Popis formátu SACD/DSD a doprovodných formátů souborů. Pokyny pro přehrávání SACD v režimu DSD a PCM a také převod SACD do jiných formátů.

2017-09-18T13:16

2017-09-18T13:16

Audiofilský software

Jako pokračování série článků o exotických kódovacích algoritmech a nosičích zvukových dat (o DVD-Audio, HDCD a DTS / DTS-CD již můžete číst) chci mluvit o tak zajímavém standardu, jako je SACD.

1. SACD disky. formát DSD

Kompaktní disk Super Audio – stejně jako Audio CD – je výsledkem spolupráce společností Sony a Philips. Vývoj standardu byl dokončen v roce 1999 - 17 let po vydání Red Book (CDDA).

SACD je optický disk s vysokou hustotou, podobnou fyzickou velikostí a datovou kapacitou jako disk DVD. Také DVD a SACD mají stejnou vlnovou délku čtecího laseru - 650 nm oproti 780 pro CDDA (právě zvýšení frekvence umožnilo zvýšit hustotu pitů a ve výsledku i objem nosiče). Jeden z charakteristické rysy SACD je použití zlata jako reflexní vrstvy (místo hliníku). To zvyšuje odrazivost a životnost disků, ale také způsobuje jejich vysokou cenu.

Zajímavý je zejména obsah disku – data ve formátu Direct Stream Digital. DSD je jednobitový tok s velmi vysokou vzorkovací frekvencí: standardní soubory DSD64 mají vzorkovací frekvenci 2822,4 kHz (64krát vyšší než u CDDA). V podstatě toto stejný proud, který se získává na výstupu sigma-delta ADC.

Charakteristickým rysem sigma-delta ADC není kódování absolutní hodnoty úrovně signálu v určitém časovém okamžiku, ale jeho přírůstek.

Schéma Sigma-Delta ADC

Na výstupu tohoto ADC dostáváme nuly a jedničky, které následují na velmi vysoké frekvenci. Navíc je úroveň signálu úměrná součtu přírůstků zakódovaných za jednotku času (1 znamená "+1" a 0 - "-1").

Můžete si přečíst více o algoritmu tohoto ADC. Stručně řečeno, tato kvantizační metoda umožňuje získat široký dynamický rozsah (asi 120 dB) a velmi nízká úroveňšum ve slyšitelném frekvenčním rozsahu - díky tvarování šumu jsou posunuty do nadzvukové oblasti a lze je snadno odfiltrovat. Také díky mnohonásobnému překročení Nyquistovy frekvence tato metoda pomáhá vyhnout se fázovým zpožděním v oblasti horní mezní frekvence (není však přesně stanovena míra vlivu tohoto faktoru na kvalitu zvuku) a snížit účinek jitteru.

Hlavní výhodou SACD je tedy absence potřeby tzv. decimace - downsamplingu - protože ve skutečnosti k tomuto mezikonverzi dochází u všech ostatních audio formátů využívajících PCM (CDDA, DVD-A). To znamená, že při digitalizaci studiové nahrávky na výstupu ADC skutečně získáme DSD stream, pak se musí převést na PCM s vyšší bitovou hloubkou, ale nižší vzorkovací frekvencí, což je již ztrátový algoritmus. A - co je nejzajímavější - během přehrávání, bezprostředně před převodem z digitálního na analogový (a, jak víte, delta-sigma DAC se používá v audio technologii), bude stále třeba zvýšit vzorkovací frekvenci převodem na stejnou 1bitový formát DSD, ve kterém byla data převzata z ADC.

SACD vám tedy umožňuje ukládat zvuk v jeho "původní" podobě a ve stejné podobě je odesílat při přehrávání na DAC. Absence střední decimace zjednodušuje návrh obvodů zařízení a umožňuje dosáhnout více vysoký výkon kvalitní.

Poznámka: Bohužel ke všemu výše uvedenému je potřeba přidat velkou „mouchu“: v mnoha případech nahrávací studia stále používají pro mastering nahrávek přechodnou konverzi na PCM. Přestože formát DSDIFF (přípona souboru *.dff) byl vyvinut v roce 2000 pro záznam, editaci a mastering zvuku přímo ve formátu DSD, jeho možnosti jsou velmi omezené a mnoho studií používá formát Digital eXtreme pro definici mixu a masteringu. DXD je v podstatě standardizovaný zvuk PCM na velmi vysoké frekvenci – 352,8 nebo 384 kHz a 24 nebo 32 bitů. Tento formát byl koncipován a používán pro mastering ve vysokém rozlišení v nahrávacích studiích Pyramix (Merging Technologies), která vyráběla SACD. Pro většinu SACD a DSD disků je tedy zdrojem DXD.

Existují různé varianty standardů SACD/DSD – s různým stupněm převzorkování. Jsou označeny číslem rovným poměru vzorkovací frekvence DSD k vzorkovací frekvenci CDDA (44,1 kHz). SACD používá formát DSD64 (2822,4 kHz/ 44,1 kHz = 64) a byly vyvinuty také nové specifikace DSD128, DSD256 a DSD512, které dále zvyšují frekvenci 2, 4 a 8krát. Dostáváme tak maximální frekvenci 22579,2 kHz pro DSD512, nicméně najít takové nahrávky je velmi obtížné a ne všechny DSD DAC je podporují. Kromě toho existují rozlišení DSD založená na 48 kHz: například DSD128 na 48 kHz by bylo 3072 kHz místo 2822,4 atd.

SACD podporuje konfiguraci 2.0 a 5.1 kanálů a jeden SACD může obsahovat dvě stopy - stereo a vícekanálovou. Vícekanálová stopa musí být prezentována v komprimované podobě (bezeztrátová komprese; pro stereo - volitelné), tzv. DST formát (Direct Stream Transfer), který zajišťuje kompresi 2-3krát.

Stejně jako DVD se SACD dodávají v jedné nebo dvou vrstvách. Jednovrstvé SACD mohou obsahovat vrstvu CDDA pro zpětnou kompatibilitu s přehrávači bez SACD (takové disky se nazývají hybridní disky).

2. Ochrana proti kopírování SACD. Distribuce zvuku DSD

Všechny SACD disky mají speciální ochranu (na fyzické úrovni), která umožňuje čtení SACD vrstvy pouze zařízeními licencovanými výrobcem, která jsou vybavena speciálním klíčem. Na internetu však můžete najít distribuce ripů SACD. Ripování se provádí pomocí PlayStation 3 (nebo vhodného přehrávače se speciálním firmwarem) a speciálního programu SACD Ripper pro PC. Rip je tzv. SACD-R obrázek (obvykle ve formátu ISO). Tento obraz lze vypálit (například pomocí stejného ImgBurn) na disk DVD a poté jej poslouchat na stacionárním přehrávači SACD.

Vidíme tedy, že technologie SACD neobsahuje nic zásadně nového – ve skutečnosti se jedná o datový tok z ADC zaznamenaný na médiu, jako je DVD. Podstatný rozdíl mezi SACD a DVD (kromě ochrany proti kopírování) je pouze ve velikosti sektoru – 2064 místo 2048 bajtů. Zdá se, že tento trik byl komerčně vynalezen, což je z velké části důvod, proč žádná optická jednotka PC nebude číst SACD.

Kromě SACD disků lze DSD audio distribuovat také ve formě souborů, včetně těch nahraných na tzv. DSD disk. Specifikace byla vyvinuta společností Sony a jedná se o DVD nebo Blue-ray médium se soubory DSF (DSD Storage Facility) obsahující stereo zvuk. Vícekanálový zvuk není standardem podporován, ačkoli formát DSF je otevřený a může obsahovat vícekanálový zvuk, který budou číst softwarové přehrávače (například foobar2000). Nevýhodou Sony DSF jako úložiště DSD je chybějící podpora DST komprese. Pro podporu komprese DST byste měli použít složitější kontejner Philips DSDIFF, který byl zmíněn dříve.

3. Jak hrát SACD?

Přehrát disk SACD na jednotce PC nelze, jak jsem řekl, dále budu uvažovat pouze o přehrávání obrázků (SACD-R, DSD-Disc).

3.1 Přehrávání na zařízeních s podporou DSD

Pokud jste šťastným majitelem zvukové karty/DAC s podporou DSD, gratulujeme – budete moci plně využívat výhody Super Audio CD. Jak nastavit správný výstup DSD - vysvětlím níže.

3.1.1 Nativní DSD a DoP

Existují dvě možnosti pro doručování toku DSD do DAC: nativní DSD a DoP (DSD přes PCM). V první variantě proud vstupuje na kartu přesně ve formě, která byla probrána výše - s velmi vysokou vzorkovací frekvencí a bitovou hloubkou 1 bit. Druhá možnost byla vyvinuta pro kompatibilitu se stávajícími přenosy PCM (aby se neskládaly nové přenosové algoritmy, ale aby se pro PCM používaly ty stávající) a jedná se o jednoduché multiplexování vysokofrekvenčního 1bitového toku do 24bitového PCM s nižší frekvence, ve které vyšších 16 bitů obsahuje fragment toku DSD a nižších 8 bitů obsahuje speciální značku DoP, servisní informaci, která říká, že data nejsou běžným PCM, ale zabaleným tokem DSD. Pro přenos standardního DSD64 s frekvencí 2822,4 kHz se tedy používá PCM ve 24bitovém formátu 176,4 kHz, který lze snadno přenést přes USB, S/P-DIF a další známá rozhraní. Se zvyšující se frekvencí DSD roste i frekvence nosné PCM. Protože podpora PCM na 705,6 kHz je velmi špatná, přehrávání DSD256 přes DoP již obvykle není možné. Je třeba také poznamenat, že proces multiplexování / demultiplexování je nejjednodušší a nezahrnuje žádnou ztrátu informací / kvality. Uvedu příklad v desítkové soustavě: představte si, že máte hodnoty 2, 5, 3, 6, 9, 0 atd., a zavoláte je svému příteli – to je normální převod. Nyní si představte, že jste souhlasili se čtením dostupných hodnot v „balících“, trojciferných číslech – 253, 690 atd. – a váš přítel bude nadále psát čísla samostatně – jedná se o multiplexování / demultiplexování. Více než jednoduché, že?

3.1.2 Přizpůsobení foobar2000

Pokud z nějakého důvodu nemůžete sami zjistit nastavení výstupu DSD - žádný problém - mohu vám s tím pomoci. Pro objednání mě kontaktujte přizpůsobení foobar2000/zvuková karta/počítač.

Začněme tedy s nastavením přehrávání. Naše sada nástrojů pro přehrávání obrázků SACD (ve formátu ISO) obsahuje nejnovější verze foobar2000 s pluginy SACD Decoder, DSD Processor a ovladač DSD Transcoder ASIO (můžete si jej stáhnout na stejném místě, v jednom archivu s foo_input_sacd), stejně jako ASIO ovladač, který můžeme v některých případech potřebovat místo DSD Transcoderu.

Nyní se musíme rozhodnout, co máme z hlediska vybavení. Aktuálně mám k dispozici iFI nano iDSD USB DAC. Podívejte se tedy na specifikaci a zjistěte, že naše zařízení podporuje PCM až do 384 kHz a DSD až do 12,4 MHz. Znamená to tedy podporu všech formátů PCM (ve specifikaci není uvedeno, ale karta podporuje bitovou hloubku až 32 bitů), včetně podpory DXD, DSD64 a DSD128 přes DoP nebo nativní DSD, a navíc podpora DSD256 - pouze přes nativní DSD (nejnovější firmware přidal podporu pro výstup DSD256 také v režimu DoP).

Takto vypadá nastavení dekodéru SACD v našem případě:

Zde jsme povolili dekódování DSD a umožnili použití procesoru DSD. Mimochodem, pokud chcete, aby v přehrávači fungovaly vizualizace, můžete nastavit dekódování ve formátu DSD + PCM, ale pamatujte, že to negativně ovlivní výkon. Další nastavení:

upravitelné značky- zahrnuje možnost upravovat značky. V tomto případě se nové značky nezapisují do souboru obrázku, ale do souborů XML ve složce foobar2000/sacd_metabase.

Ukládejte štítky s ISO- pokud je povoleno, soubor XML s hodnotami tagů se uloží do stejné složky jako obraz ISO.

Propojené značky 2CH/MCH- vytváří spojení mezi tagy stereo a vícekanálové verze stopy, takže změny v jedné verzi znamenají změny ve druhé.

Upravené hlavní přehrávání- zahrnuje přehrávání původní master nahrávky, včetně částí, které nebyly zahrnuty při označení SACD. V tomto případě může být skutečná doba přehrávání některých skladeb o několik sekund delší, což může vést k nesprávnému zobrazení aktuální pozice přehrávání.

Potřebujeme DSD procesor, abychom mohli převést nepodporované formáty DSD na maximální podporované. Mimochodem, s politováním konstatuji, že podle vývojáře se pro převod DSD->DSD (byť velmi kvalitní) používá mezikonverze do PCM. Pro nano iDSD jsem povolil konverzi DSD512 na DSD256 pomocí SDM Type D, nejkvalitnějšího filtru 5. řádu využívajícího 64bitové výpočty s pohyblivou řádovou čárkou. Pro zájemce o rozdíly mezi odlišné typy sigma-delta modulátory - SDM Typ A / B / C / D - dávám tabulku:

Sample&Hold je zakázáno (tato možnost umožňuje zjednodušení algoritmu pomocí interpolace nultého řádu, což pomáhá snížit zatížení procesoru, ale negativně ovlivňuje kvalitu).

Poté proud následuje na výstup ( Poznámka: pokud je vybrán výstup DSD:... a následuje DSD / DoP stream, DSP a ovládání hlasitosti jsou vypnuty; pro běžná PCM data budou stále fungovat). Mohu použít jen výstup DSD: ASIO: iFi (od AMR) HD USB Audio, přičemž data budou na výstupu v DoP (takto přicházejí data z dekodéru SACD). To mi ale nevyhovuje, jelikož pak přijdu o možnost přehrávání DSD256 (a obecně raději používám nativní formát DSD), a proto si výstup předkonfiguruji přes ovladač DSD Transcoder. Chcete-li to provést, přejděte na Playback->Output->ASIO a poklepejte na DSD Transcoder (DoP/Native) v seznamu.

Zde jsem jen nastavil výstup všech DSD formátů do nativního režimu. Parametr Transition je zodpovědný za přidání ticha na začátek stop, lze jej zvýšit, pokud si všimnete, že stopy nezačnou znít hned. Parametr potlačení pozice vzorku je nutný, pokud se pozice přehrávání (uplynulý/zbývající čas) v přehrávači zobrazuje nesprávně.

Mimochodem, zvolená bitová hloubka zde nehraje roli, jelikož převodník bitové hloubky není použit pro výstup DSD.

3.1.3 Kontrola funkčnosti nastavení

Pro test jsem použil vzorek DSD256 Britten: Variace Franka Bridge - Romance, TrondheimSolistene ze stránky Hudba ve vysokém rozlišení 2L.

Jak vidíte, ukázka se přehraje a v panelu iFi (panel ASIO zařízení lze otevřít dvojklikem na název v seznamu ASIO zařízení - viz výše) se zobrazí frekvence nativního DSD256.

3.1.4 Nastavení pro více zařízení DSD

To vše je v pořádku, ale pouze v případě, že pro přehrávání DSD používáte pouze jedno zařízení. Ale co když existuje několik zařízení a mají různou podporu DSD (například jeden DAC podporuje DSD256 a druhý ne) - koneckonců v tomto případě budete muset neustále měnit nastavení procesoru DSD? V tomto případě přichází na pomoc ASIO Proxy a vlastní mapování kanálů ve foobar2000. Nainstalujte ovladač ASIO Proxy a poté přidejte novou předvolbu ASIO tak, že přejdete na Playback->Output->ASIO a kliknete na Add new pod Custom channel mappings. V okně, které se otevře, vyberte ovladač foo_dsd_asio a zadejte vhodný název:

Poté klikněte na Konfigurovat - zobrazí se okno konfigurace ASIO Proxy.

Nastavení ASIO Proxy pro iFi nano iDSD

Jak můžete vidět, ASIO Proxy kombinuje funkčnost DSD transkodéru a DSD procesoru, což vám umožňuje konfigurovat všechny parametry individuálně pro každé zařízení. Pro svůj DAC jsem zvolil nastavení podobná těm, která byla uvedena dříve.

Poznámka: v ASIO Proxy jsou kromě standardních režimů DSD a DoP také speciální režimy DoP pro dCS a exD DAC.

Po uložení nastavení zbývá vybrat výstupní zařízení DSD: ASIO: iFi nano iDSD vlastní a ujistěte se, že přehrávání funguje. Je tomu tak, iFI panel stále zobrazuje frekvenci 11289,6 kHz.

Nyní můžete podobným způsobem vytvářet nové ASIO předvolby s nastavením pro jakýkoli jiný DAC - pak stačí v případě potřeby přepnout výstupní zařízení.

Poznámka: ASIO Proxy má jednu nevýhodu: nečte DoP markery a pokud je na něj aplikováno PCM 176 kHz a více, bude to vnímat jako DSD přes PCM a bude konvertovat podle nastavení. Například v mém případě se 352,8 kHz převede na DSD128 (což nedává moc smysl, DAC stejně převede PCM na DSD). Pokud tedy budete hrát PCM, je lepší přepnout na normální výstup. ASIO:<ваша звуковая карта> .

3.1.5 Odstraňování problémů

Pokud jste vše nastavili podle mých pokynů a specifikací vašeho zařízení, ale stream DSD se nepřehrává nebo hraje se zkreslením / klikáním, zkuste následující:

3.2 Dekódování PCM a nastavení výstupu

Pokud ještě nemáte zařízení kompatibilní s DSD – no, nevadí, můžete jednoduše převést DSD na PCM s vysokým rozlišením. Dekódování v PCM budete také potřebovat, pokud potřebujete provést dodatečné zpracování streamu pomocí DSP (jak jsem psal výše, při výstupu DSD streamu jsou všechny handlery deaktivovány).

Nastavení dekodéru SACD pro výstup PCM

V nastavení dekodéru můžete nastavit cílovou vzorkovací frekvenci a převodní algoritmus DSD na PCM. Multistage je algoritmus optimalizovaný pro SSE a používá jednoduchou (32fp) nebo dvojitou (64fp) přesnost s plovoucí desetinnou čárkou. Přímá metoda je pomalejší (asi o 40 % pomalejší než Multistage) a filtruje frekvence nad 30 kHz. Instalovatelný režim FIR vám umožňuje načíst jednu z předvoleb LPF připojených k zásuvnému modulu, čímž vám dává možnost vybrat mezní frekvenci.

Nastavení také umožňuje nastavit zvýšení úrovně hlasitosti. SACD má zpravidla špičkovou úroveň nižší než -6 dBFS (0,5 maxima), takže jej lze nastavit na +6 dBFS (při výstupu do DSD toto zvýšení hlasitosti provádí DAC). Podobné nastavení je pro LFE (kanál subwooferu) – užitečné, když váš přijímač mění úroveň kanálu LFE. Po vyladění, abyste se ujistili, že nedochází k ořezávání, můžete výsledný pík analyzovat pomocí skeneru ReplayGain (v kontextovém menu foobar2000). Pokud vrchol překročí 1,0, je třeba zisk snížit.

Přehrávání SACD-R ve foobar2000. Playlist je načten stereo komprimovaným DST a stopami 5.1 (bitová rychlost zobrazená pro dekódované DSD). Na KV není na spektrogramu žádný šum, protože se používá 30 kHz LPF

4. Konverze SACD

Převod SACD a DSD se neliší od převodu stejného Hi-Res ripu 24/192 nebo podobně, jediné, co musíte udělat, je nastavit dekodér na výstup PCM (nebo DSD + PCM), potřebné parametry, po kterých může vrátit režim výstupu DSD - při převodu bude dekodér pracovat v režimu PCM. Vše ostatní je již popsáno v článku Převod vysokobitového zvuku na 16bitové/44,1kHz stereo.

Užitečné odkazy:

Informace o sponzorovi

APPLE-Support.kz: Servisní centrum Apple v Almaty. Hledáte, kde opravit iPhone v Almaty? V APPLE-Support vás rychle a efektivně obslouží specialisté s bohatými zkušenostmi s prací s produkty Apple.

Co je zvukový formát DSD

DSD (Direct Stream Digital) je jednobitový zvukový formát vyvinutý společnostmi Sony a Philips, který používá kódování modulace hustoty pulzu, typ modulace sigma-delta, a používá se k ukládání zvukových nahrávek na optických médiích SACD (Super Audio CD).

Zpočátku SACD zamýšlený jako formát archivní nahrávací společnosti Hudba Sony pro převod hudebního archivu do digitálního formátu.

Analogový audio signál je převeden na digitální pomocí delta-sigma modulace při vzorkovací frekvenci 2822,4 kHz(64krát více než CD Audio na frekvenci 44,1 kHz), ale se svolením 1/16 od povolení k 16 bit. Pro snížení úrovně šumu v soukromém rozsahu užitečného signálu se používá technologie „Noise Shaping“ (přesunutí frekvenčního spektra vzorkování šumu do horní nebo dolní oktávy mimo slyšitelný rozsah) je implementováno pomocí převzorkování signálu. 64x ke snížení šumu a zkreslení způsobeného chybou kvantizace zvukového signálu na jeden bit.

Převzorkování má velký význam při eliminaci kvantizačního šumu zaváděného kvantizérem. Protože je signál převzorkován, sousední vzorky spolu korelují. V důsledku tzv. „síťového efektu“ se výkon šumu ve frekvenčním rozsahu obsazeném užitečným signálem snižuje úměrně se zvýšením vzorkovací frekvence. Poměr signálu k šumu se tedy zvyšuje s rostoucí vzorkovací frekvencí. Převzorkování eliminuje potřebu předběžného filtrování a zachovává harmonické složky v jejich původním stavu. Fázová odezva se více podobá vysokofrekvenční odezvě analogových systémů.

Kladná změna amplitudy bude reprezentována všemi "1". Negativní - všechny "0". Nulový bod bude reprezentován změnou binárního čísla. Protože hodnota amplitudy analogového signálu v každém okamžiku je reprezentována jako pulzní hustota, tato metoda se někdy nazývá modulace pulzní hustoty. Modulace pulzní hustoty (PDM).

Výhody formátu DSD

• vynikající frekvenční a fázové charakteristiky
• odolnost proti hluku
• snadnější zpracování a přepínání
• snížení dopadu chyb
• lze upgradovat bez obětování kompatibility médií
• jednobitový formát DSD nepotřebuje rámovou strukturu a nevyžaduje vícebitové sběrnice, což poskytuje několik důležitých technických výhod:
• připojení je provedeno jedním párem vodičů (jako u analogové technologie)
• není potřeba vytvářet vyrovnávací paměť pro uložení vícebitového slova. Vzhledem k tomu, že systém je jednobitový, není také potřeba jej komplikovat synchronizací
• vlivy zpoždění vzorků (jitter) jsou zanedbatelné, protože zpoždění několika vzorků při převzorkování má minimální vliv na audio signál, protože i při nejvyšší frekvenci signálu je to malá část periody; ve vícebitových systémech bude zpoždění na vzorek již rovné polovině periody vysokofrekvenčních složek signálu.
• procesorové jednotky a čipy mají méně připojení a mohou používat sériové rozhraní.
• DSD schopný poskytnout dynamický rozsah 120 dB od 20 Hz do 20 kHz. Mimo výše uvedený slyšitelný rozsah dochází k výraznému zvýšení hladiny hluku 20 kHz

Aplikace technologie DSD

Používá se v médiích SACD

DSD disk- optický disk (DVD-R, DVD+R, DVD-RW nebo DVD+RW), obsahující soubory DSD s příponou *. DSF, které lze přehrát na počítači nebo jiném zařízení, které dokáže tyto soubory přehrát. Obsahuje zvukové soubory ve vysokém rozlišení se vzorkovací frekvencí 2822,4 kHz. Kvalita zvukového záznamu DSD disk stejné jako na SACD, s tím rozdílem, že na první nelze zaznamenat vícekanálový signál. Sony vyvinulo specifikaci tzv Formát disku DSD používané některými nahrávacími společnostmi k vydání DSD disky. Tento formát je otevřený a pomocí speciálního softwaru lze takový disk připravit doma a obsahovat soubory DSD přijaté například přes internet. Firma Mytek Digital produkuje vynikající DAC schopen přímo zpracovat DSD stream, jejich produkt je velmi oblíbený.

Od roku 2010 jsou zvukové soubory distribuovány na internetu DSD s příponou DSDIFF nebo DSF. Pomocí speciálního softwaru a DAC je lze přehrávat na počítači nebo je lze převést na soubory PCM pro pozdější poslech.

Porovnání DSD s PCM

Zvuk SACD uloženy ve formátu tzv Direct Stream Digital (DSD), která se liší od obvyklého PCM(modulace pulsního kódu - PCM) používané v CD nebo konvenčních počítačových audio systémech.

Zapisovač Direct Stream Digital (DSD) používá modulaci sigma-delta. Povolení DSD je 1 bit se vzorkovací frekvencí 2,8224 MHz. Výstup rekordéru DSD střídá úrovně poloh "zapnuto" a "vypnuto" a jedná se o binární signál - bitstream. Dlouhodobý průměrný koeficient tohoto signálu je úměrný původnímu signálu. V DSD Techniky tvarování šumu se používají k tomu, aby se hluk dostal mimo slyšitelný rozsah. V podstatě uložení bitstreamu DSD umožňuje hráči SACD použijte základní (jednobitový) obvod DAC, který obsahuje analogový filtr nízkého řádu. Formát SACD schopný přenášet dynamický rozsah 120 dB od 20 Hz do 20 kHz a rozšířený frekvenční rozsah až 100 kHz, ačkoli většina aktuálně dostupných hráčů požaduje horní limit 80-90 kHz spíše než 20 kHz je horní hranice lidského sluchu.

Proces vytváření signálu DSD koncepčně podobné použití 1bitového A/D (INZERÁT) převodník delta-sigma a decimátor výjimky (decimátor), který převádí 1bitový bitový tok na vícebitový tok PCM. Namísto přímého záznamu 1bitového signálu je k obnovení původního analogového signálu teoreticky zapotřebí pouze dolní propust. Ve skutečnosti je to složitější a analogie je neúplná s takovým 1bitovým sigma-delta převodem a má v dnešní době poměrně vzácné použití, jedním z důvodů je, že 1bitový signál nelze správně ditherovat: většina moderních sigma-delta převodníků je vícenásobná -bit.

Vzhledem k povaze sigma-delta převodníků, přímé srovnání mezi DSD a PCM se nezdá možné. Určitá aproximace je však možná, pokud se transformuje DSD v některých ohledech srovnatelné s formátem PCM, který má bitovou hloubku 20 bitů a frekvenční vzorkování 96 kHz. Vzorkování PCM - 24 bitů poskytuje (teoreticky) další dynamický rozsah 24 dB.

Vzhledem k tomu, že to bylo nesmírně obtížné DSP operace (jako je práce s ekvalizací, vyvážením, panorámováním a dalšími digitálními změnami) v 1bitovém prostředí a rozšířenost studiového vybavení, jako je Pro Tools, které funguje výhradně na PCM, drtivá většina disků SACD– konkrétně rocková a moderní hudba, která se opírá o vícekanálové technologie – byly vlastně smíchány PCM(nebo smíšené analogově a nahrané na PCM rekordéry) a poté převedeny na DSD pro zvládnutí v SACD.

K vyřešení některých z těchto problémů byl vyvinut nový studiový formát, obvykle označovaný jako „ DSD -široký“, který si zachovává vysokou vzorkovací frekvenci standardu DSD, ale používá 8bitový, spíše než jednobitovou digitální délku slova, přičemž se silně spoléhá na princip „ generování hluku ". Stává se téměř stejným PCM(někdy se hanlivě označuje jako „ PCM-úzká“), ale má další výhody a je praktičtější, když DSP provoz ve studiu. Hlavní rozdíl je v tom, že " DSD Wide" stále zachovává vzorkovací frekvenci 2,8224 MHz (64 Fs) zatímco nejvyšší frekvence PCM – 352,8 kHz (8FS). Pak signál DSD Wide“ je převedeno dolů na normální DSD pro zvládnutí SACD. V důsledku této technologie a dalších vylepšení nyní existuje několik digitálních audio pracovních stanic (DAW), které fungují nebo mohou fungovat v oblasti DSD, zejména Pyrmix a některé systémy SADiE.

Další formát pro úpravy DSD tohle je DXD (Digital eXtreme Definition), formát PCM s 24bitovým rozlišením vzorkování 352,8 kHz(nebo alternativně 384 kHz).

Všimněte si, že PCM vysoké rozlišení ( DVD-Audio, HD DVD a Blu-ray Disc) a DSD (SACD) mohou být stále technicky odlišné na vysokých frekvencích. Regenerační filtry se běžně používají v dekódovacích systémech PCM, stejným způsobem jako dříve, takže filtry omezující šířku pásma se běžně používají v kódovacích systémech PCM. Jakékoli chyby nebo nežádoucí objekty vnesené takovými filtry mají tendenci ovlivnit konečný výsledek. Jasná výhoda DSD, je, že takové filtrování se nepoužívá. Dynamický rozsah DSD při vyšších frekvencích rychle klesá 20 kHz díky použití systému redukce hluku, stejně jako u všech přehrávačů SACD je použit přídavný dolní propust 50 kHz z bezpečnostních důvodů v situacích, kdy zesilovače nebo reproduktory nebudou produkovat zkreslený výstupní signál, pokud je v signálu výše šum 50 kHz.

Schematické vysvětlení DSD

Schéma PCM (Pulse Code Modulation).

Schéma DSD (Direct Stream Digital).

Delta-sigma modulace

Spektrální DSD vs. PCM

DSD jako kódovací formát

DSD jako kódovací formát

DSD jako kódovací formát

Výsledek kódování PCM 1FS

Výsledek kódování PCM 2FS

Výsledek kódování DSD

DSD záznamy

• Existuje mnoho nahrávek, které byly převedeny z původních nahrávek PCM.
• Audiophile labels mají velké knihovny DSD nahrávek, které se používají pro SACD
• Nahrávky DSD jsou stále více dostupné ke stažení přes internet.

Stáhněte si Speed ​​​​Metrics

• Velikosti souborů pro 3minutovou skladbu a dobu stahování (za předpokladu 5 Mb/s připojení k internetu)

Redbook (16/44,1 kHz)	32 MB	1 minuta.
24/88,2 kHz	95 MB	2,6 min.
24/96 kHz	103 MB	2,8 min.
24/176,4 kHz	190 MB	5 minut.
DXD (24/352,8 kHz)	380 MB	10 min.
DSD	127 MB	3,4 min.

Zařízení pro přehrávání DSD

• Existuje mnoho DAC, které používají standardní běžně dostupné čipy, které buď nerozumí DSD nebo převést stream DSD přes PCM převést na analogový zvuk
• Existují výrobci, kteří vytvářejí DAC, které umí konvertovat DSD na analogový přímo bez oklik
• Existuje již mnoho programů schopných přehrát obojí DSD tak PCM soubory na Mac a PC

Otevřený standard DSD-over-PCM (DoP)

• Zajišťuje odesílání dat DSD přes standardní rozhraní PCM(například AES/ EBU, SPDIF, USB atd.)

• Žádná konverze na PCM!
• Podporováno většinou výrobců DAC a softwaru pro přehrávání

Odkazy na externí DAC

Díky DoP (DSD přes PCM) jakékoli standardní rozhraní PCM lze použít pro DSD, jmenovitě:

AES / EBU

• profesionálové: dlouhý kabel, synchronizace
• Mínusy: omezená vzorkovací frekvence, vyžaduje druhý kanál pro hlavní hodiny

S/PDIF

• profesionálové: synchronizace
• Mínusy: krátké kabely, omezená vzorkovací frekvence, vyžaduje druhý kanál pro hlavní hodiny

HDMI

• profesionálové: synchronizace, DSD
• Mínusy: omezená vzorkovací frekvence, omezená délka kabelu, drahé, bez nastavení hlavních hodin

USB

• profesionálové: standardní na všech počítačích, podpora standardních operačních systémů, otevřený (může podporovat DSD nebo jakékoli budoucí formáty), bez omezení vzorkovací frekvence, bez nutnosti druhého kanálu pro hlavní hodiny
• Mínusy: omezená délka kabelu, asynchronní

firewire

• velmi podobný USB, ale mezi výrobci počítačů je stále méně populární

Na pozadí rostoucího zájmu o DSD (Direct Stream Digital) – hlavní záznamový formát pro SACD disky, si myslím, že by bylo užitečné vysvětlit, co je DoP. Ano, už znám příliš mnoho třípísmenných slov (TLA - Three Letter Acronyms).

DoP znamená „DSD over PCM“ a byl vynalezen skupinou špičkových výrobců audia, kteří se nám všem snažili přinést skvělý zvuk. A PCM (nebo PCM - Pulse Code Modulation) je standardní formát digitálního záznamu zvuku, například na CD.

Taková byla myšlenka. Vzhledem k tomu, že formát PCM se používá všude a rozumí mu všechny digitální přehrávače, počítače a DAC, je celkem logické zvolit jej jako kandidáta na titul univerzálního formátu. Jak si dokážete představit, přimět všechny výrobce počítačů a operačních systémů, aby přešli na něco tak zřídka používaného, ​​jako je DSD, je nemožný úkol a takový projekt s největší pravděpodobností nebude fungovat. Ale pokud se nám podaří vyhovět existujícímu formátu, jako je PCM, bude to mnohem jednodušší úkol. To je přesně to, co tito lidé udělali.

Formát PCM používá k přenosu dat sekvenci snímků (snímků) nebo „snímků“. Každý rám je samostatná skupina audio data obsahující vzorky pro levý a pravý kanál. Na CD máme vzorky hudebního signálu, které následují rychlostí 44 000krát za sekundu, jednou pro levý kanál a jednou pro pravý kanál (takže proces probíhá dvakrát rychleji, abychom získali dvě sekvence 44K vzorků současně. čas). Nyní v duchu odečtěte dva údaje (levý a pravý kanál) a vložte je do balíčku. Toto bude rámec, o kterém PCM mluví. Každý snímek obsahuje jeden levý a jeden pravý vzorek spolu s dalšími informacemi, které hardwaru říkají, co má očekávat.

Na druhou stranu formát DSD neobsahuje žádné snímky; místo toho představuje konstantní proud bitů, jejichž hustota závisí na hudbě.

Z toho plyne velmi rozumný nápad, který realizovali tvůrci DoP. Jednoduše rozdělili tok DSD do samostatných 16bitových skupin a každý 16bitový blok byl oddělen od celkového toku. Poté zkombinovali pravou 16bitovou skupinu s levou 16bitovou skupinou, přidali identifikační informace a upravili ji tak, aby si počítače a DAC myslely, že jde o PCM. Vzhledem k tomu, že takový stream je nerozeznatelný od PCM pro žádné počítače nebo DAC na USB vstupu, volně přechází do DAC přes USB, S/PDIF nebo AES/EBU. Velmi chytrý tah, samozřejmě.

Aby rychlost odpovídala jednoduchému nebo dvojitému toku DSD, použili pro PCM vzorkovací frekvence 176,4 kHz a 352,8 kHz.

Když takový signál dorazí do DAC, převede se zpět do původního proudu jednoduchým zapojením všech bitů do série. Nedochází k žádné manipulaci s daty, žádnému poškození bitů, a pokud váš DAC podporuje DSD, můžete začít. Pokud váš DAC nepodporuje DSD, bude na výstupu ticho.

(Komentář čtenářů: výstupní ticho je u PS Audio DAC, ale pro ostatní může být výstup „ bílý šum"omezené spektrum nebo hudba jako JRiver DAC na 352,8/32)

Hi-Res Audio. Pro většinu milovníků hudby je tento termín omezen na nahrávky FLAC 24/96 a vyšší. Přístup je správný. Ale jen částečně. Ostatně samotný princip, na kterém je FLAC založen, je v podstatě stejný jako u klasického CD. A liší se pouze evolučně. Vyšší kvantizační bitová hloubka a vzorkovací frekvence. Ale věřit, že je to jediný způsob, jak dosáhnout nové úrovně kvality, by byla neodpustitelná chyba.

V 80. letech minulého století vstoupili průkopníci v oblasti digitálního zvuku a zejména CD, Philips a Sony, do inženýrské aliance, aby vytvořili nový formát pro ukládání digitálního zvuku, který by poskytoval výrazně méně šumu a zkreslení v nahrávkách než původní studiové kazety DAT nebo stejné CDDA. Jednoduše řečeno, poměr SNR nového formátu musel být alespoň 110 dB. Byl to on, kdo dostal jméno DSD.

Původně měl být rozsahem tohoto formátu pouze studiové nahrávání zvuku. Dále na základě těchto zdrojů měla být vydána běžná CD. Ale množství šumu a zkreslení v nich kvůli takovému prostředníkovi mělo být výrazně nižší.

Je třeba poznamenat, že v době vývoje formátu byla kvantizační bitová hloubka nad 16 bitů a vzorkovací frekvence vícebitového audio streamu nad 44,1 kHz, mírně řečeno, z technického hlediska sci-fi. Pohled. Vytvoření hardwaru, který by toho byl schopen, v realitě tehdejších technologií nebylo absolutně ekonomicky proveditelné.

Proto bylo rozhodnuto vydat se zásadně jinou cestou. A vytvořte formát… 1-bit! Kódování signálu se tedy nyní neprovádělo kvůli jeho bitové hloubce, ale kvůli vysokofrekvenčním pulzům. To znamená, že byla použita metoda kódování modulace hustoty pulzů. Je to také sigma-delta modulace. Zní to jako raketová věda? Ve skutečnosti je vše docela jednoduché.

Tento způsob úpravy signálu (modulace) zaznamenává nárůst amplitudy v jednotkách. A pokles je nulový. A nulový bod (tedy ticho) je zakódován změnou čísla. A hodnota amplitudy signálu (tj. frekvence zvuku) v každém časovém okamžiku je reprezentována hustotou hodnot stejného typu. Tedy řádky nul, respektive jedniček. Tento princip se odráží v názvu metody.

Názorný příklad kódování dvoukanálového zvuku (stereo) v DSD

Vzorkovací/vzorkovací frekvence s přihlédnutím k účelu formátu a jeho bitovosti musí být velmi vysoká. Taková je. Výchozím bodem pro DSD je vzorkovací frekvence 2,8 MHz! To je 64krát větší než vzorkovací frekvence CD (metoda PCM) 44,1 kHz. Zdálo by se, že jde o nejdivočejší overkill. A opakované překročení vzorkovací frekvence horní hranice slyšitelných frekvencí, tedy 20 kHz, na kvalitě zvuku nic nedává. Koneckonců už nemůže do nahrávky přidávat žádné užitečné akustické informace ...

Ale to je tak jen na první pohled! Tento přístup se nazývá oversampling nebo převzorkování a je navržen tak, aby výrazně snížil množství šumu vneseného do záznamu během kvantizace (počáteční vzorkování). Toho je dosaženo díky skutečnosti, že velká vzorkovací frekvence způsobí, že kterékoli dvě sousední části signálu vzájemně korelují. To znamená, že zajišťuje jejich stabilní propojení a zabraňuje nekontrolovaným změnám v jednom úseku záznamu bez odpovídající změny v úseku sousedním.

Jak můžete vidět, pokud jde o frekvenční odezvu, DSD je velmi blízko analogovému zvuku.

Co jako výsledek získáme? Jednobitový formát s následujícími cennými vlastnostmi:

• jednoduchost dekódovacího zařízení, protože je mnohem jednodušší a levnější zpracovat jednobitový signál, byť na vysoké frekvenci, než 16bitový;
• odolnost proti hluku;
• skvělý zvuk a praktické totální absence hluk ve slyšitelném akustickém rozsahu.

Tím výčet předností nekončí. To nejdůležitější jsme však již uvedli.

Je třeba poznamenat, že SNR první generace formátu DSD s názvem DSD64 pro 64násobek vzorkovací frekvence je 120 dB. Velikost je impozantní i dnes. Pokrok však nezůstal stát. A před rokem 2000 vznikly verze DSD128, DSD 256 a dokonce i DSD512. SNR se předvídatelně zvýšilo.

V roce 2000 se DSD nesměle pokusilo vymanit se ze zdí nahrávacího studia a stát se formátem pro koncového uživatele. Tak se zrodily disky SACD. Dodnes si však velkou oblibu nezískaly, přestože jejich podíl na trhu rok od roku neustále roste.

Pro přehrávání na PC se DSD s určitými změnami proměnilo v celou řadu formátů - od DST po DSDIFF. To vše je ale stále exotické. Důvod tohoto stavu je velmi jednoduchý – 30letá dominance spotřebitelského audio trhu formátu CDDA a jeho derivátů. A proto, aby byla zajištěna plná technická kompatibilita ve formátu DSD bez překódování, je nutné vyměnit přehrávací zařízení. A to jsou další náklady. Zároveň další evoluční vývoj CDDA, který nabral podobu Hi-Res FLAC, není z hlediska klíčových vlastností v žádném případě horší než DSD. Včetně SNR.

DSD tak zůstává v současnosti pouze dobrým studiovým formátem. Hospodárný. Se zjednodušenou procesní technologií ve srovnání s CDDA. SACD je stále volbou audiofilských estétů. Jejich poměrně vysoká cena neumožňuje rychlý vývoj formátu. Ale kdo ví, třeba v budoucnu DSD najde druhý dech. A konečně dostáváme slušnou alternativu k FLAC.

Pokud najdete chybu, zvýrazněte část textu a klikněte Ctrl+Enter.

V ideálním případě by požadavky na takové připojení měly být:

• žádná omezení pro formát zvuku,
• bez omezení vzorkovací frekvence,
• jeden kabel
• DAC musí mít

Dlouhé kabely jsou standardem u většiny běžných počítačů. Je to špatné.

Nejběžnější audio připojení, které již známe, jako je koaxiální kabel, AES/EBU nebo Toslink, mají všechna určitá omezení. Žádný z nich nepodporuje DSD a žádný z nich nezvládne vzorky nad 192 kHz bez přidání druhého kabelu. Naštěstí se koncem 90. let spojilo několik audio společností s několika velkými softwarovými společnostmi, aby definovaly protokol zvukového kanálu, který by mohl být implementován nad standardní rozhraní USB. Tento protokol nemá téměř žádná omezení formátu, vzorkovací frekvence nebo nastavení. Toto je standardní postup pro všechny počítače, i ty nejzákladnější verze.

Pokud chcete audio systém do budoucna, pak byste měli mít standardně počítač s USB.

Různí výrobci již nabízejí přehrávací software, který podporuje PCM, DSD při libovolné vzorkovací frekvenci.

Poté, co program pro přehrávání načte soubor DSD a odešle data na USB, kde poté přijme signál k přenosu přes USB. Operační systémy Windows a Apple OS mají implementovány ovladače s částečnou podporou specifikace USB Audio:

Windows 7 implementuje USB Audio velmi špatně a nemůže podporovat více než 24/96 kHz PCM. Neexistuje žádná podpora formátu DSD. Jinými slovy.

ALE!! Naštěstí profesionální audio společnost Steinberg vytvořila zvukový ovladač High Level Interface (ASIO), který nejen podporuje jakoukoli vzorkovací frekvenci pro PCM, ale také pro DSD. Je široce používán mnoha výrobci a již se stal de facto standardem v profesionálním audio průmyslu. Uznání se mu dostává i v okolí.

Apple OS má nativní podporu pro jakýkoli formát PCM. Bohužel však nepodporuje DSD a odstranil speciální režim ("celý režim") ve svém nejnovějším vydání OS 10.7. Protože Apple vytváří na rozdíl od platformy PC/Windows velmi uzavřené systémy, jedinou možností je v tuto chvíli přehrávat soubory DSD nativně a odesílat bity DSD do kontejnerů PCM, aby si operační systém myslel, že jde o PCM. Právě tehdy vývojář a výrobce softwaru použili k implementaci dostatečně bezpečných zábradlí, aby nemohlo dojít k záměně. Někteří výrobci pracující jako tým udělali maximum pro standardizaci společné metody, aby bylo možné DSD hrát nativně přes normální cesty PCM bez konverze z DSD na PCM a naopak.

Platforma Linux se používá i na hudebních serverech, ale pokud uživatel není počítačově zdatný, protože není snadné nastavení a podpora softwaru a ovladačů. Podle mého nejlepšího vědomí neexistuje žádný software pro přehrávání ani podpora ovladačů pro DSD a v současné době není k dispozici pro operační systém.

Závěr

Zatímco DSD se stále používá na každém SACD, může mít také další růst
nový život jako samostatný formát ke stažení. Jeho kvalita zvuku jej činí konkurenceschopným s jakýmkoli formátem PCM s vysokým rozlišením, mnoho posluchačů tvrdí, že je nejlepší. Jeho velká účinnost zaručuje úspěch v této věci. Včera byl jakýkoli audio formát vysoce specializovaný na nějaký typ hardwarového média (tj. vinyl, CD, SACD atd.) a to bránilo vývoji kódovacích formátů na PCM nebo DSD. Ale dnes vstupujeme do éry, kdy se stejná omezení neuplatňují. Stal se rozšiřitelným díky softwarovému ovládání a počítačovým platformám. To je dobré nejen pro ukládání, zpracování, jednoduchou funkci přehrávání, ale také pro fyzické připojení (např. USB) až tam, kde hraje hudba, k DAC. Kdysi se formát kódování musel přizpůsobit hardwarovému médiu, dnes je tomu naopak: hardwarové médium je přizpůsobeno formátu kódování. Jinými slovy, moderní výpočetní technika může růst tak, že formát může být standardem. Dnes to může být kombinace vysokorychlostního PCM a DSD, zítra to může být in

Pokračování příště…

Neboj se ke mně přidat