Какие бывают файлы DSD?
Сейчас два самых популярных формата — DFF и DSF. Различаются между собой они примерно как WAV и FLAC. Оба форматы «без потерь», оба обеспечивают максимальное качество, но вот DFF не поддерживает ни компрессию, ни тэги файлов, тогда как DSF поддерживает и то и другое.
Что касается качества, то базовым стандартом считаются файлы DSD64 с частотой дискретизации 2.8 Мгц. Существуют также стандарты DSD128, DSD256 и DSD512, в каждом последующем случае частота дискретизации увеличивается в два раза. Нам же нужно запомнить не эти потоки цифр, а только то, что каждый Цифро Аналоговый Преобразователь (ЦАП) с поддержкой DSD явно указывает, до какой частоты принимает потоки. Естественно, что самые последние микросхемы могут обрабатывать DSD512, но в реальной жизни все проще — подавляющее большинство записей существует в DSD64, очень немногие современные записи были выпущены в DSD128, а DSD256 и DSD512 — пока только в виде тестовых записей.
Защита SACD от копирования. Распространение аудио в формате DSD
Все SACD диски обладают специальной защитой (на физическом уровне), которая позволяет считывать SACD слой только лицензированным производителем устройствам, которые оснащены специальным ключом. Тем не менее, в интернете можно найти раздачи SACD рипов. Снятие рипов выполняется с помощью PlayStation 3 (или подходящего проигрывателя со специальной прошивкой) и специальной программы SACD Ripper для ПК. Рип представляет собой так называемый SACD-R образ (как правило в формате ISO). Этот образ можно записать (тем же ImgBurn, например) на DVD диск и далее слушать на стационарном SACD проигрывателе.
Таким образом мы видим, что технология SACD не включает в себя ничего принципиально нового — по сути это поток данных с АЦП, записанный на носитель вроде DVD. Весомое различие между SACD и DVD диском (кроме защиты от копирования) заключается лишь в размере сектора — 2064 вместо 2048 байт. Похоже, что этот трюк был придуман в коммерческих целях, и во многом именно поэтому ни один оптический привод для ПК не читает SACD диски.
Кроме SACD дисков DSD аудио также может распространяться и в виде файлов, в том числе записанных на так называемый DSD disc. Спецификация была разработана Sony и представляет собой DVD или Blue-ray носитель с файлами формата DSF (DSD Storage Facility), содержащими стерео звук. Многоканальное аудио стандартном не поддерживается, хотя формат DSF открытый и вполне может содержать многоканальное аудио, которое будут читать программные плееры (например, foobar2000). Минусом Sony DSF, как контейнера для хранения DSD, является отсутствие поддержки DST сжатия. Для поддержки DST сжатия следует использовать более сложный контейнер Philips DSDIFF, о котором было сказано ранее.
3. Миф №1 — Последовательный ЦАП (АЦП) лучше чем параллельный
Миф №1 — качество однобитного высокочастотного кодирования лучше чем качество многоразрядного кодирования…
Итак, параллельный АЦП «измеряет» аналоговый сигнал и преобразует его в цифру.
3.1 Как происходит аналого-цифровое преобразование?
На входе АЦП находится схема «компаратор», смысл которой сводится к следующему — сравнивать эталонный сигнал (допустим 1 вольт, но исходным обычно берется напряжение равное половине от максимального значения измеряемого сигнала) с поступающим измеряемым.
Если измеряемый сигнал оказывается меньше эталонного схема генерирует логический сигнал «минус» (логический 0), а если больше то «плюс» (логический 1). В соответствии с этим логическим сигналом изменяется величина эталонного напряжения — оно или увеличивается в два раза или уменьшается в два раза от предыдущего значения, в зависимости от того был ли измеряемый сигнал больше или меньше эталонного. Одновременно с этим в цифровом регистре хранится цифра (вначале равная половине измеряемого диапазона) и она делится или умножается на 2, по результату сравнения компаратором эталонного сигнала с измеряемым.
Далее измерение происходит еще раз и так далее от самого «грубого» измерения до самого «тонкого», с каждым шагом величина эталонного напряжения будет последовательно приближаться к измеряемому значению. Так-же последовательно будет «уточняться» хранящаяся в регистре цифра — от старших разрядов («грубым» значениям) к младшим («точным» значениям).
Количество измерений равно разрядности схемы АЦП, например для 16-битного будет 16 замеров-сравнений-шагов. Это так называемый «метод последовательного приближения». Эта логика хороша тем что количество измерений для высокой точности невелико и равно разрядности. Таким образом:
- Чтобы измерить сигнал с точностью от 0 до 65535, понадобится не 65535 шагов, а всего 16.
- Для измерения с точностью от 0 до 16,7 миллионов понадобится всего 24 шага.
6. Логика работы «последовательного» АЦП (ЦАП)
В последовательном АЦП есть уже знакомый нам компаратор, который сравнивает эталонный сигнал (опорный) с измеряемым. Далее идут различия в логике работы.
В цифровом регистре (буферной памяти) хранится цифра равная значению эталонного сигнала. После очередного измерения компаратором аналогового сигнала, он выдает на выходе цифру 1, если измерение было выше эталона и 0, – если ниже. Затем эталонным сигналом становится не в 2 раза более высокий или более низкий сигнал, а на единицу больший или меньший. Одновременно с этим в память записывается не цифра равная эталону, а бит 1 если измерение было больше или 0 если меньше.
Вместо последовательного приближения, здесь используется фиксация (запись) пошагового приближения. Для измерения диапазона равному 16 бит от 0 до 65535 нам понадобится уже 65535 шагов (а не 16). Соответственно для 24-битного преобразования нам понадобится 16,7 миллионов шагов. На выходе такого АЦП записывается последовательный поток бит, в котором аналоговое значение интенсивности звуковой волны, равно «плотности» потока единиц и нулей. Если больше единиц, то напряжение (интенсивность) выше, а если нулей — ниже. Все очень просто.
6.1 Обратное цифро-аналоговое преобразование, последовательно
Обратное цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) тоже простое. На выходе однобитного цифрового сигнала, стоит емкость (конденсатор), которая заряжается нулями и еденицами, на разную величину, в зависимости от плотности следования нулей и единиц. В конце после емкости находится высокочастотный фильтр и аналоговый выход.
4. Из цифрового в аналоговое
Обратное преобразование из цифры в аналоговый сигнал (ЦАП) происходит проще. Мы имеем параллельный набор выводов микросхемы, в котором число выводов равно разрядности преобразуемого сигнала. Каждый разряд еще цифрового сигнала, имеет одну и ту же величину (напряжение). Сигнал пока еще параллельный-цифровой. Далее к каждому выводу подключена «R-2R» цепочка (сопротивление или резистор) и таким образом самому старшему разряду соответствуем высокое выходное напряжение, а младшему минимальное. В итоге комбинация значащих разрядов пропущенных через «R-2R» цепочки микшируется в один аналоговый сигнал. В конце находится высокочастотный фильтр. Вот и все =)
1. Первый формат высокого разрешения (HI-Res) — носитель SACD
Начнем с самого первого из форматов высокого разрешения (HI-Res) — носитель SACD. Сам носитель не представляет для нас никакого интереса, он подобен DVD по емкости и физической структуре, интерес представляет формат хранения аудио-информации DSD.
1.1 Что значат все эти преобразования?
Для представления цифрового звука, чаще всего используют импульсно кодовую модуляцию, в которой исходный аналоговый сигнал преобразуется АЦП (Аналогово Цифровой Преобразователь) или ADC (Analog to Digital Converter) в последовательный поток цифр. Делает он это строго в соответствии с заданной частотой квантования (для CD частота квантования равна 44100 Гц) — именно с этой частотой АЦП измеряет амплитуду (интенсивность) звуковой волны и кодирует результат измерения цифрой.
Происходит это в соответствии с разрядностью АЦП (второй важный показатель качества АЦП), в диапазоне от 0 до 65535 для 16-битного АЦП, в диапазоне от 0 до 16,7 миллионов для 24-битного и от 0 до 4 миллиарда для 32-битного АЦП.
Обратный процесс преобразования происходит при помощи ЦАП (Цифро Аналоговый Преобразователь) или DAC (Digital to Analog Converter) — последовательный поток цифр с заданной частотой квантования, преобразуется в величину звукового давления. Естественно, чем выше разрядность цифрового аудио, при наличии соответствующего преобразования, тем точнее происходит восстановление аналогового сигнала и выше качество звучания.
А что делать если у меня файлы DFF, а тэги прописать очень хочется?
Совсем недавно сам столкнулся с такой ситуацией. Два альбома, формат файлов DFF, музыкальный сервер их играет, но вместо тегов прочерки. Печалька. Первая мысль — перевести в формат DSF. Но как? А вдруг качество пострадает? Оказалось все просто. Есть хорошая утилитка, называется dff2dsf. Переводит очень быстро, качество не страдает, так как не происходит никакой перекодировки. Единственное неудобство — тоже коммандная строка и нет пакетной обработки файлов, изволь каждый отдельно задавать в виде:
dff2dsf <inputfilename.dff> <outputfilename.dsf>
Утилита бесплатная, есть версии под Windows, Linux и Mac OS.
SACD диски. Формат DSD
Super Audio Compact Disc — как и Audio CD — результат сотрудничества компаний Sony и Philips. Разработка стандарта была завершена в 1999 году — через 17 лет после выхода Red Book (CDDA).
SACD представляет собой оптический диск с высокой плотностью данных, по физическим размерам и объёму данных соответствующий диску DVD. Также у DVD и SACD совпадает длина волны считывающего лазера — 650 нм против 780 у CDDA (именно увеличение частоты позволило увеличить плотность питов и, как следствие, объём носителя). Одной из отличительных особенностей SACD является использование золота в качестве отражающего слоя (вместо алюминия). Это увеличивает отражающую способность, долговечность дисков, но также обуславливает их высокую стоимость.
Особый интерес представляет собой содержимое диска — данные в формате Direct Stream Digital. DSD — это однобитный поток с очень высокой частотой дискретизации: стандартные файлы DSD64 имеют частоту семлирования 2822,4 кГц (в 64 раза больше частоты для CDDA). По сути это тот самый поток, который получается на выходе сигма-дельта АЦП.
Особенностью сигма-дельта АЦП является кодирование не абсолютного значения уровня сигнала в конкретный момент времени, а его приращения.
Схема сигма-дельта АЦП
На выходе этого АЦП мы получаем нули и единицы, следующие с очень высокой частотой. Причем уровень сигнала пропорционален сумме закодированных за единицу времени приращений (1 означает «+1», а 0 — «-1»).
Итак, главным преимуществом SACD является отсутствие необходимости в так называемой децимации — понижении частоты дискретизации — ведь в действительности это промежуточное преобразование происходит в случае со всеми остальными форматами аудио, использующими PCM (CDDA, DVD-A). Т. е. при оцифровке студийной записи на выходе АЦП мы фактически получаем DSD поток, затем его приходится преобразовывать в PCM с повышенной разрядностью, но более низкой частотой дискретизации, что уже представляет собой алгоритм с потерями. И — что самое интересное — при воспроизведении, непосредственно перед цифро-аналоговым преобразованием (а, как известно, в аудиотехнике используется именно дельта-сигма ЦАП), частоту дискретизации всё равно придется повышать, выполняя преобразование в тот самый 1-битный DSD формат, в котором данные были сняты с АЦП.
Таким образом SACD позволяет хранить аудио в «первозданном» виде, и в таком же виде подавать их при воспроизведении на ЦАП. Отсутствие промежуточной децимации упрощает схемотехнику устройств и позволяет добиться более высоких показателей качества.
Примечание: к сожалению, ко всему вышесказанному нужно добавить большую «ложку дёгтя»: во многих случаях на студиях звукозаписи для мастеринга записей всё же используется промежуточное преобразование в PCM. Несмотря на то, что в 2000 году был разработан формат DSDIFF (расширение файлов *.dff), предназначенный для записи, редактирования и мастеринга аудио непосредственно в DSD представлении, его возможности весьма ограничены, и на многих студиях для сведения и мастеринга используется формат Digital eXtreme Definition. DXD по сути представляет собой стандартизированный PCM аудио с очень высокой частотой — 352.8 или 384 кГц и разрядностью 24 или 32 бит. Этот формат был придуман и использовался для мастеринга записей с высоким разрешением на студиях звукозаписи Pyramix (Merging Technologies), производивших SACD. Таким образом, для большинства SACD и DSD дисков исходником является именно DXD.
Существуют различные вариации стандартов SACD/DSD — с разной степенью оверсемплинга. Они обозначаются цифрой, равной отношению частоты дискретизации DSD к частоте дискретизации CDDA (44.1 kHz). SACD использует формат DSD64 (2822.4 kHz/ 44.1 kHz = 64), также разработаны и новые спецификации DSD128, DSD256 и DSD512, дополнительно увеличивающие частоту в 2, 4 и 8 раз. Таким образом мы получаем максимальную частоту 22579,2 кГц для DSD512, однако найти такие записи очень сложно, и далеко не все DSD-ЦАП их поддерживают. Кроме того, есть разрешения DSD, базирующиеся на частоте 48 кГц: например, 48kHz based DSD128 будет иметь частоту не 2822.4, а 3072 кГц, и т. д.
SACD поддерживает конфигурацию каналов 2.0 и 5.1, причем на одном SACD могут содержаться две дорожки — стерео и многоканальная. Многоканальная дорожка обязательно представляется в сжатом виде (сжатие без потерь; для стерео — опционально), так называемом DST формате (Direct Stream Transfer), который обеспечивает сжатие в 2—3 раза.
Так же, как и DVD, SACD бывают одно- и двухслойные. На однослойных SACD может содержаться CDDA слой для обратной совместимости с проигрывателями без поддержки технологии SACD (такие диски называются гибридными).
Где в природе встречаются залежи DSD? Откуда добывают сей ценный минерал?
Главным источником на сегодня являются рипы с SACD. Сделать их не очень просто, формат хорошо защищен, но если вдруг вы освоите процесс перевода своих легально купленных SACD дисков в файлы, то закона не нарушите. Наверное. По крайней мере делать резервную копию в личных целях закон не запрещает.
Второй способ — совершенно легальный, без малейших сомнений. После того, как взломали формат SACD и получить DSD файлы не составило особого труда, компании производители музыкального железа наперегонки начали встраивать поддержку формата в свою продукцию. В свою очередь звукозаписывающие компании, особо не крупные с прицелом на аудиофилов, начали активно продавать музыку в формате DSD через свои онлайн-магазины.
Что делать с образами SACD дисков?
Есть люди, которые записывают эти образы на диски и впоследствии слушают на своих проигрывателях. Не все проигрыватели поддерживают такие диски, я слушаю все через свой музыкальный сервер, поэтому ничего об особенностях такого метода не знаю. Я же извлекаю музыку из образов в отдельные файлы в формате DSF (помните, он поддерживает тэги!).
Лучший софт для извлечения треков из образов SACD — консольная утилита sacd_extract из бесплатного пакета sacd_ripper. Насколько я мог заметить, весь остальной софт базируется на этой утилите и является просто оболочкой для запуска этой утилиты.
Самый оптимальный синтаксис утилиты:
sacd_extract -2 -s -i <filename.iso>
Это команда извлечет стерео версию музыки (бывает, что диск одновременно содержит версии с 2 каналами и 5.1 объемным звуком), в формате DSF (потому что он поддерживает тэги) из файла который мы указываем за параметром -i.
Эти утилиты распространяются в виде исходных кодов или готовых бинарников (есть версии под Windows, Linux и Mac OS).
Маленький совет — если будете использовать sacd_extract в версии для Mac OS, не ставьте пробел между параметром -i и именем файла iso, иначе будет ошибка. В версиях для Linux и Windows пробел ставить надо.
HDCD
HDCD — это вариант стандарта аудио CD, который расширяет аудиоинформацию, хранящуюся в сигнале CD, на 4 бита ( диски основаны на 16-битной аудио технологии ) до 20 бит, HDCD может расширить звуковую емкость современной технологии CD до новых стандартов, но все еще включенные, CDCD-закодированные CD-диски для воспроизведения на CD-проигрывателях не-HDCD (не HDCD-проигрыватели просто игнорируют лишние «биты») без какого-либо увеличения стоимости программного обеспечения для CD. Кроме того, как побочный продукт более точной схемы фильтрации в чипах HDCD, даже «обычные» компакт-диски будут звучать полнее и естественнее на CD-проигрывателе, оснащенном HDCD.
При покупке музыкальных компакт-дисков ищите инициалы HDCD на оборотной стороне или внутренней упаковке. Тем не менее, существует много выпусков, которые могут не включать ярлык HDCD, но могут быть и дисками HDCD. Если у вас есть CD-плеер с функцией декодирования HDCD, он автоматически обнаружит его и предоставит дополнительные преимущества.
HDCD также упоминается как компактный цифровой диск высокой четкости, компактный цифровой диск высокой четкости.
Что нужно для качественного прослушивания файлов DSD?
Минимальная связка для качественного прослушивания — это программа плеер и ЦАП в качестве источника, ну а дальше как обычно — усилители, колонки, наушники и т.д. Программа плеер может быть установлена на что угодно — смартфон, компьютер, холодильник, тостер, да что угодно! Главное, чтобы программа могла считывать DSD файл и отдавать его на ЦАП без изменений. Думали я тут про холодильник для красного словца вспомнил? Фигушки. Вот здесь я установил и успешно запустил программу плеер на Wi Fi роутер! Дальше ваш ЦАП обработает ваш DSD поток и выдаст обычный аналоговый сигнал.
Правда есть одна особенность — если ЦАП поддерживает формат DSD, то тогда в качестве источника можно использовать очень слабое железо (идеальный вариант — одноплатный миникомпьютер Raspberry Pi). Ну а если ваш ЦАП понимает только PCM, то тогда конвертация будет происходить программно и хорошо нагружать процессор.
Ну и отдельная категория — достаточно новое семейство музыкальных источников Сетевые Плееры. Как правило, это серьезные аппараты, с кучей возможностей, поддержкой всего что можно и нельзя, своим ЦАПом внутри и за неприличные деньги. Если вдруг вы владелец именно такой железки, то просто распакуйте/скачайте DSD файлы и подсуньте своему плееру, он их проиграет без проблем.
9. Миф №3 — 32-битные ЦАП (АЦП) превосходят по качеству 24-битные
Реальность как всегда сурово приземляет нас от теоретических максимумов на землю.
Реальных ЦАП, работающих с 32 битной точностью в бытовой (даже HI-FI) звуковоспроизводящей аппаратуре чаще всего нет =) . Обычно все ограничивается 24 битами. Но поспешу успокоить читателей тем, что и на студиях звукозаписи разрядность оцифровки сигнала редко превышает 24 бита, а если и превышает то ненамного. Запас в разрядности (точности) аудио нужен для редактирования цифрового контента, так как при редактировании так называемые ошибки редактирования накапливаются. Об этом мы уже упоминали в прошлом обзоре.
Формат аудио CD
CD означает компакт-диск. Под компакт-диском понимается как диск, так и формат воспроизведения цифрового звука, разработанный Philips и Sony, в котором аудио кодируется цифровым образом, подобно тому, как кодируются компьютерные данные (1 и 0) в ячейки на диске с использованием процесса, называемого PCM. , PCM — это математическое представление аудио и музыки в цифровом виде.
Первые записи CD были выпущены в Германии 17 августа 1982 года. Название первой полной записи теста CD: Alpine Symphony Ричарда Штрауса . Позднее, 1 октября 1982 года, CD-плееры стали доступны в США и Японии. Первым проданным CD (первым в Японии) была 52-я улица Билли Джоэла, которая ранее была выпущена на виниле в 1978 году.
Стандартный аудиоформат CD также называется Redbook CD .
Компакт-диск положил начало цифровой революции в области аудио, компьютерных игр, приложений для хранения ПК, а также внес свой вклад в разработку DVD. Sony и Philips совместно владеют патентами на разработку технологии CD и CD-плеера.
Хотя музыка записывается на компакт-диск в цифровом виде, первоначальная запись и микширование могут фактически быть комбинацией как аналоговых, так и цифровых процессов.
В лонжероны коды для компакт — дисков были:
- AAD — Первоначальная аудиозапись была сделана с использованием аналогового записывающего оборудования (такого как магнитофон). Микширование также проводилось с использованием аналогового оборудования, а окончательное мастеринг осуществлялся цифровым способом.
- ДОБАВИТЬ — Первоначальная аудиозапись была сделана с использованием аналогового записывающего оборудования (такого как магнитофон). Микширование было выполнено в цифровом виде, а окончательное мастеринг — в цифровом виде.
- DDD — Все этапы, от начальной записи до окончательного мастеринга, были выполнены в цифровом виде.
Для CD, последняя буква коды лонжеронов всегда была D .
В дополнение к предварительно записанному аудио, компакт-диски могут также использоваться в нескольких других приложениях:
- CD-R: CD-R расшифровывается как CD-Recordable. Эти диски можно использовать для записи или «записи» музыки или данных с помощью устройства записи компакт-дисков (только музыка) или ПК (музыка или данные). Некоторые CD-R предназначены только для записи музыки, а другие могут записывать как музыку, так и данные. CD-R могут быть записаны только один раз.
- CD-RW: те же возможности, что и у CD-R, за исключением того, что CD можно стирать и использовать снова (обозначение RW означает возможность перезаписи).
- CD-TEXT: это вариант Audio CD, который предоставляет текстовую информацию на диске в дополнение к музыке. Это может включать такие вещи, как оглавление диска, названия треков, исполнитель (и), а в некоторых случаях тексты песен и жанры. На проигрывателях компакт-дисков текстовая информация отображается на дисплее состояния проигрывателя, если таковой имеется. Кроме того, если CD воспроизводится на проигрывателе дисков DVD или Blu-ray, в большинстве случаев информация может отображаться на экране телевизора.
- MP3-CD: MP3 CD может быть CD-R или RW диски, музыкальные файлы MP3 , записанные на, вместо стандартного CD аудио файлов. Эти диски могут воспроизводиться на большинстве проигрывателей CD, DVD и Blu-ray (вам необходимо проверить функции проигрывателя).
JPEG Photo CD: JPEG Photo CD может быть диском CD-R или RW, на котором есть фотографии, записанные в формате файла JPEG . JPEG Photo CD можно воспроизводить на ПК и совместимых проигрывателях CD, DVD и Blu-ray.
VideoCD: Помимо аудио и фотографий, вы также можете записывать видео на CD . Это не то же самое, что DVD, с качеством, которое больше между форматами VHS и DVD. Кроме того, видео CD не могут воспроизводиться на проигрывателях компакт-дисков, если только проигрыватель компакт-дисков не имеет выходного видеосигнала (что маловероятно), хотя специализированные проигрыватели VideoCD когда-то были популярны на нескольких азиатских рынках. VideoCD воспроизводятся на совместимых проигрывателях дисков DVD и Blu-ray.
Графика CD: Этот редкий вариант формата CD включает в себя базовую графику, которая может быть прочитана совместимым плеером с видеовыходом для отображения на экране телевизора или видео. Эта возможность в основном используется для отображения текстов песен для приложений караоке. Эта функция может быть помечена как CD + G, CD-G, CD + Graphics, CD-Extended Graphics или TV-Graphics.
10. Миф №4. В моем проигрывателе низкий (высокий) джиттер
Времена связанные с высоким цифровым джиттером относятся к 90-ым и началу 00-вых. Когда микросхемы были еще не такие «большие» по сложности схем и производители на всем экономили. Тогда существовала разница.
Именно в этом моменте последовательный ЦАП для SACD имел преимущество перед параллельными дешевыми ЦАП=). Но в те времена встречались даже ЦАП для CD, с разрядностью менее 16 бит =). Сейчас эти недостатки встречаются только в самой дешевой технике не имеющей к HI-FI никакого отношения. Хотя… это еще встречается в смартфонах =).
- ТОП 15 лучших плееров;
- ТОП 15 лучших звуковых карт;
- ТОП 15 лучших наушников;
2. Чем отличается Плотностно-Кодовая Модуляция ПКМ (PDM), от Импульсно-Кодовой Модуляции ИКМ (PCM)?
Мы рассмотрели Импульсно Кодовую Модуляцию ИКМ (PCM). Так преобразуется аудио в CD, DVD-audio, DXD. Чем же отличается Плотностно Кодовая Модуляция ПКМ (PDM)? от Импульсно Кодовой Модуляции ИКМ (PCM)?.
Хранение информации для звучания не имеет значения. Отметим лишь то, что для хранения аудио в SACD (DSD) используется поток бит, а не многоразрядных цифр, в диапазоне от 0 до 1, т.е двоичный сигнал
Важно то, как преобразуется аналог в цифру и обратно
Именно с этого момента начинается путаница и мифы Дело в том что существуют «последовательные» и «параллельные» аналогоцифровые (цифроаналоговые) преобразователи.
