浅谈DSD音频 是发展趋势还是厂商噱头
2016-12-21

1,DSD和现行得PCM截然不同
  随着索尼Hi-Res Audio概念的提出以及近期一些支持DSD解码设备的上市,DSD的曝光率似乎又高了起来,同时这也勾起了无数发烧友的好奇心,现今有很多厂商都以此作为宣传和卖点,声称DSD拥有更好音质。但DSD倒底是什么?它和传统的音频文件比起来优势究竟有多大?有没有必要购买支持硬解DSD的设备?使用软件解码可不可以?由于目前DSD音频资源以及支持的设备比较匮乏,因此DSD对于大多数网友是比较神秘的,而这些问题可以说是目前关注度最高的,也是有很多朋友或多或少拥有的疑惑,也将就这些疑问,结合自己的观点为大家谈谈关于DSD的一些事情。

想要了解DSD得先从PCM说起
  说到DSD就不得不提到目前使用广泛的PCM,而我们电脑中常见WAV格式的音频文件其内部封装的正是PCM的音频,苹果的OS X系统下则是采用aiff格式来存储封装PCM的音频。PCM的全称是Pulse-code modulation。中文是脉冲编码调制,是一种音频模拟信号的数字化方法。PCM将信号的强度依照同样的间距分成数段,然后用独特的二进制来量化。将音频模拟信号转变成数字信号的过程是一种调制的过程,从数字信号回制成模拟信号的过程则是解调。

  我们都知道音频信号是一种模拟信号,日常使用的PC则是数字化设备,内部采用存储的是数字信号,因此在PC这些数字设备当中播放音频就必须先将音频进行数字化的存储,PCM则可以看作是这样的一个解决方法,它可以将音频模拟信号转化成数字信号。上图的当中的红色曲线代表了一个正弦波,蓝色的点则是取样点,横坐标是采样频率,纵坐标是采样位深,这样我们就能从正弦波得到9、11、12、13、14等一组数据,而这些数据可以被数字化的设备轻松识别,这个过程可以看作是一个PCM编码的大致原理,同时也可以解释为何我们日常播放的音频当中会注明24bit或是48kHz这些参数。在实际应用当脉冲编码调制肯定不会是那么简单的,通常是由专门的芯片来完成的,这就是ADC(模数转换器)。

  当然我们得到了这些数字化的音频信号后并不能简单的将其存储在CD或是硬盘当中,为了在播放时能够识别不同规格的PCM还需要为其添加一定的标识或是进行分割,因此我们就将PCM封装成了WAV或是aiff格式,当然直接用虚拟信号采样得到的PCM体积是比较庞大,通常还会对PCM进行压缩,类似于ape、flac、tta等就是PCM经过无损编码压缩后的结果,而我们常见MP3、aac等则是经过了有损压缩。
  经过压缩后的PCM在体积上会有不少优势,但播放时需要先将压缩数据解压成还原成PCM才能过DAC芯片解码成模拟音频信号供信号放大器使用。压缩音频编码解码成PCM的过程中并不涉及数字和模拟信号的转换,一般通过CPU即可完成,而PCM还原成模拟信号则需要DAC才可完成,并不能通过CPU来进行,DAC并不是支持解调任何规格的PCM,目前较高规格的PCM可以达到32bit/192kHz,而大多数声卡当中DAC至支持24bit/192kHz的规格,因此播放时还需通过CPU对高规格的PCM进行向下采样。

  说到这里大致可以了解凡事数字信号之间的转换可以通过CPU等数字化的可编程设备来进行,而数字模拟信号之间的转换必须通过专门设计的DAC、ADC进行。 
2,DSD的编码原理以及优势
  现在再回过头来看一下本次的主角DSD,Direct Stream Digital(DSD)是属于索尼和飞利浦的专利技术,这也难怪索尼的高端音频设备会支持。DSD和我们现用这些音频编码格式最大的区别就是它是基于PDM(pulse-density modulation)脉冲密度调制实现,完全有别于基于PCM的音频。PDM是通过密度来表示模拟音频信号的,PDM每次采样的精度都是1bit,从图中可以看出在正弦波波峰的位置几乎都是1,而波谷的位置则是0,因此通过PDM调至的音频信号并不能通过现有的基于PCM的DAC进行解调。
  目前DSD拥有四种不同的采样率2.8224MHz(64Fs)、5.6448 MHz(128Fs)、 11.2MHz(256Fs)和22.5792MHz(512Fs)。DSD使用的最多的场合是Super Audio CD (SACD),这也是目前绝大多数DSD音频的来源,在SACD当中采用的是采样率2.8224MHz的DSD,同时考虑到体积的需求大约在2005年的时候还推出了DSD的无损压缩格式DST(Direct Stream Transfer),DST同样是可以直接使用在SACD当中。

  如果将SACD和CD的参数进行对比的话,可以看到SACD最大的优势是在于6声道音频的支持以及拥有更高的响应频率,但笔者认为SACD的响应频率意义并不大,因为人类听觉的极限频率在20Hz-20kHz,超出20kHz的部分人耳完全无法感知到。但就每秒的比特率来说,SACD当中的DSD达到了5645kbps,而普通的CD则是1411kbps,理论上来说DSD记录了比PCM更多的数据,解调成模拟音频信号时能够带来更小的失真。如果采用22.5792MHz的DSD的话每秒比特率则会翻倍至45160kbps,这数据量是PCM远不能达到的。

  由于DSD采用了和PCM不同的原理进行调制,因此笔者认为DSD的大多数参数,例如位深、采样率等和PCM是没有可比性的,而笔者认为DSD优于PCM的方面主要是以下两点。DSD较大的比特率可以带来更加丰富的声音细节,这点对于发烧友还是一般大众都是非常有用的,而高达20Hz-50kHz的频率响应可能对普通用户来说意义不大。
  1.DSD能够记录更加多的音频数据。
  2.DSD拥有更宽的频率响应。

  DSD既然优于PCM,那为何迟迟无法普及,虽然DSD知名度并不高但从1999年推出至今也有15年的历史了,笔者则认为主要是因为一下这四点,导致DSD普及受阻,就目前的情况来说DSD要想完全普及可能还有很长一段路要走,可能很长一段时间内DSD只是核心音频发烧友的玩物。

  1.消费者缺乏获取渠道,目前只能购买SACD,无法通过时下流行的在线购买数字音乐方式获取。
  2.原生支持DSD解码的设备太少,大多数情况下只能先将DSD转换成PCM在进行播放,无法体验到DSD的优势。

支持DSD解码的美国Cary Audio DMS-500播放器

  3.支持DSD的软件也相当稀少,软件很少原生支持,需要安装插件,播放过程比较麻烦。
  4.DSD属于私有专利,其他厂商跟进支持颇有难度。
  相对于PCM来说DSD确实是能够记录更加多的音频数据,理论上在还原时也能做到更多的细节,但由于缺少硬件、软件的支持以及其他厂商的跟进,使得目前DSD无法被普及,即使你拥有了原生支持DSD的DAC,但因为SACD发行量很少,导致买不到你想要的音乐,更何况现在连原生支持的硬件也不多,DSD要走的路还很长,近几年之内可能并不会普及。因此建议各位烧友完全没有必要盲目的购入原生支持DSD的设备,可能大多数时间用不到其DSD解码功能,更多的还是会把这台设备当作传统设备来用,得不偿失。

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