DSD или PCM?

PCM в DSD

PCM в DSD

В последнее время формат DSD, наконец-то доступный и вне поддержки SACD, стал предпочтительным форматом для самых изысканных аудиофилов.

DSD или PCM?

Я задался вопросом, какие теоретические основания имеет это якобы превосходство над классическим РСМ.

Цифровые форматы

Цифровой сигнал с линейной ИКМ ( импульсно-кодовой модуляцией ) состоит из выборки исходного аналогового сигнала, осуществляемой на частоте Fc и с глубиной квантования b бит. Например, формат аудио компакт-диска 16/44 предусматривает Fc = 44,100 Гц и b = 16; другой очень распространенный формат — 24/96 или Fc = 96 кГц и b = 24.

Левчук Александр Николаевич©
Левчук Александр Николаевич->

Альтернативное семейство цифровых форматов (теоретически все еще может считаться PCM) — это форматы DSD ( Direct Stream Digital ), впервые представленные для оцифровки обширного аналогового архива Sony-CBS, а затем в качестве формата для поддержки SACD. Эти форматы используют b = 1, то есть мы имеем дело с потоком битов (с математической точки зрения нулевым битам присваивается значение -1). Частота дискретизации Fc составляет не менее 64 x 44,1 кГц.dsd format

Теория сигналов гарантирует, что при очень высокой частоте дискретизации и соответствующем использовании Noise Shaping можно получить превосходное разрешение в звуковом диапазоне. Развернулись оживленные дебаты о достоинствах этого формата, возможно, также вызванные принадлежностью различных инженеров к консорциумам SACD и DVD-Audio. Любопытно представление на той же конференции AES 2001 двух статей, в которых утверждались диаметрально противоположные тезисы: почему 1-битное сигма-дельта преобразование не подходит для высококачественных приложений и почему Direct Stream Digital является лучшим выбором в качестве цифрового аудио формата.

HQPlayer DSD
HQPlayer DSD

Тем не менее, неправильно заявлять, что более высокая скорость передачи данных всегда соответствует более высокому качеству звука, 24-битное теоретическое разрешение форматов PCM практически невозможно достичь (из-за электрических помех) и было бы справедливее делать счета с 20 битами; с другой стороны, по мнению некоторых, отсутствие дизеринга наказывает форматы только с одним битом.

При этом отношении сигнал/шум DSD учитывалась часть шума, влияющая только на звуковую полосу, которая заведомо меньше всей мощности шума. С другой стороны, снижение шума за счет нойз-шейпинга не рассматривалось.(что делает эти форматы действительно конкурентоспособными), поскольку это зависит от выбора реализации. Еще одна проблема с однобитными форматами — невозможность (или, по крайней мере, крайняя сложность) микширования и редактирования. В случае оцифровки мастер-лент существующих архивов этой проблемы не возникало, но DXD был введен как промежуточный формат для создания собственных записей.

Прежде чем мы начнем обсуждать качество звука DSD и FLAC, давайте посмотрим на некоторые неопровержимые факты

Нет возможности добавить информацию в уже существующий аудиофайл. Каждая обратимая операция (например, переход из WAV в FLAC и наоборот) оставляет количество информации неизменным. Любая необратимая операция (например, фильтрация нижних частот или переход с 16/44 на 24/96) приводит к потере или изменению информации.

ЦАП I2S DSD256-PCM
ЦАП I2S DSD256-PCM

Не сказано, что каждая необратимая операция ухудшает качество звука, очистка старых записей может улучшить их удобство использования, но должно быть ясно, что каждая операция такого рода изменяет исходную информацию. Очевидно, что если вы вставляете дополнительный музыкальный инструмент или произносите комментарий, вы добавляете информацию, но это выходит за рамки нашего интереса.

Цифровой аудиофайл состоит только из цифр, а набор цифр, невозможно каким- либо образом связать с ним характеристики прослушивания, не предполагая хотя бы цифро-аналоговое преобразование. Другими словами, качество прослушивания зависит от формата, а также в значительной степени от алгоритма цифро-аналогового преобразования.

Существует практически бесконечное количество различных способов выполнения цифро-аналогового преобразования, и, поскольку музыкальное качество может быть объяснено только в паре (цифровой файл, процесс преобразования), процесс преобразования формата можно считать частью процесса цифрового преобразования.

Цифро-аналоговое преобразование

Первым шагом цифро-аналогового преобразования является преобразование чисел в электрический сигнал. Одна из возможностей состоит в том, чтобы поддерживать значение напряжения (или тока), равное последнему проанализированному образцу, постоянным, ожидая следующего.

В качестве первого шага это нормально. Как ни странно, некоторые и даже известные высокотехнологичные компании использовали этот тип преобразования, отправляя выходной сигнал Sample and Hold непосредственно на усилитель, а затем на АС. Наличие недопустимого количества ультразвуковых частотных всплесков делает эту процедуру, по меньшей мере, сомнительной, даже если это решение иногда комбинируется с односторонними преобразователями за счет использования их естественного механического фильтра нижних частот. Неизбежная окраска из-за паразитных, и вызванные ими искажения в звуковом диапазоне, безусловно, могут «обогатить» особенно холодную и плоскую музыкальную программу, но мы, конечно, очень далеки от понятия «High Fidelity».

Аналоговая фильтрация

Первые проигрыватели компакт-дисков (особенно японские) осуществляли фильтрацию по аналогу с фильтрами. Близость между полосой звука (0-20 кГц) и полосой, которую нужно обрезать (> 22 050 кГц), вызывала фазовые искажения и потери высоких частот и, вероятно, была причиной плохого качества, который аудио компакт-диск имеется у самых изысканных аудиофилов. которым они по-прежнему предпочитают магнитные ленты и винилы.

Передискретизация

Предположим, мы вводим некоторое количество нулей между двумя числовыми отсчетами (1, 3, 7, …): новая частота дискретизации соответственно умножается (х2, х4, х8, …), а частотный спектр остается неизменным ( т.е. вещь очевидна, если вы считаете, что к сигналу добавляется функция с нулевым спектром). Операция полностью обратима, поэтому потери информации нет. В этот момент можно применить цифровую фильтрацию нижних частот со следующими преимуществами:

  • если используется симметричный FIR, фазовые искажения отсутствуют;
  • цифровой фильтр можно оптимизировать для улучшения импульсной характеристики или частотной характеристики, можно выбрать больше альтернатив в реальном времени, просто изменив коэффициенты;
  • К выходу FIR можно применить мягкую аналоговую фильтрацию с низким наклоном и высокой частотой среза.

Этот процесс был представлен Philips и произвел революцию в технологии аудио компакт-дисков, значительно улучшив результат, и, даже согласно авторитетным источникам, таким как Марк Левинсон, он всегда считался лучшим методом преобразования.

Преобразование частоты

Недорогой альтернативой для устройств, которым приходится работать с несколькими форматами, является сведение всех сигналов к одному высокочастотному формату (например, 24/192).

foobar dsd
foobar dsd

Это можно сделать с помощью очень недорогих микросхем, которые отслеживают входную частоту в режиме реального времени, преобразовывая ее в выходную частоту.

Мы отмечаем, что:

  • изменение частоты — необратимый процесс, изменяющий исходный сигнал;
  • на первый взгляд может показаться, что джиттер уменьшается, но более пристальный анализ показывает, что это неверное утверждение.

Единственным плюсом этой системы является значительное упрощение конструкции и немалая экономия для производителя (это основное решение для 40 евро аудио/видео плееров супермаркетов, которые на самом деле иногда красуются на коробке так, как будто это ценность).

Преобразование в DSD и последующее цифро-аналоговое преобразование

Вот мы и подошли к интересующей нас теме. Взятие формата PCM и преобразование его в DSD перед передачей в физический преобразователь можно рассматривать как процесс преобразования, который использует очень высокую передискретизацию (64x, 128x или даже 512x) и, следовательно, обладает всеми преимуществами этого подхода. Окончательное преобразование в аналоговое «хорошее», поскольку оно особенно простое, и в нем действительно сложно ошибиться. Если сравнить эту процедуру с преобразованием частоты, то это все равно, что убить червя пушечным огнем (по крайней мере, с теоретической точки зрения).

Прежде чем сделать вывод, однако, необходимо более подробно разобрать, как перейти с многобитного PCM на DSD, поскольку проблема нетривиальна.

Преобразование PCM в DSD

Прежде всего, необходимо различать, нужно ли вам внедрять аппаратное решение в режиме реального времени, с DSP, выделенным чипом или PLA, или вы можете работать в автономном режиме, работая между файлами с помощью мощного компьютера (сегодня все компьютеры достаточно мощные для этого).

В первом случае необходимо иметь дело с вычислительной мощностью, доступной на физической машине, с использованием более или менее изощренных сигма-дельта- методов. В литературе есть некоторые (непонятные) алгоритмы, которые оптимизируют количество требуемых операций.

Во втором случае, если вычислительная мощность и память не проблема, можно сделать классическую передискретизацию (64x в случае с CD, 8x при старте с DXD) и подать много нижних частот (без реализации умножения нулями.), обрезать результат до одного бита, не забывая вставить нойз -шейпинг или сигма-дельта цикл — это кажется очень простым, но нужно принять много решений, и результаты могут быть самыми разными. Тщательный анализ поведения ведущего программного обеспечения для преобразования PCM в DSD раскрывает неожиданные истины и станет предметом будущих статей.

PCM в DSD
PCM в DSD

Еще одна проблема заключается в том, что не существует единого способа оценить качество полученного DSD-файла. Я еще раз повторяю, что при работе в цифровом формате вы имеете дело только с последовательностями чисел. С теоретической точки зрения можно ввести подходящие математические функции, определяющие расстояние между сигналами в двух форматах. На практике, преобразовав соответствующие тестовые файлы и проанализировав спектр скрытого сигнала в файле DSD, вы можете просканировать результат и даже догадаться о методах, использованных для преобразования.

Наконец, поскольку мы все еще находимся в области аудио, принципиально и разумно сочетать технический анализ с соответствующими сеансами прослушивания.

Какой лучший формат DSD или PCM?

Очевидно, вопрос риторический, я, конечно, не в состоянии это установить. Следует также учитывать, что при любом сравнении между двумя вариантами реализации или типами продуктов на практике вмешивается множество других факторов. Даже те, кто верит в явное превосходство винила над CD, уж точно не думают, что любой проигрыватель звучит лучше любого CD-плеера, и точно так же нельзя сказать, что любой ламповый усилитель звучит лучше любого твердотельного усилителя.

Усилитель клон burmester 909 задняя панель
Усилитель клон burmester 909 задняя панель

Для оценки методов цифро-аналогового преобразования, в дополнение к используемой методологии, необходимо принимать во внимание все другие условные факторы, связанные с серьезностью производителя и ценовым диапазоном устройства. Например, качество блока питания, инженерная компоновка, выбор компонентов, безусловно, оказывают решающее влияние на качество прослушивания.

Что касается использования DSD, мы должны различать несколько совершенно разных случаев.

Конвертировать без редактирования

Если у вас есть аналоговый архивный материал (уже отредактированный), вы можете конвертировать его в DSD и распространять в этом формате напрямую (на SACD или в виде файла).

Конвертация с редактированием в DXD

Если вам нужно записать событие, редактирование почти всегда необходимо, но переход на многобитный формат, такой как DXD, безусловно, вводит пару ненужных преобразований, и важно, чтобы соотношение между конечной частотой DSD и частотой DXD было целое число.

Arctis Prime +ЦАП на 1794
Arctis Prime +ЦАП на 1794

Преобразование из форматов PCM с высоким разрешением

Переход с многобитного формата высокого разрешения (например, 24/192) на DSD представляет те же проблемы, что и предыдущий пункт (двойное преобразование), с отягчающим обстоятельством, что при использовании стандартного DSD коэффициент преобразования не может быть целым, а сигнал должны быть интерполированы.

Преобразование из форматов PCM с низким разрешением

Казалось бы, те же проблемы, что и в предыдущих пунктах, но коэффициент преобразования всегда целочисленный и проблемы прямого преобразования формата 16/44 (крайняя близость между концом звуковой полосы и началом полосы быть вырезанным) сделать его интересным. Может быть, это, наконец, позволит вам получить наилучший звук из огромного существующего архива репы (наших компакт-дисков).

DSD

Учитывая, что подавляющее большинство аналого-цифровых преобразователей работают на высокой частоте с малой разрядностью, лучше было бы избежать как перехода на более низкие частоты с увеличением разрядности, так и приведения к единичному разряду и сохранить максимально возможную информацию с широкий формат DSD (64x, 8 бит), который на бумаге выглядит лучше всего, так как позволяет применять дизеринг, а также доступен для редактирования.

ЦАП на 1794 прослушивание
ЦАП на 1794 прослушивание

НО главное преимущество решения DSD заключается в том, что оно делает частотную цепочку (48, 96, 192, 384…) окончательно устаревшей, которая создала так много проблем с преобразованием и адаптацией.

ЦАП на 9038Pro Audiophile V2 +клон ФМ711
ЦАП на 9038Pro Audiophile V2 +клон ФМ711
Я надеюсь, что эта статья « Какой лучший формат DSD или PCM » немного помогла. Пожалуйста, оставляйте комментарии ниже, чтобы мы могли вернуться к вам. 

Если вы хотите узнать больше об этой теме, и быть в курсе, пожалуйста, подпишитесь на наш сайт.

Не забывайте сохранять нас в закладках! (CTRL+SHiFT+D) Подписывайтесь, комментируйте, делитесь в соц.сетях.

Вам нужен хороший фонокорректор, новый усилитель или отличный ЦАП, плеер, наушники, АС или другую звуковую технику, (усилитель, ресивер и т.д.) то пишите в ВК, помогу выгодно и с гарантией приобрести хорошую звуковую технику…

Будут вопросы пишите помогу чем смогу это моя цель и программа, помогать людям найти свой звук.

Желаю удачи в поиске своего звука! На нашем сайте Звукомания есть полезная информация по звуку и видео, которая пригодится для каждого, причем на каждый день, мы обновляем сайт «Звукомания» постоянно и стараемся искать и писать только отличную, проверенную и нужную информацию.

Похожие сообщение