擴聲系統(tǒng)中的DSP應用分析

一 DSP的發(fā)展

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

觀眾對聲音質(zhì)量的要求越來越高，消費市場的龐大潛力激發(fā)了DSP芯片的需求。但是，DSP并非簡單地替代傳統(tǒng)的模擬工具，而衍生在了更多的應用領域，讓更多的新技術得以應用、新產(chǎn)品性能優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。

本文中所指的處理器包括了各個生產(chǎn)商、不同應用中的各種信號處理設備。如獨立的、機架式設備模塊——需要整合安裝成一套音頻系統(tǒng)；多功能設備——集成商按照客戶的需求配置系統(tǒng)設備，滿足特定應用的需求；計算機程序的配套軟件即插件程序以及可以安裝到控制臺、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，設計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。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，給設計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處理器處理的信號都是數(shù)字化的，因此可以通過遠程編程改變系統(tǒng)參數(shù)。信號處理的數(shù)字化還方便了工程師們將信號以特定的格式存儲起來，并進行傳輸，讓音頻工程師進行自動操作性能設置的同時還能維護未經(jīng)處理的信號，以便以后使用，如MIDI這些控制協(xié)議的發(fā)展也讓DSP產(chǎn)品的功能得以擴展，如錄音功能以及實況音頻應用中的一些功能。

1 信號延遲

延遲是一個相對簡單的概念，在許多音頻產(chǎn)品中都采用到了延遲元件。作為音頻設備最為重要的一個部分，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)展促進了人們對擴聲系統(tǒng)中時序校準的理解和測試。有人會認為，DSP技術所帶來的最簡單的貢獻就是大大提高了系統(tǒng)的可懂度，這是任何其他技術都不能媲及的，而且集成電路芯片的發(fā)展也促進了更多更為復雜的DSP應用，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)置到擴聲系統(tǒng)中，被認作系統(tǒng)的保護器，因為反饋抑制產(chǎn)品的功用就是自動檢測并糾正實況環(huán)境中所產(chǎn)生的反饋聲。這些設備在識別何種原因?qū)е路答伮暤漠a(chǎn)生，什么時候會產(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。

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，可以讓設計商自行選擇哪一種設備最適合自身的系統(tǒng)設計(見圖一)。當系統(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)非常接近的時候，反饋設備就顯得更為重要，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)字信號鏈中。電路會連續(xù)采樣信號，當檢測到反饋聲的數(shù)字“信號”時，就會在該頻率激活一個相應的過濾器。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別反饋聲的某些信號，因為這些設備從本質(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對聲音“加色”，就會產(chǎn)生不理想的結果。但是，如果在調(diào)整得非常得當?shù)囊纛l系統(tǒng)中，反饋抑制器在系統(tǒng)保護中就會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)過該設備的信號的音頻頻率，高達6Hz。除非放大后的信號直接與原聲相比較，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行了移頻，而不是在原聲基礎上重新組建聲音，所以信號再生就不再可能。
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DSP產(chǎn)品能夠不斷消除其檢測到的反饋聲，其優(yōu)勢就是連續(xù)對整體數(shù)字信號進行檢測，并處理其他信號，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。任何擴聲系統(tǒng)(尤其是室內(nèi)環(huán)境)中，最頭疼的一個問題就是如何處理固定的外界噪音，如空氣處理設備、排泄管、風扇、前置放大器等設備發(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， 采用聲學工程解決方案成本通常都比較昂貴，因為經(jīng)常都要對HVAV設備和基礎架構產(chǎn)品進行更改。采用數(shù)字設備來采樣背景噪音，并將噪音消除掉，這是相當重要的，尤其是在視頻會議應用中，采用數(shù)字設備來消除背景噪音更為普遍，作用更是不可忽視。

圖2.簡化的電子擴聲系統(tǒng)