Transmisión digital directa
Sistema para codificar digitalmente señales de audio

Transmisión digital directa
Logotipo de DSD
Tipo de medio
  • Proceso de grabación de audio
  • Formato de disco
CodificaciónDigital
 Mecanismo de lecturaDSD
 Mecanismo de escrituraSúper CD de audio
EstándarISO/IEC 14496-3
UsoGrabación de audio
Extendido  apresente
Liberado1999

Direct Stream Digital ( DSD ) es una marca comercial utilizada por Sony y Philips para su sistema de codificación digital de señales de audio para el Super Audio CD (SACD).

DSD utiliza modulación delta-sigma , una forma de codificación de modulación de densidad de pulsos , una técnica para representar señales de audio en formato digital, una secuencia de valores de un solo bit a una frecuencia de muestreo de 2,8224  MHz . Esto es 64 veces la frecuencia de muestreo de audio de CD de 44,1 kHz , pero con muestras de 1 bit en lugar de muestras de 16 bits. La modelación de ruido de la señal sobremuestreada 64 veces proporciona un bajo ruido de cuantificación y baja distorsión en el ancho de banda audible necesario para audio de alta resolución .

DSD es simplemente un formato para almacenar una señal delta-sigma sin aplicar un proceso de diezmado que convierta la señal en una señal PCM .

Desarrollo

La tecnología DSD fue desarrollada y comercializada por Sony y Philips, los diseñadores del CD de audio . Sin embargo, en 2005, Philips vendió su división de herramientas DSD a Sonic Studio . [1] [ se necesita una mejor fuente ]

Apoyo de las principales discográficas

El DVD-Audio fue respaldado por Warner Music Group, mientras que el formato SACD fue respaldado por Sony y Universal Music Group , con un perfil especialmente alto por el sello UMG Virgin Records . [2] [3] A pesar de esto, en 2011, Warner Music Group lanzó la serie de álbumes Warner Premium Sound , lo que marcó la primera vez que el sello lanzó títulos en formato SACD, con grabación en DSD. [4] La serie creció a diez álbumes de rock y pop , con discos híbridos Super Audio CD/CD que contienen una capa SACD y una capa de CD estándar. [5]

Sony no promovió activamente el SACD en Norteamérica, con el resultado de que el DVD-Audio ganó terreno competitivo en el mercado. En otros lugares, como en Europa o Japón, el SACD ganó más terreno. [6] Algunos ejemplos incluyen el sello alemán Stockfisch Records , que lanza ediciones en vinilo de álbumes y grabaciones DSD, lanzadas como SACD híbridos. [7]

Uso de etiquetas independientes

Por ello, las compañías discográficas que se especializan en productos Super Audio CD utilizan la codificación DSD. Varias discográficas independientes también han trabajado directamente con Sony para centrarse en los productos DSD o en el proceso de grabación DSD.

DMP Digital Music Products fue uno de los primeros en utilizar el formato de audio digital SACD. [8] En 1997, su lanzamiento Alto de Joe Beck y Ali Ryerson fue la primera grabación comercial capturada con la tecnología de grabación DSD de Sony. Just Jobim de Manfredo Fest de la discográfica en 1998 fue el primer proyecto capturado con la nueva tecnología de conversión DSD de Meitner. En 2000, DMP lanzó el primer SACD multicanal del mundo: Sacred Feast de Gaudeamus. [9]

La mayoría de los lanzamientos de Telarc International Corporation fueron en formato SACD (generalmente híbrido) y son grabaciones DSD. [10] [ verificación fallida ] Telarc trabajó a menudo con la empresa audiófila Soundstream y relanzó muchas de sus grabaciones originales de Soundstream en formato SACD. [11] Soundstream, que realizó la primera grabación digital en los Estados Unidos, grabó en PCM de 16 bits a una frecuencia de muestreo de 50 kHz a través de su propia grabadora digital patentada. Este formato PCM de 50 kHz se convirtió a DSD para su lanzamiento en SACD de Telarc.

El sello discográfico Mobile Fidelity tenía ingenieros que decidieron adoptar el SACD en lugar del disco DVD-Audio como formato digital de alta resolución preferido después de pruebas de escucha y evaluaciones técnicas. En los lanzamientos Hybrid SACD del sello, la capa SACD es una grabación DSD directa de la cinta maestra analógica, mientras que la capa CD es una conversión digital descendente del DSD, con Super Bit Mapping aplicado. Después de 2001, los lanzamientos solo en CD se obtienen del DSD, pero omiten la capa SACD. [12]

En 2007, Blue Coast Records se fundó en California con el propósito de grabar y publicar música grabada con el formato DSD, centrándose principalmente en artistas de jazz y acústicos. [13]

El 28 de agosto de 2013, el sello Acoustic Sounds lanzó SuperHiRez.com (ahora desaparecido), que vendía álbumes convencionales de los principales sellos discográficos que se produjeron con formatos de audio Direct Stream Digital o PCM. [14] [15] El 4 de septiembre de 2013, Acoustic Sounds anunció un acuerdo con Sony Music Entertainment para proporcionar el nuevo servicio de descarga digital de la compañía con álbumes que se han producido o remasterizado en formato DSD. [16]

El formato se utiliza en álbumes como Pop, Songs & Death en 2009, [17] y el álbum remasterizado de The Rolling Stones Their Satanic Majesties Request en 2002. [18] [19]

Formato de señal DSD

Comparación con PCM

DSD se diferencia del formato PCM utilizado por los discos compactos o los sistemas de audio de computadora típicos: mientras que PCM utiliza un valor de múltiples bits (que representa un amplio rango de amplitudes) a una frecuencia de muestreo baja, DSD utiliza en cambio un valor de un solo bit (que representa un aumento o disminución de la amplitud) a una frecuencia de muestreo mucho mayor que el ancho de banda de la señal .

El proceso de creación de una señal DSD es el mismo que el del modulador de entrada y la parte de modelador de ruido de un convertidor analógico a digital (ADC) delta-sigma de 1 bit , sin el decimador de entrada (que normalmente convertiría el flujo de bits de 1 bit en PCM de varios bits). El promedio a corto plazo de la señal del flujo de bits DSD de 1 bit es proporcional a la amplitud de la señal original. Debido a la mayor frecuencia de muestreo, un reproductor SACD puede utilizar un DAC de un bit con un filtro analógico de orden bajo para reconstruir y producir la salida analógica.

El DSD utiliza técnicas de modelado de ruido para llevar el ruido de cuantificación hasta frecuencias ultrasónicas inaudibles. Debido a esto, el DSD64 de tasa única puede ofrecer un rango dinámico de 120  dB desde 20 Hz hasta 20 kHz y una respuesta de frecuencia extendida hasta 100 kHz (los reproductores SACD más recientes especifican un límite superior de 80 a 90 kHz). [ cita requerida ]

Los diversos formatos DSD utilizan frecuencias de muestreo que abarcan hasta el rango de los megahercios (MHz), normalmente con una relación de sobremuestreo que es una potencia de dos en relación con la frecuencia de 44,1 kHz utilizada para el audio de CD:

NombreAbreviaturaFrecuencia de muestreoRelación de sobremuestreo relativa a 44,1 kHzNotas
DSD de tasa únicaDSD642,8224 MHz64xEl formato utilizado para los medios SACD.
DSD de doble velocidadDSD1285,6448 MHz128xDesde su creación, los creadores de contenidos han puesto a disposición grabaciones en DSD128, como el sello audiófilo Opus3. [20]
DSD de cuatro velocidadesDSD25611,2896 MHz256x
DSD de tasa óctupleDSD51222,5792 MHz512x
DSD de tasa de desempate sexualDSD102445,1584 MHz1024x

Consulte Modulación delta-sigma § Número efectivo teórico de bits para el análisis del número efectivo de bits que se puede lograr mediante sobremuestreo, especialmente cuando se utiliza un modulador de orden superior .

Mezcla y masterización DSD

La mezcla y masterización de música DSD para SACD o descarga de Internet presenta desafíos debido a la dificultad de realizar operaciones de procesamiento de señal digital (DSP) (como ecualización, balance, panorámica) en un entorno de un solo bit.

Las grabaciones analógicas más antiguas se procesaban con equipos analógicos y luego se digitalizaban en formato DSD. También es posible evitar el procesamiento utilizando únicamente los ajustes disponibles en el equipo del estudio durante la grabación en formato DSD.

Una técnica DSP disponible es convertir el DSD a PCM y utilizar equipos PCM estándar como Pro Tools , útiles para el rock y la música contemporánea que dependen de técnicas multipista, y luego convertir digitalmente de nuevo al formato DSD. A algunos defensores del DSD no les gusta esta técnica, ya que afirman que la conversión PCM a una frecuencia de muestreo más baja reduce la calidad del sonido del DSD.

Se ha desarrollado un formato y un conjunto de herramientas para el procesamiento PCM de DSD bajo el nombre de Digital eXtreme Definition (DXD). Se trata de un formato PCM con una resolución de 24 bits muestreados a 352,8 kHz. Otra técnica DSP utiliza un formato conocido comúnmente como DSD-wide , que conserva la alta frecuencia de muestreo del DSD estándar, pero utiliza muestras de 8 bits con modelado de ruido . A veces se hace referencia despectivamente a DSD-wide como PCM-narrow . Tiene la ventaja de hacer que las operaciones DSP sean prácticas al tiempo que conserva la frecuencia de muestreo de 2,8224 MHz. La señal DSD-wide procesada se convierte en el producto DSD final de 1 bit a la misma frecuencia de muestreo. También es posible procesar DSD-wide a las frecuencias de muestreo de DSD múltiples más altas. Pyramix y algunos sistemas de estaciones de trabajo de audio digital (DAW) SADiE pueden funcionar en el dominio DSD-wide. [ cita requerida ]

Herramientas de procesamiento DSD

DXD se desarrolló inicialmente para la estación de trabajo Pyramix de Merging Technologies y se presentó junto con su conversor AD/DA Sphynx 2 en 2004. Esta combinación significó que era posible grabar y editar directamente en DXD, [21] y que la muestra solo se convierte a DSD una vez antes de publicar. Esto ofrece una ventaja al usuario ya que el ruido creado al convertir DSD aumenta drásticamente por encima de los 20 kHz y se agrega más ruido cada vez que una señal se convierte nuevamente a DSD durante la edición.

La estación de trabajo de audio digital Pyramix Virtual Studio permite grabar, editar y masterizar todos los formatos DSD hasta DSD256. Se admite una variante DSD256 de 12,288 MHz basada en una referencia de 48 kHz [a] . El DAC exaSound e20 fue el primer dispositivo disponible comercialmente capaz de reproducir DSD256 a frecuencias de muestreo de 11,2896 o 12,288 MHz. [22] [23] El conversor AD/DA Horus de Merging Technologies ofrece frecuencias de muestreo de hasta 11,2 MHz, o cuatro veces la frecuencia SACD.

DSD128, 5,6448 MHz, el doble de la frecuencia SACD, ha sido soportado por múltiples dispositivos de hardware como el exaSound e20 Mk II DA,C [24], el grabador digital de 1 bit Korg MR-1000, el adaptador de salida DSD Amanero Combo384 y la interfaz USB a I²S exaU2I discontinuada .

El software que soporta DSD incluye Amarra Luxe de Sonic Studio , Audirvana, foobar2000 con plugin SACD, JRiver Media Center , Roon, [25] HQPlayer y Neutron Music Player, todos ellos capaces de manejar archivos DSD con una velocidad de hasta DSD512 de forma totalmente nativa.

Opciones de reproducción DSD

Sony desarrolló el formato DSD para SACD y muchos reproductores de discos lo admiten. Como el formato es digital, existen otras formas de reproducir un flujo DSD; el desarrollo de estas alternativas ha permitido a las empresas ofrecer descargas de música de alta calidad en formato DSD. [26]

Formato de disco DSD

Algunas grabadoras de audio profesionales (de Korg , Tascam y otras) pueden grabar en formato DSD. Al transferir esta señal a un DVD grabable con las herramientas adecuadas, como el software AudioGate incluido con la grabadora Korg MR-2000S, [27] se obtiene un disco DSD . Dichos discos se pueden reproducir en DSD nativo solo en ciertas computadoras portátiles Sony VAIO y sistemas PlayStation 3. [28] Sony produjo dos reproductores SACD, el SCD-XA5400ES y el SCD-XE800, que admiten completamente el formato de disco DSD. En junio de 2012, Pioneer lanzó una serie de reproductores SACD compatibles con discos DSD: el PD-30 y el PD-50. En enero de 2013, TEAC anunció un reproductor compatible con discos DSD, el PD-501HR. [29]

DSD a través de USB

Una alternativa a la grabación de archivos DSD en discos para su posterior reproducción es transferir los archivos (no cifrados) desde una computadora a un dispositivo de audio a través de un enlace digital como USB. La especificación de audio USB 2.0 definió varios formatos para el enfoque PCM más común para el audio digital, pero no definió un formato para DSD.

En 2012, representantes de muchas empresas y otros desarrollaron un estándar para representar y detectar audio DSD dentro de marcos PCM; el estándar, comúnmente conocido como DSD sobre PCM (DoP), es adecuado para otros enlaces digitales que utilizan PCM. [30] La revisión 1.1 agregó soporte de protocolo para frecuencias de muestreo DSD más altas sin requerir un aumento en la frecuencia de muestreo PCM subyacente.

DSD nativo

La definición de reproducción DSD nativa es en cierto modo una cuestión de filosofía. En términos generales, evita la conversión de datos DSD a PCM multibit en cualquier parte de la cadena de reproducción. [ cita requerida ] Muchos DAC disponibles comercialmente ahora admiten DSD nativo .

DSD frente a PCM

Ha habido mucha controversia entre los defensores de DSD y PCM sobre qué sistema de codificación es superior. En 2000, Lipshitz y Vanderkooy afirmaron que los convertidores de un bit, como los que emplea DSD, no son adecuados para aplicaciones de gama alta debido a su alta distorsión. [31] [32] En 2002, Philips publicó un artículo en el que sostenía lo contrario. [33] El artículo de Lipshitz y Vanderkooy fue criticado nuevamente por Angus. [34] Lipshitz y Vanderkooy respondieron a las críticas. [35] Stuart también definió la modulación sigma-delta como una "elección totalmente inadecuada" para el audio digital de alta resolución. [36]

La implementación convencional de DSD tiene una alta distorsión intrínseca. [37] La ​​distorsión se puede aliviar hasta cierto punto mediante el uso de DAC multibit. Los ADC de última generación se basan en diseños de modulación sigma-delta. Los convertidores de sobremuestreo se utilizan normalmente en formatos PCM lineales, donde la salida del ADC o DAC está sujeta a limitación de banda y tramado. [38] La mayoría de los convertidores ADC y DAC modernos utilizan sobremuestreo y un diseño multibit; en otras palabras, mientras que DSD es un formato de 1 bit, los convertidores modernos utilizan internamente un formato de 2 bits [39] a 6 bits [40] .

Las comparaciones de grabaciones DSD y PCM con el mismo origen, número de canales y ancho de banda y ruido similares han arrojado resultados contradictorios. Un estudio de 2004 realizado en el Instituto Erich-Thienhaus en Detmold, Alemania, descubrió que en pruebas doble ciego "casi ninguno de los sujetos podía hacer una distinción reproducible entre los dos sistemas de codificación". [41] En contraste, un estudio de 2014 realizado en la Universidad de las Artes de Tokio descubrió que los oyentes podían distinguir PCM (192 kHz/24 bits) de DSD (2,8 MHz) o DSD (5,6 MHz) (pero no entre los dos muestreos DSD), prefiriendo el sonido de DSD sobre PCM: "Por ejemplo, el estímulo de batería de DSD (5,6 MHz) tiene p = 0,001 cuando se compara con PCM (192 kHz/24 bit) en preferencia general. Esto sugiere que la versión DSD fue estadísticamente significativamente preferida sobre la versión PCM". [42] Sin embargo, estos hallazgos son cuestionables porque "los dos formatos fueron sometidos a un procesamiento diferente, en particular, a un filtrado diferente del contenido de baja frecuencia". [43]

Aunque el SACD basado en DSD tuvo más éxito que su competidor directo, el DVD-Audio basado en PCM, el DSD tuvo relativamente poco éxito en el mercado de consumo. La manipulación directa de los datos DSD grabados es difícil debido a la disponibilidad limitada de software adecuado. La aparición de nuevos estándares PCM de alta resolución, como el DXD , restringió aún más el nicho de mercado del DSD.

Formatos de archivos DSD

Existen varias formas de almacenar audio codificado en DSD como archivos en una computadora. Una opción es utilizar formatos de archivo nativos de DSD utilizados específicamente para este propósito. Alternativamente, el DSD se puede almacenar en formatos de audio de uso general adaptados oficialmente para admitir el almacenamiento en DSD. Finalmente, el audio DSD se puede incrustar en transmisiones de audio PCM que no tienen soporte especial para DSD. Sin embargo, se necesita un decodificador especial para recuperar la transmisión DSD de estos archivos PCM.

Formato de archivo de intercambio DSD

Formato de archivo de intercambio DSD
Extensión de nombre de archivo
.dff
Tipo de medio de Internet
audio/x-dff
Desarrollado porPhilips
Último lanzamiento
1.5
2004-27-04
Tipo de formatoAudio DSD
Sitio websonicstudio.com/pdf/dsd/DSDIFF_1.5_Spec.pdf

El formato de archivo de intercambio DSD (DSDIFF) es un formato de archivo DSD nativo desarrollado por Philips entre 2000 y 2004 para el almacenamiento de grabaciones DSD. [44] El formato admite la compresión DST de la carga útil, así como las anotaciones utilizadas en la producción de Super Audio CD. Un solo archivo DSDIFF puede almacenar un álbum completo como una sola secuencia de audio junto con marcadores que indican la ubicación de las pistas individuales del álbum. Algunas partes del contenido de audio pueden quedar completamente fuera del SACD resultante. El formato de metadatos integrado está destinado a ingenieros de masterización, no a consumidores. Por ejemplo, los marcadores que indican el comienzo de una nueva pista de audio tienen un campo de texto para almacenar información arbitraria basada en texto. Sin embargo, no existe ningún requisito de que el texto contenga el título de la pista. Más tarde se desarrolló un estándar de facto para incluir metadatos ID3 en un fragmento ID3 no oficial a medida que los consumidores adoptaron el formato para almacenar pistas individuales de audio DSD. Los archivos DSDIFF suelen utilizar el .dffsufijo de archivo. No se ha registrado ningún tipo de medio oficial para el formato de archivo DSDIFF. [45] Freedesktop.org utiliza los tipos de medios no oficiales audio/x-dff. [46]

Datos de un solo bit de banda ancha

Datos de un solo bit de banda ancha
Extensión de nombre de archivo
.wsd
Tipo de medio de Internetaudio/x-dsf
Desarrollado porConsorcio de audio de 1 bit
Tipo de formatoAudio DSD

Wideband Single-bit Data (WSD) es un formato de archivo DSD nativo desarrollado por 1-bit Audio Consortium en 2002. [47] El consorcio fue establecido por la Universidad de Waseda , Sharp y Pioneer un año antes. [48] En 2012, el consorcio publicó una versión 1.1 actualizada de la especificación. [49] El encabezado WSD tiene un campo para almacenar una marca de tiempo absoluta en muestras desde la medianoche. La marca de tiempo permite saber con precisión cuánto tiempo pasó entre dos grabaciones realizadas consecutivamente en el mismo dispositivo de grabación físico. Las grabadoras portátiles Korg MR-1, MR-2, MR-1000 y MR-2000 admiten WSD junto con otros formatos basados ​​en DSD. [50] [51] [52]

Archivo de flujo DSD

Archivo de flujo DSD
Extensión de nombre de archivo
.dsf
Tipo de medio de Internet
audio/x-dsf
Desarrollado porSony
Último lanzamiento
1.01
de noviembre de 2005
Tipo de formatoAudio DSD
Sitio webdsd-guide.com/sonys-dsf-file-format-spec

DSD Stream File (DSF) es un formato de archivo DSD nativo desarrollado por Sony alrededor de 2005. [53] [54] El formato está pensado para almacenar pistas individuales de audio DSD y tiene soporte nativo para la inclusión de metadatos ID3. El formato define un campo de "ID de formato" que presumiblemente podría usarse para indicar compresión DST. Sin embargo, el único identificador definido en la especificación es el número 0 que indica "DSD raw". Los archivos que contienen datos DSF normalmente usarían el .dsfsufijo de archivo. No se ha registrado ningún tipo de medio oficial para el formato de archivo DSF. [45] Freedesktop.org utiliza los tipos de medios no oficiales audio/x-dsf. [46]

Formatos de archivos compatibles con DSD

Los formatos de archivos compatibles con DSD permiten almacenar audio codificado en DSD además de audio codificado como PCM .

WavPack es un formato de almacenamiento de audio genérico que admite varias formas diferentes de audio. [55] El formato también admite audio DSD comprimido. [56] La compatibilidad con DSD se introdujo inicialmente con el lanzamiento de la versión 5 del paquete de software WavPack en diciembre de 2016. [57] Los archivos que contienen datos de WavPack normalmente usarían el .wvsufijo de archivo. No se ha registrado ningún tipo de medio oficial para el formato de archivo WavPack. [45] Freedesktop.org utiliza los tipos de medios no oficiales audio/x-wavpack. [46] Dado que WavPack admite varios formatos, el sufijo o el tipo MIME por sí solos no indican la presencia de audio DSD.

DSD sobre PCM (DoP)

Además de los formatos de archivo DSD reales, se utiliza un formato llamado DSD Audio over PCM Frames (DoP) para incrustar DSD en flujos de audio PCM. [58] DoP permite eludir cualquier componente solo PCM en la cadena de reproducción que impida que un DAC con capacidad DSD reciba los datos DSD sin procesar necesarios para la reproducción DSD nativa. Si bien DoP está destinado a ser un protocolo de cable utilizado para la comunicación entre la aplicación de reproducción de música y un DAC, existen herramientas que pueden incrustar DSD codificado con DoP en archivos FLAC, lo que permite a los usuarios utilizar un reproductor no compatible con DSD para la reproducción DSD con su DAC compatible con DoP. [59] Un flujo DoP está diseñado para sonar como un ruido de bajo volumen cuando se reproduce mediante un DAC solo PCM, mientras que un DAC compatible con DoP detectará la presencia de datos DSD, los extraerá del PCM y los reproducirá como DSD.

Véase también

Notas

  1. ^ 48 kHz × 256  = 12,288 MHz en comparación con el valor más común 44,1 kHz × 256  = 11,2 MHz

Referencias

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  • Documento 5616 de la Convención de la Sociedad de Ingeniería de Audio: Estructuras Sigma Delta mejoradas para aplicaciones de Super Audio CD
  • Documento 5619 de la Convención de la Sociedad de Ingeniería de Audio: El efecto de la estructura de tono inactivo en el tramado efectivo en sistemas de modulación delta-sigma
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  • Especificaciones de formato de disco DSF y DSD de Sony
  • Guía sobre cómo crear un disco DSD que incluye un complemento DSD para Windows Media Player
  • Kit de desarrollo de software y hardware para grabación, reproducción y DSD multicanal a través de USB
  • Descargas DSD
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