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Was ist ein DSP?

DSP steht für Digitaler Signalprozessor. Dieser kann Frequenzgang, Phase, Totzeit und Oberwellen und vieles mehr beeinflussen. Der DSP ist ein auf die digitale Signalverarbeitung ausgerichteter Prozessor, also ein Rechner, der mit Hilfe von arithmetischen Operationen Signale, wie auch Musik verarbeitet. Dabei ist es ihm möglich wie passive Frequenzweichen Frequenzgang und Phase aber auch andere Dinge wie Laufzeit einzubringen. Durch die hohe Rechenleistung heutiger Prozessoren erhält man hiermit eine Vielzahl von Möglichkeiten.

Zur Anwendung eines DSP muss das Musiksignal in digitaler Form vorliegen (beispielsweise wie auf einer CD). Steht es nur analog zur Verfügung, so können Analog-Digital-Wandler (engl. ADC = Analog Digital Converter) aus dem analogen ein digitales Signal erzeugen. Das digitale Signal, das meist durch 8, 16 oder 24 bit (also digitale Ja/nein-Informationen) beschrieben ist und durch Signalleitungen von 1, 8 oder 16 bit geführt wird, kann nun rechnerisch verarbeitet werden. Anschließend ist es für unseren Lautsprecher wieder in ein analoges Signal zu wandeln. Dies macht ein Digital-Analog-Wandler (DAC).

Die 3 Stufen:
- Wandlung,
- Verarbeitung im DSP
- Rückwandlung
sind im Prinzipschaltbild links zu sehen.
Bild 1: Prinzipschaltbild für akustische Signalverarbeitung mit analoger Schallquelle

In den Sitronik oder Audaphon DSP-Modulen gibt es insgesamt 2 Analog-Digital-Wandler, nämlich für den linken und den rechten Stereokanal jeweils einer.


Bild 2: Prinzipschaltbild mit den Signalen

Der digitale Signalprozessor erhält also die Daten (links/rechts) von den beiden Analog-Digital-Wandlern (ADC) bereits auf 24 bit digitalisiert mit bis zu 96 000 Messwerten pro Sekunde.

Aus diesen Daten errechnet er 3 Signale:
- ein neues Ausgangssignal für den linken Kanal
- ein neues Ausgangssignal für den rechten Kanal
- ein Ausgangssignal für den Subwoofer
Bei allen 3 Kanälen hat er dabei umfassende Möglichkeiten Einfluss zu nehmen.
Hat Ihre Glasvitrine bei 8,5 kHz eine Resonanz, so kann der DSP in allen 3 Kanälen 8,5 kHz steilflankig unterdrücken. Der DSP kann die Laufzeitunterschiede Ihrer Boxen - wenn sie an unterschiedlichen Stellen stehen - ausgleichen, er kann die Phase anpassen oder Frequenzen die Ihre Lautsprecher zu leise wieder gibt, hervorheben.

Diese 3 Signale werden mit 3 Digital-Analog-Wandlern wieder in analoge Signale zurück gewandelt: Für den linken, den rechten und den Subwooferkanal.

Die verwendeten Bausteine     ... Schaltungsdetails überspringen ...

Der Signalprozessor

Die elektronische Schaltung ist weit komplizierter als es das Blockschaltbild oben vermuten lässt. Insgesamt sind 6 hochintegrierte und einige weniger hoch integrierte Schaltungen beteiligt. Die beiden bedeutendsten integrierte Schaltungen wollen wir kurz vorstellen:

Der digitale Signalprozessor (DSP) kommt von Motorola: DSP 56364FU100 (siehe www.freescale.com): von Motorola
Bild 3: Schaltbild des Digitalen Signalprozessors Motorola DSP 56364

Die eigentliche Recheneinheit ist in Bild 3 unten rechts zu sehen: die DATA ALU (ALU = arithmetic logic unit was im deutschen Arithmetik-Logik-Einheit bedeutet).

Die restlichen Blöcke sind Hilfsmittel, Programm- und Datenspeicher, der übrigens außen auf der Leiterplatte noch erweitert wird, Datenleitungen (zu den ADC und DAC), Steuerleitungen und Adressleitungen (zur Adressierung der äußeren Speicher).

Die Wandler

Die Analog-Digital- und Digital-Analog Wandler kommen von der Firma Analog Devices. Hier wird der Baustein AD 1836 verwendet, der alle 5 benötigten Wandler bereits enthält: Analog Devices
Bild 4: Schaltbild des AD 1836 (Codec) mit 10 Wandlern, von denen ja nur 5 benötigt werden; links auf mittlerer Höhe sind die 2 Stereo Analog-Digital-Wandler zu sehen (ADC 1L und ADC 1R) rechts im Bild die 3 Stereo DAC.

Das Stereo-Analogsignal trifft links bei AIN1L oder AIN1R ein, wird gewandelt und die 24-Bit Werte werden dann seriell (bitweise) ASDATA 1 und ASDATA 2 (links 2/3 Höhe) aus dem Wandler zum DSP (Signalprozessor) geführt.

Die Signale, die vom DSP zurück kommen werden hier wieder seriell (bitweise) in die Eingänge DSDATA 1 und DSDATA 2 bzw. DSDATA 3 für bis zu 3 Stereo-Kanäle (z.B.: 5 + 1) eingespeist. Die Signale gehen über Lautstärke (Volume) und Filter zu den Digital-Analog Wandlern (DAC) auf der rechten Seite des Bilds, wo dann nach Wandlung wieder die analogen Daten/Ausgänge Aout1, Aout2, ... 6 zur Verfügung stehen.
 

Das Zusammenspiel der Komponenten

die beiden Bausteine mit den Wandlern und dem DSP werden von weiteren Bausteinen umgeben, die Hilfsfunktionen erbringen: Speicher, Logik, 8bit-Microcontroller mit programmierbarem Flash, Treiber, zwei Quarze und passive Bauteile. Diese sind im nachfolgenden Bild (als Beispiel Sitronik Leiterplatte) zu sehen:
  Leiterplatte von Sitronik
Bild 5: Ausschnitt der Sitronik VP 300 D-Leiterplatte mit den Bauteilen Analog-Digital und
Digital-Analog-Wandler (links oben) und dem digitalen Signalprozessor (mit vielen Beinchen) rechts daneben.