DSD форматы DSF и DFF: как однобитная технология плотностно-импульсной модуляции изменила мир цифрового аудио

Помню, как впервые услышал запись в формате DSD. Это было похоже на то, словно между мной и музыкантами внезапно исчезла невидимая стена. Звук лился естественно, без той самой "цифровой жёсткости", которую многие из нас научились игнорировать, слушая обычные компакт-диски. Именно тогда понял: технология Direct Stream Digital - это не просто очередной формат, а принципиально иной подход к сохранению музыки.

Когда в конце 1990-х компании Sony и Philips представили DSD, мало кто мог предположить, что этот формат переживёт несколько технологических эпох и в итоге найдёт своё место в мире современного цифрового аудио. Сегодня файлы DSF и DFF прочно обосновались в коллекциях аудиофилов, а технология, созданная для архивации старых аналоговых лент, превратилась в стандарт высококачественной звукозаписи.

Рождение технологии: когда один бит победил шестнадцать

Представьте такую ситуацию: вы стоите перед выбором. Можно идти проверенным путём и использовать сложную многоразрядную систему с кучей проводов и схем, а можно пойти совершенно иным маршрутом, радикально упростив всё до одного бита. Звучит безумно? Именно так думали инженеры Sony, разрабатывая архивный формат для оцифровки музыкального наследия компании Sony Music.

В середине 1990-х годов стояла серьёзная задача: перевести в цифру тысячи аналоговых записей так, чтобы не потерять их душу. Традиционный PCM формат с импульсно-кодовой модуляцией работал хорошо, но требовал громоздкого оборудования и сложных преобразований. Тогда инженеры обратили внимание на технологию, которая уже использовалась внутри цифро-аналоговых преобразователей - сигма-дельта-модуляцию.

Суть гениально проста. Вместо того чтобы замерять точное значение амплитуды звуковой волны десятки тысяч раз в секунду (как делает PCM), DSD фиксирует только одно: растёт амплитуда или падает. Если растёт - записывается единица, если падает - ноль. Этот метод получил название плотностно-импульсной модуляции, потому что информация о звуке закодирована в плотности единиц и нулей.

Казалось бы, как один бит может конкурировать с шестнадцатью? Секрет в скорости. DSD измеряет изменения с частотой 2822,4 кГц - это в 64 раза быстрее, чем CD с его 44,1 кГц. Такая бешеная скорость передискретизации позволяет уловить мельчайшие нюансы звука, которые ускользают от обычных форматов.

SACD: великая попытка изменить мир домашнего аудио

К 1999 году Sony и Philips решили, что технология DSD достаточно созрела для потребительского рынка. Так родился Super Audio CD - носитель, который должен был заменить обычный компакт-диск. Идея выглядела беспроигрышной: диск того же размера, но с потрясающим качеством звука и возможностью многоканального объёмного звучания.

SACD мог хранить до 4,7 гигабайт данных на однослойном диске и до 8,5 гигабайт на двухслойном. Но настоящей изюминкой стали гибридные диски. Они содержали два слоя: обычный CD-слой на глубине 1,2 миллиметра и DSD-слой на глубине 0,6 миллиметра. Когда такой диск помещали в обычный CD-плеер, инфракрасный лазер проходил сквозь DSD-слой и читал знакомый Red Book формат. А вот SACD-плеер с красным лазером останавливался на DSD-слое, извлекая музыку в высоком разрешении.

Динамический диапазон SACD достигал 120 децибел в слышимом диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, а частотная характеристика простиралась до 100 килогерц. Для сравнения: обычный CD ограничен 96 децибелами и 22 килогерцами. Разница колоссальная, особенно если учесть, что передискретизация позволяла избежать агрессивной фильтрации на входе, сохраняя гармоники практически в первозданном виде.

Но рынок оказался жесток. В 2001 году появился iPod, а вместе с ним началась эра цифровых загрузок. Люди массово выбирали удобство портативных MP3-плееров вместо качества звука. К тому же развернулась настоящая война форматов: конкурирующий DVD-Audio от консорциума Toshiba отбирал долю рынка, хотя парадоксально требовал в четыре раза больше лицензионных отчислений. К 2007 году стало ясно: SACD не станет массовым форматом. Однако смерть не наступила - формат нашёл свою нишу среди аудиофилов и продолжает жить.

DSF и DFF: два брата с разными характерами

Примерно с 2011 года в интернете начали появляться файлы с расширениями DSF и DFF. Это два разных способа упаковать DSD-аудио в компьютерные файлы, и у каждого свои особенности.

Формат DSDIFF, сокращённо DFF, появился в 2000 году как первый файловый стандарт для хранения Direct Stream Digital. Название расшифровывается как Direct Stream Digital Interchange File Format - формат обмена DSD-данными. По структуре это контейнер, состоящий из информационных блоков различных типов. Стандарт определяет восемь основных типов таких блоков, но также допускает добавление нестандартных. Если программа не распознаёт какой-то блок, она просто пропускает его и продолжает работу.

DFF отлично подходит для профессиональной работы. В нём есть блок с абсолютным временем начала, что критично для студийных приложений. Формат поддерживает сжатие DST - технологию кодирования без потерь, которая в 2005 году стала частью стандарта MPEG-4 Audio. Но есть проблема: DFF плохо работает с метаданными. Технически можно добавить нестандартный блок с информацией об исполнителе, названии трека и обложке альбома, но большинство плееров такие данные не прочитают.

В 2005 году появился DSF - Sony DSD Stream File. Этот формат изначально проектировался для хранения отдельных музыкальных треков с полноценной поддержкой метаданных. DSF использует стандарт ID3v2 - тот самый, что применяется в MP3-файлах. Это означает, что ваш плеер без проблем отобразит название композиции, имя артиста, год выпуска и даже обложку альбома. Более того, DSF гораздо лучше поддерживается современными программами для воспроизведения и конвертации.

С точки зрения качества звука оба формата абсолютно идентичны - они хранят один и тот же однобитный поток DSD. Различия чисто технические. Если планируете слушать музыку на домашней аудиосистеме, выбирайте DSF. Если работаете в профессиональной студии или нужно сжатие DST для экономии места, берите DFF. Кстати, существуют утилиты вроде dff2dsf, которые конвертируют один формат в другой без изменения звуковых данных - это называется bit-perfect конвертация.

Семейство форматов: от DSD64 до космических высот

Базовый DSD с частотой 2822,4 кГц обычно называют DSD64, где цифра обозначает кратность превышения над частотой CD. Но на этом развитие не остановилось.

DSD128, или Double-Rate DSD, удваивает частоту до 5,6 мегагерц. Профессиональное оборудование типа рекордера Korg MR-1000 позволяет вести запись именно в этом формате. Чем выше частота, тем дальше за пределы слышимого диапазона уходят шумы квантования, тем чище звучание в рабочей полосе.

Дальше идут DSD256 (11,2 МГц), DSD512 (22,5 МГц) и даже экзотический DSD1024 с частотой 45,2 мегагерца. Нужны ли такие космические значения? Вопрос спорный. С одной стороны, теоретически запас по частоте даёт ещё более эффективное формирование шума. С другой - требования к оборудованию растут экспоненциально, а разница на слух становится всё менее очевидной.

Интересный момент: для редактирования DSD-файлов приходится их конвертировать в PCM, проводить все операции там, а потом конвертировать обратно. Это связано с тем, что над однобитным потоком невозможно выполнять привычные операции вроде эквализации или изменения динамического диапазона. Для таких задач в 2004 году компания Digital Audio Denmark разработала специальный PCM-формат DXD с разрядностью 24 или 32 бита и частотой дискретизации 352,8 кГц - ровно в 8 раз выше, чем у CD.

Как это работает: магия формирования шума

Ключевая технология, делающая DSD возможным - это noise shaping, формирование шума. Суть в следующем: когда вы квантуете аналоговый сигнал одним битом, неизбежно возникает шум квантования. В обычных условиях этот шум был бы слышен и портил бы музыку. Но передискретизация даёт интересный эффект.

Представьте, что вы измеряете температуру воздуха. Если делать это раз в час, картина будет грубой. Если мерить каждую минуту - детальной. А если каждую секунду? Соседние измерения будут сильно коррелировать между собой, потому что температура не может мгновенно скакать. То же самое с аудиосигналом: при частоте 2,8 мегагерца соседние отсчёты взаимосвязаны, и это позволяет хитрым математическим путём "вытолкнуть" шумовую энергию в ультразвуковую область, выше 20 килогерц.

В результате в слышимом диапазоне шума почти нет, а вся грязь сосредоточена там, где человеческое ухо её не воспринимает. При воспроизведении DSD-поток просто фильтруется, удаляется всё выше 20-30 кГц, и на выходе вы получаете чистейший звук. Фазовые характеристики при этом остаются превосходными, потому что не нужны агрессивные фильтры на входе аналого-цифрового преобразователя.

Практика: где взять и как слушать

Если загорелись желанием попробовать DSD, возникает резонный вопрос: где достать эти файлы? Существует несколько специализированных магазинов аудиофильской музыки. Там можно приобрести альбомы в DSF или DFF, правда, цены заметно выше, чем на обычные MP3 или даже CD.

Для воспроизведения понадобится программный плеер с поддержкой DSD. На Windows популярны Foobar2000 с плагинами, Audirvana, JRiver Media Center. Для Mac подойдут те же Audirvana и JRiver, а также специализированные решения вроде Audiogate. Linux-пользователи могут воспользоваться тем же JRiver или HQPlayer. Владельцы Android-устройств оценят Neutron Music Player или USB Audio Player PRO, а на iOS доступны приложения типа Onkyo HF Player.

Критически важно, чтобы ваш цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) поддерживал DSD. Современные устройства среднего и высшего класса обычно умеют работать с этим форматом нативно через протокол ASIO или DoP (DSD over PCM). Некоторые бюджетные ЦАПы конвертируют DSD в PCM на лету - это не идеально, но всё равно даёт хороший результат.

Многие портативные аудиофильские плееры вроде Astell & Kern поддерживают воспроизведение DSD нативно, причём некоторые модели тянут даже DSD256. Даже отдельные флагманские смартфоны способны воспроизводить DSD-файлы при наличии подходящего программного обеспечения и внешнего ЦАПа.

Споры и реальность: слышна ли разница?

Здесь начинается самое интересное. Технические измерения убедительно показывают преимущества DSD: выше динамический диапазон, шире частотная характеристика, лучше фазовые характеристики. Но слышим ли мы эту разницу реально?

Исследования дают противоречивые результаты. В условиях слепого тестирования, когда слушатели не знают, какой формат звучит, процент правильных определений колеблется около 50-53 процентов. Это статистически значимо, но едва заметно. Когда же люди знают, что слушают SACD или DSD-файл, восторги льются рекой. Классический эффект плацебо в действии.

Мета-анализ 2016 года, охвативший 18 экспериментов с более чем 400 участниками, подтвердил: большинство слушателей не различают форматы стабильно. Но есть нюанс: при использовании высококлассного оборудования, в акустически обработанном помещении, с участием тренированных слушателей разница становится заметной. Один известный звукоинженер говорил, что PCM 96/24 звучит хорошо, но с DSD он слышит выход своего микшерного пульта, а не выход рекордера.

Возможно, дело не только в объективных параметрах, но и в субъективном восприятии. DSD-записи часто описывают как более "тёплые", "аналоговые", "естественные". Многие отмечают отсутствие той самой цифровой жёсткости, характерной для ранних CD. Насколько это реально, а насколько самовнушение - каждый решает сам, основываясь на собственном опыте и возможностях своей аудиосистемы.

Будущее формата: ренессанс в цифровую эпоху

Парадоксально, но DSD переживает второе рождение. После провала SACD на массовом рынке формат казался обречённым. Однако появление быстрого интернета и дешёвых накопителей большого объёма изменило ситуацию. Теперь не нужны физические носители - файлы DSF и DFF можно скачивать и хранить на домашних серверах.

Производители аудиооборудования массово добавляют поддержку DSD в свои устройства. Портативные плееры, стационарные ЦАПы, сетевые стримеры - почти вся техника среднего и высокого уровня теперь умеет работать с Direct Stream Digital. Некоторые стриминговые сервисы начинают предлагать музыку в DSD, правда, пока каталоги невелики.

Классическая музыка и джаз остаются основными жанрами, представленными в DSD. Многие специализированные лейблы ведут запись концертов и студийных сессий сразу в этом формате. Постепенно расширяется и рок-поп-репертуар: переиздаются классические альбомы Pink Floyd, The Rolling Stones, The Who в формате DSD.

Технология продолжает совершенствоваться. Разрабатываются новые алгоритмы конвертации между PCM и DSD, улучшаются методы формирования шума, появляются более эффективные способы сжатия без потерь. Вполне возможно, что через несколько лет DSD512 или даже DSD1024 станут обычным делом для профессиональных записей.

Один момент точно ясен: DSD занял свою нишу и удерживает позиции. Это не формат для всех - слишком специфичны требования к оборудованию, слишком велики размеры файлов, слишком ограничен репертуар. Но для тех, кто ценит качество звука превыше удобства, кто готов вкладываться в аудиосистему и тщательно подбирать записи, Direct Stream Digital остаётся эталоном. И файлы DSF с DFF - не просто контейнеры для хранения музыки, а способ приблизиться к тому самому идеалу звучания, о котором мечтали создатели формата в далёких 1990-х.