Le traitement audio est compliqué, et en tant que tel, vous trouverez un DSP au cœur de presque tous les équipements de traitement audio modernes. Bien que les consommateurs réguliers ne les connaissent peut-être pas, les DSP s'intègrent dans toutes sortes d'appareils audio, y compris les téléphones portables, les écouteurs, les interfaces audio, les mélangeurs, les haut-parleurs et les écouteurs Bluetooth.
Les DSP deviennent lentement un élément de base de tous les produits audio modernes, alors qu'est-ce qu'un DSP exactement? Pourquoi sont-ils importants, comment fonctionnent-ils et comment affectent-ils votre expérience d'écoute ?
Qu'est-ce qu'un DSP ?
DSP est l'acronyme de Digital Signal Processor. Comme son nom l'indique, un DSP est un microprocesseur spécialement conçu pour le traitement du signal audio. Un DSP est essentiellement un processeur optimisé uniquement pour résoudre les problèmes de traitement audio. Et tout comme un processeur, les puces DSP sont des éléments essentiels du matériel audio qui rendent possibles les manipulations audio numériques. Les DSP sont devenus si importants que votre équipement audio intègre probablement un ou quelques DSP dans leurs circuits.
Utilisations courantes du DSP
Les DSP sont utilisés dans toutes sortes d'électronique audio quotidienne. Pour comprendre l'impact des DSP sur votre expérience d'écoute, voici quelques applications DSP que vous utilisez déjà :
- Égaliseurs audio (EQ): Les DSP sont utilisés pour égaliser tous les types de musique. L'égalisation est utilisée dans les studios d'enregistrement pour contrôler le volume des différentes fréquences sonores. Sans égalisation, vous auriez du mal à écouter de la musique car les voix seraient probablement faibles, les instruments sonneraient dispersés et les basses domineraient toutes les fréquences, rendant le son peu clair ou boueux.
- Filtres audio actifs: Ces croisements audio sont utilisés pour séparer différentes fréquences audio et les affecter à différents haut-parleurs conçus pour la plage de fréquences audio spécifique. Les croisements audio sont souvent utilisés dans les autoradios, les systèmes de son surround et les haut-parleurs qui utilisent des haut-parleurs de différentes tailles.
- Audio 3D casque/écouteur: Vous pouvez obtenir un son 3D en utilisant croisements de haut-parleurs de même que divers systèmes de son surround. Avec un DSP discret, vos écouteurs et écouteurs peuvent traiter l'audio qui permet une expérience d'écoute sonore 3D sans haut-parleurs. Les DSP peuvent le faire en simulant une scène sonore spatiale qui imite la façon dont le son se déplacerait dans l'espace 3D simplement en utilisant votre casque.
- Annulation active du bruit (ANC): La technologie de suppression active du bruit utilise un microphone pour enregistrer le bruit basse fréquence, puis génère des sons opposés aux fréquences de bruit enregistrées. Ce son généré est ensuite utilisé pour annuler le bruit ambiant avant qu'il n'atteigne vos tympans. L'ANC n'est possible qu'avec la vitesse de traitement instantanée d'un DSP.
- Discours en champ lointain et reconnaissance vocale: Cette technologie permet à votre Google Home, Alexa et Amazon Echo de reconnaître votre voix de manière fiable. Les assistants vocaux utilisent le CPU, le DSP et l'IA pour traiter les données et donner intelligemment des réponses à vos requêtes et commandes.
Comment fonctionne un DSP ?
Toutes les données numériques, y compris l'audio numérique, sont représentées et stockées sous forme de nombres binaires (1 et 0). Le traitement audio tel que l'égaliseur et l'ANC nécessite la manipulation de ces 1 et 0 pour obtenir les résultats souhaités. Un microprocesseur tel qu'un DSP est nécessaire pour manipuler ces nombres binaires. Bien que vous puissiez également utiliser d'autres microprocesseurs comme un processeur, un DSP est souvent le meilleur choix pour les applications de traitement audio.
Comme tout microprocesseur, un DSP utilise une architecture matérielle et un jeu d'instructions.
L'architecture matérielle dicte comment fonctionne un processeur. Les DSP utilisent souvent des architectures telles que Von Neumann et Harvard Architecture. Ces architectures matérielles plus simples sont souvent utilisées dans les DSP car elles sont suffisamment capables d'effectuer un traitement audio numérique lorsqu'elles sont associées à une architecture de jeu d'instructions (ISA) simplifiée.
Un ISA est ce qui détermine les opérations qu'un microprocesseur peut effectuer. Il s'agit essentiellement d'une liste d'instructions étiquetées par un code d'opération (opcode) stocké en mémoire. Lorsque le processeur appelle un opcode spécifique, il exécute l'instruction représentée par l'opcode. L'instruction commune au sein de l'ISA comprend des fonctions mathématiques telles que l'addition, la soustraction, la multiplication et la division.
Une puce DSP typique utilisant l'architecture Harvard contiendrait les composants suivants :
- Program Memory-Stores jeu d'instructions et opcodes (ISA)
- Mémoire de données-stocke les valeurs à traiter
- Compute Engine - Exécute les instructions dans l'ISA avec les valeurs stockées dans la mémoire de données
- Données d'entrée et de sortie-relais entrant et sortant du DSP à l'aide de protocoles de communication série
Maintenant que vous êtes familiarisé avec les différents composants d'un DSP, parlons du fonctionnement d'un DSP typique. Voici un exemple de base de la façon dont un DSP traite les signaux audio entrants :
- Étape 1: Une commande est donnée au DSP pour traiter le signal audio entrant.
- Étape 2: Les signaux binaires de l'enregistrement audio entrant entrent dans le DSP via ses ports d'entrée/sortie.
- Étape 3: Le signal binaire est stocké dans la mémoire de données.
- Étape 4: Le DSP exécute la commande en alimentant le processeur arithmétique du moteur de calcul avec les opcodes appropriés de la mémoire de programme et le signal binaire de la mémoire de données.
- Étape 5 : Le DSP envoie le résultat avec son port d'entrée/sortie au monde réel.
Avantages du DSP par rapport aux processeurs à usage général
Les processeurs à usage général comme le CPU peuvent exécuter plusieurs centaines d'instructions et contenir plus de transistors qu'un DSP. Ces faits peuvent soulever la question de savoir pourquoi les DSP sont les microprocesseurs préférés pour l'audio au lieu du processeur plus gros et plus complexe.
La principale raison pour laquelle le DSP est utilisé par rapport aux autres microprocesseurs est le traitement audio en temps réel. La simplicité de l'architecture d'un DSP et son ISA limité permettent à un DSP de traiter de manière fiable les signaux numériques entrants. Avec cette fonctionnalité, les performances audio en direct peuvent avoir une égalisation et des filtres appliqués en temps réel sans mise en mémoire tampon.
La rentabilité d'un DPS est une autre grande raison pour laquelle ils sont utilisés par rapport aux processeurs à usage général. Contrairement à d'autres processeurs qui nécessitent un matériel complexe et des ISA avec des centaines d'instructions, un DSP utilise un matériel plus simple et des ISA avec quelques dizaines d'instructions. Cela rend les DSP plus faciles, moins chers et plus rapides à fabriquer.
Enfin, les DSP sont plus faciles à intégrer aux appareils électroniques. En raison de leur faible nombre de transistors, les DSP nécessitent beaucoup moins d'énergie et sont physiquement plus petits et plus légers par rapport à un processeur. Cela permet aux DSP de s'adapter à de petits appareils tels que des écouteurs Bluetooth sans se soucier de l'alimentation et sans ajouter trop de poids et de volume à l'appareil.
Les DSP sont des composants importants des appareils audio modernes
Les DSP sont des composants importants de l'électronique liée à l'audio. Ses propriétés compactes, légères, économiques et écoénergétiques permettent même aux plus petits appareils audio d'offrir des fonctions de suppression active du bruit. Sans DSP, les appareils audio devraient s'appuyer sur des processeurs à usage général ou même sur des appareils électroniques encombrants. composants qui nécessitent plus d'argent, d'espace et de puissance, tout en offrant une puissance de traitement plus lente.
