DSD формат аудио | Простое объяснение | Прочтите это сейчас >

Сохранить и прочитать потом —

Похоже, формат DSD вновь входит в моду. Большинство новых цифровых устройств обеспечивают его поддержку, а каталог доступных альбомов внушает уважение – особенно у любителей джаза и классики.

Что же это такое и чем отличается от других систем записи цифровых сигналов, применяющихся в компакт-дисках и других форматов Hi-Res-аудио? Давайте узнаем.

Параметры DSD

Характеристики DSD

Direct Stream Digital является обним из аудиофильских форматов высокого разрешения (high resolution audio). Он был создан для улучшения динамического диапазона CD-аудио в слышимой частотной области звука.

Читайте далее о вопросах качества звука (шум, битовая глубина, полоса, частота дискретизации DSD audio по сравнению с PCM).

Чем открыть файлы для прослушивания?

По большому счету, если речь идет исключительно о компьютерной технике, открыть цифровое аудио в формате PCM можно любым удобным проигрывателем (либо встроенным в саму операционную систему, либо созданным сторонними разработчиками).

Другое дело, что в этой обширной категории могут присутствовать файлы с разными расширениями, которые собственные средства системы могут и не поддерживать. В этой ситуации на помощь приходят либо плееры, либо редакторы аудио. Если же речь идет о бытовой технике, некоторые форматы без проблем можно воспроизвести на самых обычных DVD-плеерах.

Однако наибольшее количество известных типов аудио, включая все форматы PCM, поддерживают проигрыватели Blue-ray. Но ведь иногда возникает необходимость редактирования звуковых файлов. Что делать в этом случае?

1-бит и шум

Как правило, этот формат имеет битовую глубину 1 бит. Поэтому уровнень шума значителен из-за ошибок квантования.

Для снижения уровня шума в низкочастотной слышимой области используется нойз-шейпинг. Нойз-шейпинг (noice shaping, управление формой спектра шума) — это перенос энергии шума из слышимой частотной области в область ультразвука.

Нойз-шейпинг (НШ) спектра 1-битного сигнала. Сигма-дельта модуляция

В левой части изображения спектр шума имеет уровень соизмеримый с уровнем 1-битного музыкального сигнала. Устройство (или цифровая обработка), называемое сигма-дельта модулятор, «выдавливает» энергию шума из слышимой частотной области 0 … 20 кГц в область ультразвука.

Когда такая 1-битная запись проигрывается, низко-частотный фильтр вырезает «усиленный» высокочастотный шум.

DSD DAC (декодер , демодулятор)

Таким образом, уровень шума 1-битного сигнала после нойз-шейпинга (сигма-дельта модуляции) становится сравнимым с уровнем шума мультибитного сигнала PCM (импульсно-кодовая модуляция).

То есть 1-битная сигма-дельта модуляция может иметь разрешение аудио одинаковое с мультибитным сигналом. Читайте подробности и смотрите видео здесь

Читайте DSD или FLAC [Сравнение, Инфографика, Объяснение] >

Частоты дискретизации

DSD формат использует стандартный ряд частот дискретизации основанный на 44100 Гц:

• DSD64 = 44100 * 64 = 2’822’400 Гц = 2.8 МГц
• DSD128 = 44100 * 128 = 5’644’800 Гц = 5.6 МГц
• DSD256 = 44100 * 256 = 11’289’600 Гц = 11.3 МГц
• DSD512 = 44100 * 512 = 22’579’200 Гц = 22.6 МГц
• DSD1024 = 44100 * 1024 = 45’158’400 Гц = 45.2 МГц
• и т. д.

Также в качестве основы может быть использовано 48000 кГц. С технической точки зрения не существует ограничения на частоту дискретизации сигма-дельта модулированного сигнала. Но возможно возникновение проблем с совместимостью.

Перегрузка и устойчивость

Когда разрабатывается сигма-дельта модулятор, инженеры обращают особое внимание на:

• уровень шума в слышимом звуковом диапазоне и
• устойчивость к перегрузке.

Для решения этих проблем разработчики могут варьировать:

• битовой глубиной,
• частотой дискретизации,
• нойз-шейпингом.

Эти параметры должны рассматриваться в связи друг с другом.

Битовая глубина

Увеличение битового разрешения уменьшает шумы квантования (шумы ошибки квантования).

Нойз-шейпинг

Нойз-шейпинг «выталкивает» энергию ошибки квантования из слышимого диапазона.

Для «выталкивания» большего количества энергии нужно более крутой нойз-шейпинг.

Более крутой нойз-шейпинг увеличивает вероятность срыва стабильности работы сигма-дельта модулятора при перегрузке на входе. Когда модулятор в нестабильном состоянии, на его выходе отсутствует сигнал или генерируются колебания. После срыва стабильности модулятор должен быть принудительно перезапущен.

Устойчивость сигма-дельта модулятора к перегрузке

Частота дискретизации

Более высокая частота дискретизации уменьшает уровень спектра ошибки квантования. Потому, что энергия шума распределяется в более широкой полосе. Это позволяет использовать более пологий нойз-шейпинг.

Энергия — это площадь фигуры, заключенной между линеей спектра и горизонтальной осью в полосе 0 … [частота дискретизации]/2.

Частота дискретизации и уровень шума квантования

В правой и левой частях изображения площади фигур шума одинаковы. Но фигура, более растянутая по горизонтальной оси, дает более низкий уровень шума.

Увеличение частоты дискретизации позволяет снизить уровень шума в полосе слышимого звука. Это позволяет уменьшить крутизну нойз-шейпинга и увеличить устойчивость модулятора к перегрузке.

Resume

Мы можем видеть, что более низкий уровень шума и более высокая устойчивость модулятора к перегрузке на входе могут быть достигнуты разными путями.

Например, лучшее качество звука — это вопрос реализации нойз-шейпинга при имеющихся битовом разрешении и частоте дискретизации. Но, с другой стороны, возможно увеличить частоту дискретизации и/или количество бит для снижения ошибки квантования (уровня шума) без улучшения метода нойз-шейпинга.

Конвертирование форматов

Но ведь сами понимаете, когда у вас есть огромная коллекция файлов, включающая тысячи и десятки тысяч треков, да еще и в разных форматах, для преобразования в единый тип лучше использовать специализированные программы (конвертеры аудио), которые поддерживают пакетную обработку файлов.

Но и в этом случае необходимо обратить внимание на один существенный аспект. А что если файлы записаны с разной громкостью, а вам нужно, так сказать, привести их к единому знаменателю? Изменять параметры уровня для каждого файла тоже будет достаточно проблематично! Здесь на помощь приходят конвертеры, позволяющие «подгонять» громкость всех файлов под какой-то один выбранный шаблон. В Итернете таких конвертеров полно. И большинство из них являются бесплатными. Но если вы хотите добиться максимального качества звука, придется поработать самостоятельно, поскольку может потребоваться изменить, скажем, битрейт, частоту дискретизации или глубину аудио. Работа – кропотливая, но результат, как говорится, стоит свеч.

DSD в цифрах

Профессиональные аудио модуляторы имеют уровень шума в слышимом звуковом диапазоне для частот дискретизации:

• DSD64 около -125 … -145 дБ (сравнимо с PCM 24 бит)
• DSD128 около -165 дБ (лучше, чем PCM 24 бит)
• DSD256 и выше около -170 … -200 дБ (сравнимо с PCM 32 бит)

Уровень шума в слышимом диапазоне почти не зависит от демодулятора. Но уровень шума должен быть максимально подавлен вне этой полосы. Так как ультразвуковой шум может привести к интермодуляционным искажениям.

Читайте о DSD vs DSF vs DFF >

Относится ли формат DSD к Hi-Res-аудио?

Насколько высокое разрешение имеют записи в DSD? Точно установить соотношение между PCM и DSD невозможно, но базовый формат примерно соответствует PCM с параметрами дискретизации 24 бит/88,2 кГц.

Заявленный динамический диапазон DSD составляет около 120 дБ в пределах слышимости. Для сравнения, у обычных CD он равен 96 дБ, а теоретический максимум записей в 24/192 достигает 144 дБ.

Большие числа смотрятся впечатляюще, но на деле даже диапазона CD более чем достаточно для любой записи.

DSD vs PCM

Direct Stream Digital (сигма-дельта модуляция) очень похожа на импульсно-кодовую модуляцию (PCM), но форма спектра уровня шумов квантования изменена для уменьшения уровня шума в звуковом диапазоне.

Также возможно применение нойз-шейпинга для обычной PCM. Но разница заключена в запасе полосы для «выталкивания» энергии шума из звукового диапазона.

DSD против PCM

PCM имеет меньший резерв полосы (выше звукового диапазона), чем сигма-дельта модуляция, и это обусловлено более высокой битовой глубиной и переходной полосой выходного фильтра ЦАП (цифрово-аналогового преобразователя).

Нойз-шейпинг также может быть использован и для импульсно-кодовой модуляции.

Таким образом, формат сам по себе не имеет преимуществ. Но его реализация может иметь различия в качестве звука.

Декодер сигма-дельта модуляции (демодулятор) является 2-позиционым (1 / -1) формирователем напряжения и фильтром низких частот. Он проще PCM демодулятора. Потому, что импульсно-кодовый демодулятор содержит либо резисторную матрицу для формирования напряжений (R2R) или цифровой сигма-дельта модулятор с 1-битным декодером. Таким образом у нас есть больше возможностей сделать DSD ЦАП (DAC) более дешевым и лучшим по качеству, чем мультибитный ЦАП.

Читайте подробности здесь >

Посмотрите статью с инфографикой DSD против FLAC >

Читайте статью о ЦАП >

Подробнее о PCM

Цифровые потоки записываются в виде комбинации двух состояний, 0 и 1; но для того, чтобы эту информацию можно было использовать, она должна быть организована особым образом. Почти во всех случаях используется система под названием PCM (Pulse Code Modulation, импульсно-кодовая модуляция).

Давайте вначале вспомним, как именно работает PCM.

При использовании PCM исходная форма аналогового аудиосигнала описывается при помощи двух параметров. Первый – это величина. На компакт-диске она представлена 16-разрядными цифровыми данными, что дает возможность задавать 65 536 различных уровней сигнала.

Для адекватного представления исходной формы сигнала ее необходимо измерять с точно отмеренными регулярными интервалами. Эти отсчеты выполняются 44 100 раз в секунду. Число выглядит случайным, однако его выбор был очень продуманным – оно обеспечивает покрытие полного диапазона слышимых человеком частот (от 20 Гц до 20 кГц).

Форматы сжатия DSD

1. Сигма-дельта модуляция реализована как оптический диск SACD (Super Audio CD).
2. Этот же вид модуляции содержится в файлах DSF, DFF, SACD ISO (SACD образ диска).
3. WAV, AIFF, FLAC контейнер с DoP-упакованным (DSD over PCM, DSD через PCM) содержимым.

SACD диск может быть конвертирован без потерь (losslessly) в SACD ISO файл [], [], [].

SACD ISO файл может быть распакован без потерь в DSF или DFF файлы.

Читайте подробности о файлах DSF и DFF.

1-битные аудио файлы (DSF, DFF, SACD ISO) и диски могут быть сжаты по размеру с помощью метода DST (Direct Stream Transfer).

DoP — это открытый протокол, который позволяет запаковывать 1-битное аудио в мультибитный формат для совместимости с программами и аппаратурой []. DoP не может быть воспроизведен как обычный PCM.

Также 1-битное аудио может вещаться через сеть.

Несжатое DSD64 требует пропускную способность 2.7 Мбит/с = 44100 Гц * 64 / 1024 / 1024.

Источники, носители Direct Stream Digital

Также связка индексного файла CUE и DSF/DFF аудио файла может содержать 1-битный альбом.

Как воспроизводить DSD-файлы?

Chord Hugo 2 способен воспроизводить файлы вплоть до DSD512

В последние годы цифровые компоненты все чаще поддерживают воспроизведение DSD; это связано с повышением доступности скачиваемых аудиозаписей. Проверьте, поддерживают ли этот формат ваши портативный музыкальный, сетевой плеер и/или ЦАП.

Самые современные цифровые устройства среднего и высшего класса, как правило, обладают такой поддержкой; если ваши компоненты относятся к их числу, обязательно добавьте этот формат к уже привычным FLAC и WAV. Некоторые флагманские смартфоны также совместимы с DSD. И даже пользователи Apple iPhone могут воспроизводить DSD-файлы при помощи дополнительного оборудования.

На сайтах для скачивания музыки время от времени можно встретить обозначения DSF и DFF. Это две разновидности DSD-файлов; все, что реально нужно о них знать – всегда выбирайте версию DSF, если ваш плеер ее поддерживает, поскольку она лучше работает с метаданными (такими как имя исполнителя, название песни, обложка альбома и тому подобные).

DSD проигрыватели

Для вопроизведения DSD на компьютере используются программные аудио плееры. Они могут проигрывать один или несколько 1-битных форматов файлов. Аппаратные DSD проигрыватели могут проигрывать как оптические SACD диски, так и файлы DSF, DFF.

1-битные файлы могут быть воспроизведены непосредственно через DSD ЦАП/проигрыватель или конвертированы в PCM «на лету» для проигрывания с помощью PCM ЦАП. О конвертировании SACD читайте здесь

1-битное проигрывание может быть реализовано через специальный ASIO-драйвер (программные) под Windows, включая DoP (DSD over PCM) формат упаковки аудио (пример).

Оптический SACD диск может быть проигран на аппаратном плеере. Автор не располагает информацией о доступных SACD-приводах для обычных компьютеров, чтобы воспроизводить SACD оптические диски.

Стерео проигрыватель может на лету конвертировать (downmix) многоканальный звук в стерео. Как альтернатива, многоканальные файлы могут быть предварительно конвертированы в стерео. Это позволяет сэкономить ограниченное место на жестком диска портативного проигрывателя аудио (DAP). Даунмикс является обработкой с потерями. Его качество зависит от конкретной реализации.

Чем редактировать формат цифрового звука PCM?

Совершенно естественно, что с возрастанием возможностей современных компьютеров в плане обработки звука, появились и специальные программные продукты, позволяющие редактировать звуковые файлы практически любого известного типа.

Все известные на сегодня программы такого направления без труда работают с любыми объектами, поддерживающими технологию PCM, открывая их в виде самой обычной волны. В некоторых приложениях вроде Audition можно при открытии или сохранении в поле форматов выбирается категория PCM, после чего можно работать только с файлами определенных форматов.

DSD конвертеры

DSD конвертеры предназначены для:

• преобразования DSD в PCM,
• преобразования PCM в DSD,
• конвертации SACD ISO в DSD,
• преобразования SACD ISO в PCM,
• ресемплинг 1-битного аудио,
• изменение уровня громкости,
• нормализация уровня громкости,
• подавление щелчков на границах треков,
• другие обработки.

Прочитайте как работают DSD аудио конвертеры здесь >

Список конвертеров (конвертируют все или некоторые виды DSD файлов [DSF, DFF, SACD ISO])

• AuI ConverteR 48×44
• Audiogate
• dff2dsf
• iso2dsd
• JRiver
• Foobar2000
• TASCAM Hi-Res Editor

Как изменить формат файла в стандарт PCM в редакторах аудио?

Как уже понятно, если в редакторе аудио открыть звуковой файл неподдерживаемого операционной системой или каким-то устройством воспроизведения формат, можно применить для конвертирования (преобразования) формата самый простой метод.

Он состоит в том, чтобы просто сохранить исходное аудио в другом нужном формате, выбрав из списка тот, с которым можно будет работать в дальнейшем.

Редактирование DSD

Читайте основную статью о редактировании DSD >

DSD редактирование достаточно сложный процесс по причине модулирующего шума в области высоких частот. Нелинейные обработки могут привести к слышимым продуктам интермодуляционных искажений ультразвукового шума.

В настоящее время автор не располагает информацией о «естественной» (native) обработке аудио 1-бит (например: изменение уровня, ресемплинг и пр.) без конвертации 1-бит в мильтибитный формат и обратно. Кроме слияния/разрезания аудио файлов.

Читайте статью DSD против DSF против DFF >

Редактирование DSD

PCM в данном контексте может быть рассмотрено, как «мультибитное DSD». Импульсно-кодовая модуляция не обязательно обозначает «24 бит / 352 кГц» и т.п. Автор рекоммендует использовать 32- or 64-bit float (с плавающей запятой) форматы. Рассматриваемый PCM содержит высокочастотный модуляционный шум. Но, для конвертирования этого «мультибитного DSD» в 1-бит необходима модуляция с нойз шейпингом.

Потери при редактировании с 1-бит/мультибит преобразованием примерно сравнимы с ресемплингом.

Звукозаписывающие студии могут распространять DSD записи без редактирования.

Также существует DXD формат. Это PCM (как правило, «24 bit / 352 kHz» и т.п.) с высокими частотами дискретизации, битовыми разрешениями и «наследственным» высокочастотным шумом DSD. К сожалению, этот шум может привести к слышимым продуктам нелинейных искажений. рекомендуется вырезать (фильтровать) этот шум перед нелинейными обработками.

Смотрите и делитесь: эксперимент в удалением высокочастотного шума

Что такое DSD аудио? Как это работает, где скачивать файлы и многое другое

Формат DSD снова вернулся в моду. Большинство новых цифровых источников сигнала и ЦАП имеют совместимость с DSD, и каталог музыки в DSD теперь достаточно велик, особенно в области джаза и классики. Но чем отличается формат DSD от цифровых записей на компакт-дисках или других форматов High Resolution? Давайте разберемся.

Между нулем и единицей

Цифровые сигналы представлены последовательностью нулей (величина напряжения 0 В) или единиц (напряжение полного уровня), и эта последовательность в кодированном виде несет в себе информацию о музыкальном сигнале. Эта кодировка стандартизована, и в наиболее распространенном виде она называется PCM (импульсно-кодовая модуляция). В формате PCM оригинальная аналоговая форма музыкального сигнала кодирована 16-битными цифровыми данными, что дает возможность определять 65 536 различных уровней сигнала.

Преобразование аналогового сигнала в формате PCM 1. Оригинальный аналоговый сигнал 2. Измерение аналогового сигнала через фиксированные интервалы времени 3. Значение величины оригинального сигнала в 19 точке измерения

Таким образом, аналоговый музыкальный сигнал должен измеряться через равные промежутки времени, чтобы его можно было правильно представить в виде цифрового сигнала. Это измерение выполняется 44 100 раз в секунду. Хотя на первый взгляд такая частота измерений выглядит избыточной, на самом деле она определялась после тщательных расчетов. Она позволяет охватить весь диапазон звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц, который воспринимает, по крайней мере, теоретически, человеческий слух.

Последовательные данные

Формат DSD (Direct Stream Digital) использует другой подход к представлению музыкального сигнала. Еще в середине 1990-х годов он разрабатывался как способ архивации старых аналоговых записей. DSD был разработан как более простой и экономичный способ хранения цифровой музыки, чем PCM. Кроме того, DSD был разработан так, чтобы его можно было легко преобразовывать в PCM с частотой дискретизации, кратной 44,1 кГц.

Примерно в то же время компании Sony и Philips разрабатывали замену для CD, которая получила название SACD. DSD оказался идеальным выбором для нового формата, в том числе и потому, что имел отличную защиту от копирования.

DSD является простым форматом для использования и, соответственно, дешевым в применении. Он требует меньше обработки, чем PCM, и для него можно использовать простые и недорогие ЦАП.

Как работает DSD?

В DSD используется один бит информации, который показывает, является ли аналоговый сигнал в текущей выборке (точке измерения) выше или ниже по амплитуде, чем в предыдущей. По сравнению с более чем 65 000 различных значений, которые имеет 16-битный PCM, всего два значения в DSD (0, если сигнал ниже, или 1, если он выше) выглядят не слишком впечатляюще.

Преобразование аналогового сигнала в формате DSD

Однако это компенсируется очень высокой частотой дискретизации (измерений), превышающей 2,8 миллиона раз в секунду, что в 64 раза превышает скорость обработки данных в формате CD. По этой причине стандартный DSD иногда называют DSD64, а версии с двойной и четырехкратной скоростью называются DSD128 и DSD256 соответственно. Есть даже спецификация DSD512, хотя вряд ли кто-то уже слышал музыку таком формате.

Стандартные записи DSD тоже все еще относительно редки по сравнению с альтернативами PCM, а репертуар этой музыки довольно ограничен. Тем не менее, поклонники DSD утверждают, что формат данный настолько близок к аналоговому, насколько это вообще возможно для «цифры».

Если вы посмотрите на цифровой поток DSD, вы можете нарисовать аналоговый сигнал, просто взглянув на плотность 0 и 1. Чем больше 0, тем ниже уровень аналогового сигала, и наоборот.

Каковы недостатки DSD?

Это все выглядит хорошо, но есть и проблемы с DSD – сигнал в этом формате неудобен для последующей обработки. Поэтому для тех процедур, которые требуется сделать с цифровым сигналом (эквализация, редактирование, управление динамическим диапазоном или добавление реверберации), обычно производят преобразования потока DSD в PCM, а затем, по окончании обработки, его конвертируют обратно.

Это вряд ли хорошо для качества звука, верно? Тем не менее, почти каждая студийная запись в формате DSD проходит через этот процесс.

Вы также можете встретить такой цифровой формат, как DXD. Именно в нем исходный сигнал DSD был преобразован в 24-бит / 352 кГц PCM и обработан в этой форме. Хотя название (намеренно или нет) звучит как DSD, по сути это просто PCM с очень высоким разрешением.

DSD также имеет более высокий уровень шума, чем PCM. Однако специальная обработка позволяет сместить шум выше звукового диапазона, оптимизировав детализацию и динамический диапазон в слышимой области. А высокочастотный шум легко отфильтровывается.

Является ли DSD форматом высокого разрешения?

Итак, насколько высоким разрешением обладают записи в формате DSD? Точного сопоставления между PCM и DSD добиться невозможно и можно сказать, что DSD64 примерно соответствует PCM 24-бит / 88,2 кГц. Широта динамического диапазона DSD в диапазоне слышимых частот составляет около 120 дБ. Для сравнения, CD имеет этот показатель на уровне 96 дБ, а для записи с параметрами 24-бит / 192 кГц он максимально может составить 144 дБ.

Разумеется, большие цифры выглядят более привлекательно, но на самом деле возможностей CD будет более чем достаточно, чтобы справиться с любой музыкальной записью.

Кто нам сыграет DSD?

Воспроизведение DSD стало гораздо более распространенным для цифровой техники в последние годы, и это связано с большей доступностью музыки в этом формате.

Стример Pro-Ject Stream Box S2 Ultra имеет поддержку всех цифровых форматов

Просто убедитесь, что ваш портативный музыкальный плеер, стример и / или ЦАП совместимы с DSD. Новые цифровые аудиоустройства уже наверняка будут иметь поддержку DSD, и с ними вы не будете ограничены форматами FLAC или WAV. Некоторые флагманские смартфоны изначально поддерживают DSD и даже пользователи Apple iPhone могут воспроизводить файлы DSD, хотя и с помощью дополнительного оборудования.

ЦАП с усилителем для наушников Pro-Ject Pre Box S2 Digital имеет поддержку форматов PCM и DSD

Какие же файлы несут в себе формат DSD? На соответствующих сайтах вы можете встретить термины DSF и DFF – это и есть записи в DSD. При этом вам нужно выбирать для загрузки файлы DSF, так как именно они несут в себе метаданные (имя исполнителя / песни, название альбома и т. д.).

Где вы можете купить аудио файлы DSD?

Большинство крупных музыкальных сайтов продают для загрузки альбомы в DSD. Можно назвать такие ресурсы, как HDtracks, Highresaudio или Primephonic в качестве отправной точки. В качестве альтернативы, если вы все еще предпочитаете физические носители и имеете совместимый проигрыватель дисков, можно начать покупать SACD – они все еще широко доступны.