一 DSP的發展

在擴聲系統應用中，我們經常會將聲音信號轉換成數字信號(A/D)，并按照一定的格式進行處理之后，再由數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，許多音頻系統應用也面臨著由傳統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了DSP芯片的需求。但是，DSP并非簡單地替代傳統的模擬工具，而衍生在了更多的應用領域，讓更多的新技術得以應用、新產品性能優勢得以充分發揮。

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；多功能設備——集成商按照客戶的需求配置系統設備，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，充分發揮系統部件的優勢。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控制敞開了大門。由于DSP處理器處理的信號都是數字化的，因此可以通過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，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這些控制協議的發展也讓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的較大空間的距離。延遲元件的不斷發展促進了人們對擴聲系統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中，被認作系統的保護器，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(見圖一)。當系統的潛在音頻增益(Potential Audio Gain)與聲音環境的需求音頻增益(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，通常都把系統調整到反饋起點以下。

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濾器引入到了數字信號鏈中。電路會連續采樣信號，當檢測到反饋聲的數字“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的音頻系統中，反饋抑制器在系統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，其優勢就是連續對整體數字信號進行檢測，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都開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

4 動態處理

最早期的DSP應用中，動態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濟可行。智能和預查緩沖模式得以廣泛應用，將繼續推動動態處理技術的發展，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/機械性設備發展成了音頻/邏輯型設備，提供完整的數字服務。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元件設計成為數字混合，雙放大、3倍放大或者串聯電路后，設計商就能夠根據自己的意愿來建立系統，如多功能會議室、舞廳、表演場所以及運動場所等。DSP發展有望加速音頻系統朝著由多功能DSP設備和音頻放大器組成這個方向的發展。

音頻效果包括了改變聲音動態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，在擴聲系統中(尤其是演講)都不會用到這些效果，但這些都是DSP最創新、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——按規定路徑在實況擴聲系統產生混響。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發展中，音調糾正和諧調是一個最新、最重要的方面。音頻行業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上市，讓音頻錄制得到了變革性的發展，并且該技術正在走向擴聲系統。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中，現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反射聲消除掉。隨著回聲消除技術的發展，功能逐步增多，增加了實時調節功能等。在回聲取消和抑制發展方面，以后可能還會包括更長的取消持續時間，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的應用不斷發展，現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能夠模仿自然發射聲，將空間場所內聲音進行轉換，調整到該環境最適合的狀況。在某些省染色較輕的環境中，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助共振系統(AR)、多通道混響系統(VRA)、多通道立體混響系統(MCA)、早期反射能量系統(ERES)，按需混響系統(RODS)，聲音控制系統(ACS)，聲音混響增強系統(LARES)，聲音性能增加系統(SIAP)以及主動音場控制系統(AFC)。雅馬哈公司推出的主動聲場控制系統(ACF)是電子建筑的一項創舉，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(統一分配增強后的發射聲音)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、語音識別系統以及其他應用都隨著設備的發展而發展。我們相信，隨著廠商不斷致力于處理能力的研發，DSP將會在我們生活中得到更廣泛的應用。