Elaborazione digitale del segnale audio (DSP): come funziona, cosa fa e come viene realizzato il circuito stampato che lo supporta.

Le cuffie con cancellazione del rumore che rendono invisibile la cabina di un aereo, l'apparecchio acustico in grado di distinguere una voce dal rumore di fondo in un ristorante affollato, il ricevitore home theater che mappa cinque canali audio su undici altoparlanti in una stanza che non ha mai ascoltato prima: tutto questo è frutto dell'elaborazione digitale del segnale audio (DSP). L'elaborazione digitale del segnale audio esiste dai primi anni '1980, ma ciò che è cambiato è il suo utilizzo. Quella che un tempo era confinata agli studi di registrazione professionali e alle emittenti radiotelevisive, ora è presente su chip che costano pochi dollari, all'interno di prodotti che milioni di persone utilizzano quotidianamente. La potenza di elaborazione e la sofisticatezza degli algoritmi sono cresciute enormemente; di conseguenza, i circuiti stampati (PCB) che ospitano questi chip sono diventati più complessi da progettare e realizzare. Questo articolo è una guida completa all'elaborazione digitale del segnale audio, dal livello algoritmico alla fase di produzione.

Cosa fa effettivamente l'elaborazione digitale del segnale audio (DSP)?

Nella sua forma più semplice, un DSP audio si trova al centro di una catena di segnali audio. Un convertitore analogico-digitale (ADC) campiona l'audio in ingresso, tipicamente a 44.1 kHz, 48 kHz, 96 kHz o 192 kHz a seconda dell'applicazione, trasformando una forma d'onda continua in un flusso di numeri. Il DSP riceve questi numeri, esegue su di essi operazioni matematiche e produce un nuovo flusso di numeri che rappresenta l'audio elaborato. Un convertitore digitale-analogico (DAC) riconverte questi numeri in un segnale analogico per l'amplificazione e la riproduzione. Per la produzione di circuiti stampati per sistemi karaoke , gli ingressi microfonici, il routing del DSP e le interfacce degli amplificatori richiedono una revisione coordinata della messa a terra e dell'assemblaggio.

La parola chiave è "tempo reale ". A differenza dell'elaborazione audio offline, come ad esempio il rendering di un effetto in una DAW, un DSP audio deve elaborare ogni campione entro una finestra temporale fissa: un periodo di campionamento. A 48 kHz, ciò corrisponde a circa 20.8 microsecondi per campione. Il compito del core del DSP è quello di completare tutti i suoi algoritmi per tutti i canali all'interno di tale finestra, su ogni singolo campione, indefinitamente, senza mai mancare una scadenza. Questo vincolo del tempo reale è il motivo per cui i DSP audio presentano caratteristiche architetturali – hardware dedicato per l'accumulo multiplo, cicli a zero overhead, I/O pianificato dall'hardware – che li rendono molto più efficienti in questo specifico carico di lavoro rispetto a una CPU generica.

Il significato pratico di "elaborazione" varia enormemente a seconda dell'applicazione:

• In un sistema di altoparlanti, il DSP suddivide l'audio in bande di frequenza e instrada ciascuna banda al driver corretto, applica ritardi temporali per allineare il fronte d'onda di ciascun driver e limita l'uscita per proteggere i driver da escursioni eccessive.
• Nelle cuffie con cancellazione del rumore, il DSP riceve il segnale del microfono dall'esterno del padiglione auricolare, lo inverte e lo ritarda, per poi aggiungerlo al segnale audio e cancellare acusticamente il rumore ambientale.
• In un apparecchio acustico, il DSP comprime la gamma dinamica in modo che i suoni deboli diventino udibili senza che quelli forti risultino fastidiosi, applica un filtraggio direzionale per enfatizzare il segnale proveniente dalla parte anteriore dell'utilizzatore e sopprime il feedback tra il microfono e il ricevitore.
• In una console di registrazione, il DSP applica l'equalizzazione parametrica a ciascun canale, esegue la compressione e la limitazione multibanda, aggiunge effetti di riverbero e delay e instrada i segnali a più bus di uscita, simultaneamente, su decine di canali.

Ciascuno di questi rappresenta un diverso insieme di algoritmi, ma tutti condividono la stessa struttura fondamentale: un nucleo DSP, ingressi ADC, uscite DAC e la necessità di un'esecuzione in tempo reale. Le conseguenze di questa struttura sulla progettazione del PCB saranno oggetto delle sezioni successive di questo articolo.

Algoritmi DSP audio principali

Gli algoritmi DSP audio si suddividono in alcune categorie pratiche: modellazione del suono, controllo del comportamento degli altoparlanti, miglioramento della chiarezza della voce e creazione di effetti spaziali. Insieme, definiscono la potenza di elaborazione necessaria a un chip DSP audio.

Gruppi di algoritmi chiave

• Modellazione del suono: I filtri FIR e IIR, l'equalizzatore parametrico, l'equalizzatore grafico e la correzione ambientale regolano il bilanciamento delle frequenze, il comportamento di fase e la precisione timbrica.
• Controllo degli altoparlanti: I crossover digitali, il ritardo, la limitazione e l'equalizzazione per singolo altoparlante contribuiscono a indirizzare l'audio al driver dell'altoparlante corretto, proteggendo al contempo il sistema.
• Controllo del livello: Compressori, limitatori, espansori e noise gate gestiscono il volume e prevengono distorsioni o sovraccarichi.
• Elaborazione vocale: La cancellazione dell'eco e la soppressione del rumore migliorano la qualità delle chiamate riducendo il feedback, il rumore ambientale e i suoni di sottofondo indesiderati.
• Elaborazione spaziale: Le tecnologie HRTF, Dolby Atmos, DTS:X e la correzione acustica ambientale avanzata creano una maggiore sensazione di spazio, direzionalità e immersione.

In pratica, queste funzioni spesso operano in sinergia. Un altoparlante intelligente, ad esempio, può utilizzare contemporaneamente equalizzazione, filtro crossover, limitazione, cancellazione dell'eco e soppressione del rumore.

In che modo questi algoritmi influenzano la selezione dei chip?

Il concetto fondamentale è semplice: più l'elaborazione audio diventa adattiva, multicanale o spaziale, più potente deve essere il chip DSP.

Applicazioni DSP audio in diversi settori

I processori DSP audio vengono utilizzati ovunque sia necessario pulire, modellare, proteggere o controllare spazialmente il suono. Il carico di lavoro varia a seconda del tipo di prodotto: alcuni dispositivi privilegiano il basso consumo energetico e le dimensioni ridotte, mentre altri richiedono un elevato numero di canali, bassa latenza e un'elaborazione avanzata in tempo reale.

Principali aree di applicazione

Progettazione di PCB per DSP audio: la sfida dei segnali misti

Un PCB per DSP audio è intrinsecamente un progetto a segnale misto: contiene sia i circuiti analogici ad alta fedeltà (stadi di ingresso ADC, filtri di uscita DAC, amplificatori di ingresso audio) che determinano il rapporto segnale/rumore del sistema, sia i circuiti di commutazione digitali (core DSP, clock, interfacce di memoria) che generano rumore alle armoniche della frequenza di clock. La sfida progettuale fondamentale consiste nell'impedire che il rumore digitale raggiunga la sezione analogica, poiché un degrado del rumore di fondo che un oscilloscopio potrebbe non visualizzare chiaramente è udibile in un contesto audio. L'udito umano può rilevare artefatti a 90-120 dB al di sotto del livello del segnale; questo non è un ambiente che perdona gli errori nella progettazione elettronica.

Progettazione degli spazi: la prima e più importante decisione relativa alla disposizione degli ambienti.

La tecnica più efficace per la riduzione del rumore è la separazione fisica. Se il convertitore analogico-digitale (ADC), il convertitore digitale-analogico (DAC), gli amplificatori di ingresso analogici e le tracce del segnale audio sono posizionati in una regione del circuito stampato (la zona analogica) e il chip DSP, la memoria digitale, l'oscillatore di clock e il regolatore di commutazione sono posizionati in una regione separata (la zona digitale), le correnti di massa derivanti dalla commutazione digitale rimangono naturalmente nella zona digitale senza fluire attraverso il percorso di massa della sezione analogica. Una volta che il layout è corretto, ogni altra tecnica di riduzione del rumore funziona meglio perché ha meno da fare. Invertire questa decisione, posizionando il chip DSP adiacente allo stadio di ingresso ADC, ad esempio, rende molto difficile il recupero delle prestazioni di rumore della catena del segnale analogico, indipendentemente da quanto accuratamente sia stato eseguito il resto del layout.

Le regole di layout per i PCB dei processori audio DSP:

• Posizionare la sezione di ingresso analogico (connettore, filtro di ingresso, eventuale preamplificatore e convertitore analogico-digitale) insieme, lontano dal chip DSP e dai circuiti di clock.
• Posizionare il DAC e il filtro di uscita insieme sul lato analogico, instradando l'uscita analogica lontano dal DSP prima che raggiunga qualsiasi connettore o amplificatore di uscita.
• Il chip DSP, i suoi condensatori di disaccoppiamento, l'oscillatore di clock e qualsiasi memoria flash SPI o EEPROM associata vanno nella zona digitale.
• La sezione di alimentazione, in particolare qualsiasi regolatore switching, si trova alla periferia del circuito stampato, lontano dai percorsi dei segnali analogici e digitali, con l'induttore e il nodo di commutazione orientati in modo che il flusso magnetico non si accoppi con le tracce vicine.
• Se un'interfaccia audio digitale I²S o TDM collega il DSP a un codec esterno, instradare tale interfaccia attraverso una zona neutra tra la sezione analogica e quella digitale, anziché attraverso una delle due sezioni.

Regole di instradamento del segnale per schede DSP audio

Le tracce audio analogiche sono i segnali prioritari da proteggere. Devono essere corte, instradate lontano dal clock e dalle sue armoniche e mai adiacenti alle tracce di alimentazione ad alta corrente. Le tracce di clock digitale, inclusi i segnali MCLK e BCLK delle interfacce I²S, irradiano alla loro frequenza fondamentale e alle loro armoniche e devono essere trattate con la stessa disciplina riservata a un oscillatore a cristallo: corte, protette e, ove possibile, su un livello interno con un piano di riferimento sopra e sotto. La gerarchia generale di instradamento per le schede DSP audio è la seguente: mantenere le tracce audio analogiche il più corte possibile; tenere le linee di clock lontane dai percorsi analogici; instradare le connessioni di alimentazione il più tardi possibile (dopo che tutto l'instradamento dei segnali è stato completato).

Messa a terra, piani e partizionamento sui PCB dei DSP audio

Nella progettazione di PCB per DSP audio, l'approccio più sicuro è solitamente quello di utilizzare un singolo piano di massa continuo con zone di layout analogiche e digitali ben distinte. Questo evita il rischio di interferenze elettromagnetiche (EMI) creato da piani di massa separati, mantenendo al contempo le correnti di ritorno sotto controllo.

Principi di layout

• Utilizzare un piano di appoggio solido: Fornisce a ogni segnale un percorso di ritorno breve e a bassa impedenza.
• Separare in base al posizionamento, non tagliando il rame: Mantieni i circuiti analogici nella zona analogica e i circuiti digitali nella zona digitale.
• Evitare di instradare il percorso attraverso gli spazi vuoti tra i piani: Una fessura o una divisione possono forzare la corrente di ritorno in un circuito di grandi dimensioni e aumentare le interferenze elettromagnetiche (EMI).
• Punti di attraversamento di controllo: Segnali come I²S dovrebbero attraversare le zone in un punto definito.
• Aggiungere cuciture tramite via dove necessario: Le vie di massa possono contribuire a contenere il rumore e a migliorare la schermatura attorno alle sezioni analogiche sensibili.

Progettazione di alimentatori per schede DSP audio a basso rumore

Una scheda DSP audio necessita sia di un'alimentazione digitale efficiente che di un'alimentazione analogica pulita. L'architettura di alimentazione deve impedire che il rumore di commutazione influisca su ADC, DAC, clock e percorsi audio analogici.

Riepilogo Power Design

Layout di ADC e DAC su PCB per DSP audio.

Il convertitore analogico-digitale (ADC) e il convertitore digitale-analogico (DAC) rappresentano le interfacce tra il mondo audio analogico e il dominio digitale del processore di segnale digitale (DSP). Il loro posizionamento, la progettazione dell'alimentazione e il percorso delle tracce di ingresso e uscita hanno un effetto diretto sul rapporto segnale/rumore, sulla gamma dinamica e sulle prestazioni in termini di distorsione del sistema audio.

Posizionamento e instradamento del filtro anti-aliasing

Prima dell'ingresso di un convertitore analogico-digitale (ADC), è necessario un filtro anti-aliasing, ovvero un filtro passa-basso che elimina qualsiasi componente del segnale al di sopra della frequenza di Nyquist (metà della frequenza di campionamento), per prevenire artefatti di aliasing. Per una frequenza di campionamento di 48 kHz, il filtro anti-aliasing deve attenuare significativamente i segnali al di sopra dei 24 kHz. I componenti del filtro (resistenze e condensatori per un filtro RC, oppure amplificatori operazionali e componenti passivi per una topologia attiva Sallen-Key o MFB) si trovano immediatamente prima del pin di ingresso analogico dell'ADC e devono essere instradati con tracce corte per minimizzare la captazione di interferenze ad alta frequenza. Se il segnale di ingresso proviene da una traccia lunga che parte da un connettore, tale traccia agisce come un'antenna; posizionando un filtro RC vicino all'ingresso del connettore si riduce l'energia che raggiunge l'ADC.

Filtro di uscita DAC e stadio di uscita

L'uscita del DAC è una forma d'onda a gradini: cambia con salti discreti alla frequenza di campionamento e contiene artefatti di immagine alle armoniche della frequenza di campionamento che devono essere rimossi da un filtro di ricostruzione prima che il segnale raggiunga un amplificatore o un connettore. Il filtro di ricostruzione (tipicamente un filtro RC passivo o un filtro attivo con amplificatore operazionale) si trova immediatamente dopo il pin di uscita del DAC, nella zona analogica. L'amplificatore di uscita, un buffer con amplificatore operazionale o un driver in classe D, lo segue. Instradare l'uscita del DAC attraverso qualsiasi parte della zona digitale tra il DAC e il filtro crea la possibilità che si aggiungano interferenze alla frequenza di clock al segnale analogico; ciò deve essere evitato mantenendo l'intero percorso di uscita del DAC nella zona analogica, dal pin del DAC al connettore di uscita.

Percorsi di segnale differenziali per ADC e DAC ad alte prestazioni

I convertitori analogico-digitali (ADC) e digitale-analogici (DAC) audio ad alte prestazioni utilizzano percorsi di segnale differenziali, ovvero due segnali complementari che trasportano l'audio, anziché un segnale single-ended riferito a massa. La segnalazione differenziale offre la reiezione del rumore di modo comune: qualsiasi rumore accoppiato in egual misura a entrambe le tracce viene sottratto all'ingresso ricevente. Questo è il motivo per cui le interfacce audio professionali utilizzano connessioni bilanciate (XLR, TRS con tip-ring-sleeve) e perché il percorso delle tracce del segnale analogico su una scheda DSP audio di fascia alta instrada il segnale come una coppia differenziale dal connettore di ingresso all'ingresso dell'ADC e dall'uscita del DAC al connettore di uscita. Mantenere lunghezze, larghezze e geometria di instradamento uguali tra le due tracce in una coppia differenziale è essenziale per preservare la reiezione di modo comune, un aspetto altrettanto importante quanto per le coppie differenziali digitali ad alta velocità, ma per ragioni opposte (immunità al rumore anziché integrità del segnale).

Clock e jitter: perché le prestazioni degli ADC e dei DAC audio dipendono dalla qualità del clock del PCB

Il clock di campionamento che regola il momento in cui l'ADC campiona l'ingresso analogico e quando il DAC aggiorna la sua uscita deve essere estremamente stabile. Il jitter del clock, ovvero la variazione nella temporizzazione dei fronti di clock, si converte direttamente in rumore sul segnale convertito tramite un meccanismo chiamato jitter di apertura. Per un DAC a 24 bit che opera a un segnale a fondo scala di 20 kHz, il jitter di apertura necessario per mantenere il rumore di jitter al di sotto del livello di rumore di quantizzazione è inferiore a 1 ps RMS. Questo risultato è ottenibile con un buon oscillatore VCXO o TCXO e un layout PCB accurato (tracce di clock corte, un'alimentazione pulita per l'oscillatore, nessun percorso in prossimità di regolatori di commutazione), ma può essere facilmente compromesso da scelte di layout inadeguate. In alcuni progetti vengono utilizzati convertitori di frequenza di campionamento asincroni (ASRC) proprio per sincronizzare i dati audio con un clock locale a basso jitter, eliminando la dipendenza dalla qualità del jitter del clock in ingresso.

Realizzazione e assemblaggio di PCB per DSP audio presso Highleap Electronics.

Highleap Electronics è un'azienda specializzata nella produzione e nell'assemblaggio di circuiti stampati (PCB). Le schede DSP audio rappresentano una categoria di prodotti che realizziamo regolarmente, dalle schede controller per altoparlanti attivi in ​​piccole serie e PCB per apparecchi acustici, fino ai moduli DSP audio per il settore automobilistico e alle schede di interfaccia audio professionali prodotte in grandi volumi. I requisiti di produzione per le schede DSP audio presentano alcune caratteristiche specifiche che la produzione standard di PCB non sempre riesce a soddisfare senza un'apposita considerazione.

Requisiti di fabbricazione specifici per le schede DSP audio.

Il requisito di impedenza controllata sulle schede DSP audio è diverso da quello di un progetto puramente digitale. Mentre una scheda digitale necessita principalmente di impedenza controllata per le sue interfacce digitali ad alta velocità (DDR, PCIe), una scheda audio ha un ulteriore requisito di impedenza analogica: le tracce audio analogiche dai connettori di ingresso all'ADC e dal DAC ai connettori di uscita devono mantenere impedenze di sorgente e di carico specificate per evitare variazioni di risposta in frequenza udibili. La conferma dello stack-up deve tenere conto sia dei requisiti di impedenza analogica che digitale, il che può richiedere larghezze di traccia diverse su strati diversi. Forniamo calcoli dello stack-up confermati utilizzando i valori Dk effettivi dei laminati del nostro processo di produzione per ogni progetto a impedenza controllata, comprese le schede DSP audio.

La qualità del piano di massa è di fondamentale importanza sulle schede audio. Qualsiasi vuoto, fessura o rimozione irregolare di rame dallo strato del piano di massa al di sotto della sezione del segnale analogico, causata da spazi vuoti tra i via, una scarsa progettazione del layout o una gestione approssimativa della colata di rame, interrompe il percorso della corrente di ritorno per i segnali analogici sensibili e aumenta il rumore di fondo. La nostra revisione DFM pre-fabbricazione verifica la continuità del piano di massa nella sezione analogica come elemento di controllo specifico per i progetti audio, non come un generico controllo di riempimento del piano.

Per le schede DSP audio per autoveicoli, le specifiche di fabbricazione devono inoltre riguardare:

• Materiale laminato ad alta temperatura qualificato in base ai requisiti di cicli termici del prodotto (ISOLA 370HR o equivalente laddove lo standard FR-4 non sia sufficiente).
• Compatibilità con i rivestimenti conformi: le schede automobilistiche vengono spesso rivestite con un rivestimento conforme dopo l'assemblaggio, il che richiede una finitura superficiale adeguata e specifiche di spazio libero tra i componenti.
• Finiture superficiali con intervallo di temperatura esteso: la finitura ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) è preferibile alla HASL per le applicazioni automobilistiche in cui la saldabilità deve rimanere costante per tutta la durata del prodotto.

Considerazioni sull'assemblaggio delle schede DSP audio

L'ADAU1701 nel suo package 48-LQFP è un componente SMT relativamente accessibile: un corpo di 7 mm × 7 mm con passo dei pin di 0.5 mm, compatibile con le apparecchiature SMT standard e privo di requisiti di processo particolari. L'ADAU1452 nel suo package 144-TQFP e le varianti BGA più grandi della famiglia SHARC richiedono una maggiore precisione di posizionamento e, per i BGA, l'ispezione a raggi X post-rifusione come standard: la stessa procedura di assemblaggio BGA descritta nel nostro articolo sui PCB per chip DSP si applica anche in questo caso.

I componenti passivi della sezione analogica meritano particolare attenzione in fase di assemblaggio. I condensatori del filtro anti-aliasing, i condensatori del filtro di uscita del DAC e i condensatori ceramici di disaccoppiamento dell'alimentazione per ADC e DAC devono essere verificati per il corretto orientamento (dove la polarità è importante) e per la tolleranza di valore: un condensatore con tolleranza dell'1% in una posizione critica del filtro audio che produce un errore nella risposta in frequenza è uno dei guasti più comuni nelle schede audio che, pur superando un semplice test elettrico di tipo "passa/non passa", produce colorazioni udibili. I nostri test di produzione per le schede DSP audio includono la verifica elettrica in frequenza della catena del segnale analogico, in cui il cliente fornisce i vettori di test e i criteri di superamento/fallimento, non solo controlli di continuità e presenza dei componenti.

Per le schede DSP per apparecchi acustici e dispositivi audio indossabili, dove il PCB può essere rigido-flessibile o ultrasottile con componenti 0201 e 01005, il processo di assemblaggio richiede attrezzature e disciplina dell'operatore diverse da quelle necessarie per l'assemblaggio standard dell'elettronica di consumo. Gestiamo questi assemblaggi come programmi specializzati con una configurazione di processo dedicata e un'ispezione del primo campione prima di avviare la produzione in serie.

Approvvigionamento di componenti per programmi DSP audio

I programmi di elaborazione del segnale digitale (DSP) audio dipendono da componenti che occasionalmente presentano problemi di approvvigionamento: i modelli ADAU1701 e ADAU1452 hanno registrato tempi di consegna di 20-52 settimane durante i periodi di forte domanda; analogamente, la disponibilità di oscillatori a cristallo e condensatori audio di precisione (a film e NP0/C0G) si riduce durante i picchi di domanda. Il nostro servizio di approvvigionamento di componenti si occupa di reperire chip DSP e componenti analogici associati attraverso canali di distribuzione autorizzati. Per i programmi con impegni di produzione a lungo termine, offriamo consulenza su strategie di scorte di sicurezza per garantire la continuità della produzione anche in caso di interruzioni di fornitura.

Che si tratti di costruire il primo prototipo di un altoparlante attivo con un ADAU1701 come componente principale, di scalare un auricolare Bluetooth con DSP per la produzione in serie o di portare per la prima volta in fabbrica un modulo di elaborazione audio per il settore automobilistico, il percorso dalla progettazione alla produzione inizia con una revisione DFM (Design for Manufacturing) che conferma la fattibilità della produzione e la correttezza del layout a segnale misto prima della fabbricazione del primo circuito stampato. Questa revisione è gratuita ed è la parte più conveniente dell'intero processo produttivo.

Domande frequenti sull'elaborazione digitale del segnale audio (DSP).

Qual è il chip DSP audio più diffuso per progetti fai-da-te e embedded?

L'ADAU1701 di Analog Devices è il DSP audio dedicato più diffuso nella progettazione di prodotti embedded e una scelta popolare per i progetti fai-da-te di altoparlanti attivi. Integra un core DSP a 28/56 bit, due ADC, quattro DAC e interfacce I²S/SPI su un singolo chip, funziona in modalità standalone da una EEPROM esterna ed è programmabile graficamente tramite il software gratuito SigmaStudio di Analog Devices, senza bisogno di scrivere codice. L'ADAU1452 è il successore con prestazioni superiori, ideale per progetti che richiedono maggiore potenza di elaborazione o un numero maggiore di canali I/O.

Qual è la differenza tra un DSP audio e un amplificatore tradizionale?

Un amplificatore modifica il livello di un segnale audio, aumentandone il volume o adattandolo all'impedenza di carico. Un DSP audio elabora il segnale matematicamente: può modificarne il contenuto in frequenza (equalizzazione), la gamma dinamica (compressione/limitazione), suddividerlo in bande di frequenza (crossover), misurare e cancellare il rumore (ANC), aggiungere effetti spaziali e applicare ritardi temporali. La maggior parte dei moderni sistemi audio utilizza entrambi: un DSP per elaborare il segnale e un amplificatore per pilotare gli altoparlanti. Molti prodotti audio integrati li combinano entrambi sullo stesso circuito stampato.

Che cos'è la cancellazione attiva del rumore e come la abilita il DSP?

La cancellazione attiva del rumore (ANC) utilizza un microfono per campionare il rumore prima che raggiunga l'orecchio dell'ascoltatore, inverte la fase del segnale di rumore campionato (moltiplicando ogni campione per -1) e aggiunge il segnale invertito all'uscita audio. Quando il rumore invertito raggiunge l'orecchio simultaneamente al rumore originale proveniente dall'aria, i due si annullano, attenuando il livello di rumore percepito di 25-40 dB per i contenuti a bassa frequenza. Il DSP gestisce l'inversione, la regolazione del ritardo (in modo che il segnale invertito arrivi al momento giusto) e gli algoritmi adattivi che aggiornano il segnale di cancellazione al variare dell'ambiente sonoro. Tutto ciò avviene in tempo reale alla frequenza di campionamento audio; è pratico solo su un core DSP dedicato perché una CPU generica consumerebbe troppa energia per la durata della batteria richiesta da una cuffia.