Всем привет! Спасибо, что заскочили на мой канал, посвященный аудиотехнике!
Если хотите принять участие в наших сходках аудиофилов или нужна бесплатная помощь в выборе аудиотехники, то можете написать мне: https://t.me/RA_Fayzullin
Чат в телеграм: https://t.me/WeirdMetalistChannel
Канал на ютуб: https://www.youtube.com/@Каналнеадекватногометалиста2.0
Дзен канал: https://dzen.ru/weirdmetalistchannel
Аудиотехника любимых российских мастеров: https://audio-tube.ru
Отдельно отмечаем, что мнение канала может не совпадать с мнением автора статьи. Статья не направлена на то, чтобы кого-то обидеть.
Поехали!
Авторы (источники): habr.ком, doctorhead.ру, hifi-audio.ру и др.
Вместо введения
Музыка в цифровом виде главенствует на рынке — это факт. Всё больше пользователей задумывается о Lossless-качестве и ищет девайсы, способные передать всю палитру звука. Часто на корпусах плееров можно встретить шильдик «DSD», и многие воспринимают его как своеобразный значок «ГОСТ» — умеет работать с DSD, значит качественный аппарат! Давайте разберёмся, что такое DSD, в чём его отличие от PCM, и что из них лучше.
В современном аудиомире на слуху множество терминов – Hi-Res, DSD, PCM и порой бывает сложно разобраться во всем этом.
Hi-Res – это сокращение от High Resolution – высокое разрешение. Это означает, что есть какой то стандарт позволяющий отличить, что есть высокое разрешение, а что нет. За эталон аудио записи принят формат CD имеющий характеристики 44100 Гц 16 бит. Все, что выше этого значения автоматически будет считаться Hi-Res.
Качество СД достаточно даже для самого аудиофильски продвинутого любителя музыки, здесь на качество воспроизведения больше повлияет качество аудиоаппаратуры. Чем хуже аппаратура, тем больше вы услышите различий между аудио файлами стандартного качества СД – 44,1/16 и хай-резом (например 192 кГц/24 бит). Причина этого в том, что бюджетная аппаратура не в состоянии воспроизвести СД-качество полноценно, она не имеет хорошей декодирующей и аналоговой части, в отличии от аппаратуры премиального сегмента. Поэтому Хай-рез записи содержащие больше точек отсчета на бюджетной аппаратуре будут звучать лучше, чам СД на той же бюджетной аппаратуре. Но обычный СД будет премиальной аппаратуре будет звучать глобально лучше, чем хайрез на бюджетной технике.
На аудио-аппаратуре топ-класса различия между СД-качеством и Хай-рез стремятся к нулю и относятся не к категории лучше-хуже, а чуть иначе – СД звучат чуть четче, чуть острее, DSD или PCM 192/24 звучат по звуку чуть “распушенней”, чуть мутнее. Что вполне может быть объяснено банально иным мастерингом. В целом Hi-Res записи – это мастера, нужные не конечному слушателю, а звукорежисеру, так как избыточный запас на них информации позволит в дальнейшем провести какой-то другой мастеринг и прочие операции при необходимости.
Что такое Hi-res и причем тут Redbook PCM?
Одно из самых интересных событий, которые произошли в мире аудио за последние годы — небывалый рост популярности форматов высокого разрешения (Hi-Res). Среди причин появления в своё время новых форматов — неудовлетворённость качеством звучания CD, ведь на заре эпохи компакт-дисков все звукозаписывающие лейблы спешили переиздать свой аналоговый каталог на цифровом носителе, мало заботясь о качестве: хотя бы плюс-минус привлекательное и лишённое всевозможных щелчков и прочих шероховатостей звучание уже казалось победой.
Таким образом, производители аппаратуры и звукозаписывающие лейблы начали выполнять свои обещания о высочайшем качестве звучания CD далеко не сразу. В результате, в умах многих аудиофилов формату был нанесен непоправимый ущерб, а CD превратились в этакого цифрового «злодея». Впрочем, забегая вперёд, стоит отметить, что компакт-диски способны звучать совершенно замечательно — при условии высочайшего качества исходной записи, а также при должном внимании к мастерингу и продюсированию. Но обо всём по порядку.
В последнее время мы стали свидетелями возвращения к винилу, а также отмечаем рост интереса к цифровым файлам высокого разрешения. Но не подстерегает ли нас опасность угодить в ловушку 1970-х, когда всё внимание было приковано только к техническим характеристикам? Чтобы ответить на этот вопрос, порассуждаем о том, как и что именно мы слышим, а также о реалиях хайрез-записи.
Для начала, затронем техническую сторону вопроса. Формат CD с 16-битным квантованием и частотой дискретизации 44,1 кГц позволяет записать аудио в диапазоне частот от 0 Гц примерно до 22 кГц (то есть, чуть шире возможностей человеческого слуха) и динамическим диапазоном порядка 95 дБ, чего вполне достаточно для подавляющего большинства музыкальных инструментов. При этом формат 24 бит 48 кГц расширяет динамический диапазон до 150 дБ, а верхнюю частоту — до 24 кГц. Более того, многие аудиофилы предпочитают 24 бит 96 кГц, с верхней частотой до 48 кГц, а также 24 бит 192 кГц, с верхней планкой в районе 96 кГц. Столь высокие звуковые частоты оказываются далеко за пределами возможностей человеческого слуха, так что здесь напрашивается простой и резонный вопрос: для чего же, собственно, всё это нужно?
Некоторые сторонники Hi-Res скажут, что хоть ничего и не слышат на этих частотах, но всё же могут «почувствовать» разницу, зачастую преподнося это как более высокую «воздушность» звучания. При этом любопытно, каким именно органом чувств они ощущают эту воздушность? В общем-то, мы и вправду можем «почувствовать» очень низкие частоты — при условии, что они воздействуют с высокой амплитудой и с относительно близкого расстояния. Ну а что же касается поклонников Hi-Res, скорее всего, они воспринимают звучание более плавным и слитным из-за высокой частоты дискретизации. К тому же, АЦП и другие компоненты, используемые во время записи в 192 кГц, скорее всего, будут высокого качества, что само по себе повлияет на впечатления от прослушивания.
Для того, чтобы проверить на практике преимущества Hi-Res, все желающие могут провести любопытный тест — послушать в случайном порядке несколько записей с разной частотой дискретизации на хорошем цифровом аудиоплеере. Заклейте чем-нибудь подручным дисплей проигрывателя, чтобы не иметь представления о том, с каким именно разрешением в данный момент воспроизводится файл. Вооружитесь ручкой и блокнотом (ну или приложением «заметки» в смартфоне), прослушайте все записи и отметьте, что именно вы слышите и какой трек звучит лучше. Если у вас получается точно определить более высокие частоты дискретизации, можно с уверенностью заявить, что вы обладаете необыкновенным слухом.
Большинство людей старше среднего возраста способны услышать тон на частоте максимум до 15 кГц. К возрасту 60 лет эта частота может снизиться примерно до 12-13 кГц для среднестатистического мужчины (и, возможно, будет немного выше для женщин). Таким образом, звуковой сигнал с частотой 96 кГц мало что значит для восприятия звука. Однако вполне вероятно, что многие слушатели почувствуют дополнительную плавность и слитность на средних частотах, которой может похвастаться Hi-Res. Впрочем, на качество звучания записей влияет и множество других факторов, некоторые из них играют очень важную роль.
К примеру, можно задаться вопросом, с помощью какого оборудования осуществляется запись. Ведь, по иронии судьбы, многие профессиональные конденсаторные микрофоны от Sennheiser, Beyerdynamic, AKG, Neumann, Shure, Rode и Audio Technica обладают частотными характеристиками, которые стремительно снижаются сразу после 20 кГц. Более того, у некоторых популярных микрофонов заметный спад начинается уже после 18 кГц: таким образом, они вряд ли будут улавливать что-либо на частоте 48 или 96 кГц, и в большинстве случаев это как раз хорошо, ибо не очень-то и хочется вводить высокочастотный шум в цепь микширования.
Итак, для того, чтобы записать аудио с действительно «высоким разрешением», в первую очередь, потребуются специальные микрофоны, способные улавливать очень высокие частоты, не внося при этом слишком много собственного шума. Далее нам необходимы микрофонные предусилители и микшеры с расширенной частотной характеристикой и сверхнизким уровнем шума, а также высококлассный аналого-цифровой преобразователь. Предположим, что у нас есть микрофоны с равномерной частотной характеристикой от 20 Гц до 96 кГц и сверхнизким уровнем шума, подключенные специальными аудио кабелями к сверхмалошумящему предусилителю. Далее мы отправим этот сигнал в секцию микширования и высококлассный аналого-цифровой преобразователь, который передаёт аудиосигнал высокого разрешения в цифровой рекордер или компьютер с аналогичными улучшенными характеристиками.
И в общем-то, да, всё это действительно осуществимо. Более того, записав таким образом соло скрипки в 24 бит 96 кГц, можно заметить, что на самых высоких нотах некоторые гармоники достигают частоты приблизительно 28 кГц. Подобные гармоники может давать и флейта сопрано, но вот способны ли мы их услышать — это уже другой, не менее интересный вопрос. В конечном итоге, практически весь значимый для нашего слуха звуковой сигнал в записях соло скрипки вполне может содержаться на 16-битном CD с частотой дискретизации 44,1 кГц.
Вдвойне удивительно, что даже полноценный оркестр, с его широчайшим динамическим диапазоном, вполне можно записать в 16 битах, при условии изначально правильной настройки уровней (не прибегая к компрессии). Безусловно, не стоит забывать, что вполне возможно сгенерировать электронные звуки, которые выходят за пределы частотного диапазона человеческого слуха и динамического диапазона в 100 дБ. Но всё это остаётся, как правило, на уровне теории.
В заключение стоит отметить, что благодаря более высокой плавности и слитности звучания в среднечастотном диапазоне, Hi-Res записи однозначно достойны внимания слушателей, но только при условии, что аудиосистема позволяет воспроизвести все эти нюансы.
Любопытно, что у многих аудиофилов есть любимые записи классической музыки, сделанные в конце 50-х и начале 60-х годов. Ведь музыка — это не только технические характеристики, а определяющим фактором зачастую является исполнение и профессионализм звукорежиссёра, что позволяет сделать хорошую запись даже с минимальным набором микрофонов. А послушав некоторые джазовые записи, сделанные в начале 60-х годов, нельзя не отметить, что они звучат очень живо и музыкально: может быть, не так уж и важно, что они не в Hi-Res.
Продолжение банкета
Цифровой звук. Как же много мифов крутится вокруг этой фразы. Сколько споров возникало между любителями удобства и качества цифры и приверженцами «живого воздушного» винилового звука помноженного на «тёплое ламповое» звучание. Кроме того, есть немало споров и между любителями «цифры»: достаточно ли 16х44.1 или нужно 24х192? Что лучше: мультибит или дельта-сигма? CDDA или SACD? PCM или DSD? В этой статье я попробую простым языком изложить азы цифрового звука, а также более подробно остановлюсь на сравнении двух типов кодирования аналогового сигнала в цифровой: DSD и PCM. Для начала ответим на вопрос, что есть цифровой звук? Чем он отличаются от аналогового? Если говорить кратко, математическим языком, аналоговый звуковой сигнал — непрерывная функция, цифровой звуковой сигнал — дискретная функция. Что это значит?
Аналоговый сигнал
Если нарисовать в воображении график синусоиды (именно так в чаще всего изображают звуковую волну): то, как бы мы его не увеличивали, стараясь рассмотреть все детали, — всегда будем видеть плавную гладкую линию: это аналоговый звуковой сигнал (рис. 1).
Аналоговый звук (запись) имеет множество параметров, с помощью которых можно оценить его качество. Рассмотрим три самых важных: частотный диапазон, динамический диапазон, искажения.
Частотный диапазон — набор частот, содержащихся в звуке. Принято считать, что частотный диапазон человеческого слуха 20… 20.000 Гц (иногда указывается 16 — 22.000 Гц). Сам по себе частотный диапазон музыки никакого интереса в плане оценки качества не представляет (к примеру, частотный диапазон все того же взлетающего самолета будет очень широк, а вокальной партии тенора — намного уже). Качественным параметром, скажем, наушников является потенциальный частотный диапазон, а оценивается он с помощью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Идеальная АЧХ — прямая линия на всем диапазоне частот слуха – означает, что источник звука не усиливает и не ослабляет какие-то отдельные частоты, а значит извлекаемый звук совпадает с оригиналом.
Динамический диапазон (ДД) — разность между самым тихим и самым громким звуком. Измеряется громкость в децибелах (дБ). Принято считать, что максимальная громкость, не наносящая травм человеку — это 130 дБ — звук взлетающего самолета, а минимальная слышимая громкость — 5… 10 дБ — на уровне шелеста листьев в маловетреную погоду. Естественно, что шелест листьев на фоне взлетающего самолета разобрать будет невозможно, да и слушать музыку с уровнем 130 дБ крайне неприятно. Поэтому принято считать, что комфортный ДД для прослушивания музыки — 80… 100 дБ
Искажения – не что иное, как отклонение сигнала от оригинала.
Принципы представления звука в цифровом виде
Что же происходит при оцифровке аналогового звука? Не будем углубляться в технические аспекты, разберем все, как говорится, на бумаге: для этого нарисуем нашу воображаемую «идеальную» синусоиду и будем измерять величину сигнала через равные промежутки времени (этот процесс называется дискретизацией или квантованием): мы получим некий последовательный набор значений — это и будет наш цифровой сигнал, полученный методом импульсно-кодовой модуляции (PCM) (рис. 3).
Два основных параметра качества PCM сигнала — это частота и разрядность. Частота — это количество измерений за одну секунду, чем их больше — тем с большей точностью передаётся сигнал. Частота измеряется в герцах: 44100 Hz, 192000 Hz и др. Разрядность — количество возможных значений величины сигнала (точность передачи величины). Чем больше вариантов — тем больше точность сигнала. Разрядность измеряется в битах: 16 bit (65.536 возможных значений, ДД 96 дБ), 24 bit (16.777.216 значений, ДД 144 дБ) и др.
Но это не единственный вариант представления звуковой волны в цифровом виде. Есть способ избавиться от такого параметра, как разрядность, оставить только два уровня амплитуды: -100% и +100% (0 или 1). Чтобы добиться этого, не потеряв в качестве, — нужно многократно увеличить частоту считывания величины сигнала (рис. 4).
Такой вид представления цифрового звука называется импульсно-плотностной модуляцией, чаще всего для него используется аббревиатура DSD. Фактически, единственный качественный параметр такого сигнала — частота. Но так как частоты используются очень высокие (от 2.822.400 Hz), такие цифры сложно запомнить, принято делить частоту DSD сигнала на 44.100 Hz. Полученное число и является показателем качества: DSD64 (ДД 120 дБ), DSD128, DSD256 и т.д.
Восстановление аналогового сигнала из «цифры»
Но оцифровка аналогового сигнала – это полдела. Для прослушивания цифровой музыки нужно выполнить обратное преобразование. Для начала рассмотрим, каким образом превратить в звук цифровой DSD поток. Как мы уже знаем, этот поток представляет из себя высокочастотный (2,8 МГц и более) двухуровневый сигнал, средняя величина этого сигнала меняется со звуковой частотой. То есть, если подходить к решению задачи максимально просто, — нужно отфильтровать все высокочастотные составляющие DSD потока, оставив только полезный звуковой сигнал (частоты до 20...22 кГц). Делается это с помощью аналогового фильтра низкой частоты (ФНЧ). Простейший ФНЧ – это RC цепочка. Сигнал полученный, после прохождения этой цепочки, показан на рис. 5.
Как видим, полученный график лишь отдаленно напоминает исходную синусоиду. Но не забываем, что мы «применили» простейший фильтр, улучшая схему фильтра можно добиться практически полного отсутствия высокочастотного шума и получить аналоговый звук с хорошими качественными показателями.
Для восстановления аналогового сигнала из цифрового PCM недостаточно только лишь аналогового ФНЧ, нужно предварительно расшифровать цифровые данные, для этого используются цифро-аналоговые преобразователи (ЦАПы). Бывают они разных типов, но описывать их все в задачи данной статьи не входит. Остановимся на 2-х самых распространённых типах в звуковой технике. Во-первых, это так называемый ЦАП лестничного типа (его ещё называют мультибитным). Как вы, наверное, догадались, такой ЦАП преобразует PCM поток цифровых данных в поток величин звукового сигнала, которые на графике выглядят как лестница (рис. 6). Как и в случае DSD, обязательно использование аналогового фильтра для сглаживания «ступенек».
Зачастую, в таких преобразователях используется промежуточная передискретизация цифрового PCM сигнала в более высокие значения частоты (например, 192 кГц): это уменьшает «ступеньки», что позволяет упростить схему аналогового фильтра.
Второй тип ЦАП – дельта-сигма – использует передискретизацию в ещё большие значения частоты с одновременным уменьшением разрядности до одного бита. Ничего не напоминает? Это же знакомый нам DSD сигнал! Как далее обработать такой сигнал и превратить его в аналоговый, мы уже рассматривали выше.
Применение PCM и DSD, достоинства/недостатки
Где же мы можем встретить каждый из способов кодирования? PCM формат очень распространён: CDDA диски, DVD Audio, файлы MP3, FLAC, ALAC, AAC, звук в фильмах, и далее, и далее, проще сказать, когда не-PCM. Super Audio CD диски, DSD диски, файлы DSF, DFF — это DSD формат. Что же всё-таки лучше? При воспроизведении какого формата мы получим более качественный звук?
В статьях, посвященных DSD формату, описано множество преимуществ перед PCM, но все ли описываемые преимущества верны или это мифы, придуманные для обывателей, не разбирающихся в технической составляющей, чтобы отвоевывать рынок, плотно занятый PCM форматом? Давайте кратенько пройдемся по списку.
- Первое преимущество, которое любят приводить сторонники DSD, довольно расплывчатое — помехоустойчивость и снижение влияния ошибок. Странно слышать про разную помехоустойчивость в цифровом мире: оба формата подвержены помехам ровно настолько, насколько подвержена помехам книжка в цифровом формате. Длительность хранения любого цифрового формата или качество передачи его между устройствами зависят только от носителя / способа передачи, но не от самого формата. Итак, помехоустойчивость одинаковая. А что по поводу снижения влияния ошибок? Допустим, мы храним 2 альбома на оптических дисках (один PCM, другой DSD), что будет, если диск поцарапать? При чтении поврежденного носителя будут возникать ошибки, но насколько они критичны? В PCM кодировании используются многоразрядные числа, ошибка в старшем разряде очень критична (как пример, разница между десятичными числами 11 и 91): на слух это будет ощущаться, как щелчок. В DSD кодировании один бит информации имеет небольшой вес в общем потоке, нечастые ошибки будут вызывать лишь повышение фонового шума, что на слух будет менее заметно.
- Второе преимущество описывается чуть конкретнее: больший динамический диапазон по сравнению с PCM. Что же, и здесь есть некоторое лукавство, ДД больше лишь по сравнению с классическим CDDA форматом: 120 … 140 дБ против 96 дБ. Если же сравнивать, например, с DVD Audio — ДД примерно одинаков.
- Третье преимущество: DSD более прост технически. Вот здесь поспорить не с чем: более простое декодирование сигнала, отсутствие необходимости синхронизации и буферизации потока при передаче сигнала с одного устройства на другое — полная победа DSD. Кстати говоря, на фоне этого преимущества странно видеть заоблачные цены на аппаратуру, поддерживающую воспроизведение DSD.
Ну и ещё одно преимущество, которое любят приводить фанаты DSD: музыка в этом формате наиболее близка к оригинальному аналоговому звуку. Аргументируется это тем, что современные аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) — работают на принципе дельта-сигма модуляции, то есть эти АЦП выдают цифровой DSD поток. И вот опять лукавство: запись будет полностью оригинальной только в случае прямой записи живого выступления либо при оцифровке готовой аналоговой записи с качественного носителя. Операции сведения, наложения эффектов, мастеринга, даже простой подстройки громкости — всего того, без чего не может обойтись создание студийного альбома, — невозможны для цифрой DSD записи по причине отсутствия нормальных алгоритмов ее обработки. Это означает, что все эти операции производятся с PCM форматом, и только после этого готовая PCM запись конвертируется в DSD. Впрочем, нужно отметить, что преобразование PCM > DSD и обратно — достаточно точное: лишь немного возрастает шум за пределами реального динамического диапазона (рис. 7). А значит, не имеет особого значения, в каком формате слушать запись: PCM Hi-Res или DSD — оба формата по качественным характеристикам очень схожи. Так же, фактически, нет смысла покупать отдельную звуковую карту для воспроизведения DSD, послушав совета приятеля, фаната данного формата.
Учим матчасть!
DSD – это однобитный формат. С очень высокой частотой от 2822400 Гц (раз в секунду) мы запоминаем стоит ли повысить напряжение или понизить, так как 1 бит позволяет использовать только 2 состояния – включено и выключено. Включено – повышать напряжение, выключено понижать.
Что-бы в дальнейшем получить звук из закодированного таким методом файла достаточно лишь применить LPF-фильтр – Low Pass filter (резистор+конденсатор) – который срежет высокие частоты оставив только слышимый ухом диапазон.
Из этого следует, что аудио-аппаратура воспроизводящая DSD должна быть дешевле, чем классическая, основанная на PCM, но как видим – стоимость радиодеталей никак не повлияла на конечную стоимость и DSD аппараты высокого класса стоят достаточно прилично.
PCM – кодирование заключено в измерении значения напряжения определенное количество раз в секунду (Гц) и сохранение его с определенной точностью (бит).
Классический СД формат в PCM запоминает выборку 44100 раз в секунду и сохраняет их с точностью 16 бит (первые СД-проигрыватели от Philips были 14 битными).
16 бит – это 65536 значений от 0 до 65535. Представьте 65535 как 100% напряжения. Соответственно можно сохранить значение напряжения с достаточной точностью.
Но биты помимо этого еще являются и показателем громкости, 1 бит соответствует 6 дБ громкости.
Следовательно можно легко определить каков динамический диапазон записи в СД качестве, зная, что запись 16 битная.
16*6=96 дБ – и, думаю, теперь всем понятно, откуда берется значение динамического диапазона СД равное 96.
Когда дело касается аудио высокого разрешения (Hi-Res), часто возникает вопрос, что лучше DSD или PCM.
DSD бывает разный, зависит от частоты оцифровки. Стандартным считается значение в 2822400 Гц. Если его разделить на частоту дескретизации СД равную 44100, то получим 2822400/44100=64.
Т.е. частота сохранения данных на DSD в 64 раза выше, чем на СД, поэтому такой DSD называют или просто DSD или DSD64.
Сравнение по размеру
Бывают также DSD128, DSD256, DSD512, работающие с частотой превышающей стандартную 4100 в 128-512 раз. Не так давно появился и монстр в лице DSD1024.
Тем не менее покупая аудио диски формата DSD – это будет Super Audio CD, которые содержат только DSD64.
Можно сделать неверный вывод, раз частота дескретизации (запоминания состояния в виде значения) у DSD64 выше в 64 раза, чем у компакт-диска, то DSD лучше CD в 64 раза. Но это совершенно не верно.
Вспомним , что DSD – это однобитный формат, и чтобы передать такое же количество данных (16 бит), какое выдает за 1/44100 секунды СД, ему понадобиться больше циклов. Посчитаем и посмотрим, если бы СД были однобитными:
44100*16=705600 бит
2822400/705600=4
Оказывается DSD лишь в 4 раза лучше по объему данных.
Давайте сравним тогда кто-же по содержащейся в оцифровке информации лучше – DSD64 или PCM192кГц/24 бит.
Для этого выясним, какие параметры будет иметь DSD если перевести его в формат PCM.
2822400/16 бит=176400 Гц
Итого DSD64 в формате PCM имеет значение лишь 176400 Гц и 16 бит.
Поэтому технически PCM 192000/24 бит в этом плане более совершенен и имеет более высокие параметры.
Считается, что DSD имеет лучшую помехозащищенность и лучшие временные характеристики.
Лучшая помехозащищенность заключается в однобитности, если в DSD записи повредить 1 бит, то он имеет исключающе малое значение и можно считать, что никак не повлияет на аудиозапись.
Если же повреждается 1 бит на PCM записи, то здесь большое значение имеет старший это бит или младший из 24, ибо старшие имеют очень высокие значения и их потеря в звуке может выражаться ясно слышимым щелчком.
DSD разработан как цифровой аналог аналоговой звукозаписи. Но всплыли нюансы, что на первых порах он не позволял редактировать аудиозаписи – банально скорректировать громкость или что-то подобное. Звукорежисерам приходилось перекодировать DSD в PCM, а потом назад, и тут уже об аутентичности речи не оставалось.
Сегодня есть форматы позволяющие редактировать DSD, если у вас есть соответствующая аппаратура и софт.
Так же возникла проблема, что аппаратура, в особенности студийная была заточена под PCM, а не DSD, поэтому нужно было придумать какой-то костыль, чтобы PCM-аппаратура стала принимать DSD-поток, и он был придуман компанией DCS в лице технологии DoP.
Вспомните как смело я делил 2 миллиона 800 тысяч Герц на 16 приходя к выводам – это она и есть – реализация DoP – DSD over PCM.
Однобитный поток DSD упаковывается в младшие 16 бит + дополнительно используется 8 бит, которые не содержат аудиоданных, а содержат маркер, что это не PCM, а DoP. Если вы включили на своем проигрывателе DSD через DoP и вместо полноценного звучания слышите какой-то шум и тихо звучащую музыку, то знайте, аппаратура при приеме или передача потеряла/случайно затерла данные содержащиеся в этих 8 битах и теперь не знает, что это DoP – пакеты DSD, и воспроизводит их, как PCM.
Почему такая ошибка может оказаться возможной – банальная цифровая регулировка громкости в вашем проигрывателе работает на принципе “откусывания” битов, напомню – 1 бит = 6 дБ громкости, и вуаля, аппаратура уже потеряла старшие 8 бит, где хранился маркер, сообщающий, что это не PCM, а DoP.
Итогом становится вывод, что DSD64 технически имеет как недостатки (176/16 в PCM нотификации против 192/24), так и преимущества (помехозащищенность, временные характеристики)? поэтому невозможно дать односложный ответ. Формально PCM имеет лучшие характеристики. Практически же и PCM192 и выше и DSD64-1024 высококлассными современные форматы, которые превосходно передают самые мельчайшие нюансы музыки. Но учитывая, что и “старый” формат СД с аудиофильной точностью справляется превосходно не имеет смысла гонятся за тем или иным форматом, лучше сосредоточится на выборе аудиоаппаратуры премиального класса.
Дополнение
DSD (Direct Stream Digital). Этот тип сигнала отличается от PCM тем, что у него нет разрядности, то есть глубины. Вся цифровая информация состоит из 0 и 1, так как DSD использует всего один бит информации. Если идти по нашей аналоговой звуковой волне, то DSD записывает её так: 1 — если уровень сигнала выше, чем в предыдущем отсчёте; 0 — если уровень ниже. Такой вид модуляции называется импульсно-плотностной модуляцией (DSD).
Единственный параметр, который определяет качество звука — это частота, и она огромна! Значения от 2 822 400 Гц впечатляют — у PCM этот показатель в десятки раз меньше. Такие серьезные числа трудно запомнить, поэтому принято делить их на 44 100 Гц — отсюда мы получаем знакомые значения DSD64, DSD128, DSD256 и другие. К примеру, плеер iFi Neo iDSD способен обрабатывать сигнал вплоть до DSD512.
Когда и для чего создали PCM и DSD?
В 1979 году Philips произвели «цифровую революцию в звуке» представив миру CD-DA (компакт-диск), звук на котором был записан с помощью импульсно-кодовой модуляции PCM.
В начале 1980-х, когда цифровой формат стал доступным, студии перешли с аналоговой записи на цифровую, чтобы сэкономить: меньше оборудования, меньше места для записи и архивирования. Также цифровой формат упростил микширование и редактирование треков в пост-продакшне. Для слушателя пользы поначалу было немного, так как звучали первые CD очень безжизненно.
В 1990-х Sony нуждались в перспективном и менее дорогом носителе для архивирования своих аналоговых оригинальных записей. В 1995 году они пришли к выводу, что перевод однобитного сигнала непосредственно из аналогового в цифровой позволит им в дальнейшем переводить его в любой популярный цифровой формат (спойлер: Sony ошиблись). Чуть позже Sony совместно с Philips представили формат SACD, но он не стал таким же популярным, как CD.
DSD начал распространяться за счет доступного по цене чипа Bit Stream DAC, который стоил дешевле, чем многобайтные микросхемы. Благодаря этому ЦАП-у мы теперь имеем многоканальную запись 7.1 в компактных видеоплеерах. DSD появился как производственная необходимость для Sony, а уже потом этот формат «пошёл в народ» и стал популярен у ценителей качественного звука.
PCM vs DSD
Приготовьтесь, без цифр тут не обойтись! Записи PCM чаще всего доступны в 16-битном или 24-битном формате с несколькими частотами дискретизации — от 44,1 кГц до 192 кГц. Наиболее распространенным форматом является CD с 16 бит / 44,1 кГц. Записи DSD доступны в однобитном формате с частотой дискретизации 2,8224 МГц. Этот формат используется для SACD и также известен как DSD64.
Ещё один пример: файл DSD128 с разрядностью 1 бит и частотой 5,644 МГц имеет почти такое же качество воспроизведения, как и файл PCM с разрядностью 24 бита и частотой 192 кГц.
Достоинства PCM
- Совместимость с большинством плееров
- Простота редактирования и настройки звука
- Низкий уровень шума даже на большой громкости
- Легкий доступ к музыке в этом формате
Достоинства DSD
- Сверхмалый размер файла
- Превосходное качество звука, несмотря на маленький вес файла
- Доступен на флагманских плеерах класса Hi-End
- Недорогие чипы для работы с DSD
Недостатки PCM
- Тяжёлые файлы
- Дорогие чипы
Недостатки DSD
- Невозможность редактирования
- Поддерживается не на всех плеерах
Существуют более современные однобитные форматы DSD с более высоким разрешением — DSD256 и DSD512, а также широкоформатный DSD с декодированием дельта-сигма от 5 до 8 бит. Если раньше их использовали исключительно в студии для хранения записей, то теперь с этими форматами могут работать портативные и Hi-Fi плееры, такие как Esoteric N-01 XD с возможностью воспроизведения DSD512.
На что еще обратить внимание при сравнении DSD и PCM?
- Помехи и ошибки. Часто, когда речь идёт о преимуществах DSD, говорят о его устойчивости к помехам, забывая, что их количество будет зависеть не от формата, а от носителя и способа передачи. У PCM и DSD одинаковая устойчивость к помехам, а вот влияние ошибок на сигнал различается: если поместить музыку в PCM и DSD на диски, а потом их поцарапать, то PCM за счёт своей многоразрядности будет более восприимчив к ошибкам на носителе, и мы услышим треск. DSD использует побитовую передачу, а это очень маленький объём информации, значит наше ухо ошибок практически не почувствует. Мы представили экстремальный сценарий, но он показывает, как будут вести себя DSD и PCM.
- Динамический диапазон. В арсенале PCM уже давно есть динамический диапазон, превышающий этот показатель у CD (96 дБ). Динамический диапазон DSD — 120-140 дБ, что сопоставимо с форматом DVD-Audio, который используется для хранения PCM. Таким образом, по динамическому диапазону явного лидера нет. Хотя признаем, что до сих пор чаще всего используется CD-стандарт, когда речь идёт о PCM.
- Простота. Декодировать сигнал DSD проще, чем PCM, для которого нужна синхронизация и буферизация потока при передаче с одного источника на другой. Поэтому здесь первенство у DSD. Даже небольшие девайсы вроде Violectric Chronos способны декодировать качественный сигнал вплоть до DSD256.
- Удобство формата для редактирования и записи. Студийная запись и работа над микшированием и сведением ведётся в PCM, так как для DSD практически нет алгоритмов для обработки. Последний используют только при оцифровке аналоговой записи на качественном носителе, так как этот сигнал нельзя отредактировать, даже уровень громкости поменять трудно. Поэтому сначала запись и редактирование треков производится на PCM, а уже затем они конвертируются в DSD. Музыку, первоначально записанную на DSD, найти очень сложно. Однако современные плееры одинаково хорошо справляются как с декодированием PCM, так и с DSD. Например, ЦАП/усилитель для наушников Earmen Tradutto работает с потоком PCM до 32 бит / 768 кГц и DSD до DSD512.
- Совместимость. Современные плееры всё чаще работают с DSD, но на данный момент девайсов, совместимых с PCM, намного больше. Дело в том, что файлы PCM можно без проблем сжать в удобные для воспроизведения форматы, такие как WAV и FLAC. Мы говорили, что PCM 24 бит / 192 кГц примерно равен с DSD128, однако на рынке намного больше плееров, охотнее работающих с первым, чем со вторым. Тем более интересны портативные и стационарные цифровые проигрыватели, способные работать с двумя способами модуляции сразу.
Качество звука. После подробного разбора характеристик пора переходить к главному. Отличить PCM в высоком разрешении от DSD по звуку очень сложно — мы уверены, что при слепом прослушивании специалисты будут путать эти два типа хранения цифровой музыки. При всех различиях частоты дискретизации, битовой глубины и сжатия музыкальное разрешение настолько высокое, что для слышимой разницы вам понадобится очень качественный звуковой тракт. Мы не думаем, что этот полутон сыграет определяющее значение.
После прямых баталий победитель между DSD и PCM не выбран, так как у обоих форматов есть свои преимущества и недостатки. Мы же предлагаем слушать музыку, а не форматы.
Выводы
Итак, что выбрать DSD или PCM? Однозначного ответа нет и быть не может: PCM 24 бит 92 кГц и DSD128, например, очень схожи по качественным характеристикам, причем эти характеристики лучше, чем у аппаратуры, на которой эти форматы будут проигрываться, а значит дальнейшее увеличение качества цифровых форматов для воспроизведения на данном этапе нецелесообразно. При оценке качества звука разных форматов высокой чёткости на первый план выходят субъективные ощущения, ведь не качеством единым питается человеческий мозг: дизайн аппаратуры, ее стоимость, и, главное, самочувствие и настроение слушателя дают гораздо больший эффект на ощущения от прослушивания музыки. А значит выбирайте то, что нравится лично вам, и не навязывайте другим свое мнение. Всем приятного прослушивания.