Lydbehandling er kompliceret, og som sådan vil du finde en DSP i hjertet af næsten alt moderne lydbehandlingsudstyr. Selvom almindelige forbrugere måske ikke er opmærksomme på dem, integreres DSP'er i alle slags lydenheder, herunder mobiltelefoner, hovedtelefoner, lydgrænseflader, mixere, højttalere og Bluetooth-øretelefoner.

DSP'er er langsomt ved at blive en fast bestanddel af ethvert moderne lydprodukt, så hvad er egentlig en DSP? Hvorfor er de vigtige, hvordan fungerer de, og hvordan påvirker de din lytteoplevelse?

Hvad er en DSP?

DSP er et akronym for Digital Signal Processor. Som navnet antyder, er en DSP en mikroprocessor, der er specielt designet til lydsignalbehandling. En DSP er dybest set en CPU, der kun er optimeret til at løse problemer med lydbehandling. Og ligesom en CPU er DSP-chips væsentlige dele af lydhardware, der gør digitale lydmanipulationer mulige. DSP'er er blevet så vigtige, at dit lydudstyr sandsynligvis integrerer en eller få DSP'er i deres kredsløb.

Almindelige DSP-anvendelser

instagram viewer

DSP'er bruges i alle former for daglig audioelektronik. For at forstå, hvor virkningsfulde DSP'er er for din lytteoplevelse, er her et par DSP-applikationer, du allerede bruger:

  • Lyd-equalizere (EQ): DSP'er bruges til at udligne alle slags musik. Udligning bruges i optagestudier til at styre lydstyrken af ​​forskellige lydfrekvenser. Uden udligning ville du finde det svært at lytte til musik, da vokal sandsynligvis ville lyde svag, instrumenter ville lyde spredt, og bas ville overdøve alle frekvenser, hvilket gjorde lyden uklar eller mudret.
  • Active Audio Crossovers: Disse audio-crossovers bruges til at adskille forskellige lydfrekvenser og tildele dem til forskellige højttalere designet til det specifikke lydfrekvensområde. Audio crossovers bruges ofte i bilstereoanlæg, surround sound-systemer og højttalere, der bruger højttalerdrivere i forskellige størrelser.
  • Hovedtelefon/øretelefon 3D-lyd: Du kan opnå 3D-lyd vha højttaler delefilter sammen med forskellige surround sound systemer. Med en diskret DSP kan dine hovedtelefoner og høretelefoner behandle lyd, der giver mulighed for en 3D-lydoplevelse uden højttalere. DSP'er kan gøre dette ved at simulere en rumlig lydscene, der efterligner, hvordan lyden ville bevæge sig i 3D-rum blot ved at bruge dine hovedtelefoner.
  • Aktiv støjreduktion (ANC): Aktiv støjreduktionsteknologi bruger en mikrofon til at optage lavfrekvent støj og genererer derefter lyde modsat de optagede støjfrekvenser. Denne genererede lyd bruges derefter til at annullere miljøstøj, før den når dine trommehinder. ANC er kun muligt med den øjeblikkelige behandlingshastighed af en DSP.
  • Fjernfelt tale og stemmegenkendelse: Denne teknologi gør det muligt for din Google Home, Alexa og Amazon Echo at genkende din stemme pålideligt. Stemmeassistenter bruger CPU, DSP og AI til at behandle data og giver intelligent svar på dine forespørgsler og kommandoer.

Hvordan fungerer en DSP?

Billedkredit: Ginoweb/Wikimedia Commons

Alle digitale data, inklusive digital lyd, er repræsenteret og gemt som binære tal (1s og 0s). Lydbehandling såsom EQ og ANC kræver manipulation af disse 1'ere og 0'ere for at opnå ønskede resultater. En mikroprocessor såsom en DSP er påkrævet for at manipulere disse binære tal. Selvom du også kan bruge andre mikroprocessorer som en CPU, er en DSP ofte det bedre valg til lydbehandlingsapplikationer.

Som enhver mikroprocessor bruger en DSP en hardwarearkitektur og et instruktionssæt.

Hardware arkitektur dikterer hvordan en processor fungerer. DSP'er bruger ofte arkitekturer som Von Neumann og Harvard Architecture. Disse enklere hardwarearkitekturer bruges ofte i DSP'er, da de er i stand til at udføre digital lydbehandling, når de er parret med en strømlinet Instruction Set Architecture (ISA).

En ISA er det, der bestemmer, hvilke operationer en mikroprocessor kan udføre. Det er dybest set en liste over instruktioner tagget af en operationskode (opcode), der er gemt i hukommelsen. Når processoren kalder på en specifik opcode, udfører den instruktionen, som opkoden repræsenterer. Almindelig undervisning inden for ISA omfatter matematiske funktioner som addition, subtraktion, multiplikation og division.

En typisk DSP-chip, der bruger Harvard Architecture, vil indeholde følgende komponenter:

  • Program Memory-Gemmer instruktionssæt og opkoder (ISA)
  • Datahukommelse - Gemmer de værdier, der skal behandles
  • Compute Engine-Udfører instruktionerne i ISA sammen med de værdier, der er gemt i datahukommelsen
  • Input og Output-Relæer data ind og ud af DSP'en ved hjælp af serielle kommunikationsprotokoller

Nu hvor du er bekendt med de forskellige komponenter i en DSP, lad os tale om, hvordan en typisk DSP fungerer. Her er et grundlæggende eksempel på, hvordan en DSP behandler indgående lydsignaler:

  • Trin 1: En kommando gives til DSP'en om at behandle det indkommende lydsignal.
  • Trin 2: De binære signaler fra den indgående lydoptagelse kommer ind i DSP'en gennem dens input/output-porte.
  • Trin 3: Det binære signal lagres i datahukommelsen.
  • Trin 4: DSP'en udfører kommandoen ved at forsyne computerens aritmetiske processor med de korrekte opkoder fra programhukommelsen og det binære signal fra datahukommelsen.
  • Trin 5: DSP'en udsender resultatet med sin Input/Output-port til den virkelige verden.

Fordele ved DSP frem for processorer til generelle formål

Generelle processorer som CPU'en kan udføre flere hundrede instruktioner og pakke flere transistorer end en DSP. Disse fakta kan rejse spørgsmålet om, hvorfor DSP'er er de foretrukne mikroprocessorer til lyd i stedet for den større og mere komplekse CPU.

Den største grund til, at DSP bruges frem for andre mikroprocessorer, er lydbehandling i realtid. Enkelheden af ​​en DSP's arkitektur og begrænsede ISA gør det muligt for en DSP at behandle indkommende digitale signaler pålideligt. Med denne funktion kan live lydoptrædener have udligning og filtre anvendt i realtid uden buffering.

En DPS's omkostningseffektivitet er en anden stor grund til, at de bruges over processorer til generelle formål. I modsætning til andre processorer, der kræver kompleks hardware og ISA'er med hundredvis af instruktioner, bruger en DSP enklere hardware og ISA'er med et par dusin instruktioner. Dette gør DSP'er nemmere, billigere og hurtigere at fremstille.

Endelig er DSP'er lettere at integrere med elektroniske enheder. På grund af deres lavere transistorantal kræver DSP'er meget mindre strøm og er fysisk mindre og lettere sammenlignet med en CPU. Dette gør det muligt for DSP'er at passe ind i små enheder såsom Bluetooth-øretelefoner uden at bekymre dig om strøm og tilføje for meget vægt og bulk til enheden.

DSP'er er vigtige komponenter i moderne lydenheder

DSP'er er vigtige komponenter i lydrelateret elektronik. Dens lille, lette, omkostningseffektive, energieffektive egenskaber gør det muligt for selv de mindste lydenheder at tilbyde aktive støjreduktionsfunktioner. Uden DSP'er ville lydenheder være afhængige af processorer til generelle formål eller endda voluminøse elektroniske komponenter, der kræver flere penge, plads og strøm, alt imens de giver langsommere processorkraft.