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Transmisión digital directa

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

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Direct Stream Digital ( DSD ) es una marca registrada 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 por densidad de pulsos , una técnica para representar señales de audio en formato digital, una secuencia de valores de un 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 conformación de ruido de la señal sobremuestreada 64 veces proporciona un bajo ruido de cuantificación y una baja distorsión en el ancho de banda audible necesario para el audio de alta resolución . 

DSD es simplemente un formato para almacenar una señal delta-sigma sin aplicar un proceso de decimación 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 ]

Apoyo de una discográfica importante

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 parte del sello Virgin Records de UMG . [ 2 ] [ 3 ] A pesar de esto, en 2011, Warner Music Group lanzó la serie de álbumes Warner Premium Sound , marcando la primera vez que el sello lanzó títulos en formato SACD, con grabación en DSD. [ 4 ] La serie creció hasta diez álbumes de rock y pop , con discos híbridos Super Audio CD/CD que contenían tanto una capa SACD como una capa de CD estándar. [ 5 ]

Sony no promocionó activamente el SACD en Norteamérica, lo que permitió que el DVD-Audio ganara terreno en el mercado. En otros lugares, como Europa o Japón, el SACD se consolidó. [ 6 ] Un ejemplo es el sello alemán Stockfisch Records , que publica ediciones en vinilo de álbumes y grabaciones DSD, lanzadas como SACD híbridos. [ 7 ]

Uso de etiquetas independientes

Por lo tanto, las compañías discográficas especializadas en productos Super Audio CD utilizan la codificación DSD. Varias discográficas independientes también han colaborado directamente con Sony para centrarse en productos DSD o en el proceso de grabación DSD.

DMP Digital Music Products fue uno de los primeros usuarios del 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 , del mismo sello, 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 SACD (generalmente híbridos) y son grabaciones DSD. [ 10 ] Telarc trabajó frecuentemente con la empresa pionera en audio de alta fidelidad Soundstream y reeditó 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 mediante 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 contaba con ingenieros que, tras realizar pruebas de escucha y evaluaciones técnicas, decidieron adoptar el SACD en lugar del DVD-Audio como formato digital de alta resolución preferido. En los lanzamientos híbridos 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 la aplicación de Super Bit Mapping . A partir de 2001, los lanzamientos solo en CD se basan en DSD, pero omiten la capa SACD. [ 12 ]

En 2007, Blue Coast Records se fundó en California con el propósito de grabar y lanzar 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 (actualmente desaparecido), que vendía álbumes comerciales de las principales discográficas producidos 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 al nuevo servicio de descarga digital de la compañía álbumes que han sido producidos o remasterizados 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 de retención de orden cero

El formato DSD difiere del formato PCM utilizado por los discos compactos o los sistemas de audio informáticos típicos: mientras que PCM utiliza un valor multibit (que representa un amplio rango de amplitudes) a una baja frecuencia de muestreo, DSD, en cambio, utiliza 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 idéntico al de la sección de modulación y conformación de ruido de un convertidor analógico-digital (ADC) delta-sigma de 1 bit , pero sin el decimador (que normalmente convertiría el flujo de bits de 1 bit en PCM multibit). El promedio a corto plazo de la señal DSD de 1 bit es proporcional a la amplitud de la señal original. Gracias a la mayor frecuencia de muestreo, un reproductor SACD puede utilizar un DAC de un bit con un filtro analógico de bajo orden para reconstruir y generar la salida analógica.

DSD utiliza técnicas de conformación de ruido para elevar el ruido de cuantización a frecuencias ultrasónicas inaudibles por encima de 20  kHz. Debido a esto, DSD64 de tasa única puede ofrecer un rango dinámico de 120 dB de 20 Hz a 20 kHz. El marketing de SACD también afirmaba una respuesta de frecuencia extendida hasta 100 kHz, [ a ] pero a esas altas frecuencias cualquier sonido, si está presente, se ahoga en el ruido ultrasónico generado por la conformación de ruido . El límite práctico es de 20 o 30 kHz, donde el ruido ultrasónico comienza a aumentar. [ 20 ] Alrededor de 1999, cuando se estrenó SACD, los amplificadores, auriculares y altavoces normalmente tenían una respuesta de frecuencia de hasta 20 kHz, y los reproductores de SACD se suministraban sin ningún filtro, asumiendo que los altavoces y auriculares no reproducirían este ruido ultrasónico. La posterior invención de los supertweeters y la extensión de la respuesta de frecuencia de los altavoces y auriculares hasta 40 kHz y de los amplificadores hasta 100 kHz motivó a los diseñadores de reproductores de SACD/DSD a incluir un filtro de 24 kHz para bloquear este ruido en la salida. [ 21 ] [ 22 ]         

Los distintos formatos DSD utilizan frecuencias de muestreo que se adentran en 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:

Consulte Modulación delta-sigma §  Número efectivo teórico de bits para el análisis del número efectivo de bits que se puede lograr mediante el 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 por Internet presenta desafíos debido a la dificultad de realizar operaciones de procesamiento de señal digital (DSP) (como ecualización, balance, paneo) en un entorno de un bit.

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

Una técnica de procesamiento digital de señales (DSP) disponible consiste en convertir el DSD a PCM y utilizar equipos PCM estándar como Pro Tools , útil para la música rock y contemporánea, que se basan en técnicas multipista, para luego convertirlo digitalmente de nuevo al formato DSD. Algunos defensores del DSD rechazan esta técnica, argumentando que la conversión de PCM a una frecuencia de muestreo inferior 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). Este es un formato PCM con una resolución de 24 bits muestreado a 352,8  kHz. Otra técnica DSP utiliza un formato comúnmente conocido como DSD-wide , que conserva la alta frecuencia de muestreo del DSD estándar, pero utiliza muestras de 8 bits con conformación de ruido . A veces, al DSD-wide se le denomina despectivamente 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 al producto DSD final de 1 bit a la misma frecuencia de muestreo. También es posible procesar DSD-wide a frecuencias de muestreo DSD múltiples más altas. Pyramix y algunos sistemas de estaciones de trabajo de audio digital (DAW) SADiE pueden operar en el dominio DSD-wide.

Herramientas de procesamiento DSD

DXD se desarrolló inicialmente para la estación de trabajo Pyramix de Merging Technologies y se presentó junto con su convertidor AD/DA Sphynx 2 en 2004. Esta combinación permitía grabar y editar directamente en DXD [ 25 ] , y que la muestra solo se convirtiera a DSD una vez antes de su publicación. Esto ofrece una ventaja al usuario, ya que el ruido generado por la conversión a DSD aumenta drásticamente por encima de los 20  kHz, y se añade más ruido cada vez que una señal se convierte de nuevo 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 [ b ]  . 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. [ 26 ] [ 27 ] El convertidor 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 velocidad SACD, ha sido compatible con múltiples dispositivos de hardware como el exaSound e20 Mk II DA,C [ 28 ] grabador digital de 1 bit Korg MR-1000, adaptador de salida DSD Amanero Combo384 y la interfaz USB a I²S exaU2I descontinuada .

El software compatible con DSD incluye Amarra Luxe de Sonic Studio , Audirvana, foobar2000 con complemento SACD, JRiver Media Center , Roon, [ 29 ] HQPlayer y Neutron Music Player, todos capaces de manejar archivos DSD de hasta DSD512 de forma totalmente nativa.

Opciones de reproducción DSD

Sony desarrolló DSD para SACD, y muchos reproductores de discos son compatibles con SACD. Dado que el formato es digital, existen otras formas de reproducir una transmisión DSD; el desarrollo de estas alternativas ha permitido a las empresas ofrecer descargas de música de alta calidad en DSD. [ 30 ]

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, [ 31 ] se obtiene un disco DSD . Estos discos solo se pueden reproducir en DSD nativo en ciertos portátiles Sony VAIO y sistemas PlayStation 3. [ 32 ] Sony produjo dos reproductores SACD, el SCD-XA5400ES y el SCD-XE800, que son totalmente compatibles con 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. [ 33 ]

DSD a través de USB

Una alternativa a grabar archivos DSD en discos para su posterior reproducción es transferir los archivos (sin cifrar) de un ordenador al hardware de audio mediante un enlace digital como USB. La especificación USB Audio 2.0 definió varios formatos para el enfoque PCM, más común en 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 tramas PCM; el estándar, comúnmente conocido como DSD sobre PCM (DoP), es adecuado para otros enlaces digitales que utilizan PCM. [ 34 ] La revisión 1.1 agregó soporte de protocolo para frecuencias de muestreo DSD más altas sin requerir un aumento de la frecuencia de muestreo PCM subyacente.

DSD nativo

La definición de reproducción nativa de DSD es, en cierto modo, una cuestión de filosofía. En términos generales, evita la conversión de datos DSD a PCM multibit en cualquier punto de la cadena de reproducción. 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 empleados por DSD, no son adecuados para aplicaciones de gama alta debido a su alta distorsión. [ 35 ] [ 36 ] En 2002, Philips publicó un artículo argumentando lo contrario. [ 37 ] El artículo de Lipshitz y Vanderkooy fue criticado además por Angus. [ 38 ] Lipshitz y Vanderkooy respondieron a las críticas. [ 39 ] Stuart también definió la modulación sigma-delta como una "opción totalmente inadecuada" para audio digital de alta resolución. [ 40 ]

La implementación convencional de DSD tiene una distorsión intrínseca alta. [ 41 ] La distorsión se puede mitigar en cierta medida utilizando DAC multibit. Los ADC de última generación se basan en diseños de modulación sigma-delta. Los convertidores de sobremuestreo se utilizan habitualmente en formatos PCM lineales, donde la salida del ADC o DAC está sujeta a limitación de banda y tramado. [ 42 ] 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 [ 43 ] a 6 bits [ 44 ] .

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, encontró que en pruebas doble ciego "casi ninguno de los sujetos pudo hacer una distinción reproducible entre los dos sistemas de codificación". [ 45 ] En contraste, un estudio de 2014 realizado en la Universidad de las Artes de Tokio encontró 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  bits) en preferencia general. Esto sugiere que la versión DSD fue estadísticamente significativamente preferida sobre la versión PCM". [ 46 ] 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". [ 47 ]

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

formatos de archivo DSD

Existen varias formas de almacenar audio codificado en DSD como archivos en un ordenador. Una opción es utilizar formatos de archivo nativos de DSD diseñados específicamente para este fin. Otra alternativa es almacenar DSD en formatos de audio de uso general adaptados oficialmente para admitir el almacenamiento de DSD. Finalmente, el audio DSD puede incrustarse en flujos de audio PCM que no cuentan con soporte específico para DSD. Sin embargo, se necesita un decodificador especial para recuperar el flujo DSD de estos archivos PCM.

Formato de archivo de intercambio DSD

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. [ 48 ] 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 omitirse por completo del SACD resultante. El formato de metadatos integrado está destinado a los ingenieros de masterización, no a los 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 es necesario que el texto contenga el título de la pista. Posteriormente 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 usar el .dffsufijo de archivo. No se ha registrado ningún tipo de medio oficial para el formato de archivo DSDIFF. [ 49 ] Freedesktop.org utiliza los tipos de medios no oficiales audio/x-dff. [ 50 ]

Datos de banda ancha de un solo bit

Wideband Single-bit Data (WSD) es un formato de archivo DSD nativo desarrollado por 1-bit Audio Consortium en 2002. [ 51 ] El consorcio fue establecido por la Universidad de Waseda , Sharp y Pioneer un año antes. [ 52 ] En 2012, el consorcio publicó una versión actualizada 1.1 de la especificación. [ 53 ] 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 transcurrió 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 son compatibles con WSD junto con otros formatos basados ​​en DSD. [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]

Archivo de transmisión DSD

DSD Stream File (DSF) es un formato de archivo DSD nativo desarrollado por Sony alrededor de 2005. [ 57 ] [ 58 ] El formato está diseñado 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 sin procesar . 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. [ 49 ] Freedesktop.org utiliza los tipos de medios no oficiales audio/x-dsf. [ 50 ]

Formatos de archivo compatibles con DSD

Los formatos de archivo compatibles con DSD permiten almacenar audio codificado en DSD, además de audio codificado en PCM .

WavPack es un formato genérico de almacenamiento de audio que admite varias formas diferentes de audio. [ 59 ] El formato también admite audio DSD comprimido. [ 60 ] La compatibilidad con DSD se introdujo inicialmente con el lanzamiento de la versión 5 del paquete de software WavPack en diciembre de 2016. [ 61 ] Los archivos que contienen datos WavPack normalmente usarían el .wvsufijo de archivo. No se ha registrado ningún tipo de medio oficial para el formato de archivo WavPack. [ 49 ] Freedesktop.org utiliza los tipos de medios no oficiales audio/x-wavpack. [ 50 ] Dado que WavPack admite múltiples 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. [ 62 ] DoP permite eludir cualquier componente solo PCM en la cadena de reproducción que impediría que un DAC compatible con DSD reciba los datos DSD sin procesar necesarios para la reproducción nativa de DSD. Si bien DoP está diseñado para ser un protocolo de comunicación utilizado entre una aplicación de reproducción de música y un DAC, existen herramientas que pueden incrustar DSD codificado en DoP en archivos FLAC, lo que permite a los usuarios utilizar un reproductor no compatible con DSD para la reproducción de DSD con su DAC compatible con DoP. [ 63 ] Un flujo DoP está diseñado para sonar como ruido de bajo volumen cuando se reproduce con 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. ↑ La mayoría de los reproductores SACD más recientes especifican un límite superior de 50 a 90 kHz.
  2. ↑ 48  kHz × 256  = 12,288 MHz en comparación con el más común 44,1  kHz × 256  = 11,2 MHz

Referencias

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Lecturas adicionales

  • Por qué Direct Stream Digital es la mejor opción como formato de audio digital .
  • Estructuras Sigma Delta mejoradas para aplicaciones de Super Audio CD .
  • El efecto de la estructura del tono de reposo en el dither efectivo en sistemas de modulación delta-sigma .
  • "Haciendo un agujero redondo en una onda cuadrada" . Archivado del original el 11 de octubre de 2007. Consultado el 5 de agosto de 2006 .—Comparación entre DSD y PCM
  • Especificaciones de los formatos de disco DSF y DSD en Wayback Machine (archivado el 1 de septiembre de 2008) , por Sony
  • Cómo crear un disco DSD usando una grabadora DSD de Korg, incluyendo el complemento DSD para Windows Media Player.
  • Audio USB 2.0 multicanal de baja latencia en Wayback Machine (archivado el 20/07/2017) , kit de desarrollo de software y hardware para grabación y reproducción DSD a través de USB
  • Descargas DSD