Direct Stream Digital ( DSD ) è un processo per memorizzare segnali audio su supporti digitali utilizzati in particolare sul Super Audio CD lanciato nel 1999 da Sony e Philips .
È in concorrenza diretta con l' alta definizione PCM (codifica del suono utilizzata per i Compact Disc ) trovato su DVD-Audio , che è stato lanciato in commercio poco dopo Super Audio CD.
Quando il processo di conversione Sigma-Delta fu descritto per la prima volta nella specifica di CC Cutler 2.927.962 nel 1954 (ma fu chiamato così solo nell'articolo di H. Inose, Y. Yasuda e J. Murakami nel 1962), la decimazione non esisteva e il l'intenzione era di trasferire i dati sovracampionati così come sono.
Fu nel 1969 che DJ Goodman propose nel suo articolo "The Application of Delta Modulation of Analog-to-PCM encoding" , per la prima volta nella storia del suono, di decimare i dati Sigma-Delta sovracampionati per poi convertirli in modulazione di impulsi codificata (inglese PCM , che sta per Pulse Code Modulation ).
Solo trent'anni dopo, nel 1999, Sony e Philips hanno riutilizzato il principio 'Delta-Sigma Direct' per il loro nuovo tipo di dati audio soprannominato Direct Stream Digital , e lo hanno associato al formato Super Audio CD , il cui obiettivo è quello di avere successo nel Compact Disc e, in caso di successo commerciale, sostituirlo.
DSD è un metodo per memorizzare un segnale Sigma-Delta prima di applicare un decimatore che lo converte in PCM .
La sua tecnologia consiste nel codificare il suono ad una frequenza di campionamento molto elevata , 64 volte maggiore del campionamento PCM del Compact Disc , ovvero 64 fs (1 fs = 44100 Hz , quindi 44100 Hz × 64 = 64 fs = 2.822 4 MHz ). È quantizzato su 1 singolo bit , consentendo una larghezza di banda fino a 80 kHz o anche 100 kHz e una gamma dinamica di 120 dB ; è quindi molto superiore a quella raccomandata dal teorema di campionamento di Nyquist-Shannon . Poiché questo metodo non necessita di filtri decimatori e di interpolazione, garantisce un'elevata fedeltà di riproduzione del segnale originale e una buona coerenza di fase .
La conversione analogico-digitale e il digitale in analogico sono così semplificati, fornendo una maggiore qualità di conversione del segnale per un minor costo di produzione. Consente inoltre la spazializzazione multicanale oltre alla stereofonia utilizzata finora.
Per aumentare la capacità di registrazione del Super Audio CD, il flusso audio digitale subisce una compressione senza perdita denominata DST ( (en) Direct Stream Transfer ) che consente fino a 80 minuti di registrazione di tracce DSD stereo e multicanale combinate.
Le tecniche coinvolte a questo scopo utilizzano il noise shaping , o shaping il rumore di quantizzazione mediante il quale il rumore viene spinto indietro nelle gamme di frequenza al di fuori dell'area utile . Queste frequenze non sono udibili dall'orecchio umano , ma spesso attenuate dai lettori per mezzo di un filtro high-cut perché rischiano in cambio di danneggiare (a volte fatalmente) tweeter che non sono super-tweeter, cioè non progettati per riprodurre gli ultrasuoni .
La modulazione a 1 bit (tutto o niente) non è una novità: è simile alla modulazione di larghezza di impulso ( Pulse Width Modulation utilizzata negli inverter , amplificatori di classe D , dispositivi light valve: specchi micro - DMD, ecc. ) Per la quale il duty cycle varia in base all'ampiezza del segnale da trascrivere (vedi diagramma comparativo a destra). Il flusso digitale a 1 bit (DSD) deve tuttavia seguire una frequenza di clock imposta (che corrisponde alla frequenza sovracampionata), questa viene quindi denominata PDM ( Pulse Density Modulation ) o modulazione della densità di impulsi. Tutti i deck CD-A e DVD-A beneficiano di un modulatore "one bit" che consente di trovare, da un flusso PCM (16, 20 o 24 bit), un flusso di tipo DSD (1 bit) che è molto facile da convertire ad analogico (filtro passa basso di ordine basso). Non è quindi necessario utilizzare un convertitore Sigma Delta durante la riproduzione del flusso DSD del Super Audio CD.
Il CD con la sua frequenza di campionamento di 44,1 kilohertz, molto vicino al limite superiore della gamma di frequenze Hi-Fi (20 kilohertz), richiede un filtro con una frequenza di taglio improvvisa nelle alte frequenze ( 20 db / ottava ). Tali distrugge filtraggio molto più della ricchezza e finezza di certe registrazioni (non solo negli acuti) : questo problema è stato identificato molto presto e le prime generazioni di lettori di CD sono stati dotati di interpolazione circuiti in modo da. Oversample il digitale segnale e quindi limitare la distruzione delle armoniche e delle alte frequenze.
Per ovviare a questo inconveniente, il DSD è stato impostato ad un alto tasso di campionamento (vedi sopra) e il suo principio di modulazione permette con un semplice filtro del primo ordine ( 6 db / ottava ) di non "schiacciare" le armoniche. Data la sua frequenza di campionamento e la sua modalità di funzionamento, il CD è ad esempio incapace di riprodurre correttamente un segnale rettangolare (ricco di armoniche) di 10 kilohertz, il risultato essendo più vicino ad una sinusoide (le armoniche di ordine superiore a 2 vengono eliminate), nonostante sovracampionamento. L'elaborazione del segnale operata con l'SA-CD permette di preservare le armoniche e di ottenere un segnale rispettoso della sorgente e quindi una grande finezza dei dettagli.
Il campionamento inizialmente previsto per il CD era basato su criteri tecnologici, la qualità di riproduzione delle armoniche non essendo stata considerata essenziale di fronte agli imperativi del tempo. La frequenza di campionamento di 44,1 kHz è stata ereditata da un metodo di conversione digitale di un segnale audio in un segnale video per la registrazione su videocassetta.
| CD | SACD | |
|---|---|---|
| Formato | PCM a 16 bit | DSD a 1 bit |
| Frequenza di campionamento | 44100 Hz | 2.822.400 Hz |
| Gamma dinamica | 96 dB | 120 dB su tutta la gamma di frequenze |
| Intervallo di frequenze | 20 Hz –20 kHz | Tipicamente 20 Hz –50 kHz , fino a 100 kHz con alcuni lettori |
| Capacità del disco | 700 MB | 7,95 GB |
| Stereo | sì | sì |
| Suono multicanale | No | sì |
Per ridurre lo spazio di archiviazione e la larghezza di banda richiesta, viene utilizzato un metodo di compressione senza perdite denominato Direct Stream Transfer (DST). È obbligatorio per il programma multicanale , ma solo opzionale per il programma stereofonico . Il fattore di compressione è compreso tra due e tre, il che permette, come visto sopra, di combinare 80 minuti dello stesso programma in stereo e in multicanale.
Direct Stream Transfer è diventato in particolare uno dei punti tecnici dello standard MPEG-4 Audio (chiamato anche MP4) ( ISO / IEC 14496-3: 2001 / Amd 6: 2005 - Lossless coding of oversampled audio) nel 2005. Ciò include il definizioni di DSD e DST come descritto nelle specifiche del Super Audio CD .
MPEG-4 DST fornisce la codifica senza perdita di segnali audio sovracampionati. Un'implementazione referenziale di MPEG-4 DST è stata pubblicata come ISO / IEC 14496-5: 2001 / Amd.10: 2007 nel 2007.
DSD, ai fini del Super Audio CD , include diverse misure di protezione dei dati che rendono impossibile la copia diretta, così come lo strato CD convenzionale da 700 megabyte dei dischi ibridi . Ciò include la crittografia dei dati audio a 80 bit utilizzando una chiave codificata in una regione speciale del disco che può essere letta solo da un lettore Super Audio CD con licenza. Lo strato ad alta definizione di un SA-CD non può essere letto da un lettore CD / DVD del computer, così come è impossibile creare un Super Audio CD se non in due siti di produzione specificamente approvati, che si trovano a Shizuoka e Salisburgo .
Oltre alle suddette misure di sicurezza per Super Audio CD , troviamo principalmente PSP o Pit Signal Processing ( pit che significa "fossa" o "fosso" in francese, nel contesto di un disco digitale si traduce in "tacca"), un'impronta fisica che consiste in una modulazione della profondità delle tacche del disco (i dati vengono memorizzati nella lunghezza delle tacche come su un Compact Disc ). Il sensore ottico deve avere un circuito speciale per rilevarlo e interpretarlo, quindi viene confrontato con le informazioni sul disco per garantirne la validità (quindi è una crittografia a doppia chiave ). Sebbene la maggior parte dei lettori DVD , DVD Audio e DVD-Rom possa teoricamente leggere i dati da un Super Audio CD (stesso disco, stessa densità di incisione e laser di lettura), non possono interpretarli poiché non sono dotati del circuito di decodifica necessario, e quindi non li riconosco.
Per i CD Super Audio ibridi , Pit Signal Processing si applica solo al livello SA-CD ad alta densità, non al livello CD.
Un certo numero di nuovi lettori Super Audio CD sono dotati di IEEE 1394 (noto anche come FireWire o i.Link) o uscite digitali HDMI che trasportano dati DSD (di cui fanno parte alcuni modelli dell'era PS3 di Sony), dove sarebbe possibile ottenere il flusso DSD grezzo. Il meccanismo di protezione utilizzato è DTCP ( Digital Transmission Content Protection ) e può essere richiesto nelle modalità “Copia una volta” o “Non copiare mai”.
Una società con sede in Svizzera, DVD Upgrades , ha proposto alla fine degli anni 2000 un circuito stampato di uscita modificato che prende il segnale digitale dal flusso di dati appena prima della fase di conversione digitale / analogico , nonché una porta S / . PDIF utilizzata per raccogliere il Stream DSD precedentemente convertito in PCM . Ciò ha reso possibile ottenere un segnale digitale non DRM sia da Super Audio CD che da DVD Audio .
Dopo l'arrivo nei primi anni del 2010 dei download di file DSD leggibili su computer e trasmissibili tramite cavo S / PDIF o Toslink a un convertitore, i tentativi di aggirare la sicurezza del disco sono diventati inutili agli occhi degli hacker . Questi download offrono effettivamente l'alternativa di semplici copie di file, che aggira tutte le protezioni del disco SA-CD.
A causa del fallimento commerciale su larga scala del Super Audio CD , poiché è poco più che modificato per scopi audiofili , ma a un ritmo costante, il DSD non sembra destinato a diventare un importante formato futuro, altrimenti a rimanere nella fascia alta audio e sconosciuto al grande pubblico.
La qualità di costruzione di un Super Audio CD è superiore a un semplice CD (il supporto fisico stesso è più denso e un po 'più pesante di un semplice CD).
Solo Sony ha le fabbriche di stampaggio compatibili per produrli secondo un processo di produzione molto preciso, compreso quello con sede in Austria, Sony DADC.
Sony ha lanciato alla fine di gennaio 2014 un registratore digitale tascabile, il PCM-D100, compatibile con il formato DSD (2.8 MHz / 1 bit).
Nell'aprile 2014 AudioFEEL ha presentato un progetto proponendo di associare il principio DSD a un supporto multimediale di tipo solid state ( scheda SD ). L'idea è quella di creare un nuovo formato "popolare" in grado di supportare i formati ottici più datati: CD, SA-CD, DVD, ecc.
Di fronte al disinteresse suscitato dal formato DSD troppo "esclusivo", questo progetto è stato finalmente ribattezzato DA [SD]. Il primo player proposto (d-play) sarà compatibile con DSD64 (2.8 MHz), DSD128 (5.6 MHz) e PCM / Flac da 16 bit / 44,1 kHz a 24 bit / 192 kHz .
Il Korg MR-1000 è un registratore digitale a 1 bit calibrato su un campionamento di 5.644.800 bit al secondo (comunemente semplificato da 5,6 MHz ) o il doppio del DSD di campionamento attualmente esistente. È anche chiamato DSD128 poiché la velocità normale è di 64 fs (1 fs = campionamento CD = 44,1 kHz), qui è raddoppiata a 128 fs. Si prevede che il DSD dual rate sarà gestito da altre marche e sarà presto utilizzato, ma in misura minore rispetto al DSD convenzionale (vedere la sezione precedente).
Dalla fine del 2010, gli studi di registrazione sono stati sempre più dotati di convertitori e stazioni MAO in grado di DSD a doppia velocità, e l'impresa ha avuto successo nel maggio 2013 di ottenere una registrazione sinfonica con clock a 11.289.600 bit al secondo (comunemente semplificata a 11,2 MHz o 256 fs).