Pemrosesan audio rumit, dan karena itu, Anda akan menemukan DSP di jantung hampir semua peralatan pemrosesan audio modern. Meskipun konsumen biasa mungkin tidak menyadarinya, DSP terintegrasi ke semua jenis perangkat audio, termasuk ponsel, headphone, antarmuka audio, mixer, speaker, dan earphone Bluetooth.
DSP perlahan menjadi bahan pokok dari setiap produk audio modern, jadi apa sebenarnya DSP itu? Mengapa itu penting, bagaimana cara kerjanya, dan bagaimana pengaruhnya terhadap pengalaman mendengarkan Anda?
Apa itu DSP?
DSP adalah singkatan dari Digital Signal Processor. Seperti namanya, DSP adalah mikroprosesor yang dirancang khusus untuk pemrosesan sinyal audio. DSP pada dasarnya adalah CPU yang dioptimalkan hanya untuk menyelesaikan masalah pemrosesan audio. Dan seperti halnya CPU, chip DSP adalah bagian penting dari perangkat keras audio yang memungkinkan manipulasi audio digital. DSP menjadi sangat penting sehingga peralatan audio Anda kemungkinan mengintegrasikan satu atau beberapa DSP dalam sirkuitnya.
Penggunaan DSP Umum
DSP digunakan di semua jenis elektronik audio harian. Untuk memahami seberapa besar pengaruh DSP terhadap pengalaman mendengarkan Anda, berikut adalah beberapa aplikasi DSP yang sudah Anda gunakan:
- Equalizer Audio (EQ): DSP digunakan untuk menyamakan semua jenis musik. Ekualisasi digunakan di studio rekaman untuk mengontrol volume frekuensi suara yang berbeda. Tanpa equalisasi, Anda akan kesulitan mendengarkan musik karena vokal kemungkinan akan terdengar lemah, instrumen akan terdengar tersebar, dan bass akan mengalahkan semua frekuensi membuat audio tidak jelas atau berlumpur.
- Crossover Audio Aktif: Crossover audio ini digunakan untuk memisahkan frekuensi audio yang berbeda dan menetapkannya ke speaker berbeda yang dirancang untuk rentang frekuensi audio tertentu. Crossover audio sering digunakan dalam stereo mobil, sistem suara surround, dan speaker yang menggunakan driver speaker berukuran berbeda.
- Audio 3D Headphone/Earphone: Anda dapat mencapai audio 3D menggunakan crossover speaker bersama berbagai sistem suara surround. Dengan DSP yang tersembunyi, headphone dan earphone Anda dapat memproses audio yang memungkinkan pengalaman mendengarkan suara 3D tanpa speaker. DSP dapat melakukan ini dengan mensimulasikan tahap suara spasial yang meniru bagaimana suara akan bergerak dalam ruang 3D hanya dengan menggunakan headphone Anda.
- Peredam Kebisingan Aktif (ANC): Teknologi pembatalan bising aktif menggunakan mikrofon untuk merekam kebisingan frekuensi rendah, kemudian menghasilkan suara yang berlawanan dengan frekuensi kebisingan yang direkam. Suara yang dihasilkan ini kemudian digunakan untuk membatalkan kebisingan lingkungan sebelum mencapai gendang telinga Anda. ANC hanya dimungkinkan dengan kecepatan pemrosesan DSP seketika.
- Pidato Lapangan Jauh dan Pengenalan Suara: Teknologi ini memungkinkan Google Home, Alexa, dan Amazon Echo Anda mengenali suara Anda dengan andal. Asisten suara menggunakan CPU, DSP, dan AI untuk memproses data dan secara cerdas memberikan jawaban atas pertanyaan dan perintah Anda.
Bagaimana Cara Kerja DSP?
Semua data digital, termasuk audio digital, direpresentasikan dan disimpan sebagai bilangan biner (1s dan 0s). Pemrosesan audio seperti EQ dan ANC memerlukan manipulasi 1 dan 0 ini untuk mencapai hasil yang diinginkan. Sebuah mikroprosesor seperti DSP diperlukan untuk memanipulasi bilangan biner ini. Meskipun Anda juga dapat menggunakan mikroprosesor lain seperti CPU, DSP seringkali merupakan pilihan yang lebih baik untuk aplikasi pemrosesan audio.
Seperti mikroprosesor lainnya, DSP menggunakan arsitektur perangkat keras dan set instruksi.
Arsitektur perangkat keras mendikte cara kerja prosesor. DSP sering menggunakan arsitektur seperti Von Neumann dan Harvard Architecture. Arsitektur perangkat keras yang lebih sederhana ini sering digunakan dalam DSP karena cukup mampu untuk melakukan pemrosesan audio digital saat dipasangkan dengan Arsitektur Set Instruksi (ISA) yang disederhanakan.
ISA adalah apa yang menentukan operasi apa yang dapat dilakukan mikroprosesor. Ini pada dasarnya adalah daftar instruksi yang ditandai oleh kode operasi (opcode) yang disimpan dalam memori. Ketika prosesor memanggil opcode tertentu, prosesor akan mengeksekusi instruksi yang diwakili oleh opcode tersebut. Instruksi umum dalam ISA mencakup fungsi matematika seperti penambahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian.
Sebuah chip DSP khas yang menggunakan Arsitektur Harvard akan berisi komponen-komponen berikut:
- Program Memory-Stores set instruksi dan opcode (ISA)
- Memori Data-Menyimpan nilai yang akan diproses
- Compute Engine-Mengeksekusi instruksi dalam ISA bersama dengan nilai yang disimpan dalam memori data
- Input dan Output-Relay data masuk dan keluar dari DSP menggunakan protokol komunikasi serial
Sekarang setelah Anda terbiasa dengan berbagai komponen DSP, mari kita bicara tentang cara kerja DSP biasa. Berikut adalah contoh dasar bagaimana DSP memproses sinyal audio yang masuk:
- Langkah 1: Perintah diberikan kepada DSP untuk memproses sinyal audio yang masuk.
- Langkah 2: Sinyal biner dari rekaman audio yang masuk masuk ke DSP melalui port input/outputnya.
- Langkah 3: Sinyal biner disimpan dalam memori data.
- Langkah 4: DSP menjalankan perintah dengan memberi makan prosesor aritmatika mesin komputasi dengan opcode yang tepat dari memori program dan sinyal biner dari memori data.
- Langkah 5: DSP mengeluarkan hasilnya dengan port Input/Outputnya ke dunia nyata.
Keuntungan DSP Dibandingkan Prosesor Serbaguna
Prosesor tujuan umum seperti CPU dapat menjalankan beberapa ratus instruksi dan mengemas lebih banyak transistor daripada DSP. Fakta-fakta ini dapat menimbulkan pertanyaan mengapa DSP adalah mikroprosesor yang lebih disukai untuk audio daripada CPU yang lebih besar dan lebih kompleks.
Alasan terbesar DSP digunakan di atas mikroprosesor lain adalah pemrosesan audio waktu nyata. Kesederhanaan arsitektur DSP dan ISA yang terbatas memungkinkan DSP memproses sinyal digital yang masuk dengan andal. Dengan fitur ini, pertunjukan audio langsung dapat memiliki pemerataan dan filter yang diterapkan secara real time tanpa buffering.
Efektivitas biaya DPS adalah alasan besar lainnya mereka digunakan di atas prosesor tujuan umum. Tidak seperti prosesor lain yang memerlukan perangkat keras kompleks dan ISA dengan ratusan instruksi, DSP menggunakan perangkat keras yang lebih sederhana dan ISA dengan beberapa lusin instruksi. Ini membuat DSP lebih mudah, lebih murah, dan lebih cepat untuk diproduksi.
Terakhir, DSP lebih mudah diintegrasikan dengan perangkat elektronik. Karena jumlah transistor yang lebih rendah, DSP membutuhkan daya yang jauh lebih sedikit dan secara fisik lebih kecil dan lebih ringan jika dibandingkan dengan CPU. Hal ini memungkinkan DSP untuk masuk ke dalam perangkat kecil seperti earphone Bluetooth tanpa khawatir tentang daya dan menambahkan terlalu banyak berat dan massal ke perangkat.
DSP Adalah Komponen Penting di Perangkat Audio Modern
DSP adalah komponen penting dari elektronik yang berhubungan dengan audio. Sifatnya yang kecil, ringan, hemat biaya, dan hemat energi memungkinkan perangkat audio terkecil sekalipun menawarkan fitur peredam bising aktif. Tanpa DSP, perangkat audio harus bergantung pada prosesor tujuan umum atau bahkan elektronik besar komponen yang membutuhkan lebih banyak uang, ruang, dan daya, sambil memberikan daya pemrosesan yang lebih lambat.
