Hi-Fi теория. DSD

Hi-Res Audio. Для большинства меломанов этот термин ограничивается записями в формате FLAC с разрядностью 24/96 и выше. Подход правильный. Но только отчасти. Ведь сам принцип, на котором базируется FLAC, в своей сути полностью аналогичен тому, что применялся в классическом CD. И отличается лишь эволюционно. Более высокой разрядностью квантования и частотой дискретизации. Но полагать, что это – единственный способ достижения нового уровня качества, было бы непростительной ошибкой

Еще в 1980-е годы пионеры области цифрового звука и CD в частности, компании Philips и Sony заключили инженерный союз для создания нового формата хранения цифрового аудио, который обеспечил бы существенно меньшее количество шумов и искажений в записи, нежели исходные студийные ленты DAT-магнитофонов или тот же CDDA. Проще говоря, соотношение SNR нового формата должно было быть не ниже 110 дБ. Именно ему и было присвоено название DSD.

Изначально сферой применения такого формата должна была стать только студийная звукозапись. Далее на основе этих исходников должны были выпускаться обычные CD. Но количество шумов и искажений в них благодаря такому посреднику должно было быть существенно ниже.

Следует учесть, что на момент разработки формата разрядность квантования выше 16 бит и частоты семплирования мультибитного аудиопотока выше 44,1 КГц были, мягко говоря, научной фантастикой с технической точки зрения. Создание “железа”, способного на такое в реалиях технологий тех лет, было абсолютно экономически не целесообразно.

Потому было решено пойти по принципиально другому пути. И сделать формат… 1-битным! Таким образом, кодирование сигнала осуществлялось теперь не за счет его разрядности, а за счет импульсов высокой частоты. То есть был применен метод кодирования плотностно-импульсной модуляции. Она же сигма-дельта модуляция. Звучит, как rocket science? На самом деле, все довольно просто.

Такой метод формирования сигнала (модуляция) записывает повышение амплитуры единицами. А понижение – нулями. А нулевая точка (то есть тишина) кодируется сменой числа. А значение амплитуры сигнала (то есть частота звучания) в каждый момент времени представлено плотностью значений одного типа. То есть рядами нулей и единиц соответственно. Именно этот принцип и отражен в названии метода.

Наглядный пример кодирования двухканального аудио (стерео) в DSD

Частота дискретизации/семплирования, учитывая назначение формата и его разрадность, должна быть очень высокой. Таковой она и является. Отправной точкой для DSD является частота дискретизации в 2,8 МГц! Что в 64 раза больше, чем частота семплирования у CD (PCM-метод), равная 44,1 КГц. Казалось бы, это дичайший overkill. И многократное превышение частотой семплирования верхнего порога слышимых частот, то есть 20 КГц, не дает ничего для качества звучания. Ведь никакой полезной акустической информации оно добавить в запись уже не может…

Но это так только на первый взгляд! Этот подход называется oversampling-ом, или же передискретизацией и призван существенно уменьшить количество шумов, вносимых в запись при квантовании (изначальной дискретизации). Это достигается за счет того, что большая частота семплирования заставляет любые два соседних участка сигнала коррелировать друг с другом. То есть обеспечивает их устойчивую взаимосвязь, не допуская бесконтрольного изменения одного участка записи без соответствующего изменения соседнего.

Как видим, по частотным характеристикам DSD вплотную приближается к аналоговому звучанию

Что же получаем в итоге? Однобитный формат, обладающий такими ценными свойствами:

• простотой декодирующего оборудования, ведь обработать одноразрядный сигнал, пусть и с высокой частотой, значительно проще и дешевле, нежели 16-разрядный;
• помехоустойчивостью;
• великолепным звуком и практически полным отсутствием шумов в слышимом акустическом диапазоне.

На этом перечень сильных сторон не заканчивается. Однако самое важное мы уже перечислили.

Следует отметить, что SNR-соотношение у первого поколения формата DSD, названного DSD64 за 64-кратное превышение частоты дискретизации, равно 120 дБ. Величина и сегодня впечатляющая. Но прогресс не стоял на месте. И до 2000 года были созданы версии DSD128, DSD 256 и даже DSD512. SNR-соотношение прогнозируемо увеличивалось.

В 2000-х годах DSD сделал робкую попытку выбраться из стен звукозаписывающих студий и стать форматом для конечного пользователя. Так появились диски SACD. Однако по сей день они не снискали особой популярности, хотя год от года их доля на рынке неуклонно возрастает.

Для воспроизведения на ПК DSD с некоторыми изменениями превратился в целую кучу форматов – от DST до DSDIFF. Но все это по-прежнему является экзотикой. Причина такой ситуации очень проста – 30-летнее господство на рынке потребительского аудио формата CDDA и его производных. А стало быть, для обеспечения полной технической совместимости в DSD-форматом без перекодирования необходима замена воспроизводящего оборудования. А это – дополнительные расходы. В то же время дальнейшее эволюцонное развитие CDDA, принявшего форму Hi-Res FLAC уже ничем не уступает DSD по значениям ключевых характеристик. Включая SNR.

Таким образом, DSD на текущий момент остается лишь хорошим студийным форматом. Экономичным. С упрощенным по сравнению с CDDA техпроцессом. SACD же – все так же остаются выбором аудиофилов-эстетов. Их довольно высокая стоимость не дает формату стремительно развиваться. Но кто знает, возможно в будущем DSD обретет второе дыхание. И мы наконец получим достойную альтернативу FLAC.