DSD vs PCM : Mythes et réalités
Le Direct Stream Digital (DSD) est devenu un sujet majeur dans le domaine de l'audio haut de gamme. Son codage et son décodage simplifiés, associés à des fréquences d'échantillonnage ultra-élevées, promettent des performances inégalées. S'agit-il de ce que nous attendions ou d'un simple marketing de masse ? Ce billet fait la part des choses entre le battage médiatique et les faits techniques. Nous expliquerons en quoi le DSD présente des avantages et en quoi la modulation de code par impulsion (PCM) est meilleure.
En 1979, Philips et Sony ont collaboré pour définir une nouvelle norme pour un format numérique grand public. Philips voulait un disque de 20 cm, mais Sony voulait un disque de 12 cm pouvant être lu sur un appareil portable plus petit. En 1980, ils ont publié la norme CD-DA (Red Book) et le marché de masse de la musique numérique était né. Au début de l'ère numérique, beaucoup ont dit en plaisantant que le CD était un "disque compromis".
DSD vs PCM : Mythes et réalités
Le passage du PCM au DSD n'a pas été différent. Au début des années 1990, Sony souhaitait disposer d'un support à l'épreuve du temps et moins coûteux pour stocker ses masters analogiques. En 1995, ils ont conclu que le stockage d'un signal 1 bit directement de l'analogique au numérique leur permettrait de diffuser dans tous les formats numériques grand public imaginables. Cette nouvelle technologie 1 bit a été obtenue en faisant fonctionner la broche de contrôle sur la nouvelle puce Crystal BitStream DAC 1 bit à une vitesse de 2,8 Mhz.
Plus tard, la division grand public de Sony est passée au DSD et a travaillé avec Philips pour créer le format SACD. Bien entendu, à l'époque où le SACD a été conçu, les fabricants de puces DAC étaient plus avancés et capables d'atteindre des taux d'échantillonnage plus élevés de 128fs et une résolution plus élevée de 5 bits au lieu de 1 bit.
Bien avant que les formats DVD, SACD ou DSD ne soient développés, la puce DAC BitStream a été introduite sur le marché grand public comme une alternative moins chère à la puce DAC multibits R-2R, beaucoup plus onéreuse. Les puces DAC BitStream disposent d'algorithmes intégrés pour convertir l'entrée PCM en DSD, qui est ensuite converti en analogique. Une fois de plus, cela a permis de réaliser d'importantes économies au détriment de la qualité du son.
C'est en partie grâce à la technologie BitStream DAC que nos équipements audio 7.1 modernes ont pu être intégrés dans des formats vidéo. Elle a également permis aux fabricants d'électronique de commercialiser des lecteurs de DVD dotés de petits boîtiers et d'alimentations bon marché, qui pouvaient être vendus pour moins de 10 000 ptas (aujourd'hui 60 euros). Les audiophiles ont une fois de plus été oubliés.
En résumé, l'industrie de la musique enregistrée a pris décision après décision pour maximiser ses profits et se concentrer sur la consommation de masse au détriment de l'audiophile puriste. Une leçon d'histoire.
La technologie DSD vs PCM
Les enregistrements PCM sont disponibles dans le commerce en 16 bits ou 24 bits et à différentes fréquences d'échantillonnage, allant de 44,1 kHz à 192 kHz. Le format le plus courant est le CD Red Book 16 bits avec une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz. Les enregistrements DSD sont disponibles dans le commerce en 1 bit avec une fréquence d'échantillonnage de 2,8224 MHz. Ce format est utilisé pour le SACD et est également connu sous le nom de DSD64.
DSD vs PCM : Mythes et réalités
Il existe des formats DSD plus modernes et à plus haute résolution, tels que DSD128, DSD256 et DSD512, qui sont expliqués plus loin. Ces formats ont été développés pour les studios d'enregistrement et ne représentent qu'une très petite partie des enregistrements disponibles dans le commerce.
Bien qu'aucune comparaison directe ne puisse être faite entre la résolution du DSD et celle du PCM, plusieurs experts ont tenté de le faire. L'un d'eux estime que le DSD 2,8224 MHz avec 1 bit a une résolution similaire à celle du PCM 96 kHz avec 20 bits. Selon une autre estimation, le DSD 2,8224 MHz avec 1 bit est équivalent au PCM 141,12 kHz avec 20 bits ou au PCM 117,6 kHz avec 24 bits.
En d'autres termes, le DSD64, ou SACD, a une résolution supérieure à celle d'un CD 16 bits à 44,1 kHz, à peu près la même résolution qu'un enregistrement PCM 24 bits à 96 kHz, mais pas aussi élevée qu'un enregistrement PCM 24 bits à 192 kHz.
Le DSD et le PCM sont tous deux "quantifiés", ce qui signifie que les valeurs numériques sont ajustées pour être proches du signal analogique. Le DSD et le PCM présentent tous deux des erreurs de quantification. Le DSD et le PCM présentent tous deux des erreurs de linéarité. Le DSD et le PCM présentent tous deux un bruit de quantification qui nécessite l'utilisation d'un filtre passe-bas à la sortie du convertisseur pour éviter de surcharger les amplificateurs et les haut-parleurs avec du bruit à haute fréquence. En d'autres termes, aucun des deux n'est parfait.
Le PCM code l'amplitude du signal analogique échantillonné à intervalles réguliers, et chaque échantillon est quantifié à la valeur la plus proche à l'intérieur d'une gamme de pas numériques. La gamme de pas est basée sur la profondeur de bits de l'enregistrement. Un enregistrement de 16 bits comporte 65 536 pas, un enregistrement de 20 bits comporte 1 048 576 pas et un enregistrement de 24 bits comporte 16 777 216 pas.
Un plus grand nombre de bits et/ou des taux d'échantillonnage plus élevés se traduisent par une plus grande résolution. Cela signifie qu'un enregistrement à 96 kHz/20 bits a une résolution environ 33 fois supérieure à celle d'un enregistrement à 44,1 kHz/16 bits. Il y a donc effectivement de petites différences.
Le DSD code la musique à l'aide de la modulation de densité d'impulsion, une séquence de valeurs d'un seul bit avec une fréquence d'échantillonnage de 2,8224 MHz. La fréquence d'échantillonnage est donc 64 fois plus élevée que celle du CD Red Book (44,1 kHz), mais la résolution de 16 bits n'est que de 1/32 768.
Il existe d'autres formats DSD qui utilisent des fréquences d'échantillonnage plus élevées, comme le DSD128 (également connu sous le nom de DSD à double vitesse) avec une fréquence d'échantillonnage de 5,6448 MHz ; le DSD256 (également connu sous le nom de DSD à quadruple vitesse) avec une fréquence d'échantillonnage de 11,2896 MHz ; et le DSD512 (également connu sous le nom de DSD à octuple vitesse) avec une fréquence d'échantillonnage de 22,5792 MHz. Tous ces formats DSD à plus haute résolution étaient à l'origine destinés à une utilisation en studio plutôt qu'à la consommation, mais de nombreuses sociétés vendent déjà des enregistrements dans ces formats.
Notez que les doubles, quadruples et octuples DSD sont des multiples de 44,1 kHz et ont des fréquences d'échantillonnage qui sont des multiples de 48 kHz pour une division complète vers le Red Book 44,1 kHz ou le PCM haute définition 96 kHz et 192 kHz.
Nous espérons avoir clarifié un peu les différences entre les formats DSD et PCM, et nous espérons ne pas avoir donné trop de détails techniques qui obscurcissent parfois l'explication.