DSD (Direct Stream Digital) - однобітний аудіоформат, розроблений компаніями Sony і Philips, в якому використовується кодування плотностно-імпульсної модуляції Pulse Density Modulation (PDM), різновид сигма-дельта-модуляції, що застосовується для зберігання звукозаписів на оптичному носії SACD (Super Audio CD ).

Спочатку SACD передбачався як архівний формат звукозаписуючої компанії Sony Music для перекладу музичного архіву у цифровий формат.

Аналоговий звуковий сигнал конвертується в цифровий за допомогою дельта-сигма модуляції при частоті дискретизації 2 822,4 кГц (в 64 рази більше, ніж у CD Audio при частоті 44,1 кГц), але з дозволом 1/16 від дозволу в 16 біт. Для зниження рівня шумів в межах приватного діапазону корисного сигналу використовується технологія «Формування шуму» (переміщення частотного спектра шуму дискретизації у верхню чи нижню октави за межі чутного діапазону) реалізується можливістю використання супердискретизації сигналу 64х для зменшення шуму і спотворень, викликаних похибкою квантування аудіо сигналу до одного бита.

Надмірне семплування має велике значення при усуненні шумів квантування, що вносить квантувач. Оскільки сигнал передискретизований, сусідні відліки корелюють один з одним. У підсумку так званого «мережевого ефекту» потужність шуму в частотному діапазоні, займаному корисним сигналом, зменшується пропорційно підвищенню частоти дискретизації. Таким чином, відношення сигнал/шум збільшується, коли частота дискретизації стає більшою. Передискретизація дозволяє уникнути необхідності попереднього фільтрування і зберігає гармоніки в їх первинному стані. Фазова характеристика стає більш схожою з високочастотною характеристикою аналогових систем.

Позитивна зміна амплітуди буде представлено всіма «1». Негативна - всіма «0». Нульова точка буде представлена зміною двійкового числа. Оскільки значення амплітуди аналогового сигналу в кожен момент представлено у вигляді щільності імпульсів, цей метод іноді називають плотностно-імпульсною модуляцією Pulse Density Modulation (PDM).

Переваги формату DSD

• чудові частотні і фазові характеристики
• стійкість до спотворень
• простіша обробка та комутація
• зниження впливу помилок
• можливість удосконалення без шкоди для сумісності носіїв
• oднобітний формат DSD не потребує кадрової структури і не вимагає багаторозрядних шин, що дає кілька важливих технічних переваг:
• з'єднання здійснюється однією парою провідників (як в аналоговій техніці)
• немає необхідності створення буфера для зберігання багаторозрядного слова. Оскільки система однорозрядна, немає також необхідності ускладнювати її синхронізацією
• ефекти затримок відліків (джиттер) незначні, оскільки затримка декількох відліків при передискретизації робить на аудіосигнал мінімальний вплив, так як навіть при самій високій частоті сигналу становить малу частину періоду; в багаторозрядних системах затримка на один відлік буде дорівнювати вже половині періоду високочастотних компонентів сигналу.
• блоки обробки і мікросхеми мають менше з'єднань і можуть використовувати послідовний інтерфейс.
• DSD здатний забезпечити динамічний діапазон 120 дБ від 20 Гц до 20 кГц. Значне підвищення рівня шуму відбувається за межею чутного діапазону понад 20 кГц

Застосування технології DSD

DSD-диск - оптичний диск (DVD-R, DVD + R, DVD-RW або DVD + RW), що містить файли DSD з розширенням * .DSF, який може програватися на комп'ютері або іншому обладнанні, що підтримує відтворення цих файлів. Містить аудіофайли високого дозволу з частотою дискретизації 2822,4 кГц. Якість аудіозапису на DSD-диску така ж, як на SACD, з тією відмінністю, що на першому не може бути записаний багатоканальний сигнал. Фірмою Sony розроблена специфікація під назвою DSD Disc Format, якою користуються деякі звукозаписні фірми для випуску DSD-дисків. Цей формат є відкритим, і за наявності спеціального ПО такий диск може бути підготовлений в побутових умовах і містити файли DSD, отримані, наприклад, через Інтернет. Фірма Mytek Digital випускає відмінні ЦАП здатні безпосередньо обробляти DSD потік, дуже популярний їх продукт Mytek Digital Stereo192-DSD DAC Black Preamp Version.

З 2010 року в Інтернеті стали поширюватися аудіофайли DSD, що мають розширення DSDIFF або DSF. За допомогою спеціального ПЗ і ЦАПа вони можуть відтворюватися на комп'ютері, або можуть бути перетворені в ІКМ-файли для подальшого прослуховування.

Порівняння DSD з PCM

Звук SACD зберігається у форматі, званому Direct Stream Digital (DSD), який відрізняється від звичайного PCM (Імпульсно-кодова модуляція - ІКМ) використовуваного в компакт-дисках або в звичайних комп'ютерних аудіо системах.

Рекордер Direct Stream Digital (DSD) використовує модуляцію сигма-дельта. Дозвіл DSD становить 1 біт з частотою семплування 2,8224 МГц. Вихідний сигнал рекордера DSD чергується між рівнями положень "ввімкнено" і "вимкнено" і являє собою двійковий сигнал - bitstream. Довгостроковий середній коефіцієнт цього сигналу пропорційний вихідному сигналу. У DSD використовуються методи формування шуму для того, щоб вивести шуми за межі чутного діапазону. В принципі, збереження потоку bitstream в DSD дозволяє програвачу SACD використовувати базову (однобітну) схему ЦАП, яка включає в себе аналоговий фільтр низького порядку. Формат SACD здатний передавати динамічний діапазон 120 дБ від 20 Гц до 20 кГц і розширений частотний діапазон до 100 кГц, хоча більшість наявних в даний час плеєрів заявляють верхню межу 80-90 кГц, а 20 кГц є верхньою межею сприйняття людського слуху.

Через те, що було надзвичайно важко здійснити DSP операції (наприклад роботу з еквалізацією, балансом, панорамуванням та іншими змінами в цифровому вигляді) в 1- бітному середовищі, а також поширеності студійного обладнання, такого як Pro Tools, яке виключно працює на основі PCM, переважна більшість дисків SACD - особливо рок і сучасна музика, яка спирається на багатоканальну техніку - фактично мікширувались в PCM, а потім перетворювалася в DSD для мастерингу в SACD.

Для вирішення деяких подібних проблем, був розроблений новий студійний формат, як правило, його називають «DSD-wide», який зберігає високу частоту дискретизації стандартного DSD, але використовує 8-біт, а не однобітовий digital word length, при цьому значною мірою спирається на принцип «формування шуму». Він стає майже таким же, як PCM (його іноді зневажливо називають "PCM - narrow"), але має додаткові переваги і більш практичний при DSP операціях в студії. Головна відмінність у тому, що "DSD-Wide" як і раніше зберігає частоту дискретизації 2,8224 МГц (64Fs) в той час як найвища частота РСМ - 352,8 кГц (8FS). Потім сигнал "DSD-Wide" перетворюється з пониженням в звичайний DSD для мастерингу SACD. В результаті цієї технології та інших поліпшень, в даний час існує декілька цифрових аудіо робочих станцій (DAWs), які працюють або можуть працювати в області DSD, зокрема Pyramix і деякі системи SADiE.

Інший формат для редагування DSD це DXD (Digital eXtreme Definition), формат PCM з 24- бітним дозволом дискретизації 352,8 кГц (або як варіант 384 кГц).

Зверніть увагу, що PCM високого дозволу (DVD-Audio, HD DVD і Blu-ray Disc) і DSD (SACD) все ще можуть технічно відрізнятися на високих частотах. Фільтри відновлення зазвичай використовуються в системах декодування PCM, таким же чином як і раніше, тому зазвичай застосовуються обмежувальні фільтри пропускної здатності в системах кодування PCM. Будь-які помилки або небажані об'єкти, що привносяться такими фільтрами, як правило, впливають на кінцевий результат. Явна перевага DSD, полягає в тому, що подібна фільтрація не використовується. Динамічний діапазон DSD швидко спадає при частотах понад 20 кГц завдяки використанню системи придушення шумів, а також у всіх плеєрах SACD використовується додатковий фільтр низьких частот 50 кГц для забезпечення безпеки, в ситуаціях, коли підсилювачі або колонки не видаватимуть спотворений вихідний сигнал, якщо в сигналі присутній шум понад 50 кГц.