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(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(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(jīng)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)
4 動態(tài)處理
最早期的DSP應用中，動態(tài)處理是非常重要的一個應用，其中包括了壓縮、限制、擴展、門控以及各種設備的整合。在這個領域中，模擬電路雖然非常高級、先進，但DSP產品也緊跟其發(fā)展，在適應性、聲音質量和設備的細微差別方面沒有絲毫滯后。DSP產品能夠同步處理多個通道信號，使其在性價比方面非常突出，同時，DSP產品還能處理單個信號。除了獨立單元設備外，很多產品中都開始廣為采用動態(tài)處理技術，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(xù)推動動態(tài)處理技術的發(fā)展，尤其是沒有音頻工程師值守時，應用更加普遍。
5 均衡
在音頻擴聲系統(tǒng)中，均衡是極為重要。均衡在音頻擴聲系統(tǒng)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，但首要任務還是穩(wěn)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障礙而產生的反饋控制。
DSP均衡器不是簡單地取代了傳統(tǒng)的模擬電路，有了DSP均衡器，無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(tǒng)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路失真導致的過濾重疊區(qū)移相。
6 混合、切換和信號路由
在任何音頻系統(tǒng)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(shù)字服務。DSP在這些領域的應用有著很大的空間。TOA公司引領了混合器/路由器/信號處理器一體化的概念，其他生產商也隨之推出了一系列相應產品。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(tǒng)轉換成了“應用集中式”設計，這與線纜集中式設計相對立，主要是由于單個元件整合到多樣性應用中產生的效果。
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(shù)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(jù)自己的意愿來建立系統(tǒng)，如多功能會議室、舞廳、表演場所以及運動場所等。DSP發(fā)展有望加速音頻系統(tǒng)朝著由多功能DSP設備和音頻放大器組成這個方向的發(fā)展。
音頻效果包括了改變聲音動態(tài)特性的各種方法通常都是同時進行，或者伴隨著其他效果的產生。本質上講，這些效果都是由動態(tài)和平衡效果結合而產生，包括了回聲、混響聲、移相、項便、變頻濾波等。通常，在擴聲系統(tǒng)中(尤其是演講)都不會用到這些效果，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，為藝人表演產生更好的聲效。混響是最常用的效果之一——按規(guī)定路徑在實況擴聲系統(tǒng)產生混響。然而，混響技術在質量上有著很大的差異，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
DSP發(fā)展中，音調糾正和諧調是一個最新、最重要的方面。音頻行業(yè)中的一些領頭公司如DigiTech、Antares、TC-Helicon以及Eventide能夠將歌手的走調音自動調整到準確地音調位。該技術的硬件和軟件產品都已經(jīng)上市，讓音頻錄制得到了變革性的發(fā)展，并且該技術正在走向擴聲系統(tǒng)。變調是一種伴襯效果，在需要的時候調換歌手的聲音。諧調與音調糾正非常貼近，將變調音覆蓋在原始信號和糾正信號上層，或疊加在下層。諧調通常是在演唱中產生一定的間隔時間，形成幾個人在演唱的重唱效果。
9 回聲取消、抑制
在常見的擴聲系統(tǒng)應用中，回聲取消和回聲抑制的使用非常廣泛，都是重要的DSP工具。回聲取消最開始是應用到音頻會議和視頻會議系統(tǒng)中，現(xiàn)在成了會議室中清晰度和反饋控制中不可缺少的部分。音視頻會議領域的一些領頭公司(如Gentner，Clearone，VTEL以及寶利通)都將這些功能應用到了麥克風混合器、音視頻會議混合設備和視頻會議編碼器中。回聲取消器分析麥克風的音頻信號，并使用一個參照麥克風來測量會議室中的回聲信號。然后將回聲以及輸出信號產生原始反射和后續(xù)反射聲消除掉。隨著回聲消除技術的發(fā)展，功能逐步增多，增加了實時調節(jié)功能等。在回聲取消和抑制發(fā)展方面，以后可能還會包括更長的取消持續(xù)時間，降低成本，更高的取樣分辨率，融入到其他類型的音頻設備中。
10 電子建筑
在過去20多年中，音頻DSP的應用不斷發(fā)展，現(xiàn)在主要應用到了大型的多功能演出場所，DSP技術應用目的逐漸多樣化、異同化。“電子架構”或“電子擴聲適用于那些自身空間不適合用于表演的場所，例如影劇院、交響樂廳等通常都設計了反射場所和高度擴散功能。使用了DSP技術的電子建筑系統(tǒng)能夠模仿自然發(fā)射聲，將空間場所內聲音進行轉換，調整到該環(huán)境最適合的狀況。在某些省染色較輕的環(huán)境中，也能用到這種技術，并有意識地增加一些期望效果來模擬某個大廳或戶外聲音。
音頻領域的很多高級復雜的工程都是由好幾個廠商共同完成的，相關的技術和產品包括了協(xié)助共振系統(tǒng)(AR)、多通道混響系統(tǒng)(VRA)、多通道立體混響系統(tǒng)(MCA)、早期反射能量系統(tǒng)(ERES)，按需混響系統(tǒng)(RODS)，聲音控制系統(tǒng)(ACS)，聲音混響增強系統(tǒng)(LARES)，聲音性能增加系統(tǒng)(SIAP)以及主動音場控制系統(tǒng)(AFC)。雅馬哈公司推出的主動聲場控制系統(tǒng)(ACF)是電子建筑的一項創(chuàng)舉，作為一款集成產品，為聲學設計師和安裝商提供了更低成本的選擇方案。該技術與其他競爭對手產品不同之處在于，主動聲場控制系統(tǒng)是基于A-SF技術，采用了反饋回路，在無需改變物理情況下就能改進房間現(xiàn)有的聲學設備。ACF能夠改變觀眾對建筑聲音的聽覺感，如混響、喧鬧聲以及空間 感。此外，ACF還能增強早期反射，提高在非理想狀況下的聲音質量。通過隨時間改變的FIR(有限脈沖響)過濾器延長反射時間，增加FIR過濾器(統(tǒng)一分配增強后的發(fā)射聲音)增益，ACF能夠增加反射聲音，同時，通過增強側面反射聲音，還能加強聲音的空間感。系統(tǒng)還可進行調整，能夠存儲預設，將房間按照期望的效果進行配置。作為一款可編程的DSP產品，ACF還可進行升級。
二 結論
在過去20多年中，音頻DSP應用到了我們生活的方方面面。手機、電腦、家庭影院系統(tǒng)、語音識別系統(tǒng)以及其他應用都隨著設備的發(fā)展而發(fā)展。我們相信，隨著廠商不斷致力于處理能力的研發(fā)，DSP將會在我們生活中得到更廣泛的應用。