Audio Basis - articles about audio
DSD конвертер - это программное обеспечение для конвертирования DSD аудио файлов в другие форматы и обратно. DSD аудиофайлы имеют расширение DSF, DFF, ISO. Как целевые и исходные форматы используются мультибитные: PCM (WAV, FLAC, AIFF, mp3 и пр.) файлы и CD-аудио диски. Также конвертер может изменять частоту дискретизации DSD файлов. Ниже мы рассмотрим, как работает этот конвертер.
If you buy "AuI ConverteR PROduce-RD" (2023/12.x version) from 24 August 2023 to 24 October 2023, you will get free update to version 2024 (13.x) after its release.
Формат DSD это одно из применений сигма-дельта модуляции. В качестве частот дискретизации используются частоты кратные 44100 Гц:
- 2.8 МГц = 2 822 400 Гц = 44100 Гц x 64 раз;
- 5.6 МГц = 5 644 800 Гц = 44100 Гц x 128 раз;
- 11.2 МГц = 11 289 600 Гц = 44100 Гц x 256 раз;
- 22.6 МГц = 22 579 200 Гц = 44100 Гц x 512 раз;
- 45.2 МГц = 45 158 400 Гц = 44100 Гц x 1024 раз;
- и т.д.
Битовая глубина семпла 1 бит.
Что внутри DSD конвертера
Программный DSD конвертер содержит внутри:
1. Модулятор мультибитного PCM в 1-битную сигма-делта модуляцию, или
2. Сигма-дельта (1-бит) демодулятор в мультибитнрый PCM, или
3. Оба: модулятор и демодулятор.
4. Ресемплер.
Модулятор DSD обеспечивает уменьшение количества бит. Это ведет к увеличению уровня шума (уровня ошибок).
Самая важная и полезная часть диапазона частот аудио сигнала- это 0 ... 20 кГц. Модуляция шума заключается в вытеснении энергии шума за в диапазон чатот выше 20 кГц (называется noise shaping [нойс шейпинг, изменение формы шума]).
Демодулятор обеспечивает фильтрацию этого шума. После фильтрации остается только полезный сигнал.
Структура DSD конвертера
DSD модулятор (сигма-дельта модулятор)
Сигма-дельта модулятор (PCM в DSD) это достаточно сложный вид обработки аудио. Потому, что это система с обратной связью. Следовательно, она может потерять стабильность. Если сигма-дельта модулятор (DSD модулятор) теряет стабильность, необходимо перезапустить его. Как правило, модулятор не может вернуться в стабильное состояние без внешнего воздействия.
DSD модулятор
Создание сигма-дельта модулятора - это компромис между стабильностью и уровнем шума. При более значительном вытеснение энергии шума из слышимого диапазона, стабильность модулятора может ухудшиться. DSD модулятор может выйти из стабильного состояния при перегрузке.
Для обеспечения личшего значения соотношения сигнал/шум и сохранения стабильности, частотный диапазом за границей слышимого диапазона должен иметь резерв по ширине. Это может быть достигнуто за счет увеличения частоты дискретизации 1-битного сигнала.
Увеличение частоты дискретизации - это простейший путь иметь более широкую рабочую полосу (полосу передаваемого сигнала) при более низком уровне шума.
К сожалению, я не знаю достаточно точно историю создания DSD, но, похоже, частота дискретизации DSD64 выбиралась для передачи полосы 20 кГц. Как правило, DSD демодулятор проще демодулятора PCM в аналоговый сигнал (см. здесь). Таким образом замена 44 kHz/16 bit to DSD64 may give some technical advantages for implementation.
Например, для передачи сигнала с полосой 100 кГц с сохранением или понижением уровня шума, простейший путь - это повышение частоты дискретизации.
Читать еще о сигма-дельта модуляторе >
DSD демодулятор
Сигма-дельта демодулятор (DSD в PCM) или DSD демодулятор - это фильтр нижних частот, который удаляет модуляционный шум, расположенный выше слышимого диапазона.
DSD демодулятор
Этот фильтр характеризуется 3-мя параметрами:
- полоса пропускания (pass band) (минимум 0 ... 20 кГц);
- полоса подавления (stop band) (полоса частот, в которой подавляется шум DSD модулятора);
- переходная полооса (transient band) (участок между полосами пропускания и подавления).
Более широкая полоса частот позволяет понизить звон цифрового аудио фильтра, но пропускает больше энергии шума на выход DSD модулятора.
Если расширить полосу пропускания, энергия шума DSD тоже возрастет. Более узкая полоса снижает энергию шума на выходе демодулятора.
Таким образом, DSD демодулятор - это сбалансированное техническое решение.
Читать еще о DSD декодере >
Ресемплинг DSD
Релемплинг DSD (или передискретизация) это цифровая обрабока сигналов. Выполнается с помощью кратного апсемплинга/даунсемплинга с цифровой фильрацией.
Перед конвертацией, DSD файл преобразуется без потерь в мультибитовый аудиопоток, подходящий для обработки. Этот поток обрабатываетсяи конвертируется обратно в DSD с помощью модулятора.
Ресемплинг 1-битового аудио ведет к небольшим потерям, сравнимым с потерями при ресемплинге PCM. Эти потери определяются качеством реализации обработок сигнала.
Однако, звуковоспроизводящая аппаратура может иметь различный уровень искажений на различных частотах дискретизации. Поэтому, ресемплинг можеть дать преимущество, если DSD конвертирован на частоту дискретизации, которая воспроизводится данным ЦАП (DAC) с минимальными искажениями.
Ресемплинг DSD аудио файла для частоты дискретизации,
на которой используемый DAC имеет минимальные искажения
Заключение
Программное обеспечение DSD конвертера может содержать:
- DSD демодулятор,
- DSD модулятор,
- Ресемплер.
Звуковоспроизводящая аппаратура может иметь различный уровень искажений для различных режимов ЦАП (DAC). Режим ЦАП - это сочетание частоты дискретизации, битовой глубины, вида модуляции (PCM/DSD).
Передискретизация DSD, конвертирование PCM в DSD и DSD в PCM может дать преимущества, если DAC имеет минимальные искажения для целевого формата (выходного формата) конвертера.