Direct Stream Digital

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Confronto con PCM

L’audio SACD è memorizzato in DSD, che differisce dal PCM convenzionale usato dal compact disc o dai sistemi audio convenzionali per computer.

Un registratore DSD utilizza la modulazione delta-sigma. DSD è a 1 bit con una frequenza di campionamento di 2,8224 MHz. L’uscita di un registratore DSD è un bitstream. La media a lungo termine di questo segnale è proporzionale al segnale originale. DSD utilizza tecniche di noise shaping per spingere il rumore di quantizzazione fino a frequenze ultrasoniche inudibili. In linea di principio, il mantenimento del bitstream in DSD permette al lettore SACD di utilizzare un design DAC di base (un bit) con un filtro analogico di basso ordine. Il formato SACD può fornire una gamma dinamica di 120 dB da 20 Hz a 20 kHz e una risposta in frequenza estesa fino a 100 kHz – anche se la maggior parte dei lettori attuali elenca un limite superiore di 80-90 kHz.

La maggior parte degli audiologi professionisti accettano che il limite superiore dell’udito umano adulto è 20 kHz e che le alte frequenze sono le prime a essere colpite dalla perdita dell’udito.

Il processo di creazione di un segnale DSD è concettualmente simile a prendere un convertitore analogico-digitale (A/D) delta-sigma a un bit e rimuovere il decimatore, che converte il flusso di bit a 1 bit in PCM a più bit. Invece, il segnale a 1 bit viene registrato direttamente e, in teoria, richiede solo un filtro passa-basso per ricostruire la forma d’onda analogica originale. In realtà è un po’ più complesso, e l’analogia è incompleta in quanto i convertitori sigma-delta a 1 bit sono oggi piuttosto insoliti, una ragione è che un segnale a 1 bit non può essere ditherato correttamente: la maggior parte dei moderni convertitori sigma-delta sono multi-bit.

A causa della natura dei convertitori sigma-delta, non si può fare un confronto diretto tra DSD e PCM. Un’approssimazione è possibile, però, e porrebbe il DSD per certi aspetti paragonabile a un formato PCM che ha una profondità di bit di 24 bit e una frequenza di campionamento di 88200 Hz.

Perché è stato estremamente difficile effettuare operazioni DSP (per esempio eseguire l’equalizzazione, il bilanciamento, il panning e altre modifiche nel dominio digitale) in un ambiente a un bit, e a causa della prevalenza di apparecchiature da studio esclusivamente PCM come Pro Tools, la stragrande maggioranza dei SACD – specialmente il rock e la musica contemporanea, che si basano su tecniche multitraccia – sono di fatto mixati in PCM (o mixati analogicamente e registrati su registratori PCM) e poi convertiti in DSD per il mastering dei SACD.

Per affrontare alcuni di questi problemi, è stato sviluppato un nuovo formato da studio, solitamente indicato come DSD-wide, che mantiene l’alta frequenza di campionamento del DSD standard, ma usa una lunghezza di parola digitale a 8 bit, piuttosto che a un solo bit, ma si basa ancora pesantemente sul principio del noise shaping. Il DSD-wide è un PCM con noise shaping – e a volte viene denigrato come “PCM-narrow” – ma ha l’ulteriore vantaggio di rendere le operazioni DSP in studio molto più pratiche. La differenza principale è che il “DSD-wide” mantiene ancora una frequenza di campionamento di 2,8224 MHz (64fs) mentre la frequenza più alta in cui il PCM viene modificato è di 384 kHz (8fs). Il segnale “DSD-wide” viene down-convertito in DSD regolare per il mastering del SACD. Come risultato di questa tecnica e di altri sviluppi ci sono ora alcune workstation audio digitali (DAW) che operano, o possono operare, nel dominio DSD, in particolare Pyramix e alcuni sistemi SADiE.

Un altro formato per l’editing DSD è il Digital eXtreme Definition (DXD), un formato PCM con risoluzione a 24 bit campionato a 352,8 kHz (o in alternativa 384 kHz). DXD è stato inizialmente sviluppato per la workstation Merging Pyramix e introdotto insieme al loro Sphynx 2, convertitore AD/DA nel 2004. Questa combinazione ha permesso di registrare e modificare direttamente in DXD, e che il campione converte in DSD solo una volta prima di pubblicare su SACD. Questo offre un vantaggio all’utente in quanto il rumore creato dalla conversione DSD sale drammaticamente sopra i 20 kHz, e più rumore viene aggiunto ogni volta che un segnale viene riconvertito in DSD durante l’editing.

Nota che PCM ad alta risoluzione (DVD-Audio, HD DVD e Blu-ray Disc) e DSD (SACD) possono ancora tecnicamente differire alle alte frequenze. Un filtro di ricostruzione è tipicamente usato nei sistemi di decodifica PCM, proprio come i filtri che limitano la larghezza di banda sono normalmente usati nei sistemi di codifica PCM. Qualsiasi errore o artefatto indesiderato introdotto da tali filtri tipicamente influenza il risultato finale. Un presunto vantaggio del DSD è che i progettisti di prodotti comunemente scelgono di non avere alcun filtraggio, o un filtraggio modesto. Invece DSD porta ad alti livelli costanti di rumore a queste frequenze. La gamma dinamica del DSD diminuisce rapidamente alle frequenze oltre i 20 kHz a causa dell’uso di forti tecniche di noise shaping che spingono il rumore fuori dalla banda audio, con un conseguente aumento del rumore di fondo appena sopra i 20 kHz. La gamma dinamica del PCM, d’altra parte, è la stessa a tutte le frequenze. Tuttavia, quasi tutti i chip DAC attuali impiegano un qualche tipo di conversione sigma-delta dei file PCM che risulta nello stesso spettro di rumore dei segnali DSD. Tutti i lettori SACD impiegano un filtro passa-basso opzionale impostato a 50 kHz per ragioni di compatibilità e sicurezza, adatto a situazioni in cui gli amplificatori o gli altoparlanti non possono fornire un’uscita indistorta se il rumore sopra i 50 kHz è presente nel segnale.

DSD a doppia frequenza (DSD128)Edit

Richiamato DSD128 perché la frequenza di campionamento è 128 volte quella del CD. Dalla sua istituzione, i creatori di contenuti hanno iniziato a rendere disponibili registrazioni DSD128 a 5,6 MHz, come l’etichetta audiofila Opus3. Inoltre una variante a 44.1 kHz a 5.6448 MHz è stata supportata da diversi dispositivi hardware come il DAC exaSound e20 Mk II. Il registratore digitale a 1-bit Korg MR-1000 campiona a 5.6448 MHz, due volte la velocità del SACD.

DSD a quadrupla velocità (DSD256)Edit

Riferimento a DSD256 perché la velocità di campionamento è 256 volte quella del CD. La Pyramix Virtual Studio Digital Audio Workstation permette di registrare, editare e masterizzare tutti i formati DSD, essendo DSD64 (risoluzione SACD), DSD128 (Double-DSD) e DSD256 (Quad-DSD). È stata stabilita una variante a 44,1 kHz a 12,288 MHz. Il DAC exaSound e20 è stato il primo dispositivo disponibile in commercio capace di riprodurre DSD256 a frequenze di campionamento di 11,2896/12,288 MHz. Il convertitore AD/DA Horus della Merging Technologies offre frequenze di campionamento fino a 11,2 MHz, o quattro volte la velocità del SACD.

DSD a ottuplo tasso (DSD512)Edit

Richiamato DSD512 perché la velocità di campionamento è 512 volte quella del CD. Ha una frequenza di campionamento di 22,5792 MHz (512 volte quella del CD), o in alternativa 24,576 MHz (512 volte 48 kHz). Hardware come l’adattatore di uscita Amanero Combo384 DSD e l’interfaccia exaU2I da USB a I²S, e software come JRiver Media Center, foobar2000 con plugin SACD (solo fino a DSD256), Roon, HQPlayer e Neutron Music Player sono tutti in grado di gestire file DSD con questa frequenza di campionamento avanzata in modo completamente nativo.

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