Piątek, 25 czerwca 2021

Co to jest dźwięk DSD?

27 maja 2021

Ten artykuł o testowaniu został odtworzony z archiwum edukacyjnego strony Yuri's Sample Rate Converter za jego uprzejmą zgodą. Wszelkie prawa autorskie należą do wspomnianej strony internetowej i jakiekolwiek powielanie poniższych informacji może być dokonywane jedynie za wyraźną zgodą Yuri Korzunova.

Niniejszy artykuł jest jednocześnie pierwszą częścią dwuczęściowej serii poświęconej audio DSD. Druga część, która ukaże się w przyszły piątek, skupi się bardziej na wspólnych cechach formatów DSD i PCM.

Najprawdopodobniej słyszeliście już o DSD lub używaliście tego formatu plików do słuchania muzyki na swoich urządzeniach audio, takich jak odtwarzacze cyfrowe czy stacjonarne serwery multimedialne. W tym artykule postaramy się jednak rozwiać wszelkie nieporozumienia dotyczące tego czym właściwie jest DSD i czym różni się od PCM na bardzo podstawowym poziomie.

Omówimy najważniejsze zagadnienia dotyczące zasad działania formatu DSD, w tym: co tak naprawdę znajduje się wewnątrz cyfrowej konwersji dźwięku DSD i PCM oraz dlaczego niełatwo jest porównywać DSD i PCM.

Historia DSD

Jednym z pierwszych formatów cyfrowych był dysk optyczny Audio CD (modulacja PCM / format PCM). Było to źródło, które zapewniało niski poziom zniekształceń i szumów w porównaniu z analogowymi odpowiednikami, takimi jak kasety magnetofonowe i płyty winylowe. Od tego czasu całe pokolenie dorastało z dużo wyższym poziomem oczekiwań w stosunku do tego, jak dźwięk powinien brzmieć.

Na razie pominiemy cały temat niedawnego "hipsterskiego odrodzenia" sprzedaży płyt winylowych. Wciąż uważam, że znakomita większość ludzi zapomniała, jak brzmi "prawdziwy analogowy szum".

Od CD (PCM) do SACD (DSD)

Po narodzinach płyty CD zapotrzebowanie na coraz lepszą jakość dźwięku można było realizować poprzez zwiększanie częstotliwości próbkowania lub głębokości bitowej zapisu cyfrowego.

Jakość dźwięku jest określana przez poziom szumów i zniekształceń, które pochodzą z formatu kodowanego, wybranego oprogramowania lub sprzętu. Poziom jakości dźwięku może być normalizowany przez pewne kryteria psycho-akustyczne.

Sony i Phillips zdecydowali się jednak na użycie innego rodzaju modulacji, zwanej 1-bitową modulacją sigma-delta. Aby dowiedzieć się, czym dokładnie jest i jak powstał moduł sigma-delta, polecam rozdział 2 książki "Look-Ahead Based Sigma-Delta Modulation" autorstwa E Jansen & A Van Roermund (Springer Edition, 2011). Możesz znaleźć link PDF tutaj.

Na pierwszy rzut oka, użycie 1-bitowego sygnału jest niemożliwe, ponieważ taka rozdzielczość bitowa (głębia bitowa) powoduje ogromne szumy. Jednakże, jeśli używane są wysokie częstotliwości próbkowania, energia szumu może być wypchnięta poza nasz słyszalny zakres częstotliwości (do ultradźwięków). Takie działanie nazywane jest "kształtowaniem szumu".

Praktycznie, 1-bitowa koncepcja może być łatwiejsza, niż wielobitowa, w implementacji DAC. Kiedy DSD jest konwertowane do postaci analogowej, szum ultradźwiękowy jest filtrowany. Nośniki zawierające 1-bitowe strumienie dźwięku DSD były wcześniej określane jako SACD (Super Audio CD).

Porównanie DSD vs FLAC, WAV i PCM

Co to jest DSD? Krótkie wyjaśnienie

Głębia bitowa próbki dźwięku definiuje poziom słyszalnego szumu. Im większa głębia bitowa, tym niższy poziom słyszalnego szumu.

Na rysunku widzimy, że zmniejszenie głębokości bitowej jest osiągane poprzez wykorzystanie tylko części pełnego pasma częstotliwości sygnału. Innymi słowy, jeśli chcemy zmniejszyć głębię bitową, musimy zwiększyć częstotliwość próbkowania, aby utrzymać słyszalny poziom szumu.

Poniżej przedstawiono najważniejsze różnice pomiędzy cyfrowymi formatami audio, które są obecnie używane komercyjnie.

Uwaga: formaty WAV i FLAC są implementacjami PCM.

PCM kontra DSD DAC

PCM kontra DSD DAC

PCM do DSD

Aby zapewnić większy poziom precyzji dekodowania PCM w tego typu przetworniku C/A, stosowany jest cyfrowy modulator sigma-delta. Post-modulator wykorzystuje kolejny element sigma-delta, tym razem demodulator, w celu konwersji cyfrowego "DSD" na sygnał analogowy.

Natywne dekodowanie DSD

Najnowsze generacje przetworników C/A mogą obecnie akceptować i natywnie dekodować próbki DSD. W takich przypadkach, przetwornik cyfrowo-analogowy DSD jest znacznie prostszy w działaniu. Zawiera on jedynie dezmodulator sigma-delta i nie wymaga procesu demodulacji. Technicznie nie jest możliwe porównanie przetworników PCM i DSD, ponieważ wykorzystują one inne przetwarzanie / obwody elektryczne, jak pokazano powyżej.

Czy jakość dźwięku DSD jest lepsza niż PCM?

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Jest kilka powodów:

  • Jakość nagrania Miksowanie/remiksowanie nagrania (w tym jakość przetwarzania) Implementacja oprogramowania/sprzętu do odtwarzania Implementacja przetwornika cyfrowo-analogowego.

Jest wiele powodów, które wywołują nieskończone dyskusje oparte na "Co jest lepsze? PCM czy DSD?"

Technicznie rzecz biorąc, DSD i PCM są nieporównywalne. Nawet jeśli do testów używany jest jeden przetwornik cyfrowo-analogowy kompatybilny z DSD/PCM, różnice w rezultatach lub jakości mogą być spowodowane różnym miksowaniem/postprodukcją nagrań oraz zastosowaniem przez przetwornik różnych układów wewnętrznych do dekodowania sygnału.

Ogólna odpowiedź powinna brzmieć: "Każdy przypadek jest indywidualny i będzie zależał od implementacji systemu odtwarzania i odsłuchiwanego nagrania".

Czy możliwa jest edycja natywnego dźwięku DSD?

Edycja DSD to cięcie, łączenie, zmiana wzmocnienia, korekcja itp. plików. "Natywna edycja" (bez konwersji na multi-bit i remodulacji DSD) jest możliwa tylko dla cięcia i łączenia plików DSD. Wszystkie inne rodzaje edycji wymagają konwersji do wartości wielobitowych i ponownej modulacji. W tym przypadku straty w edycji same w sobie są porównywalne z re-samplingiem PCM.

Wnioski

  • DSD (SACD) pojawił się jako ulepszenie CD-audio. Jakość dźwięku nie jest sprawą formatu DSD/PCM, lecz zależy od realizacji i jakości nagrania muzycznego. "Natywna" edycja DSD jest możliwa w ograniczonych przypadkach. W innych przypadkach, straty sprawiają, że jest ona porównywalna z ponownym próbkowaniem PCM.