前言
数字信号处理(DSP)在电声中的应用在近年来得到更引人注目的发展, 随着数字信号处理芯 片(IC)的开发和价格的下调,它们在电声中的应用也逐步由专业应用走向消费电子产品的应用。本文简单归纳其使用的一些方向。例举了MAXXBASS,DOLBY 和 ST 等公司的有关技术和相关 IC 作实例,说明数字信号处理(DSP)在电声中有其发展前景的基础, 目前的问题是如何在 市场上找到发展的切合点。最后,说明信号处理是电声系统中一个部分,它们的作用不是无限制的,只有在扬声器系统做到足够好的前提下才能发挥其可能的好作用。DSP 是什么?采用数字技术对信号的处理和管理.如图,模拟信号输入, 由模数变换成为数字信号,其信号经数字信号处理器处理后就送到数模变换又还原成模拟信号而输出。
◼有限的频率范围
在箱容积,效率,低频下限频率之间存在斯莫尔所说的制约关系
◼ 有限的振幅
低音和大功率需求都希望扬声器有尽可能大的振幅
◼ 声压的频率响应曲线
振幅响应不平坦,相位响应的线性不够理想
◼ 扬声器单元的尺寸和其辐射声压的指向性
有密切关联, 尺寸越大,升高的频率将伴随越向轴集中的声输出的扬声器系统的弱点。
◼ 有限的频率范围
在箱容积,效率,低频下限频率之间存在斯莫尔所说的制约关系
◼ 有限的振幅
低音和大功率需求都希望扬声器有尽可能大的振幅
◼ 声压的频率响应曲线
振幅响应不平坦,相位响应的线性不够理想
◼ 扬声器单元的尺寸和其辐射声压的指向性
有密切关联, 尺寸越大,升高的频率将伴随越向轴集中的声输出的。
◼ 有限的频率范围
在箱容积,效率,低频下限频率之间存在斯莫尔所说的制约关系
◼ 有限的振幅
低音和大功率需求都希望扬声器有尽可能大的振幅
◼ 声压的频率响应曲线
振幅响应不平坦,相位响应的线性不够理想
◼ 扬声器单元的尺寸和其辐射声压的指向性
有密切关联, 尺寸越大,升高的频率将伴随越向轴集中的声输出的DSP 可能的改进
◼ 对不产出低音输出的低音电信号切除,可增加扬声器系统的功率容量。
◼ 可对频率响应曲线的峰进行衰减,还可用这种频率均衡来有意加强某段频率,以达到某种效果.但不可能将频响谷值填平。
◼ 可以有虚拟低音效裹,如 MAXXBASS 和BBE 等。
◼ 以 DSP 为基础的电子分频器可在分频区产生更为理想的分频特性,振幅响应的调整更容易,相位响应线性化的搭接成为可能。
◼ 扬声器组阵的调整在振幅响应和相位响应两方面成为可能。
◼ 虚拟环绕声得以实施.
声信号处理的范围(广义)
◼ 存储
◼ 数据压缩
◼ 传输
◼ 声源移位
◼ 计算机音乐等电子声信号的生成
◼ 声信号的变换(线性和非线性),如
均衡
滤波
噪音消除
回声及混响的消除或添加
动态压缩和限幅
等
◼ 各种虚拟技术(声像移位,环绕声,虚拟低音等)
声信号处理的范围(常用)
专业用声信号的处理设备
◼ 模拟域声信号的处理早(1960 年代)已在专业产品上得到使用.在扩声系统和录音棚等场合,出现如下产品。
◼ 均衡器
◼ 混响器
◼ 延时器
◼ 电子分频器
◼ 效果器
◼ 降噪器
◼ 压限器
等
◼ 1980 年代以后,由于数字技术的进展,许多设备添加数字信号处理功能,左面所列设备向数字化进军,产生功能更强大,应用更广泛的声信号的处理设备，有的延用原来的名称,有的采用综合功能,入称为数字效果器等。
为什么要数字化?(模拟和数字的比较)
◼ 性能的提高:
在 44.1KHz 采样频率和 16 位字长的PCM 编码时就容易保证如下指标:
S/N 比 90dB
THD 小于0.05%
频率响应(20Hz-20KHz)
不均匀度 小于+-0.05dB
◼ 功能大大提高
比如数字滤波器有了更多的选择,
如 FIR(Finite Impulse Response )滤波器
就是模拟滤波器没法对应的,它们的最大特点是能调整幅拼响应的同时,调整相位响应，而IIR(Infinite impulse response )滤波器能比模拟滤波器获得陡峭的衰减特性。
◼ 产品的一致性提高了,使用的外围元件数减少,可靠性提高,更适合于大批量生产。
◼ 应用的灵活性
I2C 总线的存在可改变 IC 使用参数。
◼ 存在的困难在于 IC 本身的成本以及设计的特殊性。
DSP 进入消费性电子产品
◼ 由于IC 工业本身近年来的发展,特别是带DSP 功能的IC 的价格已经下调到几个美元的数量级,这几年DSP 进入消费性电子产品已成为大势所趋。
◼ 比如 TL,MOTOROLA,ANALOG 等大牌 IC 公司已有多种 IC 供用户使用，而许多 IC公司包括中小规模的 IC 公司也已开发出各种用于改进扬声器系统品质和提高音质效果乃至产生虚拟环绕声效果的 IC。
本文将在下文例举 MAXXBASS,DOLBY 和 ST 等公司的有关技术和相关 IC 作实例 。
MaxxBass 概要
◼ MaxxBass 可以非常显著的提升扬声器设计的灵活性
◼ 在扬声器的低频频率响应上最多可提高 1.5 个八度
◼ 允许较小的扬声器和较低的能量消耗
◼ 可提供低成本的复合信号 ASIC
◼ 可提供小型低音扬声器参考设计
◼ MaxxBass 不是低音增强的技术。它不是通过使扬声器过载来增加它的低频响应。
它用心理声学的方式产生低音的扩展。
◼ 详情见MaxxBass 的附件,或上网站
www.maxxbass.com
DOLBY 公司的虚拟扬声器
◼ 通过杜比虚拟扬声器技术，仅仅使用两只扬声器，在你的前方以传统立体声方式摆
位，就能够感受到仿佛是由五只扬声器的复杂家庭影院系统所产生的环绕效果。
◼ 详情可上网站
www.dolby.com
DOLBY 公司的 DOLBY 耳机
◼ 杜比耳机技术是一种革命性的信号处理系统，它可以处理最高达五个声道的音频信号，输入的音源可以是任何类型，听起来的效果让你感觉似乎置身多只扬声器包围的听音室中。传统方式聆听耳机时所产生的“脑内结像效果”被宽广、自然的声场所取代，你可以长时间聆听也不会觉得疲劳。
◼ 详情可上网站
www.dolby.com
ST 公司的STV82 系列 IC
◼ 这一个系列的 IC 是电视机用的数字声频处理器,它们用于需要多声道和虚拟环绕声功能的模拟和数字电视机.它们在声信号的处理上有许多功能，以8257 为例。
扬声器方面
◼ Dolby?Pro Logic II
◼ Decoder with Bass Management
◼ SRS?WOW™ or TruSurround XT™ including Virtual Dolby Surround and Virtual Dolby
◼ 详情可上网站:www.st.com
◼ ST WideSurround
◼ ST OmniSurround
◼ ST Dynamic Bass
◼ 5-band Equalizer or Bass-Treble
◼ Loudness
◼ Smart Volume Control
◼ Volume/Balance/Soft-mute
◼ Beeper
◼ Video Processing Delay Compensation
◼ I2S 数字音频接口
◼ I2C 总线控制
◼ 80 脚TPQF 封装
问题和前景
◼ 带 DSP 功能的 IC 在电声上的应用还在发展中，就 IC 供应方面讲,其价格已为市场接受，但是功能和成本的优化还显不足，IC 供应方面的设计需要成品整机按需求提出设计要求。
◼ 成品整机的设计师在 DSP 程序调控上经验不足.不少电路工程师缺乏对扬声器和声场的了解，成功的系统设计应是目标。
◼ 广告宣传上有误导,似乎DSP 的应用可以全部地改正扬声器的缺点，事实上,DSP 只能改变电信号。
好的扬声器+合适的DSP IC 的运用=更好的设计。
没有好的扬声器,烂用 DSP 不能带来好的音质。
不好的扬声器+DSP IC 的运用=?
基础仍是要把扬声器做好.要以系统优化的观点来指导DSP 的应用。
