Saturday, 14 October 2017

AMR / iFi補遺のThorsten LoeschとのQ&A:PCM対DSD

実際に「ネイティブDSD」および/またはネイティブPCMを構成するものが実体の問題になっています。 PCMとDSDは根本的に異なるフォーマットです。 PCMとDSDのデジタル化された波形の生のデジタル出力を観察すると、これは明らかです。

各形式にはそれぞれ長所と短所があります。 あるフォーマットから別のフォーマットに変換するたびに、やむを得ない損失が発生します。 さらに悪いことに、このプロセスでは、あるフォーマットを例外的にするものを取り除く傾向があり、同じフォーマットでは他のフォーマットの制限があります。 だから効果的には、それぞれの最高のものではなく、最高のものでもなく、どちらも最悪のものになります。
たぶん少しの歴史があります。 だから私と一緒に耐えてください。
デジタルオーディオは、PCM(日本のEIJA標準14,16ビットPCMを中心に、Deccaのような非標準システム)と、Bitstreamシステムはdbx Model 700の形で主にDSDと似ていますが、劣っています。
元のCD標準のPCMシステムは、音楽信号を22.7マイクロ秒(44.1kHzのサンプルレート)ごとに65536個の値(2 ^ 16-16バイナリ重み付けビット)のうちの1つの値に変換しました。 したがって、アナログシステムの場合と同様に、各時点で、ある基準と比較して定義された絶対値があります。 主な違いは、連続波形がなく、元の波形の近似のような階段であり、正しいアナログローパスフィルタリングが階段波形を「平滑化」することです。
画像として44.1KHz / 16Bit PCMを1秒間に視覚化したい場合は、幅44100ピクセル、高さ65536ピクセルの画像を使用します。 PCMは常に、高度の絶対精度と振幅の分解能を持っていました。 欠点として、私たちは、位相と時間領域の誤差と時間領域の分解能が非常に粗いため、重大な記録時にアナログ信号をローパスフィルタ処理する必要があります。

44.1KHz PCMデジタルオーディオシステム(例:Sony PCM F1)

Loesch氏自身のソニーPCM F1ポータブル録音システム。元はAlan Parsonsが所有していた
比較すると、信号が最後のサンプルに比べて上下に変化した場合、dbxビットストリームシステムは1.55マイクロ秒(644kHzのサンプリングレート - 約DSDの約1/4)を測定しました。 したがって、各点で絶対値はなく、22.7マイクロ秒の長い時間ウィンドウ(これはPCM44.1kHzウィンドウです)では、PCMの65536の値に比べて14.6の値しか表現できません。
より多くの値を表現するためにノイズシェーピングと呼ばれる手法が使用されていますが、時間ウィンドウを長くする必要があります(平均化を適用する)。 DSDのより高いサンプルレートは、この状況をある程度改善します。
画像として644kHzのdbxビットストリームシステムを視覚化したい場合、1秒間で644000ピクセル、高さが2ピクセルの画像が得られます。 シングルビット/ビットストリームシステムは、振幅領域の精度および分解能に欠ける傾向があるが、高い時間領域精度を有する傾向がある。 ボーナス側では、このBitstreamシステムは、PCMで必要とされる種類の急峻なスロープアンチエイリアスフィルタを必要としませんでしたが、ローパスフィルタは依然として必要です。

クラシックビットストリームデジタルオーディオシステム(dbx Model700)

dbxモデル700ビットストリームAD&DAプロセッサ
どちらのシステムでも、再生側にローパスフィルタを使用する必要があり、超音波ノイズと位相/時間領域の誤差を抑えることの間には多種多様なトレードオフがあります。
PCMとBitstreamの間のこの「フォーマット戦争」では、PCMが第1ラウンドを盛り上げて、デジタルオーディオの事実上の標準になり、DVDのオーディオシステムとして、後でCDの標準となりました。 ポータブルセミプロソニーPCM-F1とスタジオプログレードソニーPCM1630は初期のデジタル録音のデファクトスタンダードとなりましたが、dbxモデル700はほとんどの人にとって歴史の傍点にすぎません。

appx。 90年代後半のデジタルオーディオシステム - 16ビット/ 44KHzまたは24Bit / 96KHzのシングルビットADCからシングルビットDACへのCDまたはDVD
真のPCMオーディオ録音と再生では、録音中のマルチビットアナログ - デジタルコンバータ(ADC)とマルチビットデジタル - アナログコンバータ(DAC)を使用しました。 このようなマルチビット変換器は、複雑で時間がかかり、したがって製造コストが高いが、デジタルオーディオの最初の10年間を支配していた。
これに比べて、シングルビット/ビットストリームタイプのADCとDACは、製造がずっと簡単で安価です。 ハードウェア(ADCおよびDACチップ)市場は90年代前半に真のPCMから離れてシングルビット/ビットストリームコンバータに移行しました。

クリスタルCS4303デルタシグマDACおよび旭化成AK5327デルタシグマADC
例外が存在しました。 しかし、1990年代後半には、Multibit ADCシステムを作る最後のホールドアウトは、モデル1(太平洋マイクロソニック)とそれに続く、ほぼ同じモデル2でした。 オーディオ用のマルチビットDACは長い間ハングアップしていましたが、ローエンドは安価なシングルビット/ビットストリーム・デバイスに支配されていましたが、より極端なUltra-Fidelity再生システムでは現在も使用されています。
ADCとDACのほとんどがシングルビット/ビットストリームデバイスであるが、ADCシングルビット/ビットストリームをCDMでPCMに変換した後、シングルビット/ビットストリームに変換したCD PCM信号から変換する必要があった/ビットストリームをシングルビット/ビットストリームDACによって出力することができます。 このようなダブルコンバージョンは、実際には最悪のシナリオです。情報の損失が2回、結果として音質が2倍になってしまいます。 いわゆるラウドネス戦争と並行して、90年代半ばから00年代にかけて、商業音楽の録音品質は10年で非常に低くなりました。
したがって、1990年代半ば以降にリリースされた多くの「PCM」レコーディングは実際にはシングルビットADC(DSDに近いもの)から供給されていて、市販されていても編集、マスタリング、リリース用にPCMに変換されている「HD」PCMとして。

ヤマハ01Vデジタルミキサー(シングルビットADC搭載、16ビットPCM出力、CDからMarantz CD-Player、シングルビットDAC付)
実際、Pacific Microsonics Model 1または2で録音されたレコーディングは、実際には真のHD PCMと見なすことができます。そのようなコンバータは非常にまれです。そのような録音もあります。 したがって、実際の「PCM」オーディオ、それほど「HD」PCMオーディオでさえも本当に多く聞いた人はほとんどいません。 悲しい事実だが真実。

appx。 90年代後半のHD PCMデジタルオーディオシステム - Pacific Microsonic Model 2 Studio 24ビット/ 176.4KHzマルチビットAD / DAプロセッサ(HDCD搭載)
90年代後半の問題点(そして商業上の理由など)に照らして、ソニーとフィリップスは商用BitstreamフォーマットをDSDという商品名で発売しようとしました。 最初はアーカイブ形式として、その後はスーパーオーディオCD(SACD)と呼ばれるCDの代替形式として使用されます。 DSDは、シングルビット/ビットストリームを直接取り込み、それを記録することによってシングルビットからPCMへの変換を排除します。 そのため、DSD / SACDは、シングルビット/ビットストリームADCのソースであるCDの大幅な改善であり、シングルビット/ビットストリームDACを介して再生されました。

appx。 90年代後半のDSDデジタルオーディオシステム - SACD
しかし、Bitstream形式のマーケティングに関するこの試みは、成功によっても祝福されませんでした。 この間、ビニールの売上はSACDのそれを凌駕し続けました。
より高いサンプルレートとより長い語長の録音がDVDと映画の標準となったことで、ハードウェア業界は「CD」以上の品質を実現できるADCとDACソリューションを提供することに圧力をかけられました。 彼らは一般的にシングルビット/ビットストリーム技術にはあまり適していないことが多く、いわゆる「ハイブリッド」システムの様々なものが新しい標準となった。ここでは数ビットの「マルチビット」変換がビットストリーム変換と組み合わされている。

appx.2013典型的なDSDリバイバルデジタルオーディオシステム - 「DSD対応DAC」
この技術を使用しているこれらのADCとDACの中で最高のものが得られ、この技術は現在変換の新しい標準として有効です。 もちろん、ここに問題があります。 我々は現在、6-8ビットと256またはさらに512倍のオーバサンプリングで動作するADCと、同様の仕様を持つDACを持っています。 これは、多分、24ビット768KHz対応の真のマルチビットADCまたはDACとはまったく同じではありませんが、原則として、従来のシングルビット/ビットストリームデバイスを超える可能性があります。
しかし、これらのADCとDACの間の「トランスポート」は、さまざまな速度のDSDまたはさまざまな速度のPCMとしてのみ利用できます。 この新しいシステムには「ネイティブ」フォーマットはありません。 これは、DSDが解決しようとした問題と同じ問題を再現しましたが、より高いレベルの品質です。 録音を解放するには、DSDまたはPCMのいずれかに変換する必要があり、どちらの変換でも元の録音の独自の品質が失われます。
私たちが352.8KHz(DXD-PCM)の24ビットから2.822MHz(DSD)の1ビットに変換する場合、PCMフォーマットが可能な振幅情報の99.96%を捨てる必要があります。 DSDシステムが可能な時間領域情報の12.5%。
DSDからDXDに変換すると、1ビットの2.822MHzから24ビットの352.8kHzになります。DSDの時間領域情報の87.5%を捨てる必要がありますが、理論的にはこれをすべて振幅に再マップすることができますドメイン。
実際には、実際には、最高のものではなく、両方のフォーマットの中で最悪のものが得られます。
これらのADC / DAC部品は、一般に、PCMで記録/編集/マスタリング/リリースがすべて行われるPCM支配市場向けに開発されたため、これらのADCは一般にPCMを出力し、DACはPCM入力を期待しており、この操作。
DSDはしばしば単なる補足として追加され、「流行語の順守」を提供するために追加されます。 例えば、このようなDACの多くは、デジタルフィルタリングとデジタルボリューム制御を備えた完全なPCMオーディオパスを備えています。 内部では、まずDSMがPCMに変換され、その後デジタル的にフィルタリングされ(PCMをDSDデータストリームに変換するすべての問題が追加されます)、最後にMultibit Delta Sigmaに変換されます。 したがって、私たちはDACチップと呼ぶブラックボックスの中心部で望ましくない変換2倍にしました
最後に、私たちは過去から現在そして "ネイティブ" DSDとPCMに戻ります。 実際にDSDを最高にしたい場合は、最初にPCMに変換し、それをPCMとして処理し、マルチビットデルタシグマとして再生することは、DSDを直ちにPCMに変換してPCMとして解放することと変わりはありませんこれは、いわゆる「DSD DAC」の多くで起こります。

Mac / Audirvanaで再生されたファイルへのDSD出力とハイブリッドDACによる「Brand X」「DSD DAC」を搭載したシングルビットADC
PCMとDSDリリースの間でこのようなコンバータで聞こえる音の違いは、フォーマットについてではなく、変換アルゴリズムについて厳密に言います。 オリジナルの手の届かないDSDストリームと比較した音質の損失は避けられません。
理想的には、元のADCソースが何であっても、真のマルチビットDACを使用してPCMをPCMとして再生することが理想的です。 DSDを純粋なデルタシグマとして再生します(元のADCソースが何であっても、操作と損失の一段階を節約します)。 これが私たちの願いであれば、DACの最新の「フラッグシップ」運賃が非常に悪いことがわかります。 彼らはPCMとDSDの両方を網羅します。
iDSD nano(および今後発売予定のiDSDシリーズ)では、これを実現するために尽力しています。 DSDとPCMの両方をかなり扱う容易に利用可能なDACチップを見つけることは困難でした。 メーカーは一般的に、チップセット内で何が起こっているのかについてはまったく気にしていないので、実際に何が実際に起こっているのかを把握するために、部品を詳細にテストしなければならないことがよくあります。
私たちがiDSD nanoで使用しているDACチップは、物事を扱うには珍しい方法を提供しています。 PCMオーディオの上位6ビットに6ビットのマルチビットDACを使用しており、有名なBurr BrownマルチビットDACの暖かさとスラムを提供します。 これ以下のビットは、低速デルタシグマ変調器(実際にはDSD256)で変換され、デルタシグマDACとDSDの平滑性がPCM再生で得られます。
DSDを再生する場合、DSDビットストリームをアナログに直接変換するために同じデルタシグマ変調器が使用されます。 もちろん、DSDにはデジタルフィルタリングがなく、デジタルボリュームコントロールもないため、これらの機能をアナログドメインに追加する必要があります。 結局、彼らは私の養子縁組(イングランド)で言うように - "プディングの証拠は食べている"。