擴聲系統中的DSP問(wèn)題解析

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

　　觀(guān)眾對聲音質(zhì)量的要求越來(lái)越高，消費市場(chǎng)的龐大潛力激發(fā)了DSP芯片的需求。但是，DSP并非簡(jiǎn)單地替代傳統的模擬工具，而衍生在了更多的應用領(lǐng)域，讓更多的新技術(shù)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(gè)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；多功能設備——集成商按照客戶(hù)的需求配置系統設備，滿(mǎn)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(wú)論是什么類(lèi)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，充分發(fā)揮系統部件的優(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(lèi)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控制敞開(kāi)了大門(mén)。由于DSP處理器處理的信號都是數字化的，因此可以通過(guò)遠程編程改變系統參數。信號處理的數字化還方便了工程師們將信號以特定的格式存儲起來(lái)，并進(jìn)行傳輸，讓音頻工程師進(jìn)行自動(dòng)操作性能設置的同時(shí)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(shí)況音頻應用中的一些功能。

　　1 信號延遲

　　延遲是一個(gè)相對簡(jiǎn)單的概念，在許多音頻產(chǎn)品中都采用到了延遲元件。作為音頻設備最為重要的一個(gè)部分，在微觀(guān)角度上來(lái)講，延遲就是從聽(tīng)覺(jué)上將傳感器在交叉環(huán)境中排列，從宏觀(guān)角度上來(lái)講，就是補償傳感器在傳輸中被干擾出現的較大空間的距離。延遲元件的不斷發(fā)展促進(jìn)了人們對擴聲系統中時(shí)序校準的理解和測試。有人會(huì )認為，DSP技術(shù)所帶來(lái)的最簡(jiǎn)單的貢獻就是大大提高了系統的可懂度，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)品通常都內置到擴聲系統中，被認作系統的保護器，因為反饋抑制產(chǎn)品的功用就是自動(dòng)檢測并糾正實(shí)況環(huán)境中所產(chǎn)生的反饋聲。這些設備在識別何種原因導致反饋聲的產(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(zhù)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設計(見(jiàn)圖一)。當系統的潛在音頻增益(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，反饋設備就顯得更為重要，在這種情形下，通常都把系統調整到反饋起點(diǎn)以下。

　　最早的反饋抑制器都是基于參數均衡器的方式，例如，他們將各種不同的過(guò)濾器引入到了數字信號鏈中。電路會(huì )連續采樣信號，當檢測到反饋聲的數字“信號”時(shí)，就會(huì )在該頻率激活一個(gè)相應的過(guò)濾器。過(guò)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(lèi)產(chǎn)品通常都被一些著(zhù)名的公司壟斷著(zhù)，如Sabine，Shure、dbx、Peavey、Roland、Behringer、Samson等。當然，這些產(chǎn)品也存在著(zhù)一定的局限性，最明顯的問(wèn)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(lái)講仍是均衡器，由于相位誤差和頻率等高線(xiàn)問(wèn)題可能會(huì )對聲音“加色”，就會(huì )產(chǎn)生不理想的結果。但是，如果在調整得非常得當的音頻系統中，反饋抑制器在系統保護中就會(huì )起到不可估量的作用。

　　第二類(lèi)反饋抑制器就是“移頻”類(lèi)，這是由Polyfusion公司推廣起來(lái)的。這類(lèi)反饋聲抑制器能夠持續轉換所有經(jīng)過(guò)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(guān)眾就不能輕易察覺(jué)到。使用這類(lèi)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)勢就是連續對整體數字信號進(jìn)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(chǎng)家的產(chǎn)品大多數都開(kāi)始融入了噪音抑制或取消功能。任何擴聲系統(尤其是室內環(huán)境)中，最頭疼的一個(gè)問(wèn)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(fēng)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信噪比和可識別度，讓觀(guān)眾很容易產(chǎn)生疲勞感。要解決這些問(wèn)題， 采用聲學(xué)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(jìn)行更改。采用數字設備來(lái)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(huì )議應用中，采用數字設備來(lái)消除背景噪音更為普遍，作用更是不可忽視。

圖2.簡(jiǎn)化的電子擴聲系統

　　4 動(dòng)態(tài)處理

　　最早期的DSP應用中，動(dòng)態(tài)處理是非常重要的一個(gè)應用，其中包括了壓縮、限制、擴展、門(mén)控以及各種設備的整合。在這個(gè)領(lǐng)域中，模擬電路雖然非常高級、先進(jìn)，但DSP產(chǎn)品也緊跟其發(fā)展，在適應性、聲音質(zhì)量和設備的細微差別方面沒(méi)有絲毫滯后。DSP產(chǎn)品能夠同步處理多個(gè)通道信號，使其在性?xún)r(jià)比方面非常突出，同時(shí)，DSP產(chǎn)品還能處理單個(gè)信號。除了獨立單元設備外，很多產(chǎn)品中都開(kāi)始廣為采用動(dòng)態(tài)處理技術(shù)，尤其是在混合器、前置放大器和矩陣路由器中的應用更為廣泛。DSP成本較低，使用多個(gè)頻率帶處理器經(jīng)濟可行。智能和預查緩沖模式得以廣泛應用，將繼續推動(dòng)動(dòng)態(tài)處理技術(shù)的發(fā)展，尤其是沒(méi)有音頻工程師值守時(shí)，應用更加普遍。

　　5 均衡

　　在音頻擴聲系統中，均衡是極為重要。均衡在音頻擴聲系統中的作用就如信號通道中的放大器作用一樣基礎、重要，音視頻行 業(yè)內的很多人士對均衡處理都非常熟悉，使用均衡器的目的有很多，但首要任務(wù)還是穩定音頻信號，彌補房間的各種缺陷，以及由突出聲波或其他聲學(xué)障礙而產(chǎn)生的反饋控制。

　　DSP均衡器不是簡(jiǎn)單地取代了傳統的模擬電路，有了DSP均衡器，無(wú)論是在離散頻率控制還是在變頻頻率控制，或是兩種整合情形下，音頻工程師都能夠自主選擇系統最合適的均衡器。最重要的是，高級DSP均衡器能夠克服由于線(xiàn)路失真導致的過(guò)濾重疊區移相。

　　6 混合、切換和信號路由

　　在任何音頻系統中，混合器、切換器和信號路由器都屬于最基本的必不可少的元件。在20多年里，這些元器件逐漸由音頻/機械性設備發(fā)展成了音頻/邏輯型設備，提供完整的數字服務(wù)。DSP在這些領(lǐng)域的應用有著(zhù)很大的空間。TOA公司引領(lǐng)了混合器/路由器/信號處理器一體化的概念，其他生產(chǎn)商也隨之推出了一系列相應產(chǎn)品。其中的一些設備幾乎包括了我們本文中談及到DSP工具的一切功能。一體化設備的應用在許多情況下將音頻系統轉換成了“應用集中式”設計，這與線(xiàn)纜集中式設計相對立，主要是由于單個(gè)元件整合到多樣性應用中產(chǎn)生的效果。

　　7 允許重新配置

　　混合器、切換器和路由器一體化后，只要把DSP元件設計成為數字混合，雙放大、3倍放大或者串聯(lián)電路后，設計商就能夠根據自己的意愿來(lái)建立系統，如多功能會(huì )議室、舞廳、表演場(chǎng)所以及運動(dòng)場(chǎng)所等。DSP發(fā)展有望加速音頻系統朝著(zhù)由多功能DSP設備和音頻放大器組成這個(gè)方向的發(fā)展。

　　音頻效果包括了改變聲音動(dòng)態(tài)特性的各種方法通常都是同時(shí)進(jìn)行，或者伴隨著(zhù)其他效果的產(chǎn)生。本質(zhì)上講，這些效果都是由動(dòng)態(tài)和平衡效果結合而產(chǎn)生，包括了回聲、混響聲、移相、項便、變頻濾波等。通常，在擴聲系統中(尤其是演講)都不會(huì )用到這些效果，但這些都是DSP最創(chuàng )新、有趣的應用。這些效果主要應用到演出中，為藝人表演產(chǎn)生更好的聲效?；祉懯亲畛Ｓ玫男Ч弧匆幎窂皆趯?shí)況擴聲系統產(chǎn)生混響。然而，混響技術(shù)在質(zhì)量上有著(zhù)很大的差異，是DSP設計商考慮的最為重要的部分。

　　8 音調糾正、變調和諧調