El procesamiento de audio es complicado y, como tal, encontrará un DSP en el corazón de casi todos los equipos de procesamiento de audio modernos. Aunque es posible que los consumidores habituales no los conozcan, los DSP se integran en todo tipo de dispositivos de audio, incluidos teléfonos móviles, auriculares, interfaces de audio, mezcladores, altavoces y auriculares Bluetooth.
Los DSP se están convirtiendo lentamente en un elemento básico de todos los productos de audio modernos, entonces, ¿qué es exactamente un DSP? ¿Por qué son importantes, cómo funcionan y cómo afectan su experiencia auditiva?
¿Qué es un DSP?
DSP es un acrónimo de Digital Signal Processor. Como su nombre lo indica, un DSP es un microprocesador diseñado específicamente para el procesamiento de señales de audio. Un DSP es básicamente una CPU optimizada solo para resolver problemas de procesamiento de audio. Y al igual que una CPU, los chips DSP son piezas esenciales de hardware de audio que hacen posible la manipulación de audio digital. Los DSP se han vuelto tan importantes que es probable que su equipo de audio integre uno o varios DSP dentro de su circuito.
Usos comunes de DSP
Los DSP se utilizan en todo tipo de dispositivos electrónicos de audio cotidianos. Para comprender el impacto que tienen los DSP en su experiencia auditiva, aquí hay algunas aplicaciones de DSP que ya está usando:
- Ecualizadores de audio (EQ): Los DSP se utilizan para ecualizar todo tipo de música. La ecualización se utiliza en estudios de grabación para controlar el volumen de diferentes frecuencias de sonido. Sin ecualización, le resultaría difícil escuchar música, ya que las voces probablemente sonarían débiles. los instrumentos sonarían dispersos y los graves dominarían todas las frecuencias, lo que haría que el audio no fuera claro o fangoso.
- Cruces de audio activos: estos cruces de audio se utilizan para separar diferentes frecuencias de audio y asignarlas a diferentes altavoces diseñados para el rango de frecuencia de audio específico. Los cruces de audio se utilizan a menudo en estéreos de automóviles, sistemas de sonido envolvente y parlantes que utilizan controladores de parlantes de diferentes tamaños.
- Audio 3D para auriculares/auriculares: Puede lograr audio 3D usando cruces de altavoces junto con varios sistemas de sonido envolvente. Con un DSP discreto, sus auriculares y audífonos pueden procesar audio que permite una experiencia auditiva de sonido 3D sin altavoces. Los DSP pueden hacer esto simulando un escenario de sonido espacial que imita cómo se movería el sonido en el espacio 3D con solo usar los auriculares.
- Cancelación activa de ruido (ANC): La tecnología de cancelación activa de ruido utiliza un micrófono para grabar ruido de baja frecuencia y luego genera sonidos opuestos a las frecuencias de ruido grabadas. Este sonido generado se usa luego para cancelar el ruido ambiental antes de que llegue a los tímpanos. ANC solo es posible con la velocidad de procesamiento instantáneo de un DSP.
- Habla de campo lejano y reconocimiento de voz: Esta tecnología hace posible que su Google Home, Alexa y Amazon Echo reconozcan su voz de manera confiable. Los asistentes de voz utilizan CPU, DSP e IA para procesar datos y dar respuestas inteligentes a sus consultas y comandos.
¿Cómo funciona un DSP?
Todos los datos digitales, incluido el audio digital, se representan y almacenan como números binarios (1 y 0). El procesamiento de audio como EQ y ANC requiere la manipulación de estos 1 y 0 para lograr los resultados deseados. Se requiere un microprocesador como un DSP para manipular estos números binarios. Aunque también podría usar otros microprocesadores como una CPU, un DSP suele ser la mejor opción para las aplicaciones de procesamiento de audio.
Como cualquier microprocesador, un DSP utiliza una arquitectura de hardware y un conjunto de instrucciones.
La arquitectura de hardware dicta cómo funciona un procesador. Los DSP suelen utilizar arquitecturas como Von Neumann y Harvard Architecture. Estas arquitecturas de hardware más simples se utilizan a menudo en los DSP, ya que son lo suficientemente capaces de realizar el procesamiento de audio digital cuando se combinan con una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) optimizada.
Un ISA es lo que determina qué operaciones puede hacer un microprocesador. Básicamente es una lista de instrucciones etiquetadas por un código de operación (opcode) almacenado en la memoria. Cuando el procesador solicita un código de operación específico, ejecuta la instrucción que representa el código de operación. La instrucción común dentro de la ISA incluye funciones matemáticas como suma, resta, multiplicación y división.
Un chip DSP típico que utilice la arquitectura Harvard contendría los siguientes componentes:
- Memoria de programa: almacena el conjunto de instrucciones y los códigos de operación (ISA)
- Memoria de datos: almacena los valores que se van a procesar
- Compute Engine: ejecuta las instrucciones dentro de ISA junto con los valores almacenados en la memoria de datos
- Datos de entrada y salida de relés dentro y fuera del DSP utilizando protocolos de comunicación en serie
Ahora que está familiarizado con los diferentes componentes de un DSP, hablemos de cómo funciona un DSP típico. Aquí hay un ejemplo básico de cómo un DSP procesa las señales de audio entrantes:
- Paso 1: Se da un comando al DSP para procesar la señal de audio entrante.
- Paso 2: Las señales binarias de la grabación de audio entrante ingresan al DSP a través de sus puertos de entrada/salida.
- Paso 3: La señal binaria se almacena en la memoria de datos.
- Paso 4: El DSP ejecuta el comando alimentando el procesador aritmético del motor de cómputo con los códigos de operación apropiados de la memoria del programa y la señal binaria de la memoria de datos.
- Paso 5: El DSP envía el resultado con su puerto de entrada/salida al mundo real.
Ventajas de DSP sobre los procesadores de propósito general
Los procesadores de propósito general como la CPU pueden ejecutar varios cientos de instrucciones y empaquetar más transistores que un DSP. Estos hechos pueden plantear la pregunta de por qué los DSP son los microprocesadores preferidos para audio en lugar de la CPU más grande y compleja.
La principal razón por la que se usa DSP sobre otros microprocesadores es el procesamiento de audio en tiempo real. La simplicidad de la arquitectura de un DSP y el ISA limitado permiten que un DSP procese las señales digitales entrantes de manera confiable. Con esta característica, las actuaciones de audio en vivo pueden tener ecualización y filtros aplicados en tiempo real sin almacenamiento en búfer.
La rentabilidad de un DPS es otra razón importante por la que se utilizan en lugar de los procesadores de propósito general. A diferencia de otros procesadores que requieren hardware complejo e ISA con cientos de instrucciones, un DSP usa hardware más simple e ISA con un par de docenas de instrucciones. Esto hace que los DSP sean más fáciles, baratos y rápidos de fabricar.
Por último, los DSP son más fáciles de integrar con dispositivos electrónicos. Debido a su menor cantidad de transistores, los DSP requieren mucha menos energía y son físicamente más pequeños y livianos en comparación con una CPU. Esto permite que los DSP se adapten a dispositivos pequeños, como auriculares Bluetooth, sin preocuparse por la potencia y sin agregar demasiado peso y volumen al dispositivo.
Los DSP son componentes importantes en los dispositivos de audio modernos
Los DSP son componentes importantes de la electrónica relacionada con el audio. Sus propiedades pequeñas, livianas, rentables y energéticamente eficientes permiten que incluso los dispositivos de audio más pequeños ofrezcan funciones de cancelación activa de ruido. Sin los DSP, los dispositivos de audio tendrían que depender de procesadores de propósito general o incluso de dispositivos electrónicos voluminosos. componentes que requieren más dinero, espacio y potencia, al mismo tiempo que proporcionan una potencia de procesamiento más lenta.