DSD gegenüber PCM

DSD vs. PCM: Mythen und Wahrheit

Direct Stream Digital (DSD) ist zu einem wichtigen Thema im High-End-Audiobereich geworden. Die vereinfachte Kodierung und Dekodierung sowie die ultrahohen Abtastfrequenzen versprechen eine unvergleichliche Leistung. Ist es das, was wir erwartet haben, oder ist es nur Massenmarketing? Dieser Beitrag trennt den Hype von den technischen Fakten. Wir werden erklären, wo DSD seine Vorteile hat und inwiefern die Pulse Code Modulation (PCM) besser ist.

1979 arbeiteten Philips und Sony zusammen, um einen neuen Standard für ein digitales Verbraucherformat zu setzen. Philips wollte eine 20-cm-Disc, Sony hingegen eine 12-cm-Disc, die auf einem kleineren tragbaren Gerät abgespielt werden konnte. Im Jahr 1980 veröffentlichten sie den CD-DA-Standard Red Book (Rotes Buch), und der Massenmarkt für digitale Musik war geboren. Viele scherzten zu Beginn des digitalen Zeitalters, die CD sei eine "kompromittierte Scheibe".

DSD vs. PCM: Mythen und Wahrheit

Der Übergang von PCM zu DSD war nicht anders. Anfang der 1990er Jahre wollte Sony ein zukunftssicheres und kostengünstigeres Medium für die Speicherung seiner analogen Master. Im Jahr 1995 kam das Unternehmen zu dem Schluss, dass die Speicherung eines 1-Bit-Signals direkt von der analogen in die digitale Form die Übertragung in jedes denkbare digitale Verbraucherformat ermöglichen würde. Diese neue 1-Bit-Technologie wurde erreicht, indem der Monitoring-Pin des neuen 1-Bit-Crystal BitStream DAC-Chips mit einer Geschwindigkeit von 2,8 MHz betrieben wurde.

Später wechselte die Verbraucherabteilung von Sony zu DSD und arbeitete mit Philips zusammen, um das SACD-Format zu entwickeln. Zu der Zeit, als SACD entwickelt wurde, waren die Hersteller von DAC-Chips natürlich schon weiter fortgeschritten und in der Lage, höhere Abtastraten von 128fs und eine höhere Auflösung von 5 Bit anstelle von 1 Bit zu erreichen.

Lange bevor DVD-, SACD- oder DSD-Formate entwickelt wurden, wurde der BitStream-DAC-Chip als preiswertere Alternative zum wesentlich teureren R-2R-Multibit-DAC-Chip auf dem Verbrauchermarkt eingeführt. Die BitStream-DAC-Chips verfügen über integrierte Algorithmen zur Umwandlung von PCM-Eingangssignalen in DSD, das dann in ein analoges Format umgewandelt wird. Dies führte wiederum zu erheblichen Kosteneinsparungen auf Kosten der Klangqualität.

Es war zum Teil der BitStream-DAC-Technologie zu verdanken, dass unsere modernen 7.1-Audiogeräte in Videoformate eingebettet werden konnten. Sie ermöglichte es den Elektronikherstellern auch, DVD-Player mit kleinen Gehäusen und billigen Netzteilen auf den Markt zu bringen, die für weniger als 10.000 Ptas (heute 60 Euro) verkauft werden konnten. Die Audiophilen wurden wieder einmal übersehen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Tonträgerindustrie eine Entscheidung nach der anderen getroffen hat, um ihre Gewinne zu maximieren und sich auf den Massenkonsum zu konzentrieren, was auf Kosten des puristischen Audiophilen geht. Eine Lektion in Geschichte.

Die DSD- gegenüber der PCM-Technologie

PCM-Aufnahmen sind im Handel in 16-Bit oder 24-Bit und mit unterschiedlichen Abtastraten von 44,1 kHz bis 192 kHz erhältlich. Das gängigste Format ist die 16-Bit-CD Red Book mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz. DSD-Aufnahmen sind in 1-Bit mit einer Abtastfrequenz von 2,8224 MHz im Handel erhältlich. Dieses Format wird für SACD verwendet und ist auch als DSD64 bekannt.

DSD vs. PCM: Mythen und Wahrheit

Es gibt modernere und höher aufgelöste DSD-Formate wie DSD128, DSD256 und DSD512, die später erläutert werden. Diese Formate wurden für Aufnahmestudios entwickelt und machen nur einen sehr kleinen Teil der kommerziell erhältlichen Aufnahmen aus.

Obwohl kein direkter Vergleich zwischen der Auflösung von DSD und PCM möglich ist, haben sich mehrere Experten an einem solchen Vergleich versucht. Eine Schätzung besagt, dass DSD 2,8224 MHz mit 1 Bit eine ähnliche Auflösung hat wie PCM 96 kHz mit 20 Bit. Eine andere Schätzung besagt, dass DSD 2,8224 MHz mit 1 Bit einer PCM 141,12 kHz mit 20 Bit oder PCM 117,6 kHz mit 24 Bit entspricht.

Mit anderen Worten: DSD64 bzw. SACD hat eine höhere Auflösung als eine 16-Bit-CD mit 44,1 kHz, etwa die gleiche Auflösung wie eine 24-Bit-PCM-Aufnahme mit 96 kHz und nicht so hoch wie eine 24-Bit-PCM-Aufnahme mit 192 kHz.

Sowohl DSD als auch PCM sind "quantisiert", d. h., die Zahlenwerte werden so angepasst, dass sie dem analogen Signal nahe kommen. Sowohl DSD als auch PCM haben Quantisierungsfehler. Sowohl DSD als auch PCM weisen Linearitätsfehler auf. Sowohl DSD als auch PCM weisen Quantisierungsrauschen auf, das die Verwendung eines Tiefpassfilters im Ausgang des Konverters erfordert, um eine Überlastung von Verstärkern und Lautsprechern mit hochfrequentem Rauschen zu vermeiden. Mit anderen Worten: Keines der beiden Systeme ist perfekt.

PCM kodiert die Amplitude des abgetasteten analogen Signals in gleichmäßigen Intervallen, und jede Abtastung wird auf den nächstgelegenen Wert innerhalb eines Bereichs von digitalen Schritten quantisiert. Die Anzahl der Schritte hängt von der Bittiefe der Aufnahme ab. Eine 16-Bit-Aufnahme hat 65.536 Schritte, eine 20-Bit-Aufnahme hat 1.048.576 Schritte und eine 24-Bit-Aufnahme hat 16.777.216 Schritte.

Mehr Bits und/oder höhere Abtastraten führen zu einer höheren Auflösung. Das bedeutet, dass eine 96-kHz/20-Bit-Aufnahme etwa die 33-fache Auflösung einer 44,1-kHz/16-Bit-Aufnahme hat. Es gibt also tatsächlich kleine Unterschiede.

DSD kodiert Musik mittels Pulse Density Modulation, einer Folge von Einzelbitwerten mit einer Abtastrate von 2,8224 MHz. Dies ergibt eine 64-mal höhere Abtastrate als bei der Red Book CD mit 44,1 kHz, aber nur 1/32.768 der 16-Bit-Auflösung.

Es gibt weitere DSD-Formate, die höhere Abtastraten verwenden, z. B. DSD128 (auch bekannt als Double-Speed-DSD) mit einer Abtastrate von 5,6448 MHz, DSD256 (auch bekannt als Quad-Rate-DSD) mit einer Abtastrate von 11,2896 MHz und DSD512 (auch bekannt als Octuple-Rate-DSD) mit einer Abtastrate von 22,5792 MHz. Alle diese DSD-Formate mit höherer Auflösung waren ursprünglich für den Studioeinsatz und nicht für den Konsum gedacht, aber es gibt bereits viele Unternehmen, die Aufnahmen in diesen Formaten verkaufen.

Beachten Sie, dass Double, Quad und Octuple DSD Vielfache von 44,1 kHz sind und Abtastraten haben, die Vielfache von 48 kHz sind, um eine vollständige Teilung zu Red Book 44,1 kHz oder 96 kHz und 192 kHz High-Definition PCM zu erreichen.

Wir hoffen, dass wir die Unterschiede zwischen DSD- und PCM-Formaten ein wenig verdeutlicht haben, und dass wir nicht zu viele technische Details genannt haben, die manchmal die Erklärung trüben.