Was ist ein DSP? (Digitaler Signalprozessor)

Wenn Sie sich schon einmal gefragt haben, wie ein Mikrofon Ihre Stimme beim Sprechen optimieren kann, ohne dass Sie auch nur eine einzige Einstellung vornehmen müssen, dann liegt die Antwort meist in einem DSP. Diese Abkürzung steht für „Digital Signal Processor“ (digitaler Signalprozessor) – ein kleiner, spezialisierter Chip, der Audiosignale in Echtzeit verarbeitet. Er trägt maßgeblich dazu bei, dass moderne Mikrofone direkt nach dem Auspacken so gut klingen.

In diesem Leitfaden erfahren Sie, was ein DSP eigentlich ist, warum es ihn gibt und wo Sie ihm im Alltag begegnen.

Vor dem Zeitalter der digitalen Signalverarbeitung erforderte die Klangbearbeitung physische, analoge Geräte. Ein Kompressor war ein Rackgerät. Ein Equalizer war ein eigenständiges Gerät mit Reglern und Drehknöpfen. Für jeden Effekt war ein eigenes Hardwaregerät erforderlich, die in einer Kette miteinander verbunden waren – und diese Kette änderte sich nie, es sei denn, man tauschte die Geräte physisch aus.

Die digitale Signalverarbeitung hat das geändert. Anstatt eine kontinuierliche analoge Welle mit physikalischen Schaltkreisen zu formen, wandelt ein DSP den Ton in Zahlen um, führt Berechnungen mit diesen Zahlen durch und wandelt das Ergebnis wieder in Ton um. Sobald Audio als Daten vorliegt, lassen sich fast alle Effekte (Filterung, Kompression, Rauschunterdrückung) durch Berechnungen statt durch physikalische Komponenten anwenden. Das hat den Weg für eine kleinere, flexiblere und oft bessere Signalverarbeitung geebnet – ganz ohne ein ganzes Rack voller Geräte.

Ein DSP führt drei grundlegende Schritte aus, die alle so schnell ablaufen, dass man keine Verzögerung bemerkt:

• Abtastung. Ein Analog-Digital-Wandler erfasst die eingehende Schallwelle und misst sie 44.100 oder 48.000 Mal pro Sekunde, wodurch sie in einen Zahlenstrom umgewandelt wird.
• Verarbeitung. Der DSP-Chip führt Berechnungen an diesem Zahlenstrom durch. Hier entstehen die Effekte. Je nach den angewandten mathematischen Verfahren entstehen Filterung, Kompression, Rauschunterdrückung oder eine Vielzahl anderer Veränderungen.
• Rückwandlung. Ein Digital-Analog-Wandler wandelt die verarbeiteten Zahlen wieder in eine Schallwelle um, die man tatsächlich hören kann – sei es über Kopfhörer, einen Lautsprecher oder eine Aufnahme.

Entscheidend ist hier, wo die Verarbeitung stattfindet. Ein im Gerät integrierter DSP wickelt alle drei Schritte direkt vor Ort ab, sodass kein Hin- und Rückweg entsteht, bei dem das Audiosignal an Ihren Computer gesendet, dort verarbeitet und wieder zurückgesendet wird. Genau dieser Hin- und Rückweg verursacht bei Software-Effekten eine spürbare Verzögerung, und deshalb wirkt die integrierte Verarbeitung so unmittelbar, wenn Sie Ihre eigene Stimme abhören.

Mikrofone gehören zu den Bereichen, in denen man am häufigsten mit DSP in Berührung kommt, insbesondere da viele Mikrofone die Audiosignale mittlerweile selbst verarbeiten, anstatt sich vollständig auf den Computer zu verlassen:

• USB-Streaming-Mikrofone verfügen häufig über einen integrierten DSP, der Ihre Stimme bereinigt, bevor sie überhaupt in Ihre Aufnahmesoftware gelangt.
• XLR-Audio-Interfaces nutzen DSP, um Effekte wie Kompression und EQ in Echtzeit auf ein Mikrofonsignal anzuwenden, ohne dass ein separates Mischpult erforderlich ist.
• Headsets und Gaming-Mikrofone nutzen DSP, um Hintergrundgeräusche zu reduzieren, damit Ihre Stimme bei Anrufen oder während des Spiels klar und deutlich zu hören ist.
• Konferenz- und Webcam-Mikrofone nutzen DSP, um Ihre Stimme bei Videoanrufen von den Raumgeräuschen zu trennen.

In beiden Fällen gilt dasselbe: Die Verarbeitung erfolgt direkt auf dem Gerät, sodass Ihre Stimme bereits bereinigt ist, wenn sie Ihren Computer erreicht.

Die auf einem DSP-Chip ausgeführten Rechenoperationen lassen sich in der Regel in einige bekannte Kategorien einteilen:

• Der Equalizer (EQ) verstärkt oder dämpft bestimmte Frequenzbereiche, was nützlich ist, um einer Stimme mehr Wärme zu verleihen oder Unklarheiten zu reduzieren.
• Die Kompression gleicht Lautstärkeschwankungen aus, sodass leise Passagen klar zur Geltung kommen und laute Passagen unter Kontrolle bleiben.
• Die Rauschunterdrückung erkennt und reduziert gleichmäßige Hintergrundgeräusche, wie beispielsweise von einem Ventilator oder einer Klimaanlage, ohne das gewünschte Signal zu beeinträchtigen.
• Ein Limiter begrenzt ein Signal auf einen maximalen Pegel, um Verzerrungen zu verhindern, wenn es unerwartet laut wird.

Ein einzelnes Gerät kann eines davon, mehrere davon zusammen oder eine Kette davon nacheinander verwenden. Die konkrete Kombination hängt davon ab, wofür das Gerät ausgelegt ist.

Elgato integriert DSP über den „Wave FX Processor“ – einen gemeinsam mit LEWITT Audio entwickelten Onboard-Chip – direkt in einige Wave-Geräte. Geräte wie Wave:3 MK.2, Wave XLR MK.2, XLR Dock MK.2 und Wave XLR Pro führen Effekte wie einen Low-Cut-Filter, einen Expander, einen Kompressor, einen Equalizer und „Voice Tune“ direkt auf der Hardware aus, sodass Ihre Stimme bereits bearbeitet wird, bevor sie Ihren Computer erreicht.

Da die Verarbeitung direkt auf dem Gerät erfolgt, hören Sie Ihre bearbeitete Stimme in Echtzeit über Ihre Kopfhörer, und die Effekte werden automatisch über Ihr Mikrofon in jede App übertragen. Der Wave FX Processor unterstützt außerdem Clipguard 2.0, das Verzerrungen bereits auf Hardware-Ebene verhindert, anstatt sie nachträglich zu beheben.

Wenn Sie eine umfassende Übersicht darüber wünschen, wie diese Effekte zusammenwirken, lesen Sie unseren Leitfaden zu „Wave FX: Klang in Studioqualität aus Ihrem Mikrofon“. Und falls Sie sich fragen, wie sich DSP von softwarebasierten Plug-ins unterscheidet, finden Sie in unserem Leitfaden „Was ist ein VST?“ eine ausführlichere Erläuterung dieses Unterschieds.