雖然目前音頻源主要由數(shù)字媒體（CD，DVD，Internet）組成，但大多數(shù)音頻處理仍停留在模擬域中。現(xiàn)在是時(shí)候?qū)⒁纛l處理遷移到數(shù)字了。

在過去的二十年中，音頻技術(shù)經(jīng)歷了許多進(jìn)步。從 20 年前推出 CD 開始，發(fā)展到 MiniDisk 和 DAT，今天我們可以選擇高分辨率音頻格式，例如 DVD 音頻、SACD 以及 MP3 令人難以置信的靈活性和存儲密度。所有這些進(jìn)步都集中在音樂的存儲介質(zhì)上。但是，音頻信號從存儲介質(zhì)中取出后如何處理呢？它如何到達(dá)系統(tǒng)的輸出？當(dāng)前的“數(shù)字”系統(tǒng)是真正的數(shù)字化嗎？今天的絕大多數(shù)系統(tǒng)都不是。

在音頻/視頻（A/V）接收器中，由于杜比數(shù)字解碼的性質(zhì)，數(shù)字信號處理變得流行，但幾乎所有流行的音頻系統(tǒng)，如微型組件，汽車立體聲和PC揚(yáng)聲器，仍在使用模擬信號處理技術(shù)。

其原因是，早期的數(shù)字解決方案基于通用數(shù)字信號處理器（DSP），具有獨(dú)立的D/A和A/D轉(zhuǎn)換IC，在硬件和編程方面具有巨大的開銷。因此，數(shù)字解決方案的實(shí)施一直很困難，而且成本高得令人望而卻步。

現(xiàn)在，在主要消費(fèi)類系統(tǒng)完成向全數(shù)字媒體的交叉之際，ADI公司推出了AD1954，這是新型高性價(jià)比產(chǎn)品的首款成員。西格瑪數(shù)字操作系統(tǒng)?系列—第一個(gè)直接解決將音頻專用 DSP 與高性能音頻轉(zhuǎn)換器集成在單個(gè) IC 上的基本問題的解決方案。

該系列數(shù)字聲音處理器件以AD1954為首，提供：

集成轉(zhuǎn)換器（112 dB SNR）的專業(yè)品質(zhì)數(shù)字聲音處理

零麻煩的編程，以及高度用戶友好的圖形配置工具

非常低的價(jià)格，這使得大多數(shù)系統(tǒng)能夠提供數(shù)字技術(shù)的卓越音質(zhì)。

AD1954里面有什么？

AD1954是一款預(yù)編程、完全可配置的數(shù)字音頻處理器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。它針對 2.0（左/右）和 2.1（左/右 + 低音炮）配置進(jìn)行了優(yōu)化，并包含以下處理模塊：

3 合 1 數(shù)字信號源選擇器

立體聲 7 頻段均衡器（48 位雙精度濾波器）

專業(yè)品質(zhì)動態(tài)處理器（雙頻結(jié)構(gòu)）

帕特?立體空間增強(qiáng)

揚(yáng)聲器位置調(diào)整延遲

用于獨(dú)立低音炮處理的分頻器

音量控制

三個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （112dB SNR），用于左低音炮、右低音炮和低音炮輸出。

所有參數(shù)均可由系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員完全配置。這樣可以縮短設(shè)計(jì)周期，同時(shí)可以完全靈活地根據(jù)每個(gè)市場和客戶的特定要求調(diào)整系統(tǒng)。

圖1.SigmaDSP架構(gòu)。

SigmaDSP中使用哪種DSP內(nèi)核？

這些產(chǎn)品中使用的 DSP 內(nèi)核是全新的，它針對音頻處理的要求進(jìn)行了優(yōu)化（圖 2）。大幅減少執(zhí)行給定音頻算法所需的周期數(shù)的功能包括用于雙精度和動態(tài)處理的硬件加速器。DSP 內(nèi)核基于 26 × 22 乘法累加引擎和雙 48 位累加器。輸入字長為24位，但內(nèi)核內(nèi)部分辨率為26位（3.23格式），可提供兩個(gè)額外的位，增益高達(dá)+12 dB。由于+12 dB增益在許多音頻算法中很常見，因此在大多數(shù)應(yīng)用中不需要縮放。

所有濾波器均利用特殊的硬件加速器以 48 位雙精度分辨率計(jì)算。雙精度確保低頻IIR濾波器可以工作，而不會產(chǎn)生導(dǎo)致可聽見的偽影的限制周期問題。

核心存儲器包括 2.5 KB 的程序 RAM、2.5 KB 的程序 ROM 和 1 KB 的參數(shù) RAM。所有存儲器均可通過SPI接口直接訪問，該接口使用自尋址32位格式（8位地址，24位數(shù)據(jù)），允許單周期訪問任何存儲器位置。AD1954的內(nèi)部時(shí)鐘速率為25 MHz，由于硬件加速，相當(dāng)于通用DSP的約50 MIPS。

圖2.SigmaDSP處理內(nèi)核。

SigmaDSP圖形用戶界面（GUI）為設(shè)計(jì)人員提供了實(shí)時(shí)的全面設(shè)置控制。

SigmaDSP技術(shù)既面向經(jīng)驗(yàn)豐富的數(shù)字設(shè)計(jì)師，也適用于熟悉其音頻系統(tǒng)但又不想深入了解低級DSP編程復(fù)雜性的模擬設(shè)計(jì)師。要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)，需要一種可以直觀操作的工具，但可以實(shí)時(shí)控制整個(gè)信號流。

解決方案是AD1954圖形用戶界面（GUI），如圖3所示。它以圖形方式表示AD1954的信號流，因此其使用非常直觀。信號鏈中的每個(gè)參數(shù)，包括濾波器系數(shù)、體積設(shè)置和動態(tài)處理功能，都可以直接實(shí)時(shí)訪問和更改。GUI通過PC的打印機(jī)端口連接到AD1954評估板。通過這種方式，任何參數(shù)更改都會以SPI格式發(fā)送到AD1954，并立即生效（實(shí)時(shí)）。

雖然SigmaDSP GUI旨在作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的專用工具，但它也可以（以修改版本）提供給熱情的最終用戶。通過此PC界面，用戶可以通過筆記本電腦進(jìn)行完全控制。

圖3.SigmaDSP 圖形用戶界面。

為什么專業(yè)品質(zhì)的動態(tài)處理如此重要？

中小型系統(tǒng)，尤其是汽車音響系統(tǒng)，通常受到放大器和揚(yáng)聲器功率的限制。有幾個(gè)潛在的限制因素：在汽車系統(tǒng)中，障礙只是 12V 電源，它將最大輸出功率限制在 20 歐姆的最大輸出功率約為 4 W rms，或 40 歐姆的最大輸出功率限制在 2 W rms。在微型元件中，變壓器尺寸存在空間限制，并且存在熱限制。另一個(gè)因素是揚(yáng)聲器均衡：在中小型系統(tǒng)中，我們通常看到包含小型揚(yáng)聲器的小型機(jī)柜。一種流行的解決方案是使用相對重的均衡，特別是在低音部分（低音增強(qiáng)），要求在低頻下增加功率，以補(bǔ)償這種聲學(xué)上不完美的設(shè)置。最后（由年輕一代推動），有一個(gè)共同的愿望 - 如果不是需求 - 這些系統(tǒng)具有高最大容量。

有限的放大器功率、重低音均衡和系統(tǒng)顯著的總響度的組合很容易導(dǎo)致放大器飽和并開始引入嚴(yán)重失真，從而導(dǎo)致不滿意和煩人的聆聽體驗(yàn)。過去，解決此問題的嘗試通常使用原始削波信號檢測器，這避免了削波，但導(dǎo)致偽像幾乎與削波失真本身一樣糟糕。AD1954 SigmaDSP具有專業(yè)品質(zhì)的雙頻動態(tài)處理器，可以無偽影控制系統(tǒng)限制。

提高系統(tǒng)的清晰度和響度

圖4和圖5顯示了沒有任何動態(tài)處理且具有軟膝蓋壓縮器/限幅器功能的傳遞函數(shù)示例。通過使用圖5所示的功能，AD1954的專業(yè)品質(zhì)動態(tài)處理可以自然地處理削波電平，從而在高音量下降低失真。這有效地允許用戶將系統(tǒng)音量調(diào)高約 10 dB。音量增加 10 dB 表示體驗(yàn)到的聲壓級翻倍，因此用戶可以運(yùn)行他的系統(tǒng)兩倍的音量。

這在放大器和揚(yáng)聲器功率有限的小型系統(tǒng)中尤其重要。

圖4.如果沒有動態(tài)處理，如果允許音頻信號線性增加到剪輯級別以上，音頻信號將變得越來越失真。

圖5.通過動態(tài)處理，可以動態(tài)調(diào)整增益以產(chǎn)生精確的壓縮，因此峰值幅度不會超出放大器/揚(yáng)聲器系統(tǒng)的限制。

實(shí)際調(diào)整

SigmaDSP動態(tài)處理器的可任意可調(diào)傳遞函數(shù)允許許多其他應(yīng)用，并且完全的靈活性允許用戶將多個(gè)應(yīng)用程序組合到同一設(shè)備中。

道路噪聲補(bǔ)償

SigmaDSP動態(tài)處理的一個(gè)強(qiáng)大應(yīng)用是汽車系統(tǒng)。除了復(fù)雜的均衡策略和失真處理外，還可以補(bǔ)償汽車內(nèi)部的嘈雜環(huán)境。雖然噪聲本身無法降低（盡管正在進(jìn)行主動降噪研究項(xiàng)目），但改善聆聽體驗(yàn)的唯一實(shí)用方法是使柔和信號更響亮。這對于古典音樂尤其重要，因?yàn)榇髣討B(tài)范圍和許多安靜的音樂段落很常見。

通過在AD1954中編程適當(dāng)?shù)膫鬟f函數(shù)，可以壓縮低于特定閾值的信號，并且可以放大音樂電平以保持高于道路噪聲的水平。該技術(shù)的最終用途可以在OEM汽車系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，其中來自車速表的信號和RPM控制信號可以根據(jù)速度（風(fēng)噪聲）和發(fā)動機(jī)RPM（電機(jī)噪聲）改變補(bǔ)償比。任何在汽車音響系統(tǒng)中體驗(yàn)過智能道路噪聲補(bǔ)償策略的人都不想再沒有它（也許除了 20 年中期千-世紀(jì)勞斯萊斯司機(jī)。

午夜模式

SigmaDSP動態(tài)處理技術(shù)特殊用途的最后一個(gè)例子是補(bǔ)償電影音軌中響度的突然變化。似乎在家里，配樂的響度——尤其是在動作片中——永遠(yuǎn)不會正確（你的遙控手指最清楚這一點(diǎn)）。一個(gè)原因是電影院的配樂通常是混合的。在電影院中，聲學(xué)體驗(yàn)是整個(gè)電影體驗(yàn)的基本要素，而大的動態(tài)變化是導(dǎo)演用來產(chǎn)生興奮的工具。在電影院里，沒有人會被打擾。在家里，這一切都不同。雖然我們?nèi)匀幌Ｍ娪绑w驗(yàn)盡可能好，但我們必須避免吵醒孩子或附近的鄰居。

“午夜”模式可以通過減小音軌的動態(tài)范圍來自動處理這個(gè)煩人的問題。為了實(shí)現(xiàn)此功能，使用了與用于動態(tài)剪輯控制的傳遞函數(shù)類似的傳遞函數(shù)，但閾值要低得多。為避免聲音偽影，需要像AD1954中實(shí)現(xiàn)的專業(yè)型雙頻動態(tài)處理器。

兩對音軌（圖 6）用于聲音，然后是動作場景（炸彈爆炸）。可以看到，雖然當(dāng)午夜模式打開時(shí)，動作場景的動態(tài)范圍會減小，但聲音會保持在同一水平。

圖6.在午夜模式下，高電平被抑制而不會影響正常水平。

總結(jié)

隨著SigmaDSP技術(shù)的引入，聽音樂和電影的體驗(yàn)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。處理性能、轉(zhuǎn)換器技術(shù)和復(fù)雜的算法，以前只有專業(yè)錄音室的所有者知道，現(xiàn)在正可用于成本敏感的消費(fèi)類系統(tǒng)。通過使用SigmaDSP技術(shù)，人們可以開發(fā)在最終輸出之前保持?jǐn)?shù)字的立體聲系統(tǒng)，以充分利用當(dāng)今數(shù)字媒體的卓越品質(zhì)。

審核編輯：郭婷