A hangfeldolgozás bonyolult, ezért szinte minden modern hangfeldolgozó berendezés középpontjában DSP található. Bár a rendszeres fogyasztók nem tudnak róluk, a DSP-k mindenféle audioeszközbe integrálhatók, beleértve a mobiltelefonokat, fejhallgatókat, audio interfészeket, keverőket, hangszórókat és Bluetooth fülhallgatókat.

A DSP-k lassan minden modern audiotermék alapelemévé válnak, tehát mi is az a DSP? Miért fontosak, hogyan működnek, és hogyan befolyásolják a hallgatási élményt?

Mi az a DSP?

A DSP a Digital Signal Processor rövidítése. Ahogy a neve is sugallja, a DSP egy mikroprocesszor, amelyet kifejezetten audiojel-feldolgozásra terveztek. A DSP alapvetően egy CPU, amelyet csak a hangfeldolgozási problémák megoldására optimalizáltak. És csakúgy, mint a CPU, a DSP chipek az audio hardver alapvető részei, amelyek lehetővé teszik a digitális hangkezelést. A DSP-k annyira fontossá váltak, hogy az audioberendezés valószínűleg egy vagy néhány DSP-t integrál az áramkörükbe.

Gyakori DSP-felhasználások

instagram viewer

A DSP-ket mindenféle napi audioelektronikában használják. Ha szeretné megérteni, milyen hatással vannak a DSP-k a hallgatási élményére, íme néhány DSP-alkalmazás, amelyeket már használ:

  • Hangszínszabályzók (EQ): A DSP-ket mindenféle zene kiegyenlítésére használják. A hangszínszabályozást hangstúdiókban használják a különböző hangfrekvenciák hangerejének szabályozására. Kiegyenlítés nélkül nehéz lenne zenét hallgatni, mivel az ének valószínűleg gyengén szólna, A hangszerek szétszórtan szólalnak meg, a basszus pedig minden frekvencián felülkerekedik, ami homályossá teszi a hangot vagy sáros.
  • Aktív hangváltók: Ezeket az audio crossovereket a különböző hangfrekvenciák elkülönítésére és az adott hangfrekvencia-tartományhoz tervezett különböző hangszórókhoz való hozzárendelésére használják. Az audio crossovereket gyakran használják autóhifi készülékekben, térhatású hangrendszerekben és hangszórókban, amelyek különböző méretű hangszóró-meghajtókat használnak.
  • Fejhallgató/fülhallgató 3D audio: 3D hangot érhet el a használatával hangszóró keresztezők együtt különféle térhatású hangrendszerek. A diszkrét DSP-vel fej- és fülhallgatója képes feldolgozni a hangot, amely hangszórók nélkül is 3D hangzást tesz lehetővé. A DSP-k ezt úgy tudják megtenni, hogy szimulálnak egy térbeli hangteret, amely utánozza a hang mozgását a 3D-s térben pusztán a fejhallgató használatával.
  • Aktív zajszűrés (ANC): Az aktív zajszűrő technológia mikrofont használ az alacsony frekvenciájú zaj rögzítésére, majd a rögzített zajfrekvenciákkal ellentétes hangokat generál. Ezt a generált hangot ezután a környezeti zaj megszüntetésére használják, mielőtt az elérné a dobhártyáját. Az ANC csak a DSP azonnali feldolgozási sebességével lehetséges.
  • Távoli beszéd és hangfelismerés: Ez a technológia lehetővé teszi, hogy a Google Home, az Alexa és az Amazon Echo megbízhatóan felismerje az Ön hangját. A hangsegédek a CPU-t, a DSP-t és az AI-t használják az adatok feldolgozásához, és intelligens válaszadáshoz a kérdésekre és parancsokra.

Hogyan működik a DSP?

Kép forrása: Ginoweb/Wikimedia Commons

Minden digitális adat, beleértve a digitális hangot is, bináris számként (1-es és 0-s) jelenik meg és tárolódik. Az olyan hangfeldolgozáshoz, mint az EQ és az ANC, ezen 1-ek és 0-k manipulálására van szükség a kívánt eredmények elérése érdekében. A bináris számok kezeléséhez mikroprocesszorra, például DSP-re van szükség. Bár más mikroprocesszorokat, például CPU-t is használhat, a DSP gyakran a jobb választás hangfeldolgozó alkalmazásokhoz.

Mint minden mikroprocesszor, a DSP is hardver architektúrát és utasításkészletet használ.

A hardver architektúra diktálja hogyan működik a processzor. A DSP-k gyakran használnak olyan architektúrákat, mint a Von Neumann és a Harvard Architecture. Ezeket az egyszerűbb hardverarchitektúrákat gyakran használják a DSP-kben, mivel elegendően képesek digitális hangfeldolgozásra, ha egy áramvonalas utasításkészlet-architektúrával (ISA) párosítják.

Az ISA határozza meg, hogy a mikroprocesszor milyen műveleteket végezhet. Ez alapvetően a memóriában tárolt műveleti kóddal (opcode) címkézett utasítások listája. Amikor a processzor egy adott műveleti kódot kér, végrehajtja azt az utasítást, amelyet a műveleti kód képvisel. Az ISA-n belüli általános utasítások olyan matematikai függvényeket tartalmaznak, mint az összeadás, kivonás, szorzás és osztás.

A Harvard Architecture-t használó tipikus DSP chip a következő összetevőket tartalmazza:

  • Program Memory-Stores utasításkészlet és műveleti kódok (ISA)
  • Adatmemória – A feldolgozandó értékeket tárolja
  • Compute Engine – Az ISA-n belüli utasításokat az adatmemóriában tárolt értékekkel együtt végrehajtja
  • Bemeneti és kimeneti adatokat soros kommunikációs protokollok segítségével továbbítja a DSP-be és onnan

Most, hogy ismeri a DSP különböző összetevőit, beszéljünk egy tipikus DSP működéséről. Íme egy alapvető példa arra, hogyan dolgozza fel a DSP a bejövő audiojeleket:

  • 1. lépés: A DSP parancsot kap a bejövő audiojel feldolgozására.
  • 2. lépés: A bejövő hangfelvétel bináris jelei annak bemeneti/kimeneti portjain keresztül jutnak be a DSP-be.
  • 3. lépés: A bináris jelet az adatmemória tárolja.
  • 4. lépés: A DSP úgy hajtja végre a parancsot, hogy a számítási motor aritmetikai processzorát táplálja a megfelelő műveleti kódokkal a programmemóriából és a bináris jellel az adatmemóriából.
  • 5. lépés: A DSP az eredményt a bemeneti/kimeneti portjával adja ki a való világba.

A DSP előnyei az általános célú processzorokkal szemben

Az általános célú processzorok, mint például a CPU, több száz utasítást tudnak végrehajtani, és több tranzisztort tudnak becsomagolni, mint egy DSP. Ezek a tények felvetik a kérdést, hogy miért a DSP-k az előnyben részesített mikroprocesszorok az audio számára a nagyobb és összetettebb CPU helyett.

A legnagyobb ok, amiért a DSP-t más mikroprocesszorokkal szemben használják, a valós idejű hangfeldolgozás. A DSP architektúrájának egyszerűsége és a korlátozott ISA lehetővé teszi a DSP számára, hogy megbízhatóan dolgozza fel a bejövő digitális jeleket. Ezzel a funkcióval az élő audioelőadások kiegyenlítést és szűrőket valós időben alkalmazhatnak pufferelés nélkül.

A DPS-ek költséghatékonysága egy másik fontos oka annak, hogy általános célú processzorokkal szemben használják őket. Más processzoroktól eltérően, amelyek összetett hardvert és több száz utasítást tartalmazó ISA-t igényelnek, a DSP egyszerűbb hardvert és néhány tucat utasítással rendelkező ISA-t használ. Ez megkönnyíti, olcsóbbá és gyorsabbá teszi a DSP-k gyártását.

Végül a DSP-k könnyebben integrálhatók elektronikus eszközökkel. Alacsonyabb tranzisztorszámuk miatt a DSP-k sokkal kevesebb energiát igényelnek, és fizikailag kisebbek és könnyebbek a CPU-hoz képest. Ez lehetővé teszi, hogy a DSP-k elférjenek kis eszközökben, például Bluetooth fülhallgatókban anélkül, hogy aggódnának az áramellátás miatt, és túlságosan megnehezítenék az eszközt.

A DSP-k a modern audioeszközök fontos alkotóelemei

A DSP-k az audióval kapcsolatos elektronika fontos összetevői. Kicsi, könnyű, költséghatékony, energiahatékony tulajdonságai lehetővé teszik, hogy a legkisebb audioeszközök is aktív zajszűrő funkciókat kínáljanak. DSP-k nélkül az audioeszközöknek általános célú processzorokra vagy akár terjedelmes elektronikára kellene támaszkodniuk olyan alkatrészek, amelyek több pénzt, helyet és energiát igényelnek, miközben lassabb feldolgozási teljesítményt biztosítanak.