Wat is een DSP? (Digitale signaalprocessor)

Als je je ooit hebt afgevraagd hoe een microfoon je stem kan verhelderen terwijl je spreekt, zonder dat je ook maar één instelling hoeft aan te passen, dan ligt het antwoord meestal bij een DSP. Dit is de afkorting van Digital Signal Processor: een kleine, gespecialiseerde chip die geluid in realtime verwerkt. Deze chip speelt een grote rol in het feit dat moderne microfoons direct uit de doos al zo goed klinken.

In deze gids wordt uitgelegd wat een DSP precies is, waarom het bestaat en waar je er dagelijks mee te maken hebt.

Vóór de komst van digitale verwerking was het bewerken van geluid een zaak van fysieke, analoge apparatuur. Een compressor was een rackunit. Een equalizer was een aparte behuizing met knoppen en draaiknoppen. Voor elk effect was een eigen stuk hardware nodig, die in een keten aan elkaar werden gekoppeld, en die keten veranderde nooit, tenzij je de apparatuur fysiek verwisselde.

Digitale signaalverwerking heeft daar verandering in gebracht. In plaats van een continue analoge golfvorm te bewerken met fysieke schakelingen, zet een DSP geluid om in getallen, voert wiskundige bewerkingen uit op die getallen en zet het resultaat weer om in geluid. Zodra audio als data voorhanden is, kun je vrijwel elk effect (filtering, compressie, ruisonderdrukking) toepassen via berekeningen in plaats van via fysieke componenten. Dat maakte de weg vrij voor verwerking die compacter, flexibeler en vaak beter is, zonder dat er een rack vol apparatuur nodig is.

Een DSP voert drie basisstappen uit, die allemaal zo snel verlopen dat je nooit enige vertraging merkt:

• Sampling. Een analoog-naar-digitaal-omzetter neemt de binnenkomende geluidsgolf op en meet deze 44.100 of 48.000 keer per seconde, waarna deze wordt omgezet in een reeks getallen.
• Verwerking. De DSP-chip voert berekeningen uit op die reeks getallen. Hier vinden de effecten plaats. Afhankelijk van de toegepaste wiskundige bewerkingen krijg je filtering, compressie, ruisonderdrukking of tal van andere bewerkingen.
• Terugconversie. Een digitaal-naar-analoog-omzetter zet de verwerkte getallen weer om in een geluidsgolf die je daadwerkelijk kunt horen, of dat nu via een koptelefoon, een luidspreker of een opname is.

Waar het hier om gaat, is waar de verwerking plaatsvindt. Een in het apparaat ingebouwde DSP voert alle drie de stappen ter plekke uit, zodat er geen heen-en-terugverkeer plaatsvindt waarbij het geluid naar je computer wordt gestuurd, daar wordt verwerkt en vervolgens weer teruggestuurd. Dat heen-en-terugverkeer zorgt voor een merkbare vertraging bij software-effecten, en dat is de reden waarom de ingebouwde verwerking direct aanvoelt wanneer je je eigen stem beluistert.

Microfoons zijn een van de meest voorkomende toepassingen waarin je met DSP te maken krijgt, vooral nu veel microfoons het geluid zelf verwerken in plaats van volledig op je computer te vertrouwen:

• USB-streamingmicrofoons beschikken vaak over ingebouwde DSP om je stem te verfijnen voordat deze je opnamesoftware bereikt.
• XLR-audio-interfaces maken gebruik van DSP om in realtime effecten zoals compressie en EQ toe te passen op een microfoonsignaal, zonder dat daarvoor een aparte mixer nodig is.
• Headsets en gamingmicrofoons maken gebruik van DSP om achtergrondgeluiden te onderdrukken, zodat je stem duidelijk te horen is tijdens gesprekken of wedstrijden.
• Conferentie- en webcammicrofoons maken gebruik van DSP om je stem tijdens videogesprekken te isoleren van omgevingsgeluiden.

In beide gevallen geldt hetzelfde: de verwerking vindt plaats op het apparaat zelf, zodat je stem al is gefilterd tegen de tijd dat deze je computer bereikt.

De wiskundige bewerkingen die op een DSP-chip worden uitgevoerd, vallen doorgaans onder een aantal bekende categorieën:

• Met equalization (EQ) kun je bepaalde frequentiebereiken versterken of verzwakken, wat handig is om warmte toe te voegen aan een stem of om een doffe klank te verminderen.
• Compressie egaliseert verschillen in volume, zodat rustige momenten duidelijk naar voren komen en luide momenten onder controle blijven.
• Ruisonderdrukking identificeert en vermindert constante achtergrondgeluiden, zoals die van een ventilator of airconditioner, zonder het gewenste signaal te beïnvloeden.
• Een limiet beperkt het signaal tot een maximumniveau om vervorming te voorkomen wanneer het onverwacht luid wordt.

Een afzonderlijk apparaat kan gebruikmaken van één van deze, meerdere tegelijk of een reeks ervan achter elkaar. De specifieke combinatie hangt af van de functie waarvoor het apparaat is ontworpen.

Elgato bouwt DSP rechtstreeks in bepaalde Wave-apparaten in via de Wave FX Processor, een ingebouwde chip die in samenwerking met LEWITT Audio is ontwikkeld. Apparaten zoals de Wave:3 MK.2, Wave XLR MK.2, XLR Dock MK.2 en Wave XLR Pro voeren effecten zoals een low-cutfilter, expander, compressor, equalizer en Voice Tune rechtstreeks op de hardware uit, zodat je stem wordt bewerkt nog voordat deze je computer bereikt.

Omdat de verwerking op het apparaat zelf plaatsvindt, hoor je je bewerkte stem in realtime via je koptelefoon, en worden de effecten automatisch via je microfoon in elke app toegepast. De Wave FX Processor ondersteunt ook Clipguard 2.0, dat vervorming op hardwareniveau voorkomt in plaats van deze achteraf te corrigeren.

Als je een volledig overzicht wilt van hoe deze effecten samenwerken, lees dan onze gids over Wave FX: geluid van studiokwaliteit via je microfoon. En als je je afvraagt hoe DSP zich verhoudt tot softwaregebaseerde plug-ins, dan wordt dat verschil in onze gids ‘Wat is een VST? ’ uitgebreider behandeld.