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，我們經常會將聲音信號轉換成數(shù)字信號(A/D)，并按照一定的格式進行處理之后，再由數(shù)字信號轉換成聲音信號(D/A)，而且進行信號轉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)的模擬電路轉向新型變革。

觀眾對聲音質量的要求越來越高，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音頻產品生產商都生產多種不同格式、類型的產品，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

聲音反饋抑制產品通常都內置到擴聲系統(tǒng)中，被認作系統(tǒng)的保護器，因為反饋抑制產品的功用就是自動檢測并糾正實況環(huán)境中所產生的反饋聲。這些設備在識別何種原因導致反饋聲的產生，什么時候會產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整，直至反饋聲被完全控制為止。這類產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”，就會產生不理想的結果。但是，如果在調整得非常得當?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)轉換所有經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公司生產的反饋聲取消器。這款高級DSP產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，因為經常都要對HVAV設備和基礎架構產品進行更改。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)