Tìm hiểu về mã hóa DSD trên đĩa SACD

Tuy đĩa SACD không có cơ hội được phổ biến như CD, di sản mà Sony / Philips để lại vẫn mang một dấu ấn rất lớn, tác động đến nhạc số hiện nay.

Các định dạng nhạc số ban đầu đều được mã hóa từ định dạng PCM. Tuy nhiên, Sony và Philips đã phát triển cho SACD một phương thức khác hoàn toàn, tên là Direct Stream Digital (DSD). Thay vì lấy mẫu sóng âm với tốc độ chậm, chỉ 44100 lần mỗi giây và gán vào một số nhị phân 16-bit, DSD lấy mẫu với tốc độ lên đến 2 triệu 822 nghìn 400 lần mỗi giây. Mỗi mẫu này lại chỉ có độ dài mẫu (bit depth) là 1 bit. Nếu như biên độ của sóng âm tăng, số nhị phân “1” sẽ được ghi lại. Trong trường hợp biên độ sóng âm giảm, số nhị phân “0” được ghi lại. Tín hiệu âm thanh nếu dương toàn thang đo sẽ chỉ biểu diễn bằng số nhị phân 1, ở dạng âm toàn thang đo sẽ được biểu diễn hoàn toàn bằng số nhị phân 0. Thông tin trong bản nhạc được lưu theo độ rộng của xung, do đó phương pháp mã hóa này còn được gọi là điều biến độ rộng xung (pulse width modulation – PWM). Tốc độ dữ liệu của định dạng PCM bằng 4 lần mã hóa 16-bit / 44.1kHz (vì 44,100 x4 = 2,822,400 bit / giây).

Điểm thú vị nằm ở chỗ chuỗi xung của mã hóa DSD nhìn rất giống định dạng analog. Hơn nữa khi đổi chuỗi xung này ra rất đơn giản, chỉ cần cho xung này đi qua một bộ lọc thông thấp analog là được.

dinh dang DSC

Chuỗi bit của định dạng DSD là một chuỗi các xung chứa bit đơn.

Trên thực tế, tín hiệu DSD mã hóa có chứa quá nhiều nhiễu ồn nên không thể chuyển trực tiếp thành định dạng analo. Vì các nhiễu này phân bố đều trên một phổ rất rộng, người ta áp dụng một công nghệ gọi là “định hình nhiễu” để chuyển các nhiễu ồn này ra khỏi khoảng tần số tai người nghe được, chuyển lên phạm vi các dải cao hơn. Mặc dù lượng nhiễu của tín hiệu vẫn còn giữ nguyên, lượng nhiễu trong khoảng nghe được đã giảm đi thấy rõ.

DSD có thể thu lại các tần số lên đến 100kHz – cao hơn nhiều so với 20kHz của tần số lấy mẫu cơ bản 44.1kHz. Bên cạnh đó, tỉ lễ tín hiệu / nhiễu ồn (cách biệt giữa âm thanh có âm lượng lớn nhất được thu lại với mức nhiễu ồn hệ thống) lên đến 120dB. Con số này cũng đối lập hẳn với tỉ lệ tín hiệu / nhiễu ồn 98dB của các định dạng 16-bit. Dù vậy, cũng cần nói rõ rằng DSD không thể đạt tỉ lệ tín hiệu / nhiễu ồn 120dB cho toàn dải 100kHz mà chỉ duy trì được trong phạm vi 20kHz. Đó là vì công nghệ “định hình nhiễu” kể ở trên đã giảm lượng nhiễu trong khoảng 20kHz đi đáng kể. Một trong những ưu điểm của DSD là việc loại bỏ những bộ lọc phức tạp ra khỏi đường tín hiệu. Quá trình mã hóa âm thanh digital thông thường đòi hỏi phải có bộ lọc decimation và bộ lọc oversampling và các bộ lọc này đều gây ra nhiễu ồn cũng như lỗi. Vì thế DSD là phương pháp lưu trữ nhạc số trực quan hơn hẳn.

chuoi so sanh nhieu

So sánh nhiễu trên PCM và DSD, nhiễu trên DSD dồn gần như toàn bộ về các dải cao

Hơn thế nữa, chuỗi xung của DSD có thể chuyển sang dạng 16-bit / 44.1 kHz với một quá trình xử lý tương đối đơn giản. Các băng master DSD có thể dùng làm nguồn cho lớp định dạng chất lượng cao cũng như lớp định dạng chất lượng cơ bản trên đĩa SACD. Điểm thú vị là ưu thế về chất lượng của DSD có thể chuyển sang cho định dạng 16-bit / 44.1kHz. Khi nghe so sánh chất lượng nhạc DSD với phiên bản DSD hạ chất lượng còn 16-bit / 44.1kHz và bản thu gốc 16-bit / 44.1kHz, có thể thấy phiên bản DSD hạ chất lượng tốt hơn hẳn so với phiên bản gốc chuẩn chất lượng CD.

Trước khi lưu trên đĩa master SACD, chuỗi bit của DSD sẽ được nén lại để tiết kiệm dung lượng. Chẳng hạn, một dãy 8 số 0 liên tiếp có thể mã hóa thành 8×0 (trên thực tế việc nén này phức tạp hơn nhiều). Không giống như các hệ thống nén mất chất lượng vốn bỏ đi một phần tín hiệu bị cho là không nghe được, các hệ thống nén dùng cho SACD đảm bảo độ chính xác đến từng bit dữ liệu để mã hóa hiệu quả hơn. Hệ thống nén này chính là thứ cho phép DSD lưu cả tín hiệu âm nhạc stereo 2 kênh và 6 kênh lên lớp đĩa độ phân giải cao.

Một nhược điểm của DSD là mọi thiết bị thu âm, mixing, master và xử lý tín hiệu đều dựa trên kỹ thuật điều chế mã xung (PCM). Kết quả là nhiều đĩa SACD được thu trực tiếp thành định dạng DSD mà không được trải qua quá trình mixing hay xử lý sau khi thu. Phương pháp này giữ nguyên chất âm thuần khiết nhất, rất thích hợp cho các bản thu chuyên nghiệp dành cho audiophile, nhưng nó không phù hợp với toàn ngành âm nhạc. Sony hiện đang cung cấp các thiết bị dùng cho định dạng DSD cũng như đào tạo kỹ sư thu âm và mixing, nhưng số lượng vẫn còn khá hạn chế.

Đối với các ampli class D, mã hóa DSD đem đến khả năng chuyển đổi chuỗi bit điều chế độ rộng xung trực tiếp thành analog. Thay vì phải đổi chuỗi bit DSD thành analog rồi mới khuếch đại theo cách thông thường, chuỗi bit DSD có thể đưa trực tiếp vào mạch class D, với xung sẽ ngắt và mở transistor đầu ra của ampli. Đầu đĩa SACD sẽ đưa tín hiệu DSD trực tiếp vào ampli với tầng đầu ra hoạt động giống như một DAC.

Các bạn có thể tham khảo các sản phẩm khác tại đây

Những điều cần lưu ý khi chăm sóc đĩa than

Nguyễn Hào