Кіріспе

Аудио сигналдарды цифрлық түрде кодтау жүйесі. Direct Stream Digital (DSD) – Sony және Philips компанияларының Super Audio CD (SACD) үшін аудио сигналдарды цифрлық түрде кодтау жүйесіне қолданатын тауарлық белгісі. DSD дельта-сигма модуляциясын пайдаланады, бұл импульстік тығыздық модуляциясының бір түрі, аудио сигналдарды цифрлық форматта көрсету тәсілі, 2.8224 МГц үлгілеу жиілігінде жеке биттік мәндер тізбегі ретінде. Бұл 44,1 кГц CD аудиосының үлгілеу жиілігінен 64 есе жоғары, бірақ 16 биттік үлгілердің орнына 1 биттік үлгілер қолданылады. 64 есе артық үлгіленген сигналдың шуын қалыптастыру, жоғары сапалы аудио үшін қажетті естілетін жиілік диапазонында төмен квантталу шуын және төмен бұрмалануды қамтамасыз етеді. DSD – бұл сигналды PCM сигналына түрлендіретін төмендету процесін қолданбай, дельта-сигма сигналын сақтау форматы.

DSD сигналының пішімі

DSD компакт-дискіде немесе әдеттегі компьютерлік аудио жүйелерінде қолданылатын PCM форматынан ерекшеленеді: PCM төмен үлгі алу жылдамдығында көп биттік мәнді (амплитуданың кең ауқымын көрсететін) пайдаланады, ал DSD бір биттік мәнді (амплитуданың артуын немесе кемуін көрсететін) сигналдың өткізгіштік қабілетінен әлдеқайда жоғары үлгі алу жылдамдығында қолданады. DSD сигналын жасау процесі 1 биттік дельта-сигма аналогты-цифрлық түрлендіргіштің (ADC) алдыңғы модулятор және шуды қалыптастыру бөлігімен бірдей, бірақ артқы дециматорсыз (әдетте 1 биттік бит ағынын көп биттік PCM-ге түрлендіреді). 1 биттік DSD бит ағыны сигналының қысқа мерзімді орташасы бастапқы сигнал амплитудасына пропорционалды. Үлгі алу жылдамдығының жоғары болуына байланысты SACD ойнатқышы аналогтық шығысты қалпына келтіру және шығару үшін төмен реттік аналогты сүзгісі бар бір биттік DAC-ты пайдалана алады. DSD квантталу шуын естілмейтін ультрадыбыстық жиіліктерге дейін ығыстыру үшін шуды қалыптастыру техникаларын қолданады. Осының нәтижесінде, бір жылдамдықты DSD64 20 Гц-тен 20 кГц-ке дейін 120 дБ динамикалық диапазонын және 100 кГц-ге дейін кеңейтілген жиілік жауабын қамтамасыз ете алады (жаңа SACD ойнатқыштары жоғарғы шекті 80-90 кГц деп көрсетеді). Әртүрлі DSD форматтары үлгі алу жылдамдықтарын мегагерц (МГц) диапазонына дейін пайдаланады, әдетте CD аудио үшін қолданылатын 44,1 кГц жылдамдыққа қатысты екінің дәрежесіндегі oversampling қатынасымен: +NameAbbreviationSample rateOversampling ratio relative to 44,1 kHzNotesSingle rate DSDDSD642.8224 МГц64xSACD медиасы үшін қолданылатын формат. Double rate DSDDSD1285.6448 МГц128x Осы формат құрылғаннан бері контент жасаушылар DSD128 жазбаларын, мысалы аудиофильдік Opus3 лейблі сияқты қолжетімді етті. Quad rate DSDDSD25611.2896 МГц256xOctuple rate DSDDSD51222.5792 МГц512xSexdecuple rate DSDDSD102445.1584 МГц1024x

Көбірек үлгі алу арқылы қол жеткізілетін биттердің тиімді санын, әсіресе жоғары ретті модуляторды қолданғанда талдау үшін қараңыз.

DSD-ді араластыру және мастерлеу

SACD немесе интернеттен жүктеп алу үшін DSD музыкасын араластыру және мастеринг бір биттік ортада цифрлық сигналды өңдеу (DSP) операцияларын (мысалы, теңестіру, баланс, панорамалау) жүргізу қиындықтарын тудырады. Ескі аналогтық жазбалар аналогтық жабдықтармен өңделіп, содан кейін DSD форматына айналдырылды. DSD-ге жазба жасау кезінде студиялық жабдықтағы қолжетімді түзетулерді ғана пайдалану арқылы өңдеуден қашуға да болады. Қолданылатын DSP техникаларының бірі – DSD-ні PCM форматына түрлендіру және Pro Tools сияқты стандартты PCM жабдықтарын пайдалану. Бұл рок және заманауи музыка үшін пайдалы, себебі олар көп тректік техникаларды қолданады, содан кейін деректерді DSD форматына қайта түрлендіруге болады. Кейбір DSD жақтастары бұл әдіске қарсы, себебі PCM-ді төменгі дискретизация жиілігіне түрлендіру DSD дыбысының сапасын төмендетеді деп санайды. DSD-ні PCM арқылы өңдеу үшін Digital eXtreme Definition (DXD) деген формат және құралдар жиынтығы әзірленді. Бұл 352.8 кГц жиілігінде дискретизацияланған 24 биттік PCM форматы. Тағы бір DSP техникасы – DSD кең деп аталатын форматты қолдану. Бұл формат стандартты DSD-нің жоғары дискретизация жиілігін сақтайды, бірақ шуды қалыптастырумен 8 биттік үлгілерді пайдаланады. DSD кең кейде теріс мағынада PCM тар деп аталады. Бұл DSP операцияларын жүзеге асыруға мүмкіндік береді, сонымен қатар 2.8224 МГц дискретизация жиілігін сақтайды. Өңделген DSD кең сигналы бірдей дискретизация жиілігінде 1 биттік DSD өніміне түрлендіріледі. DSD кеңті жоғары еселік DSD дискретизация жиіліктерінде өңдеуге де болады. Pyramix және кейбір SADiE цифрлық аудио жұмыс станциялары (DAW) DSD кең аймағында жұмыс істей алады.

DSD өңдеу құралдары

DXD бастапқыда Merging Technologies Pyramix жұмыс станциясы үшін әзірленді және 2004 жылы олардың Sphynx 2 AD/DA конвертерімен бірге ұсынылды. Бұл комбинация DXD форматында тікелей жазу мен өңдеуге мүмкіндік берді, ал үлгі жарияламас бұрын бір рет ғана DSD форматына түрлендіріледі. Бұл пайдаланушыға артықшылық береді, себебі DSD форматына түрлендіру кезінде туындайтын шу 20 кГц-тен жоғары көтеріледі, ал өңдеу барысында сигналды DSD форматына қайта түрлендіру әр ретте шудың артуына себеп болады. Pyramix Virtual Studio Digital Audio Workstation DSD256-ға дейінгі барлық DSD форматтарын жазуға, өңдеуге және дайындауға мүмкіндік береді. 48 кГц жиілікті 12.288 МГц нұсқасы құрылды. exaSound e20 DAC – бұл 11.2896 немесе 12.288 МГц үлгі алу жиілігінде DSD256 дыбысын ойнатуға қабілетті алғашқы коммерциялық құрылғы. Merging Technologies Horus AD/DA конвертері 11.2 МГц-ке дейін, яғни SACD жылдамдығынан төрт есе жоғары үлгі алу жылдамдығын ұсынады. DSD128, 5.6448 МГц, SACD жылдамдығынан екі есе жоғары, бірнеше аппараттық құрылғылармен қолдауға ие, мысалы, exaSound e20 Mk II DA,C, Korg MR 1000 1 биттік цифрлық жазғышы, Amanero Combo384 DSD шығыс адаптері және тоқтатылған exaU2I USB-ден I²S интерфейсі. DSD-ні қолдайтын бағдарламалық қамтамасыз етуге Sonic Studio-ның Amarra Luxe, Audirvana, foobar2000 SACD плагинімен, JRiver Media Center, Roon, HQPlayer және Neutron Music Player жатады. Олардың барлығы DSD512 жылдамдығына дейінгі DSD файлдарын толыққанды өңдеуге қабілетті.

DSD ойнату параметрлері

Sony SACD үшін DSD әзірледі, және көптеген дискі ойнатқыштар SACD-ні қолдайды. Формат цифрлық болғандықтан, DSD ағынын ойнатудың басқа да жолдары бар; осы балама әдістердің дамуы компанияларға DSD форматында жоғары сапалы музыканы жүктеуге мүмкіндік берді.

DSD дискісінің пішімі

Кейбір кәсіби аудио жазғыштар (Korg, Tascam және басқалар) DSD форматында жаздыра алады. Бұл сигналды Korg MR 2000S жазғышымен бірге келген AudioGate бағдарламалық жасақтамасы сияқты тиісті құралдармен жазылған DVD-ге көшіру арқылы DSD дискісі жасалады. Мұндай дискілерді тек кейбір Sony VAIO ноутбуктерінде және PlayStation 3 жүйелерінде түпнұсқа DSD форматында ойнатуға болады. Sony компаниясы DSD дискісі форматын толық қолдайтын екі SACD ойнатқышын – SCD XA5400ES және SCD XE800 шығарды. 2012 жылдың маусым айында Pioneer DSD дискісімен үйлесімді SACD ойнатқыштар сериясын ұсынды: PD 30 және PD 50. 2013 жылдың қаңтар айында TEAC DSD дискісімен үйлесімді PD 501HR ойнатқышын жариялады.

DSD USB арқылы

DSD файлдарын дискіге жазудың орнына, (шифрланбаған) файлдарды компьютерден USB сияқты цифрлық байланыс арқылы аудио құрылғысына беруге болады. USB Audio 2.0 спецификациясы цифрлық аудиоға қатысты PCM тәсілі үшін бірнеше форматтарды анықтады, бірақ DSD үшін форматты анықтамады. 2012 жылы көптеген компаниялар мен басқа да мамандар PCM кадрларында DSD аудиосын көрсету және анықтау стандартын жасады; бұл стандарт, әдетте DSD over PCM (DoP) деп аталады, PCM қолданатын басқа да цифрлық байланыстар үшін де қолайлы. 1.1 нұсқасы негізгі PCM үлгілік жиілігін арттыру қажеттілігінсіз жоғары DSD үлгілік жиіліктеріне қолдауды қосты.

Туған DSD

DSD-ні түпнұсқа ойнатудың анықтамасы шамалы дәрежеде философиялық мәселе болып табылады. Жалпы айтқанда, бұл өндіріс тізбегінің кез келген жерінде DSD деректерін көп биттік PCM-ге түрлендіруден сақтануды білдіреді. Қазіргі таңда көптеген коммерциялық DAC-тер түпнұсқа DSD-ні қолдайды.

DSD және PCM

DSD және PCM-нің жақтастары арасында қай кодтау жүйесі артық екендігі туралы көптеген пікір таластар болды. 2000 жылы Липшиц пен Вандеркуй DSD қолданған бір биттік түрлендіргіштердің жоғары бұрмалану деңгейіне байланысты жоғары сапалы қолданыстарға жарамсыз екенін айтты. 2002 жылы Philips компаниясы оған қарсы пікір білдіретін мақала жариялады. Липшиц пен Вандеркуйдың мақаласын Ангус одан әрі сынға алды. Липшиц пен Вандеркуй сынға жауап берді. Стюарт та сигма-дельта модуляциясын жоғары ажыратымды цифрлық аудио үшін «мүлдем қолайсыз таңдау» деп атады. DSD-нің дәстүрлі іске асырылуының өзінде жоғары бұрмалану бар. Бұрмалануды белгілі бір деңгейде көп биттік DAC-терді пайдалану арқылы азайтуға болады. Заманауи АҚТ-лар сигма-дельта модуляциясы негізінде жасалған. Жоғары үлгілеу жиілігіндегі түрлендіргіштер әдетте ADC немесе DAC шығысы жолақты шектеуге және дитерлеуге түсетін сызықтық PCM форматтарында қолданылады. Көптеген заманауи АҚТ және DAC түрлендіргіштері жоғары үлгілеу жиілігі және көп биттік дизайнды қолданады; яғни, DSD 1 биттік формат болса, заманауи түрлендіргіштер ішкі 2 биттен 6 биттік форматтарды қолданады. Бірдей бастапқы дереккөз, каналдар саны және ұқсас жолақты ені мен шу деңгейі бар DSD және PCM жазбаларын салыстыру нәтижесінде қайшы нәтижелер алынды. 2004 жылы Германияның Детмольд қаласындағы Эрих Тиенхаус институтында жүргізілген зерттеуде қос соқыр сынақтарда «қатысушылардың көпшілігі екі кодтау жүйесінің арасындағы айырмашылықты тұрақты түрде анықтай алмағаны» анықталды. Ал 2014 жылы Токио өнер университетінде жүргізілген зерттеуде тыңдаушылар PCM (192 кГц/24 бит) пен DSD (2,8 МГц) немесе DSD (5,6 МГц) (бірақ екі DSD үлгілеу жиілігі арасында емес) арасындағы айырмашылықты ажырата алатыны анықталды, сонымен қатар DSD-нің дыбысын PCM-ге қарағанда жақсырақ деп бағалады: «Мысалы, DSD (5,6 МГц) барабан стимулы PCM (192 кГц/24 бит) стимулымен салыстырғанда p = 0,001 көрсеткішін береді. Бұл DSD нұсқасының PCM нұсқасына қарағанда статистикалық тұрғыдан мағыналы түрде жақсырақ екенін көрсетеді». Алайда, бұл нәтижелер күмәнді, себебі «екі форматқа да әртүрлі өңдеулер жасалған, әсіресе төмен жиілікті контенттің әртүрлі сүзілуі». DSD тұтынушы нарығында айтарлықтай сәттілікке жете алмады, тіпті SACD оның тікелей бәсекелесі, PCM негізіндегі DVD Audio-дан да жақсы нәтижелер көрсетті. Жазылған DSD деректерін тікелей өңдеу тиісті бағдарламалық қамтамасыз етудің жеткіліксіз болуына байланысты қиын. DXD сияқты жаңа жоғары ажыратымды PCM стандарттарының пайда болуы оның нарықтық нишасын одан әрі шектеді.

DSD файл пішімдері

DSD кодталған дыбысты компьютерде файл түрінде сақтаудың бірнеше балама жолы бар. Бір әдіс – осы мақсат үшін арнайы жасалған DSD түпкілкі файл форматтарын пайдалану. Балама ретінде, DSD-ні DSD сақтауды ресми түрде қолдайтын, жалпы мақсаттағы аудио форматтарында сақтауға болады. Сонымен қатар, DSD аудиосын арнайы DSD қолдауы жоқ PCM аудио ағындарына ендіруге болады. Бірақ, DSD ағынын қалпына келтіру үшін арнайы декодер қажет.

DSD алмасу файл пішімі

DSD Interchange File Format (DSDIFF) – DSD жазбаларын сақтау үшін 2000 және 2004 жылдар аралығында Philips компаниясы әзірлеген DSD файл форматы. Бұл формат пайдалы жүктемені DST форматында қысуды, сондай-ақ Super Audio CD өндірісінде қолданылатын түсіндірмелерді қолдайды. Бір DSDIFF файлы толық альбомды бір аудио ағыны ретінде, альбомдағы жеке тректерді бөлуге арналған маркерлермен бірге сақтай алады. Нәтижедегі SACD-ден аудио мазмұнының кейбір бөліктері толығымен алынып тасталуы мүмкін. Кіріктірілген метадеректер форматы тұтынушыларға емес, инженерлерге арналған. Мысалы, жаңа аудио тректің басталуын көрсететін маркерлерде кез келген мәтіндік ақпаратты сақтауға арналған мәтіндік өріс бар. Бірақ мәтінде тректің атауы болуы міндетті емес. Кейіннен, тұтынушылар DSD аудиосының жеке тректерін сақтау үшін бұл форматты қолданғаннан кейін, ID3 метадеректерін ресми емес ID3 блогына қосу үшін де-факто стандарт қалыптасты. DSDIFF деректерін қамтитын файлдар әдетте .dff кеңейтімін пайдаланады. DSDIFF файл форматы үшін ресми медиа типі тіркелмеген. Freedesktop.org ресми емес аудио/x-dff медиа түрлерін пайдаланады.

Кең жолақты бір биттік деректер

Кең жолақты бір биттік дерек (WSD) – 2002 жылы 1 биттік аудио консорциумы жасаған DSD файл форматы. Консорциум Васеда университеті, Sharp және Pioneer компанияларымен бір жыл бұрын құрылған. 2012 жылы консорциум спецификацияның жаңартылған 1.1 нұсқасын жариялады. WSD тақырыбында түн ортасынан бергі үлгілер саны бойынша абсолютті уақыт белгісін сақтауға арналған өріс бар. Бұл уақыт белгісі бір физикалық жазба құрылғысында тізбектеп жасалған екі жазба арасындағы уақытты дәл анықтауға мүмкіндік береді. Korg компаниясының портативті MR 1, MR 2, MR 1000 және MR 2000s диктофондары WSD форматын, сондай-ақ басқа DSD негізделген форматтарды қолдайды.

DSD ағыны файлы

DSD Stream File (DSF) – 2005 жыл шамасында Sony компаниясы әзірлеген DSD файл форматы. Бұл формат DSD аудионың жеке тректерін сақтау үшін арналған және ID3 метадеректерін қосуды қолдайды. Формат "формат ID" өрісін анықтайды, оны DST сығылымын көрсету үшін пайдалануға болады. Дегенмен, спецификацияда анықталған жалғыз идентификатор – "DSD raw" деген 0 саны. DSF деректері бар файлдар әдетте .dsf файл кеңейтімін пайдаланады. DSF файл форматы үшін ресми медиа түрі тіркелмеген. Формат сығылған DSD аудионы да қолдайды. DSD қолдауы алғаш рет 2016 жылдың желтоқсан айында WavPack бағдарламалық пакетінің 5-ші нұсқасымен енгізілді. WavPack деректері бар файлдар әдетте .wv файл кеңейтімін пайдаланады. WavPack файл форматы үшін де ресми медиа түрі тіркелмеген. DoP, DSD-ге қабілетті DAC құрылғысының DSD-ді бастапқы ойнату үшін қажетті шикі DSD деректерін алуына кедергі келтіретін кез келген PCM компонентін айналып өтуге мүмкіндік береді. DoP музыка ойнатқышы мен DAC арасындағы байланыс үшін сымдық протокол ретінде қарастырылған, бірақ DoP кодталған DSD-ді FLAC файлдарына ендіруге арналған құралдар да бар, бұл пайдаланушыға DSD-ні қолдамайтын ойнатқышты DoP-ге қабілетті DAC құрылғысымен DSD ойнату үшін пайдалануға мүмкіндік береді. DoP ағыны PCM-ді ғана қолдайтын DAC құрылғысымен ойнатылғанда төмен дыбыс деңгейіндей шу шығаруға арналған, ал DoP-ге қабілетті DAC DSD деректерінің бар екенін анықтап, оны PCM-нен бөліп алып, DSD ретінде ойнатады.