Lydbehandling er komplisert, og som sådan vil du finne en DSP i hjertet av nesten alt moderne lydbehandlingsutstyr. Selv om vanlige forbrukere kanskje ikke er klar over dem, integreres DSP-er i alle slags lydenheter, inkludert mobiltelefoner, hodetelefoner, lydgrensesnitt, miksere, høyttalere og Bluetooth-øretelefoner.

DSP-er blir sakte en stift i alle moderne lydprodukter, så hva er egentlig en DSP? Hvorfor er de viktige, hvordan fungerer de, og hvordan påvirker de lytteopplevelsen din?

Hva er en DSP?

DSP er et akronym for Digital Signal Processor. Som navnet tilsier, er en DSP en mikroprosessor spesielt designet for lydsignalbehandling. En DSP er i utgangspunktet en CPU optimalisert kun for å løse problemer med lydbehandling. Og akkurat som en CPU, er DSP-brikker viktige deler av lydmaskinvare som gjør digital lydmanipulering mulig. DSP-er har blitt så viktige at lydutstyret ditt sannsynligvis integrerer en eller noen få DSP-er i kretsene deres.

Vanlige DSP-bruk

DSP-er brukes i all slags daglig lydelektronikk. For å forstå hvor virkningsfulle DSP-er har for lytteopplevelsen din, her er noen DSP-applikasjoner du allerede bruker:

  • Audio Equalizers (EQ): DSP-er brukes til å utjevne all slags musikk. Equalization brukes i innspillingsstudioer for å kontrollere volumet til forskjellige lydfrekvenser. Uten utjevning ville du finne det vanskelig å høre på musikk, da vokal sannsynligvis ville høres svak ut, instrumenter ville høres spredt ut, og bass ville overmanne alle frekvenser og gjøre lyden uklar eller gjørmete.
  • Active Audio Crossovers: Disse lydkrysningene brukes til å skille forskjellige lydfrekvenser og tilordne dem til forskjellige høyttalere designet for det spesifikke lydfrekvensområdet. Audio crossovers brukes ofte i bilstereoanlegg, surround-lydsystemer og høyttalere som bruker høyttalerdrivere i forskjellige størrelser.
  • Hodetelefon/øretelefon 3D-lyd: Du kan oppnå 3D-lyd ved å bruke høyttaler delefilter sammen med ulike surround-lydsystemer. Med en diskret DSP kan hodetelefonene og øretelefonene dine behandle lyd som gir en 3D-lytteopplevelse uten høyttalere. DSP-er kan gjøre dette ved å simulere et romlig lydtrinn som etterligner hvordan lyden ville bevege seg i 3D-rom bare ved å bruke hodetelefonene.
  • Aktiv støyreduksjon (ANC): Aktiv støyreduksjonsteknologi bruker en mikrofon til å ta opp lavfrekvent støy, og genererer deretter lyder motsatt av de innspilte støyfrekvensene. Denne genererte lyden brukes deretter til å avbryte miljøstøy før den når trommehinnene dine. ANC er bare mulig med den øyeblikkelige behandlingshastigheten til en DSP.
  • Fjernfelt tale og stemmegjenkjenning: Denne teknologien gjør det mulig for Google Home, Alexa og Amazon Echo å gjenkjenne stemmen din pålitelig. Taleassistenter bruker CPU, DSP og AI for å behandle data og gir intelligent svar på spørsmål og kommandoer.

Hvordan fungerer en DSP?

Bildekreditt: Ginoweb/Wikimedia Commons

Alle digitale data, inkludert digital lyd, er representert og lagret som binære tall (1s og 0s). Lydbehandling som EQ og ANC krever manipulering av disse 1-ene og 0-ene for å oppnå ønskede resultater. En mikroprosessor som en DSP er nødvendig for å manipulere disse binære tallene. Selv om du også kan bruke andre mikroprosessorer som en CPU, er en DSP ofte det bedre valget for lydbehandlingsapplikasjoner.

Som enhver mikroprosessor bruker en DSP en maskinvarearkitektur og et instruksjonssett.

Maskinvarearkitekturen tilsier det hvordan en prosessor fungerer. DSP-er bruker ofte arkitekturer som Von Neumann og Harvard Architecture. Disse enklere maskinvarearkitekturene brukes ofte i DSP-er da de er i stand til å utføre digital lydbehandling når de er paret med en strømlinjeformet Instruction Set Architecture (ISA).

En ISA er det som bestemmer hvilke operasjoner en mikroprosessor kan utføre. Det er i utgangspunktet en liste over instruksjoner merket med en operasjonskode (opcode) lagret i minnet. Når prosessoren ber om en spesifikk opcode, utfører den instruksjonen opcoden representerer. Vanlig instruksjon innen ISA inkluderer matematiske funksjoner som addisjon, subtraksjon, multiplikasjon og divisjon.

En typisk DSP-brikke som bruker Harvard Architecture vil inneholde følgende komponenter:

  • Programminne lagrer instruksjonssett og opkoder (ISA)
  • Dataminne - Lagrer verdiene som skal behandles
  • Compute Engine - Utfører instruksjonene i ISA sammen med verdiene som er lagret i dataminnet
  • Input and Output-Reléer data inn og ut av DSP ved bruk av serielle kommunikasjonsprotokoller

Nå som du er kjent med de forskjellige komponentene til en DSP, la oss snakke om hvordan en typisk DSP fungerer. Her er et grunnleggende eksempel på hvordan en DSP behandler innkommende lydsignaler:

  • Trinn 1: En kommando blir gitt til DSP for å behandle det innkommende lydsignalet.
  • Steg 2: De binære signalene til det innkommende lydopptaket går inn i DSP-en via inngangs-/utgangsportene.
  • Trinn 3: Det binære signalet er lagret i dataminnet.
  • Trinn 4: DSP utfører kommandoen ved å mate beregningsmotorens aritmetiske prosessor med de riktige opkodene fra programminnet og det binære signalet fra dataminnet.
  • Trinn 5: DSP sender ut resultatet med sin Input/Output-port til den virkelige verden.

Fordeler med DSP fremfor generelle prosessorer

Generelle prosessorer som CPU kan utføre flere hundre instruksjoner og pakke flere transistorer enn en DSP. Disse faktaene kan reise spørsmålet om hvorfor DSP-er er de foretrukne mikroprosessorene for lyd i stedet for den større og mer komplekse CPU.

Den største grunnen til at DSP brukes over andre mikroprosessorer er sanntidslydbehandling. Enkelheten til en DSPs arkitektur og begrensede ISA gjør at en DSP kan behandle innkommende digitale signaler pålitelig. Med denne funksjonen kan live lydopptredener ha utjevning og filtre brukt i sanntid uten bufring.

En DPSs kostnadseffektivitet er en annen stor grunn til at de brukes fremfor generelle prosessorer. I motsetning til andre prosessorer som krever kompleks maskinvare og ISA-er med hundrevis av instruksjoner, bruker en DSP enklere maskinvare og ISA-er med et par dusin instruksjoner. Dette gjør DSP-er enklere, billigere og raskere å produsere.

Til slutt er DSP-er lettere å integrere med elektroniske enheter. På grunn av deres lavere transistorantall krever DSP-er mye mindre strøm og er fysisk mindre og lettere sammenlignet med en CPU. Dette lar DSP-er passe inn i små enheter som Bluetooth-øretelefoner uten å bekymre deg for strøm og legge for mye vekt og bulk til enheten.

DSP-er er viktige komponenter i moderne lydenheter

DSP-er er viktige komponenter i lydrelatert elektronikk. De små, lette, kostnadseffektive og energieffektive egenskapene gjør at selv de minste lydenhetene kan tilby aktive støyreduksjonsfunksjoner. Uten DSP-er ville lydenheter måtte stole på prosessorer for generell bruk eller til og med store elektroniske komponenter som krever mer penger, plass og kraft, samtidig som de gir tregere prosessorkraft.