擴(kuò)聲系統(tǒng)中的DSP應(yīng)用分析

一 DSP的發(fā)展

在擴(kuò)聲系統(tǒng)應(yīng)用中，我們經(jīng)常會(huì)將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(A/D)，并按照一定的格式進(jìn)行處理之后，再由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)(D/A)，而且進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的相關(guān)應(yīng)用需求市場(chǎng)也在迅猛增長(zhǎng)。各種處理器功能在逐漸廣泛的應(yīng)用中慢慢得以完善，許多音頻系統(tǒng)應(yīng)用也面臨著由傳統(tǒng)的模擬電路轉(zhuǎn)向新型變革。

觀眾對(duì)聲音質(zhì)量的要求越來越高，消費(fèi)市場(chǎng)的龐大潛力激發(fā)了DSP芯片的需求。但是，DSP并非簡(jiǎn)單地替代傳統(tǒng)的模擬工具，而衍生在了更多的應(yīng)用領(lǐng)域，讓更多的新技術(shù)得以應(yīng)用、新產(chǎn)品性能優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。

本文中所指的處理器包括了各個(gè)生產(chǎn)商、不同應(yīng)用中的各種信號(hào)處理設(shè)備。如獨(dú)立的、機(jī)架式設(shè)備模塊——需要整合安裝成一套音頻系統(tǒng)；多功能設(shè)備——集成商按照客戶的需求配置系統(tǒng)設(shè)備，滿足特定應(yīng)用的需求；計(jì)算機(jī)程序的配套軟件即插件程序以及可以安裝到控制臺(tái)、放大器中的模塊。但是，無論是什么類型的處理器，其根本理念都是相同的，設(shè)計(jì)商所要處理的就是如何合理配置好一套系統(tǒng)，充分發(fā)揮系統(tǒng)部件的優(yōu)勢(shì)。許多DSP音頻產(chǎn)品生產(chǎn)商都生產(chǎn)多種不同格式、類型的產(chǎn)品，給設(shè)計(jì)商留出了更多的選擇空間。

除了在音頻處 理方面的功能外，DSP還為更多的新型音頻系統(tǒng)控制敞開了大門。由于DSP處理器處理的信號(hào)都是數(shù)字化的，因此可以通過遠(yuǎn)程編程改變系統(tǒng)參數(shù)。信號(hào)處理的數(shù)字化還方便了工程師們將信號(hào)以特定的格式存儲(chǔ)起來，并進(jìn)行傳輸，讓音頻工程師進(jìn)行自動(dòng)操作性能設(shè)置的同時(shí)還能維護(hù)未經(jīng)處理的信號(hào)，以便以后使用，如MIDI這些控制協(xié)議的發(fā)展也讓DSP產(chǎn)品的功能得以擴(kuò)展，如錄音功能以及實(shí)況音頻應(yīng)用中的一些功能。

1 信號(hào)延遲

延遲是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的概念，在許多音頻產(chǎn)品中都采用到了延遲元件。作為音頻設(shè)備最為重要的一個(gè)部分，在微觀角度上來講，延遲就是從聽覺上將傳感器在交叉環(huán)境中排列，從宏觀角度上來講，就是補(bǔ)償傳感器在傳輸中被干擾出現(xiàn)的較大空間的距離。延遲元件的不斷發(fā)展促進(jìn)了人們對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)中時(shí)序校準(zhǔn)的理解和測(cè)試。有人會(huì)認(rèn)為，DSP技術(shù)所帶來的最簡(jiǎn)單的貢獻(xiàn)就是大大提高了系統(tǒng)的可懂度，這是任何其他技術(shù)都不能媲及的，而且集成電路芯片的發(fā)展也促進(jìn)了更多更為復(fù)雜的DSP應(yīng)用，如混響和回聲。

2 聲反饋抑制

聲音反饋抑制產(chǎn)品通常都內(nèi)置到擴(kuò)聲系統(tǒng)中，被認(rèn)作系統(tǒng)的保護(hù)器，因?yàn)榉答佉种飘a(chǎn)品的功用就是自動(dòng)檢測(cè)并糾正實(shí)況環(huán)境中所產(chǎn)生的反饋聲。這些設(shè)備在識(shí)別何種原因?qū)е路答伮暤漠a(chǎn)生，什么時(shí)候會(huì)產(chǎn)生反饋聲方面的性能在不斷提高，而且隨著采樣率和分辨率的提高，在質(zhì)量方面也得到了很大的改進(jìn)。

圖1.音頻系統(tǒng)中的回聲抑制器

另外，還有一些完全不同的反饋抑制元件，可以讓設(shè)計(jì)商自行選擇哪一種設(shè)備最適合自身的系統(tǒng)設(shè)計(jì)(見圖一)。當(dāng)系統(tǒng)的潛在音頻增益(Potential Audio Gain)與聲音環(huán)境的需求音頻增益(Needed Audio Gain)非常接近的時(shí)候，反饋設(shè)備就顯得更為重要，在這種情形下，通常都把系統(tǒng)調(diào)整到反饋起點(diǎn)以下。

最早的反饋抑制器都是基于參數(shù)均衡器的方式，例如，他們將各種不同的過濾器引入到了數(shù)字信號(hào)鏈中。電路會(huì)連續(xù)采樣信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到反饋聲的數(shù)字“信號(hào)”時(shí)，就會(huì)在該頻率激活一個(gè)相應(yīng)的過濾器。過濾器的深度可以不斷調(diào)整，直至反饋聲被完全控制為止。這類產(chǎn)品通常都被一些著名的公司壟斷著，如Sabine，Shure、dbx、Peavey、Roland、Behringer、Samson等。當(dāng)然，這些產(chǎn)品也存在著一定的局限性，最明顯的問題就是偶爾不能識(shí)別反饋聲的某些信號(hào)，因?yàn)檫@些設(shè)備從本質(zhì)上來講仍是均衡器，由于相位誤差和頻率等高線問題可能會(huì)對(duì)聲音“加色”，就會(huì)產(chǎn)生不理想的結(jié)果。但是，如果在調(diào)整得非常得當(dāng)?shù)囊纛l系統(tǒng)中，反饋抑制器在系統(tǒng)保護(hù)中就會(huì)起到不可估量的作用。

第二類反饋抑制器就是“移頻”類，這是由Polyfusion公司推廣起來的。這類反饋聲抑制器能夠持續(xù)轉(zhuǎn)換所有經(jīng)過該設(shè)備的信號(hào)的音頻頻率，高達(dá)6Hz。除非放大后的信號(hào)直接與原聲相比較，不然，觀眾就不能輕易察覺到。使用這類抑制器后，由于反饋聲的原聲都進(jìn)行了移頻，而不是在原聲基礎(chǔ)上重新組建聲音，所以信號(hào)再生就不再可能。
目前，最新、最成熟的反饋抑制器要屬Wide-Band Solutions公司生產(chǎn)的反饋聲取消器。這款高級(jí)DSP產(chǎn)品能夠不斷消除其檢測(cè)到的反饋聲，其優(yōu)勢(shì)就是連續(xù)對(duì)整體數(shù)字信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并處理其他信號(hào)，如噪音取消。

3 噪音抑制、取消

DSP音頻廠家的產(chǎn)品大多數(shù)都開始融入了噪音抑制或取消功能。任何擴(kuò)聲系統(tǒng)(尤其是室內(nèi)環(huán)境)中，最頭疼的一個(gè)問題就是如何處理固定的外界噪音，如空氣處理設(shè)備、排泄管、風(fēng)扇、前置放大器等設(shè)備發(fā)出的聲音。這些噪音大大降低了系統(tǒng)信噪比和可識(shí)別度，讓觀眾很容易產(chǎn)生疲勞感。要解決這些問題， 采用聲學(xué)工程解決方案成本通常都比較昂貴，因?yàn)榻?jīng)常都要對(duì)HVAV設(shè)備和基礎(chǔ)架構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行更改。采用數(shù)字設(shè)備來采樣背景噪音，并將噪音消除掉，這是相當(dāng)重要的，尤其是在視頻會(huì)議應(yīng)用中，采用數(shù)字設(shè)備來消除背景噪音更為普遍，作用更是不可忽視。

圖2.簡(jiǎn)化的電子擴(kuò)聲系統(tǒng)