DSD Vs PCM - Ορολογιες, Εξηγησεις, Παραδειγματα και διαφορες αναμεσα στα format ηχογραφησης.

DSD 1bit

To DSD στην ουσία του περιέχει μέσα του 1-bit και έχει ρυθμό δειγματοληψίας στα 2,8224 MHz ενώ κάνει χρήση του θορύβου κβαντισμού προκειμένου να πιέσει το 1-bit και να ακούγεται σωστά και ακριβώς. Αυτό δίνει στο σήμα μεγαλύτερη δυναμική περιοχή και ευρύτερη απόκριση συχνότητας από τα κοινά μας CD με τα 16bit.

Η μορφή SACD (Super Audio CD) είναι σε θέση να παρέχει ένα δυναμικό εύρος της τάξεως των 120 dB ξεκινώντας από τα 20 Hz τα χαμηλά έως τα 20 kHz τα υψηλά και μια εκτεταμένη απόκριση συχνότητας φτάνοντας μέχρι και τα 100 kHz αν και οι περισσότεροι players CD’s που διατίθενται σήμερα έχουν ένα ανώτατο όριο των 80-90 kHz και όπως καλά γνωρίζετε τα 20 kHz είναι το θεωρητικό ανώτατο όριο της ανθρώπινης ακοής μας.

Η διαδικασία της δημιουργίας ενός σήματος DSD είναι εννοιολογικά παρόμοια με τη λήψη ενός 1-bit Delta-Sigma επεξεργαστή με μετατροπέα από αναλογικό σε ψηφιακό (A / D) και με την απομάκρυνση του αποκωδικοποιητή όπου μετατρέπει το 1-bit στο bit stream σε πολυψήφια δηλαδή σε PCM. Αντ 'αυτού το 1-bit σήμα καταγράφεται απευθείας χωρίς μετατροπέα και μόνο στη θεωρία απαιτεί ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης (Low Pass Filter / LPF) για την ανακατασκευή του αρχικού σήματος μας στην αναλογική κυματομορφή του. Στην πραγματικότητα είναι λίγο πιο περίπλοκη η όλη διαδικασία, και η αναλογία είναι ατελής γιατί το γεγονός πως ο 1-bit Delta-Sigma μετατροπέας είναι αυτές τις μέρες μας μάλλον κάτι ασυνήθιστο, κι αυτό γιατί το ένα 1-bit σήμα δεν μπορεί να αμφιταλαντεύεται σωστά. (Οι πιο σύγχρονοι Delta-Sigma μετατροπείς είναι πλέον τα Multi bit κι όχι τα bit.)

Λόγω της φύσης του Delta-Sigma μετατροπέα, δεν μπορεί κανείς να προβεί σε άμεση σύγκριση μεταξύ του DSD και του PCM. Μια πρώτη προσέγγιση είναι δυνατή, αν και για να γίνει αυτό εφικτό θα πρέπει να τοποθετήσουμε το DSD σε ορισμένες πτυχές του σε συγκρίσιμο σημείο με μιας μορφής του PCM που έχει βάθος 20bits και μία συχνότητα δειγματοληψίας τάξεως των 96 kHz πράγμα που καθίσταται μη συγκρίσιμο. Η PCM δειγματοληψία σε 24 bits μας παρέχει ένα (θεωρητικό) επιπλέον δυναμικό εύρος της τάξεως των 24 dB.

Επειδή ήταν εξαιρετικά δύσκολο να πραγματοποιηθούν διεργασίες DSP (για παράδειγμα η εκτέλεση ενός EQ, την ισορροπία του panning και άλλες αλλαγές στον ψηφιακό τομέα) σε ένα περιβάλλον του 1-bit, και λόγω της επικράτησης του εξοπλισμού των πολλών στούντιο με εγκατεστημένα προγράμματα όπως τα: Pro Tools, Cubase, Reaper, Logic, Sonar κλπ όπου τα οποία οι μηχανές ήχων τους είναι PCM – based* (εξαιρούνται κάποιες), η συντριπτική πλειοψηφία των αρχείων SACD - κυρίως rock και σύγχρονη μουσική η οποία βασίζεται σε τεχνικές πολυκάναλης ηχογράφησης είναι στην πραγματικότητα PCΜ, και στη συνέχεια μετατρέπονται σε DSD για mastering είτε SACD.

Για να αντιμετωπιστούν ορισμένα από τα θέματα αυτά, μια νέα μορφή του στούντιο έχει αναπτυχθεί, η οποία συνήθως αναφέρεται ως «DSD επίπεδο", η οποία διατηρεί υψηλό ποσοστό του δείγματος του πρότυπου της DSD αλλά χρησιμοποιεί πλέον 8-bit, και όχι το μονό 1bit ψηφιακού μήκους των λέξεων, αν και πάλι εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το θόρυβο της διαμόρφωσης μας. Γίνεται σχεδόν το ίδιο με το PCM (αυτό μερικές φορές αναφέρεται υποτιμητικά ως «PCM - Narrow"), αλλά έχει το πρόσθετο πλεονέκτημα του κάνοντας DSP λειτουργίες στο στούντιο πολύ πιο πρακτικό. Η κύρια διαφορά είναι ότι «το DSD επίπεδο» εξακολουθεί να διατηρεί 2,8224 MHz (64Fs) συχνότητα δειγματοληψίας, ενώ η υψηλότερη συχνότητα στην οποία το PCM έχει υπό επεξεργασία και μπορεί να εφαρμόσει είναι τα 352,8 kHz (8Fs).

Μια άλλη μορφή επεξεργασίας DSD είναι και η DXD (Digital eXtreme Definition), μια μορφή PCM με ανάλυση 24-bit δειγματοληψίας στα 352,8 kHz.

Σημειώστε εδώ ότι η υψηλή ανάλυση PCM (DVD-Audio, HD DVD και Blu-ray Disc) όπως και τα DSD (SACD) μπορεί να διαφέρουν τεχνικά στις υψηλές συχνότητες τους. Ένα φίλτρο ανακατασκευής χρησιμοποιείται συνήθως σε συστήματα PCM αποκωδικοποίησης, με τον ίδιο τρόπο όπως τα bandwidth-περιοριστικά φίλτρα που χρησιμοποιούνται συνήθως στα συστήματα PCM κωδικοποίησης. Κάθε σφάλμα ή ανεπιθύμητο τεχνούργημα που θεσπίστηκε με τέτοια φίλτρα θα επηρεάσει συνήθως το τελικό μας αποτέλεσμα.

Το δυναμικό εύρος της DSD μειώνεται γρήγορα σε συχνότητες άνω των 20 kHz, όπου αυτά οφείλονται στη χρήση των ισχυρών θορύβων με τεχνικές μορφοποίησης οι οποίες ωθούν το θόρυβο έξω από την ακουστική ζώνη του αυτιού μας με αποτέλεσμα την άνοδο του noise floor ακριβώς πάνω από 20 kHz. To δυναμικό εύρος του PCM από την άλλη μεριά είναι ίδιο σε όλες τις συχνότητες του, ωστόσο σχεδόν όλα τα σημερινά τσιπ DAC χρησιμοποιούν κάποιο είδος του σίγμα-δέλτα μετατροπέα σε PCM αρχεία που οδηγεί στο ίδιο φάσμα του θορύβου με τα αποτελέσματα ως DSD σήματα.

SBM Super Bit Mapping

Super Bit Mapping (SBM) είναι μια διαδικασία διαμόρφωσης του θορύβου, που αναπτύχθηκε από τη Sony για mastering CD. Το Super Bit Mapping είναι η διαδικασία μετατροπής των 20-bit σήματος από την εγγραφή μας σε μια 16-bit μορφή με σχεδόν χωρίς απώλεια ποιότητας του ήχου. Η επεξεργασία αυτή πραγματοποιείται σε ειδικούς επεξεργαστές στο εσωτερικό της συσκευής εγγραφής μας, ενώ μια παρόμοια μέθοδος χρησιμοποιείται στις DSD της Sony σε PCM μετατροπής και ονομάζεται Direct SBM

Super Mapping Direct bit (SBM)

Μια νέα διαδικασία έχει βρεθεί προκειμένου να διατηρήσουν τη μέγιστη δυνατή ποιότητα σήματος στα 16bit, αυτή η διαδικασία ονομάζεται Super Mapping Direct Bit και επιτρέπει το φιλτράρισμα του θορύβου και το σχήμα του σήματος DSD σε ένα και μόνο στάδιο, ως αποτέλεσμα τα ενδιαμέσου re-quantize σφάλματα, οι κυματισμοί μας έχουν εξαλειφθεί, και τα aliasing έχουν ελαχιστοποιηθεί. Αυτή η τεχνολογία έχει πλήρως ενσωματωθεί σε ένα στάδιο FIR δηλαδή ένα φίλτρο ψηφιακού διαμορφωτή θορύβου, που αναπτύχθηκε από τη Sony. Το σήμα που προκύπτει δηλαδή τα 16-bit/44.1kHz καταγράφονται στο ανώτερο στρώμα του υβριδικού δίσκου που πληρεί κατά συνέπεια τις προδιαγραφές του Κόκκινου Βιβλίου (Red Book) για τα Compact Discs και μπορεί να παίξει σε οποιαδήποτε υπάρχουσα συσκευή αναπαραγωγής CD.

Όπως προαναφέρθηκε, τα 20bit σε 24-bit σε ακρίβεια μπορούν να προσεγγιστούν με 16-bit ψηφιακού ήχου (SACD υβριδικά δίσκοι) με το Super Bit Mapping Direct, αλλά αυτή η τεχνολογία μπορεί επίσης να μεταφερθεί με το πρότυπο Compact Disc χάρη σε ένα ειδικό επεξεργαστή: Τον επεξεργαστή SBM.

Στην πραγματικότητα, τα 16-bit/44.1kHz είναι μόνο μία επιλογή για το DSD, καθώς η αρχική συχνότητα 2.8224MHz έχει υπολογιστεί προσεκτικά ώστε να επιτρέψει μία υψηλής ακρίβειας υποβιβασμό σε όλους τους σημερινούς ρυθμούς δειγματοληψίας της PCM χάρη στο απλό ακέραιο πολλαπλασιασμού και διαιρέσεων του.

Πράγματι, η συχνότητα δειγματοληψίας της DSD, είναι 64x44.1kHz = 2.8224MHz, κι έχει επιλεγεί να είναι ένα απλό πολλαπλάσιο των περισσότερων από τα κοινά ποσοστά του δείγματος, προκειμένου να γίνετε η μετατροπή των δεδομένων στις υπάρχουσες μορφές ήχου όσο το δυνατόν ευκολότερη. Με τη χρήση του σήματος DSD ως πρώτη ύλη, τα προβλήματα που σχετίζονται με jitter δηλαδή ασύγχρονη μετατροπή συχνότητας δειγματοληψίας πλέον έχουν εξαλειφθεί εντελώς!