Ljudbehandling är komplicerat, och som sådan hittar du en DSP i hjärtat av nästan all modern ljudbehandlingsutrustning. Även om vanliga konsumenter kanske inte är medvetna om dem, integreras DSP: er i alla typer av ljudenheter, inklusive mobiltelefoner, hörlurar, ljudgränssnitt, mixare, högtalare och Bluetooth-hörlurar.

DSP: er börjar sakta bli en stapelvara i alla moderna ljudprodukter, så vad är egentligen en DSP? Varför är de viktiga, hur fungerar de och hur påverkar de din lyssnarupplevelse?

Vad är en DSP?

DSP är en akronym för Digital Signal Processor. Som namnet antyder är en DSP en mikroprocessor speciellt designad för ljudsignalbehandling. En DSP är i grunden en CPU optimerad endast för att lösa ljudbehandlingsproblem. Och precis som en CPU är DSP-chips viktiga delar av ljudhårdvara som gör digitala ljudmanipulationer möjliga. DSP: er har blivit så viktiga att din ljudutrustning troligen integrerar en eller några DSP: er i sina kretsar.

Vanliga DSP-användningar

DSP: er används i alla typer av daglig ljudelektronik. För att förstå hur effektfulla DSP: er har för din lyssningsupplevelse, här är några DSP-applikationer som du redan använder:

instagram viewer

  • Audio Equalizers (EQ): DSP: er används för att utjämna alla typer av musik. Utjämning används i inspelningsstudior för att styra volymen för olika ljudfrekvenser. Utan utjämning skulle du ha svårt att lyssna på musik eftersom sången förmodligen skulle låta svag, instrumenten skulle låta spridda och basen skulle övermanna alla frekvenser vilket gjorde ljudet otydligt eller lerig.
  • Active Audio Crossovers: Dessa ljudfilter används för att separera olika ljudfrekvenser och tilldela dem till olika högtalare utformade för det specifika ljudfrekvensområdet. Ljudfilter används ofta i bilstereo, surroundljudsystem och högtalare som använder högtalardrivrutiner av olika storlekar.
  • Hörlurar/hörlurar 3D-ljud: Du kan uppnå 3D-ljud med hjälp av högtalarfilter tillsammans med olika surroundljudsystem. Med en diskret DSP kan dina hörlurar och hörlurar bearbeta ljud som möjliggör en 3D-ljudlyssningsupplevelse utan högtalare. DSP: er kan göra detta genom att simulera en rumslig ljudscen som efterliknar hur ljud skulle röra sig i 3D-rymden bara genom att använda dina hörlurar.
  • Active Noise Cancellation (ANC): Aktiv brusreduceringsteknik använder en mikrofon för att spela in lågfrekvent brus och genererar sedan ljud motsatt de inspelade brusfrekvenserna. Detta genererade ljud används sedan för att avbryta omgivningsljud innan det når dina trumhinnor. ANC är endast möjligt med den momentana bearbetningshastigheten för en DSP.
  • Far Field Tal och röstigenkänning: Denna teknik gör det möjligt för din Google Home, Alexa och Amazon Echo att känna igen din röst på ett tillförlitligt sätt. Röstassistenter använder CPU, DSP och AI för att bearbeta data och ger intelligenta svar på dina frågor och kommandon.

Hur fungerar en DSP?

Bildkredit: Ginoweb/Wikimedia Commons

All digital data, inklusive digitalt ljud, representeras och lagras som binära tal (1:or och 0:or). Ljudbehandling som EQ och ANC kräver manipulering av dessa 1:or och 0:or för att uppnå önskade resultat. En mikroprocessor såsom en DSP krävs för att manipulera dessa binära tal. Även om du också kan använda andra mikroprocessorer som en CPU, är en DSP ofta det bättre valet för ljudbehandlingsapplikationer.

Som vilken mikroprocessor som helst använder en DSP en hårdvaruarkitektur och en instruktionsuppsättning.

Hårdvaruarkitekturen dikterar hur en processor fungerar. DSP: er använder ofta arkitekturer som Von Neumann och Harvard Architecture. Dessa enklare hårdvaruarkitekturer används ofta i DSP: er eftersom de är kapabla nog att göra digital ljudbehandling när de paras ihop med en strömlinjeformad Instruction Set Architecture (ISA).

En ISA är det som avgör vilka operationer en mikroprocessor kan utföra. Det är i grunden en lista med instruktioner taggade med en operationskod (opcode) lagrad i minnet. När processorn efterlyser en specifik opkod, exekverar den instruktionen som opkoden representerar. Vanlig undervisning inom ISA inkluderar matematiska funktioner som addition, subtraktion, multiplikation och division.

Ett typiskt DSP-chip som använder Harvard Architecture skulle innehålla följande komponenter:

  • Programminne-lagrar instruktionsuppsättning och opkoder (ISA)
  • Dataminne - Lagrar de värden som ska bearbetas
  • Compute Engine - Utför instruktionerna i ISA tillsammans med värdena som är lagrade i dataminnet
  • In- och utgångs-Reläer data in och ut från DSP: n med hjälp av seriella kommunikationsprotokoll

Nu när du är bekant med de olika komponenterna i en DSP, låt oss prata om hur en typisk DSP fungerar. Här är ett grundläggande exempel på hur en DSP behandlar inkommande ljudsignaler:

  • Steg 1: Ett kommando ges till DSP: n för att behandla den inkommande ljudsignalen.
  • Steg 2: De binära signalerna för den inkommande ljudinspelningen går in i DSP: n via dess in-/utgångsportar.
  • Steg 3: Den binära signalen lagras i dataminnet.
  • Steg 4: DSP: n utför kommandot genom att mata beräkningsmotorns aritmetiska processor med de rätta opkoderna från programminnet och den binära signalen från dataminnet.
  • Steg 5: DSP: n matar ut resultatet med sin Input/Output-port till den verkliga världen.

Fördelar med DSP framför processorer för allmänna ändamål

Generella processorer som CPU kan utföra flera hundra instruktioner och packa fler transistorer än en DSP. Dessa fakta kan väcka frågan om varför DSP: er är de föredragna mikroprocessorerna för ljud istället för den större och mer komplexa CPU: n.

Den största anledningen till att DSP används framför andra mikroprocessorer är ljudbehandling i realtid. Enkelheten i en DSP: s arkitektur och begränsade ISA tillåter en DSP att bearbeta inkommande digitala signaler på ett tillförlitligt sätt. Med den här funktionen kan liveljudföreställningar ha utjämning och filter applicerade i realtid utan buffring.

En DPS: s kostnadseffektivitet är en annan stor anledning till att de används framför generella processorer. Till skillnad från andra processorer som kräver komplex hårdvara och ISA med hundratals instruktioner, använder en DSP enklare hårdvara och ISA med ett par dussin instruktioner. Detta gör DSP: er enklare, billigare och snabbare att tillverka.

Slutligen är DSP: er lättare att integrera med elektroniska enheter. På grund av deras lägre transistorantal kräver DSP: er mycket mindre ström och är fysiskt mindre och lättare jämfört med en CPU. Detta gör att DSP: er kan passa in i små enheter som Bluetooth-hörlurar utan att oroa sig för ström och lägga till för mycket vikt och bulk till enheten.

DSP: er är viktiga komponenter i moderna ljudenheter

DSP: er är viktiga komponenter i ljudrelaterad elektronik. Dess små, lätta, kostnadseffektiva, energieffektiva egenskaper gör att även de minsta ljudenheterna kan erbjuda aktiva brusreduceringsfunktioner. Utan DSP: er skulle ljudenheter behöva förlita sig på generella processorer eller till och med skrymmande elektroniska komponenter som kräver mer pengar, utrymme och kraft, samtidigt som de ger långsammare processorkraft.