Procesarea audio este complicată și, ca atare, veți găsi un DSP în centrul aproape tuturor echipamentelor moderne de procesare audio. Deși consumatorii obișnuiți ar putea să nu le cunoască, DSP-urile se integrează în toate tipurile de dispozitive audio, inclusiv telefoane mobile, căști, interfețe audio, mixere, difuzoare și căști Bluetooth.

DSP-urile devin încet un element de bază al fiecărui produs audio modern, deci ce este exact un DSP? De ce sunt importante, cum funcționează și cum vă afectează experiența de ascultare?

Ce este un DSP?

DSP este un acronim pentru Digital Signal Processor. După cum sugerează și numele, un DSP este un microprocesor special conceput pentru procesarea semnalului audio. Un DSP este practic un CPU optimizat doar pentru a rezolva problemele de procesare audio. Și la fel ca un procesor, cipurile DSP sunt piese esențiale de hardware audio care fac posibile manipulările audio digitale. DSP-urile au devenit atât de importante încât echipamentul dvs. audio integrează probabil unul sau câteva DSP-uri în circuitele lor.

instagram viewer

Utilizări comune DSP

DSP-urile sunt folosite în toate tipurile de electronice audio zilnice. Pentru a înțelege cât de impact sunt DSP-urile pentru experiența dvs. de ascultare, iată câteva aplicații DSP pe care le utilizați deja:

  • Egalizatoare audio (EQ): DSP-urile sunt folosite pentru a egaliza toate tipurile de muzică. Egalizarea este folosită în studiourile de înregistrare pentru a controla volumul diferitelor frecvențe de sunet. Fără egalizare, ți-ar fi greu să asculți muzică, deoarece vocea ar suna probabil slab, instrumentele ar suna împrăștiate, iar basul ar depăși toate frecvențele, făcând sunetul neclar sau noroios.
  • Crossovere audio active: Aceste crossover-uri audio sunt folosite pentru a separa diferite frecvențe audio și pentru a le atribui diferitelor difuzoare proiectate pentru intervalul de frecvență audio specific. Crossoverele audio sunt adesea folosite în stereo auto, sisteme de sunet surround și difuzoare care utilizează drivere de difuzoare de dimensiuni diferite.
  • Căști/căști Audio 3D: Puteți obține sunet 3D folosind încrucișări de difuzoare împreună cu diverse sisteme de sunet surround. Cu un DSP discret, căștile și căștile dvs. pot procesa sunetul care permite o experiență de ascultare a sunetului 3D fără difuzoare. DSP-urile pot face acest lucru simulând un sunet spațial care imită modul în care sunetul s-ar mișca în spațiul 3D doar folosind căștile.
  • Anularea activă a zgomotului (ANC): Tehnologia de anulare activă a zgomotului folosește un microfon pentru a înregistra zgomotul de joasă frecvență, apoi generează sunete opuse frecvențelor de zgomot înregistrate. Acest sunet generat este apoi folosit pentru a anula zgomotul ambiental înainte de a ajunge la timpanele dumneavoastră. ANC este posibil doar cu viteza de procesare instantanee a unui DSP.
  • Vorbirea în câmp îndepărtat și recunoașterea vocii: Această tehnologie face posibil ca Google Home, Alexa și Amazon Echo să vă recunoască vocea în mod fiabil. Asistenții vocali folosesc CPU, DSP și AI pentru a procesa datele și pentru a răspunde în mod inteligent la întrebările și comenzile dvs.

Cum funcționează un DSP?

Credit imagine: Ginoweb/Wikimedia Commons

Toate datele digitale, inclusiv audio digital, sunt reprezentate și stocate ca numere binare (1s și 0s). Procesarea audio precum EQ și ANC necesită manipularea acestor 1 și 0 pentru a obține rezultatele dorite. Un microprocesor, cum ar fi un DSP, este necesar pentru a manipula aceste numere binare. Deși ați putea folosi și alte microprocesoare, cum ar fi un procesor, un DSP este adesea alegerea mai bună pentru aplicațiile de procesare audio.

Ca orice microprocesor, un DSP folosește o arhitectură hardware și un set de instrucțiuni.

Arhitectura hardware impune cum funcționează un procesor. DSP-urile folosesc adesea arhitecturi precum Von Neumann și Harvard Architecture. Aceste arhitecturi hardware mai simple sunt adesea folosite în DSP-uri, deoarece sunt suficient de capabile pentru a face procesare audio digitală atunci când sunt asociate cu o arhitectură de set de instrucțiuni (ISA) simplificată.

Un ISA este ceea ce determină ce operațiuni poate face un microprocesor. Practic este o listă de instrucțiuni etichetate de un cod de operare (opcode) stocat în memorie. Când procesorul solicită un anumit cod operațional, execută instrucțiunea pe care o reprezintă codul operațional. Instrucțiunile comune în cadrul ISA includ funcții matematice precum adunarea, scăderea, înmulțirea și împărțirea.

Un cip DSP tipic care folosește arhitectura Harvard ar conține următoarele componente:

  • Memoria programului - Stochează setul de instrucțiuni și codurile operaționale (ISA)
  • Memorie de date - Stochează valorile de procesat
  • Compute Engine-Execută instrucțiunile din ISA împreună cu valorile stocate în memoria de date
  • Intrare și ieșire - Relee date în și din DSP folosind protocoale de comunicație serială

Acum că sunteți familiarizat cu diferitele componente ale unui DSP, să vorbim despre modul în care funcționează un DSP tipic. Iată un exemplu de bază despre modul în care un DSP procesează semnalele audio de intrare:

  • Pasul 1: O comandă este dată către DSP pentru a procesa semnalul audio de intrare.
  • Pasul 2: Semnalele binare ale înregistrării audio de intrare intră în DSP prin porturile sale de intrare/ieșire.
  • Pasul 3: Semnalul binar este stocat în memoria de date.
  • Pasul 4: DSP execută comanda prin alimentarea procesorului aritmetic al motorului de calcul cu opcode-urile adecvate din memoria programului și semnalul binar din memoria de date.
  • Pasul 5: DSP-ul transmite rezultatul cu portul său de intrare/ieșire în lumea reală.

Avantajele DSP față de procesoarele de uz general

Procesoarele de uz general, cum ar fi procesorul, pot executa câteva sute de instrucțiuni și pot împacheta mai mulți tranzistori decât un DSP. Aceste fapte pot ridica întrebarea de ce DSP-urile sunt microprocesoarele preferate pentru audio în locul procesorului mai mare și mai complex.

Cel mai mare motiv pentru care DSP este utilizat față de alte microprocesoare este procesarea audio în timp real. Simplitatea arhitecturii unui DSP și ISA limitat permite unui DSP să proceseze semnalele digitale de intrare în mod fiabil. Cu această caracteristică, performanțele audio live pot avea egalizare și filtre aplicate în timp real fără tamponare.

Eficiența costurilor unui DPS este un alt motiv important pentru care sunt folosite față de procesoarele de uz general. Spre deosebire de alte procesoare care necesită hardware complex și ISA-uri cu sute de instrucțiuni, un DSP folosește hardware mai simplu și ISA-uri cu câteva zeci de instrucțiuni. Acest lucru face ca DSP-urile să fie mai ușor, mai ieftine și mai rapide de fabricat.

În cele din urmă, DSP-urile sunt mai ușor de integrat cu dispozitivele electronice. Datorită numărului lor mai mic de tranzistori, DSP-urile necesită mult mai puțină putere și sunt fizic mai mici și mai ușoare în comparație cu un procesor. Acest lucru permite DSP-urilor să se potrivească în dispozitive mici, cum ar fi căștile Bluetooth, fără să vă faceți griji cu privire la putere și să adauge prea multă greutate și volum dispozitivului.

DSP-urile sunt componente importante în dispozitivele audio moderne

DSP-urile sunt componente importante ale electronicelor legate de audio. Proprietățile sale mici, ușoare, rentabile și eficiente din punct de vedere energetic permit chiar și celor mai mici dispozitive audio să ofere funcții de anulare activă a zgomotului. Fără DSP, dispozitivele audio ar trebui să se bazeze pe procesoare de uz general sau chiar pe electronice voluminoase. componente care necesită mai mulți bani, spațiu și putere, oferind în același timp o putere de procesare mai lentă.