DSD - много шума из ничего
Sony и Philips в 1999 году прикинули, что оптические аудиодиски можно ведь продать еще и по второму кругу, но уже дороже, и для этого совершенно штатный в структуре ЦАП широтно-импульсный (дельта-сигма) модулятор преподнесли как уникальную вещь в себе, назвав поток, который он выдаёт, интригующе Direct Stream Digital (DSD). Но планка должна падать, конечно же, еще и от частоты семплирования 2,8224 МГц, это вам не какие-то 44.1 кГц!
Логично авторы идеи предполагали, что диски Super Audio CD (SACD) будут надежно защищены от копирования, потому что зачем копировать то, что нельзя ни обрабатывать, ни записывать, ни проигрывать на стандартном оборудовании, а только воспроизводить на специальном проигрывателе, совместимым с этим "форматом". Но как показала история, монополизировать "формат" не получилось - пипл уж больно впечатлился от заявленных замечательных характеристик: очень много мегагерцев, динамический диапазон более 120 дБ, частотная характеристика от 0 до 100 кГц и т.п. и захотел заполучить такую прелесть в свои коллекции.
Задумка авторов DSD действительно хитрая: они взяли самый обычный дельта-сигма ЦАП, который по определению содержит дельта-сигма модулятор, подцепились к его выходу, до фильтра, и перегнали на SACD с этого выхода модулятора однобитный ШИМ-сигнал, он же DSD, прежде чем он был отфильтрован, т.е. сохранили выходной поток данных дельта-сигма модулятора прямо на диск. А для воспроизведения диска SACD в проигрыватель установили лишь фильтр и аналоговый буфер\усилитель. Другими словами, они как бы разрезали стандартный ЦАП на две части: первая часть использовалась для записи выходного сигнала дельта-сигма модулятора (DSD поток) на оптический диск, а вторая часть уходила в проигрыватель:
т.е. по сути SACD и его проигрыватель вместе - всё те же функциональные блоки стандартной микросхемы ЦАП.
Вывод: Когда вы слушаете свой дельта-сигма ЦАП, подав на вход сигнал PCM, то вы уже DSD и слушаете. Можете на вход подать сигнал DSD, а не PCM - вы всё равно будете слушать DSD, который, просто минуя модулятор, сразу пойдет на фильтр и на выход:
А это ЦАП 2004 года
И в нем тоже есть нейтивный встроенный "DSD" модулятор - обведен красным.
Это цап 2000 года
Также вполне можно считать с "DSD" на борту.
Здесь заявлен многоуровневый модулятор
А здесь аж 32 битный модулятор
Демодуляция любого типа данных - операция нелинейная и невозможна в линейном частотнонезависимом устройстве В ПРИНЦИПЕ. DSD поток - это, по сути вариант цифрового ШИМ сигнала, для демодуляции которого возможно применить интегратор. Но для точного преобразования требуется, чтобы время интегрирования было бесконечным, но при этом коэффициент передачи такого демодулятора стремится к нулю.
То есть можно в общем, демодулятором может выступать RC цепочка - ФНЧ 1 порядка, но сколь-нибудь приемлемую точность демодуляции обеспечит лишь цепь с очень малым коэффициентом передачи. В принципе, любая пассивная система демодуляции любой разновидности ШИМ не дает сколь угодно точного восстановления исходного сигнала (в отличии от ИКМ, которая теоретически при бесконечном увеличении разрядности и частоты дискретизации дает возможность бесконечно точного восстановления исходного сигнала).
Простейшие же демодуляторы на основе активных интеграторов работают в условиях наличия на их входах крайне жесткого спектра с обилием ВЧ-компонентов и по этой причине не позволяют получить хоть какое-то приемлемое качество. По этим причинам пассивные и активные интегрирующие демодуляторы DSD распространения не получили.
Недостатком DSD является повышенный уровень шума в диапазоне свыше 50 килогерц,хотя он легко режется фильтром.
Не только. Это лишь одно из следствий работы с ШИМ сигналом!
Любопытно заметить, что ОУ в активном интегрирующем демодуляторе DSD сигнала будет работать примерно в 500...1000 раз более тяжелом режиме по входу, чем тот же ОУ в преобразователе ток-напряжение PCM ЦАП.
Как влияют на звук децимация, дитеринг (dithering), нойз-шейпинг (noise shaping) и интерполяция.
Интерполяция - это процесс добавления отсчетов, чтобы увеличить частоту дискретизации. Например, на входе интерполятора 44 100 Гц, а на выходе 88 200 Гц или 176*400 Гц или 352*800 Гц. На звук сама интерполяция никак не влияет, потому что это то же самое, что разлить литр воды не в пять стаканов, а в 125 наперстков, и если изначально на вход интерполятора поступает сигнал с искажениями, то эти искажения как есть так и проинтерполируются. Однако, интерполяция создает условие, чтобы минимизировать в полезном звуковом диапазоне частот неизбежные дополнительные искажения, цифровые помехи и шумы, сдвинув их все в область ультразвука, который безболезненно можно обрезать дальнейшей фильтрацией.
Децимация - это процесс противоположный интерполяции. Децимация - прореживание отсчетов, чтобы уменьшить частоту дискретизации. Например, на входе дециматора 352*800 Гц, а на выходе 44 100 Гц или 88 200 Гц или 176*400 Гц. На звук децимация тоже принципиально не влияет - какой по содержанию звуковой сигнал вошел, такой же и вышел. Это то же самое, что и литр воды, разлитый по 125 наперсткам, взяли и перелили в пять стаканов. Собственно децимация и отрезает УВЧ хвост со всей цифровой бякой, которую нойз-шейпинг согнал в одно место, а интерполяция выделила это место подальше от того места, где расположен полезный сигнал. Это как мусор разбросанный повсюду смели веником в одно место (noise shaping) и совочком аккуратно убрали (децимация). Подробно здесь: "Как отфильтровывается цифровой шум DSD в ЦАП и АЦП." https://www.vsetutonline.com/forum/s...d.php?t=267233
Дитеринг (dithering) и нойз-шейпинг (noise shaping) - это два способа того, как поступить с цифровым шумом. Представим, что цифровой шум - это мусор в заброшенном парке, причем, этот мусор распределен по территории парка как попало - где-то его прямо кучи лежат в виде свалки, где-то разбросан хаотично, где-то его совсем нет. И с таким мусором можно поступить так: либо сгрести его весь в одно место, чтобы затем вывезти - это способ нойз-шейпинг (noise shaping); а можно не сгонять в одно место, чтобы вывезти, а, наоборот, привезти еще дополнительный "благородный" мусор и равномерно его распределить, размазать по всей территории, замаскировав таким образом исходные кучи и пятна мусора - это способ дитеринг (dithering).
К дитерингу и нойз-шейпингу можно прибегнуть, когда битность по тем или иным причинам нужно уменьшить. Например, для записи CD диска PCM поток должен быть 44.1 кГц 16 бит, а в программе-редакторе он, скажем, 192 кГц 32 бит. Неизбежно нужно уменьшить битность с 32 бит до 16 бит и можно применить дитеринг и\или нойз-шейпинг:
Это исходный PCM 24 бит 44.1 кГц - цифрового шума нет
Это исходный PCM 24 бит 44.1 кГц переведенный в 16 бит - цифровой шум, естественно, появился
Теперь при понижении битности к сигналу добавим "белый шум". т.е. применим дитеринг - и вуаля! Цифровой шум стал похож на аналоговый шум, что аналоговому фильтру более "понятно" и проще фильтровать
А здесь при понижении битности был применен нойз-шейпинг и кроме того, что цифровой шум приобрел аналоговую форму, основная его масса как бульдозером была сдвинута в конец спектра и эти "замусоренные" ВЧ частоты можно просто отрезать по границе 15 кГц.
Если опять увеличить битность и частоту дискретизации до 24 бит 176,4 кГц, то шум сдвинутый ранее нойз-шейпингом никуда не денется
Вывод: Децимация, дитеринг (dithering), нойз-шейпинг (noise shaping) и интерполяция нужны для того, чтобы свести к минимуму цифровой мусор (интерполяция, децимация, нойз-шейпинг), а тот, который остался, замаскировать под аналоговый (дитеринг), чтобы избежать построения высокоточных аналоговых схем для окончательной фильтрации. Поэтому итоговое звучание определят в гораздо большей степени аналоговая часть тракта, а не цифровая.
Все перечисленное виды цифровой обработки, перечисленные в заголовке присутствует в DSD
Не только присутствуют, но и отфильтровать их не получится так, чтобы это не сказалось на итоговом звучании.
Андронников говорит о том, что напрямую из DSD не получится вытащить нормальный звук, но если DSD перевести в формат PCM, то получится, что в обычных ЦАП и реализовано.