Direct Stream Digital (DSD) se ha convertido en el gran que en el audio de alta gama. La codificación y decodificación simplificadas, junto con las frecuencias de muestreo ultra-altas, prometen un rendimiento sin precedentes. ¿Es esto lo que hemos estado esperando, o simplemente es marketing de masas? Este post separa el bombo de los hechos técnicos. Explicaremos de qué manera el DSD tiene la ventaja, y de qué maneras la modulación de código de pulso (PCM) es mejor.
En 1979 Philips y Sony colaboraban en un nuevo estándar para un formato digital de consumo. Philips quería un disco de 20 cm, pero Sony insistió en un disco de 12 cm que se podía reproducir en un dispositivo portátil más pequeño. En 1980, publicaron el Red Book (Libro Rojo) CD-DA estándar, y la música digital de mercado masivo nació. Muchos en los primeros días del digital bromeó que el CD representaba «un disco comprometido«.
El cambio de PCM a DSD no fue diferente. A principios de los años noventa, Sony quería un medio a prueba de futuro, menos costoso para archivar sus masters analógicos. En 1995, concluyeron que almacenar una señal de 1-bit directamente de analógico a digital les permitiría emitir a cualquier formato digital de consumo concebible. Esta nueva tecnología de 1-bit se logró mediante la salida del pin de monitoreo en el nuevo chip DAC Crystal BitStream de 1-bit a 2.8Mhz.
Posteriormente, la división de consumo de Sony se unió a los vientos del DSD y colaboró con Philips para crear el formato SACD. Por supuesto, desde el momento en que el SACD fue concebido hasta el momento en que llegó al mercado, los fabricantes de chips DAC habían avanzado de 64fs a una mayor frecuencia de muestreo de 128fs y de 1-bit a un formato de 5-bit de mayor resolución.
Mucho antes de que se desarrollaran los formatos DVD, SACD o DSD, el chip DAC BitStream se introdujo en el mercado de consumo como una alternativa de menor costo al chip DAC R-2R multibit significativamente más caro. Los chips DAC de flujo de bits tienen algoritmos integrados para convertir la entrada PCM en DSD, que luego se convierte en analógico. Una vez más, el resultado fue un enorme ahorro de costes a expensas de la fidelidad.
Fue en parte la tecnología DAC BitStream la que permitió el desarrollo de nuestro moderno 7.1 de audio que está incrustado en los formatos de vídeo. Esto también permitió a los fabricantes de electrónica comercializar reproductores de DVD en pequeños chasis con fuentes de alimentación baratas que podrían vender por menos de 10.000 ptas. (los 60€ de hoy en día). Una vez más, al purista de audio no se le tiene en cuenta.
Para resumir las cosas, la industria de la música grabada ha tomado la decisión tras la decisión de maximizar los beneficios y apelar al consumo de masas a expensas del purista de audio. Lección de historia.
La tecnología DSD vs. PCM
Las grabaciones PCM están comercialmente disponibles en 16-bit o 24-bit y en varias velocidades de muestreo de 44,1kHz a 192kHz. El formato más común es el CD Red Book de 16-bit muestreados a 44.1kHz. Las grabaciones DSD están comercialmente disponibles en 1-bit con una frecuencia de muestreo de 2,8224MHz. Este formato se utiliza para SACD y también se conoce como DSD64.
Existen formatos DSD más modernos y de mayor resolución, como DSD128, DSD256 y DSD512, que explicaremos más adelante. Estos formatos fueron creados para estudios de grabación y comprenden sólo una porción muy pequeña de las grabaciones que están disponibles comercialmente.
Aunque no se puede hacer una comparación directa entre la resolución de DSD y PCM, varios expertos lo han intentado. Una estimación es que DSD 2.8224MHz a 1-bit tiene una resolución similar a un PCM de 96kHz a 20-bit. Otra estimación es que DSD 2,8224MHz a 1-bit es igual a PCM 141,12kHz a 20-bit o PCM 117,6kHz a 24-bit.
En otras palabras, DSD64, o SACD, tienen una resolución mayor que un CD de 16-bit a 44.1KHz, aproximadamente la misma resolución que la grabación de PCM a 24-bit 96KHz y no tanto como una grabación de PCM a 24-bit 192KHz.
Ambos DSD y PCM son «cuantificados«, lo que significa que los valores numéricos se ajustan para aproximarse a la señal analógica. Tanto DSD como PCM tienen errores de cuantificación. Tanto DSD como PCM tienen errores de linealidad. Ambos DSD y PCM tienen ruido de cuantificación que requieren un filtro paso bajo en la salida del convertidor para no sobrecargar la amplificación y los altavoces con ruido de ultra alta frecuencia. En otras palabras, ninguno de los dos es perfecto.
PCM codifica la amplitud de la señal analógica muestreada a intervalos uniformes, y cada muestra se cuantifica al valor más próximo dentro de un intervalo de pasos digitales. El rango de pasos se basa en la profundidad de bits de la grabación. Una grabación de 16-bit tiene 65.536 pasos, una grabación de 20-bit tiene 1.048.576 pasos y una grabación de 24-bit tiene 16.777.216 pasos.
Cuantos más bits y/o más alta sea la frecuencia de muestreo, mayor será la resolución. Esto se traduce que en una grabación de 96kHz/20-bit tiene aproximadamente 33 veces la resolución de una grabación de 44.1KHz/16-bit. No hay pequeñas diferencias.
DSD codifica la música usando la modulación de densidad de pulso, una secuencia de valores de un solo bit a una frecuencia de muestreo de 2.8224MHz. Esto se traduce en 64 veces la tasa de muestreo del Red Book CD de 44.1kHz, pero a sólo 1/32.768 de su resolución de 16-bit.
Existen otros formatos DSD que utilizan tasas de muestreo más altas, como DSD128 (también conocido como DSD de doble velocidad), con una frecuencia de muestreo de 5.6448MHz; DSD256 (también conocido como Quad-Rate DSD), con una frecuencia de muestreo de 11.2896MHz; y DSD512 (alias Octuple-Rate DSD), con una tasa de muestreo de 22.5792MHz. Todos estos formatos DSD de mayor resolución estaban destinados al uso de estudio en contraposición con el consumo, pero ya existen bastantes compañías que venden grabaciones en estos formatos.
Tenga en cuenta que Double, Quad y Octuple DSD son múltiple de 44.1kHz y una frecuencia de muestreo múltiple de 48kHz para división igual al 100% hasta 44.1kHz Red Book o 96kHz y 192kHz High-Definition PCM.
Esperamos haber aclarado un poco las diferencias entre los formatos DSD y PCM, esperamos no haber caído en demasiados datos técnicos que inevitables pero que a veces colocan una neblina sobre la explicación.
Seguiremos con el formato MQA en un próximo post.
