Äänenkäsittely on monimutkaista, ja sellaisenaan löydät DSP: n lähes kaikkien nykyaikaisten äänenkäsittelylaitteiden ytimestä. Vaikka tavalliset kuluttajat eivät ehkä ole tietoisia niistä, DSP: t integroituvat kaikenlaisiin äänilaitteisiin, mukaan lukien matkapuhelimet, kuulokkeet, ääniliitännät, mikserit, kaiuttimet ja Bluetooth-kuulokkeet.

DSP: t ovat vähitellen tulossa jokaisen nykyaikaisen äänituotteen peruskappaleeksi, joten mikä DSP oikein on? Miksi ne ovat tärkeitä, miten ne toimivat ja miten ne vaikuttavat kuuntelukokemukseesi?

Mikä on DSP?

DSP on lyhenne sanoista Digital Signal Processor. Kuten nimestä voi päätellä, DSP on mikroprosessori, joka on erityisesti suunniteltu äänisignaalin käsittelyyn. DSP on periaatteessa prosessori, joka on optimoitu vain ratkaisemaan äänenkäsittelyongelmia. Ja aivan kuten CPU, DSP-sirut ovat olennaisia ​​äänilaitteiston osia, jotka mahdollistavat digitaalisen äänen käsittelyn. DSP: istä on tullut niin tärkeitä, että äänilaitteesi integroi todennäköisesti yhden tai muutaman DSP: n piiriinsä.

instagram viewer

Yleiset DSP-käytöt

DSP: itä käytetään kaikenlaisessa päivittäisessä audioelektroniikassa. Ymmärtääksesi kuinka vaikuttavat DSP: t ovat kuuntelukokemukseesi, tässä on muutamia jo käyttämiäsi DSP-sovelluksia:

  • Äänen taajuuskorjaimet (EQ): DSP: itä käytetään kaikenlaisen musiikin tasaamiseen. Taajuuskorjausta käytetään äänitysstudioissa säätämään eri äänitaajuuksien äänenvoimakkuutta. Ilman taajuuskorjausta sinun olisi vaikea kuunnella musiikkia, koska laulu kuulostaisi todennäköisesti heikolta, soittimet kuulostaisivat hajallaan ja basso päihittäisi kaikki taajuudet tehden äänen epäselvästä tai mutainen.
  • Active Audio Crossoverit: Näitä äänijakoliittimiä käytetään erottamaan eri äänitaajuudet ja osoittamaan ne eri kaiuttimille, jotka on suunniteltu tietylle äänitaajuusalueelle. Audiocrossovereita käytetään usein autostereoissa, surround-äänijärjestelmissä ja kaiuttimissa, joissa käytetään erikokoisia kaiutinelementtejä.
  • Kuulokkeet/nappikuulokkeet 3D-ääni: Voit saavuttaa 3D-äänen käyttämällä kaiutinjakolaitteet kera erilaisia ​​surround-äänijärjestelmiä. Huomaamattoman DSP: n avulla kuulokkeet ja kuulokkeet voivat käsitellä ääntä, mikä mahdollistaa 3D-äänen kuuntelukokemuksen ilman kaiuttimia. DSP: t voivat tehdä tämän simuloimalla tilaäänialuetta, joka jäljittelee äänen liikkumista 3D-tilassa kuulokkeita käyttämällä.
  • Aktiivinen melunvaimennus (ANC): Aktiivinen melunvaimennustekniikka käyttää mikrofonia matalataajuisen melun tallentamiseen ja tuottaa sitten ääniä, jotka ovat päinvastaisia ​​kuin tallennetut kohinataajuudet. Tätä syntyvää ääntä käytetään sitten vaimentamaan ympäristömelu ennen kuin se saavuttaa tärykalvosi. ANC on mahdollista vain DSP: n välittömällä käsittelynopeudella.
  • Kaukokentän puhe ja äänentunnistus: Tämän tekniikan avulla Google Home, Alexa ja Amazon Echo tunnistavat äänesi luotettavasti. Ääniavustajat käyttävät CPU: ta, DSP: tä ja tekoälyä käsitelläkseen tietoja ja vastatakseen älykkäästi kyselyihisi ja komentoihisi.

Kuinka DSP toimii?

Kuvan luotto: Ginoweb/Wikimedia Commons

Kaikki digitaalinen data, mukaan lukien digitaalinen ääni, esitetään ja tallennetaan binäärilukuina (1 ja 0). Äänenkäsittely, kuten EQ ja ANC, vaatii näiden ykkösten ja nollien käsittelyä haluttujen tulosten saavuttamiseksi. Näiden binäärilukujen käsittelyyn tarvitaan mikroprosessori, kuten DSP. Vaikka voit käyttää myös muita mikroprosessoreita, kuten prosessoria, DSP on usein parempi valinta äänenkäsittelysovelluksiin.

Kuten mikä tahansa mikroprosessori, DSP käyttää laitteistoarkkitehtuuria ja käskysarjaa.

Laitteistoarkkitehtuuri määrää miten prosessori toimii. DSP: t käyttävät usein arkkitehtuuria, kuten Von Neumann ja Harvard Architecture. Näitä yksinkertaisempia laitteistoarkkitehtuureja käytetään usein DSP: issä, koska ne pystyvät riittävästi käsittelemään digitaalista ääntä yhdistettynä virtaviivaiseen ohjesarjaarkkitehtuuriin (ISA).

ISA määrittää, mitä toimintoja mikroprosessori voi tehdä. Se on periaatteessa luettelo ohjeista, jotka on merkitty muistiin tallennetulla toimintakoodilla (opcode). Kun prosessori pyytää tiettyä operaatiokoodia, se suorittaa opkoodin edustaman käskyn. ISA: n yleiset ohjeet sisältävät matemaattisia toimintoja, kuten yhteen-, vähennys-, kerto- ja jakolaskuja.

Tyypillinen Harvard Architecturea käyttävä DSP-siru sisältää seuraavat komponentit:

  • Program Memory-Stores -käskysarja ja -koodit (ISA)
  • Datamuisti - Tallentaa käsiteltävät arvot
  • Compute Engine - Suorittaa ISA: n käskyt yhdessä datamuistiin tallennettujen arvojen kanssa
  • Input ja Output-Releed datan sisään ja ulos DSP: stä käyttämällä sarjaliikenneprotokollia

Nyt kun olet perehtynyt DSP: n eri komponentteihin, puhutaanpa tyypillisen DSP: n toiminnasta. Tässä on perusesimerkki siitä, kuinka DSP käsittelee saapuvia äänisignaaleja:

  • Vaihe 1: DSP: lle annetaan komento käsitellä saapuva äänisignaali.
  • Vaihe 2: Saapuvan äänitallenteen binäärisignaalit tulevat DSP: hen sen tulo/lähtöporttien kautta.
  • Vaihe 3: Binäärisignaali tallennetaan datamuistiin.
  • Vaihe 4: DSP suorittaa komennon syöttämällä laskentakoneen aritmeettiseen prosessoriin oikeat toimintakoodit ohjelmamuistista ja binäärisignaali tietomuistista.
  • Vaihe 5: DSP tulostaa tuloksen Input/Output-porttillaan todelliseen maailmaan.

DSP: n edut yleisprosessoreihin verrattuna

Yleiskäyttöiset prosessorit, kuten CPU, voivat suorittaa useita satoja ohjeita ja pakata enemmän transistoreita kuin DSP. Nämä tosiasiat voivat herättää kysymyksen siitä, miksi DSP: t ovat suosituimpia äänen mikroprosessoreja suuremman ja monimutkaisemman prosessorin sijaan.

Suurin syy, miksi DSP: tä käytetään muihin mikroprosessoreihin verrattuna, on reaaliaikainen äänenkäsittely. DSP: n arkkitehtuurin yksinkertaisuus ja rajoitettu ISA mahdollistavat DSP: n käsittelevän saapuvia digitaalisia signaaleja luotettavasti. Tämän ominaisuuden avulla live-audioesityksissä voidaan käyttää taajuuskorjausta ja suodattimia reaaliajassa ilman puskurointia.

DPS: n kustannustehokkuus on toinen suuri syy, miksi niitä käytetään yleiskäyttöisten prosessorien sijaan. Toisin kuin muut prosessorit, jotka vaativat monimutkaisia ​​laitteita ja ISA: ita satojen käskyjen kanssa, DSP käyttää yksinkertaisempaa laitteistoa ja ISA: ita, joissa on pari tusinaa käskyä. Tämä tekee DSP: istä helpompaa, halvempaa ja nopeampaa valmistaa.

Lopuksi DSP: t on helpompi integroida elektronisiin laitteisiin. Pienemmästä transistoreistaan ​​johtuen DSP: t vaativat paljon vähemmän tehoa ja ovat fyysisesti pienempiä ja kevyempiä kuin CPU. Tämän ansiosta DSP: t mahtuvat pieniin laitteisiin, kuten Bluetooth-kuulokkeisiin, ilman, että sinun tarvitsee huolehtia tehosta ja lisätä laitteen painoa ja massaa liikaa.

DSP: t ovat tärkeitä osia nykyaikaisissa äänilaitteissa

DSP: t ovat tärkeitä audioon liittyvän elektroniikan komponentteja. Sen pienet, kevyet, kustannustehokkaat ja energiatehokkaat ominaisuudet mahdollistavat pienimpienkin audiolaitteiden tarjoaman aktiivisen melunvaimennustoiminnon. Ilman DSP: itä äänilaitteiden olisi turvauduttava yleiskäyttöisiin prosessoreihin tai jopa tilaa vieviin elektroniikkalaitteisiin komponentit, jotka vaativat enemmän rahaa, tilaa ja tehoa, samalla kun ne tarjoavat hitaamman prosessointitehon.