Obdelava zvoka je zapletena in kot taka boste našli DSP v središču skoraj vse sodobne opreme za obdelavo zvoka. Čeprav se jih redni potrošniki morda ne zavedajo, se DSP-ji integrirajo v vse vrste zvočnih naprav, vključno z mobilnimi telefoni, slušalkami, zvočnimi vmesniki, mešalniki, zvočniki in slušalkami Bluetooth.

DSP-ji počasi postajajo stalnica vsakega sodobnega avdio izdelka, kaj torej pravzaprav je DSP? Zakaj so pomembni, kako delujejo in kako vplivajo na vašo izkušnjo poslušanja?

Kaj je DSP?

DSP je akronim za digitalni signalni procesor. Kot že ime pove, je DSP mikroprocesor, posebej zasnovan za obdelavo zvočnega signala. DSP je v bistvu CPE, optimiziran samo za reševanje težav z obdelavo zvoka. In tako kot CPE, so čipi DSP bistveni deli zvočne strojne opreme, ki omogočajo digitalne zvočne manipulacije. DSP-ji so postali tako pomembni, da vaša zvočna oprema verjetno vključuje enega ali več DSP-jev v svoje vezje.

Pogoste uporabe DSP

DSP se uporabljajo v vseh vrstah dnevne avdio elektronike. Če želite razumeti, kako vplivni so DSP-ji na vašo izkušnjo poslušanja, je tukaj nekaj aplikacij DSP, ki jih že uporabljate:

  • Avdio izenačevalniki (EQ): DSP se uporabljajo za izenačevanje vseh vrst glasbe. Izenačevanje se uporablja v snemalnih studiih za nadzor glasnosti različnih zvočnih frekvenc. Brez izenačevanja bi težko poslušali glasbo, saj bi vokal verjetno zvenel šibko, instrumenti bi zveneli razpršeno, nizki toni pa bi preglasili vse frekvence, zaradi česar bi bil zvok nejasen ali blatno.
  • Aktivni zvočni križanci: Ti zvočni križanci se uporabljajo za ločevanje različnih zvočnih frekvenc in njihovo dodelitev različnim zvočnikom, zasnovanim za določeno zvočno frekvenčno območje. Zvočni križanci se pogosto uporabljajo v avtomobilskih stereo sistemih, prostorskih zvočnih sistemih in zvočnikih, ki uporabljajo gonilnike zvočnikov različnih velikosti.
  • 3D zvok za slušalke: 3D zvok lahko dosežete z uporabo zvočniške kretnice skupaj z različni sistemi prostorskega zvoka. Z diskretnim DSP lahko vaše slušalke in ušesne slušalke obdelajo zvok, ki omogoča izkušnjo poslušanja 3D zvoka brez zvočnikov. DSP-ji lahko to storijo s simulacijo prostorske zvočne scene, ki posnema, kako bi se zvok premikal v 3D-prostoru samo z uporabo vaših slušalk.
  • Aktivno odpravljanje hrupa (ANC): Tehnologija aktivnega odpravljanja šumov uporablja mikrofon za snemanje nizkofrekvenčnega šuma, nato pa ustvari zvoke, ki so nasprotni frekvencam posnetega šuma. Ta ustvarjeni zvok se nato uporabi za izničenje okoljskega hrupa, preden doseže vaše bobniče. ANC je mogoč samo s trenutno hitrostjo obdelave DSP.
  • Govor na daljavo in prepoznavanje glasu: Ta tehnologija omogoča, da vaši Google Home, Alexa in Amazon Echo zanesljivo prepoznajo vaš glas. Glasovni pomočniki uporabljajo CPE, DSP in AI za obdelavo podatkov in inteligentno odgovarjanje na vaša vprašanja in ukaze.

Kako deluje DSP?

Avtorstvo slike: Ginoweb/Wikimedia Commons

Vsi digitalni podatki, vključno z digitalnim zvokom, so predstavljeni in shranjeni kot binarna števila (1 in 0). Obdelava zvoka, kot sta EQ in ANC, zahteva manipulacijo teh 1 in 0 za doseganje želenih rezultatov. Za obdelavo teh binarnih števil je potreben mikroprocesor, kot je DSP. Čeprav bi lahko uporabili tudi druge mikroprocesorje, kot je CPE, je DSP pogosto boljša izbira za aplikacije za obdelavo zvoka.

Kot vsak mikroprocesor tudi DSP uporablja arhitekturo strojne opreme in nabor navodil.

Arhitektura strojne opreme narekuje kako deluje procesor. DSP-ji pogosto uporabljajo arhitekture, kot sta Von Neumann in Harvard Architecture. Te enostavnejše arhitekture strojne opreme se pogosto uporabljajo v DSP-jih, saj so dovolj zmogljive za obdelavo digitalnega zvoka, če so združene s poenostavljeno arhitekturo nabora ukazov (ISA).

ISA je tisto, kar določa, katere operacije lahko izvaja mikroprocesor. To je v bistvu seznam navodil, označenih z operacijsko kodo (opcode), shranjeno v pomnilniku. Ko procesor pokliče določeno operacijsko kodo, izvede navodilo, ki ga predstavlja operacijska koda. Skupna navodila znotraj ISA vključujejo matematične funkcije, kot so seštevanje, odštevanje, množenje in deljenje.

Tipičen čip DSP, ki uporablja harvardsko arhitekturo, bi vseboval naslednje komponente:

  • Program Memory-Stores niz navodil in kode (ISA)
  • Podatkovni pomnilnik-shranjuje vrednosti za obdelavo
  • Compute Engine – Izvaja navodila znotraj ISA skupaj z vrednostmi, shranjenimi v podatkovnem pomnilniku
  • Vhodni in izhodni prenos podatkov v DSP in iz njega z uporabo serijskih komunikacijskih protokolov

Zdaj, ko ste seznanjeni z različnimi komponentami DSP, se pogovorimo o tem, kako tipični DSP deluje. Tukaj je osnovni primer, kako DSP obdeluje dohodne zvočne signale:

  • Korak 1: DSP-ju je dan ukaz za obdelavo dohodnega zvočnega signala.
  • 2. korak: Binarni signali dohodnega zvočnega posnetka vstopijo v DSP skozi njegova vhodno/izhodna vrata.
  • 3. korak: Binarni signal je shranjen v podatkovnem pomnilniku.
  • 4. korak: DSP izvede ukaz tako, da napaja aritmetični procesor računalniškega stroja z ustreznimi operacijskimi kodami iz programskega pomnilnika in binarnim signalom iz podatkovnega pomnilnika.
  • 5. korak: DSP posreduje rezultat s svojimi vhodno/izhodnimi vrati v resnični svet.

Prednosti DSP pred procesorji splošne namene

Splošni procesorji, kot je CPE, lahko izvedejo več sto ukazov in zapakirajo več tranzistorjev kot DSP. Ta dejstva lahko sprožijo vprašanje, zakaj so DSP-ji prednostni mikroprocesorji za zvok namesto večjih in bolj zapletenih CPU-jev.

Največji razlog za uporabo DSP pred drugimi mikroprocesorji je obdelava zvoka v realnem času. Enostavnost arhitekture DSP-ja in omejena ISA omogočata, da DSP zanesljivo obdeluje dohodne digitalne signale. S to funkcijo lahko zvočni nastopi v živo uporabljajo izravnavo in filtre, ki se uporabljajo v realnem času brez medpomnjenja.

Stroškovna učinkovitost DPS je še en pomemben razlog, da se uporabljajo namesto procesorjev za splošno uporabo. Za razliko od drugih procesorjev, ki zahtevajo zapleteno strojno opremo in ISA s stotinami navodil, DSP uporablja preprostejšo strojno opremo in ISA z nekaj ducati navodil. Zaradi tega je izdelava DSP lažja, cenejša in hitrejša.

Nazadnje, DSP-je je lažje integrirati z elektronskimi napravami. Zaradi manjšega števila tranzistorjev DSP-ji potrebujejo veliko manj energije in so fizično manjši in lažji v primerjavi s CPE. To omogoča, da se DSP-ji prilegajo majhnim napravam, kot so slušalke Bluetooth, ne da bi morali skrbeti za napajanje in dodajanje prevelike teže in mase napravi.

DSP-ji so pomembne komponente v sodobnih zvočnih napravah

DSP so pomembne komponente elektronike, povezane z zvokom. Njegove majhne, ​​lahke, stroškovno učinkovite in energetsko učinkovite lastnosti omogočajo tudi najmanjšim zvočnim napravam, da nudijo funkcije aktivnega odpravljanja hrupa. Brez DSP-jev bi se morale zvočne naprave zanašati na procesorje za splošne namene ali celo na zajetno elektroniko komponente, ki zahtevajo več denarja, prostora in moči, hkrati pa zagotavljajo počasnejšo procesorsko moč.