DSD : tout ce qu'il faut savoir du format Direct Stream Digital

Le DSD (Direct Stream Digital) est un format audio numérique inventé par Philips et Sony en 1999 et utilisé actuellement sur les Super Audio CD (SACD). Réputé être le nirvana en terme de musicalité, le DSD a été mis au point pour corriger les défauts de la norme CD-Audio, notamment la dureté des signaux PCM qui y sont largement sous-échantillonnés.

En effet, si le CD-Audio a rencontré un vif et durable succès à son lancement en 1980, c'est davantage par comparaison avec la qualité perfectible des supports de stockage analogique d'alors qu'étaient la cassette Philips ou le disque vinyle. Évidemment, à écrire cela nous allons faire bondir les fans du microsillon, alors que de gros progrès ont été accomplis en la matière et qu'écouter un vinyle avec une platine et une cellule de qualité est un véritable plaisir.

Retour en 1980, année où Philips et Sony publient le fameux Redbook, la bible du CD-Audio et de la numérisation du son selon la technique de la modulation d'impulsion codée (Pulse Code Modulation en anglais, soit PCM). Il s'agit d'une représentation numérique d'un signal analogique, où la hauteur du signal électrique est prélevée à intervalle régulier. Ce prélèvement est appelé échantillonnage et dans le cas du CD-audio, intervient 44100 fois chaque seconde (pour chaque canal). Chaque échantillon est codé sur 16 bits (binary digits), soit une série de seize 0 ou 1.

Si Philips et Sony ont estimé que 44100 prélèvements par seconde étaient suffisants en 1980, c'est surtout par contrainte technique. Avec cette résolution, un CD-Audio peut contenir 80 minutes de musique. Un doublement de l'échantillonnage aurait divisé par deux cette capacité, sans compter que les décodeurs capables de traiter plus de données auraient été proposés à des prix exorbitants. En réalité, la fréquence de 44100 échantillons /seconde pose un énorme problème technique lors du décodage.

La maladie du CD-Audio - dureté, froideur, manque de naturel - repose précisément sur ces 44100 échantillons/sec, car en pratique la réponse en fréquence permise après décodage ne peut être qu'égale à la moitié des échantillons, soit 22 050 Hz. Au-delà sont codées des informations numériques non pertinentes qu'il ne faut pas décoder, ou tout du moins masquer le plus possible. On utilise ainsi des filtres à pente très raide immédiatement après 20 000 Hz. Résultat, les fréquences harmoniques pourtant essentielles sont tout simplement détruites, au détriment de la musicalité.

Un échantillonnage 64 fois supérieur au CD-Audio

Conscients du problème, Philips et Sony ont donc revu leur copie en 1999 en proposant le SACD et une nouvelle méthode de conversion basée sur la technologie Delta Sigma, plutôt que PCM. Première différence : l'échantillonnage est 64 fois plus fréquent que pour le CD-Audio, avec 2,8 millions de prélèvements par seconde du signal analogique électrique. Seconde différence : le codage de chaque échantillon est réalisé sur 1 bit. Tout comme pour le CD-Audio, les données numérisées ne sont pas toutes utiles et celles jugées non pertinentes sont "rejetées" en fin de bande passante, mais sans nécessité d'un filtre à pente raide pour les éliminer lors du décodage. Conséquence : les harmoniques ne sont pas détruites et la musique présente un naturel tout à fait exceptionnel. Un flux stéréo au format DSD dispose de caractéristiques techniques excellentes : réponse en fréquence jusqu'à 50 kHz et rapport signal/bruit dépassant les 120 dB.

Malgré cette supériorité technologique, le SACD n'a pas eu le succès mérité, la faute à la dématérialisation galopante de la musique, distribuée directement depuis Internet sous forme de fichiers ultra-compressés (MP3, AAC). Toutefois, le format DSD n'est pas mort... loin s'en faut. Ironie du sort, il est même à l'origine de l'essor de la musique numérique en haute définition ces dernières années. En effet, des petits malins ont trouvé il y a quelques temps le moyen d'extraire les fichiers DSD des SACD (pourtant protégés), puis de les convertir au format PCM, sous forme de fichiers FLAC 24 bits et 88,2 kHz. De la disponibilité (pas bien légale) de ces fichiers sur Internet sont nées de nouvelles habitudes de consommation chez les amoureux de musique, comme l'écoute depuis un ordinateur avec un DAC Audio externe de ces fameux fichiers FLAC. Le marché de niche du DAC Audio s'est transformé en eldorado, les audiophiles avertis ayant compris l'intérêt - hautement musical - d'utiliser des convertisseurs externes avec leur ordinateur.

Comment écouter des fichiers DSD ?

Pour décoder un fichier DSD, il faut un DAC spécifiquement conçu pour cela. Or 99 % des DAC embarqués dans les cartes son Hi-Fi, DAC USB externes, amplificateurs home-cinéma ou lecteurs audiophiles ne sont capables que de traiter des signaux... PCM. Rares aujourd'hui sont les électroniques capables de lire nativement le DSD et une conversion PCM en temps réel est donc opérée. Pour autant la qualité reste exceptionnelle. Qu'on se rassure, les puces de conversion offrant un support DSD natif existent : Wolfson WM8741, Wolfson WM8742, Texas Instrument Burr Brown DSD 1608, DSD 1702, DSD 1791 ou DSD 1794, sans parler des Asahi Kasei. Ce n'est qu'une question de temps pour qu'elles soient intégrées aux électroniques des constructeurs, amplificateurs home-cinéma et lecteurs multimédia en tête.

DSD : tous les produits nativement compatibles

La très forte concurrence du PCM DxD

Quoique perfectible en qualité CD, le codage PCM en version HD est très utilisé en studio pour le mastering des albums. Les progrès technologiques aidant, le taux d'échantillonnage a augmenté, pour atteindre 192 000 échantillons par seconde, codés sur 24 ou 32 bits. En 2007, le PCM DxD (pour Digital eXtreme Definition) est apparu, avec un taux d'échantillonnage de 352 800 prélèvements /seconde (352,8 kHz), soit 8 fois plus que le CD-Audio, avec une quantification sur 24 ou 32 bits. Le format PCM DxD est pour l'instant utilisé dans la production musicale (mastering) et bien souvent... avant conversion au format DSD. En effet, sur les presque 9 000 albums SACD existants, seulement 1 600 sont issus d'une captation numérique DSD. Les autres sont issus d'une captation PCM et ont été ensuite convertis en DSD.

Où télécharger des fichiers DSD (.DSF) ?

Où s'en procurer ? Les sites distribuant des fichiers DSD ne sont pas (encore) légion. Qobuz ou HDtracks vendent des albums de musique en qualité studio, mais encodés en PCM (fichiers FLAC, WAV ou AIFF) - toutefois dans des résolutions très élevées comprises entre 24 bits / 88,2 kHz et 24 bits / 192 kHz. Pas de DSD prévu pour l'instant, mais cela ne saurait tarder d'après Qobuz. Pour l'instant, la diffusion des fichiers DSF (conteneur du DSD) est confidentielle, sauf à écumer les sites de torrent ou les newsgroups à la recherche de rips SACD. Quelques sites proposent toutefois des téléchargements légaux : 2L, Blue Coast Records, Channel Classics Records, Cybele Records ou HighResAudio. Attention : un fichier DSF occupe beaucoup d'espace de stockage : souvent plus de 100 Mo pour 5 minutes de musique. Si vous ne disposez pas d'un DAC ou d'un lecteur compatible nativement avec le DSD, sachez qu'il existe les logiciels de lecture avec plugin compatible (Foobar) pour ordinateur.

Comment lire des fichiers DSD

L'importante taille et le débit de données des flux DSD rendent leur transmission par les liaisons S/PDIF (optique, coaxiale, AES/EBU) impossible. Seule une liaison HDMI ou USB permet de streamer un fichier DSF vers un DAC compatible. Pour plus de souplesse, sa prise en charge via le protocole réseau DLNA devrait se généraliser sur les lecteurs compatibles.

DSD64, DSD128 et DSD256

Le format DSD tel que nous le connaissons actuellement (DSD64 pour 64x l'échantillonnage du CD Audio, soit 2,8 MHz) ne sera certainement qu'une étape de transition vers une évolution de la norme qui sera plus largement adoptée par les studios et le grand public. En l’occurrence le DSD128 (5,6 MHz), déjà supporté par un enregistreur de studio Korg. Il ne reste plus qu'à changer les habitudes des ingénieurs du son de travailler en PCM.

En conclusion, si le format DSD est prometteur, il reste du chemin à parcourir avant qu'il supplante le format PCM et ses conteneurs à succès que sont le FLAC ou le MP3. Nous vous invitons à ce sujet à consulter notre guide sur les formats audio numériques.