAL播放规则，按照OpenAL音效播放参数转化方法，实现声音片段播放参数到OpenAL播放源参数的转化，从而驱动声卡通过音箱播放。

首先，OpenAL最多支持同时播放32个音效播放源，当声音片段数量大于32时，就难以与音效播放源一一对应，需要实时为需要播放的声音文件分配音效播放源。其次，需要把声音片段播放参数转化为OpenAL音效播放源参数。

具体的OpenAL音效播放参数转化方法，如图6所示，其中N为加载的声音文件总数。

本发明包括空间融合和实时融合两方面，在位置融合方面以座舱内声音测试点为中心，对十三只音箱进行三维坐标系精确定位，通过音响控制程序中的算法设置OpenAL位置参数，将所有声音素材有指向性地分布到三维空间中，在测试点周围形成一个全新的环绕立体声。

在实时融合方面通过四级参数转换方法，按照飞机实际飞行过程中的特征影响参数与音效的变化规律，分别根据飞行参数和播放顺序进行声音融合得到声音素材的播放参数，并转化为最终的OpenAL播放源参数，实现音效随飞行状态变化的实时播放。

通过这两个方面的融合，使驾驶员达到身临其境的听觉感受，增强了驾驶飞机飞行模拟机的沉浸感和真实感，达到了D级飞机飞行模拟机的要求。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种用于飞行模拟器的音响***，其特征在于包括：多只设置在驾驶舱内部的音箱，多只所述音箱以驾驶舱的外形为定位基准，正面均与驾驶舱外壳体平行并朝向驾驶舱内部，从驾驶舱的前方向后呈多列排列，从驾驶舱的底部向上呈多层排列并且对称分布在主副驾驶座周围。

2.如权利要求1所述的用于飞行模拟器的音响***，其特征在于：所述多列包括在驾驶舱的前方一列、中间两列、后方一列和后方中心一列；所述多层包括在驾驶舱底部一层、中间一层和上部一层。

3.如权利要求2所述的用于飞行模拟器的音响***，其特征在于：所述音箱设置有十三只，呈五层八列排列在主副驾驶座周围，在主副驾驶座前方各设置一只音箱，上层中心各设置一只音箱，上层内部各设置一只音箱，上层后方各设置一只音箱，后方侧面各设置一只音箱，下层前方各设置一只音箱，下层后方中心设置一只低音音箱。

4.如权利要求1所述的用于飞行模拟器的音响***，其特征在于：还包括与多只所述音箱相连的多个声卡，所述声卡与音响控制主机相连，所述音响控制主机对飞行过程中的声音片段进行处理后，根据OpenAL播放规则，实现声音片段播放参数到OpenAL播放源参数的转化，从而驱动声卡通过音箱播放。

5.如权利要求4所述的用于飞行模拟器的音响***，其特征在于：所述声音片段播放参数和OpenAL播放源参数均包括增益系数、播放方式和位置参数，两者一一对应，

所述增益系数是声音片段的播放音量；播放方式包括循环播放和单次播放；位置参数表示为对应各个声音片段实际播放的位置坐标，所述位置坐标采用驾驶室声音测试点为原点，X轴沿飞机横轴向右，Y轴垂直向上，Z轴沿飞机纵轴向后的坐标系下的坐标。

6.如权利要求5所述的用于飞行模拟器的音响***，其特征在于：所述音响控制主机通过位置参数选择音箱，进行声音片段播放。