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DSD (Direct Stream Digital)

DSD steht für (Direct Stream Digital) und wurde von Sony in zusammenarbeit mit Philips für Super Audio CDs (SACDs) entwickelt. Die Abtastrate erreicht hier enorme 2,8 MHz bis 5,6 MHz, was dem 64- oder 128-fachen einer CD entspricht. Die Abtasttiefe bleibt allerdings bei 1 Bit, im Gegensatz zu 24 Bit, wie man es eigentlich von Hi-Res erwarten würde. Jedes Mal, wenn DSD Audiodaten erfasst, werden also weniger Daten gespeichert, dafür aber viel häufiger. Eine 5,6-MHz-DSD-Datei mit einer Länge von einer Stunde benötigt 5 GB Speicherplatz.

In den letzten Jahren ist das Interesse an hochauflösendem Audio stark gestiegen. Dies ist zum einen darauf zurückzuführen, dass die Internetgeschwindigkeit im Durchschnitt gestiegen ist, der USB-3-Durchsatz viel höher geworden ist und Flash-Laufwerke mit hoher Kapazität (SSDs) deutlich billiger geworden sind. Zum anderen hat die Zahl der Hersteller von D/A-Wandlern für die Wiedergabe von Direct Stream Digital (DSD)-Audio und die Zahl der Hersteller von hochauflösenden Kopfhörern deutlich zugenommen.

Ein wenig Geschichte

Im Jahr 1933, als es noch kein digitales Audio gab, bewies der Pionier der Informationstheorie und Radarastronomie – Vladimir Kotelnikov – den Abtasttheorem. Der Kotelnikov-Theorem besagt, dass ein Signal exakt reproduziert werden kann, wenn es mit einer Frequenz f abgetastet wird, wobei f größer als das Doppelte der maximalen Frequenz im Signal ist.

Es sollte angemerkt werden, dass Kotelnikov der erste war, der dieses Theorem 1933 bewies, obwohl ich zugeben muss, dass Harry Nyquist und Claude Shannon die ersten waren, die 1928 über die wesentlichen Prinzipien der digitalen Signalverarbeitung (DSP) sprachen (aber nicht die ersten waren, die sie bewiesen).

In späteren Jahren wurde bekannt, dass das Abtasttheorem vor Shannon von Kotelnikov der russischen Kommunikationsgemeinschaft vorgestellt worden war.

Zwei Jahrzehnte später, im Jahr 1954, erhielt Cassius Chapin Cutler, ein Ingenieur bei Bell Labs, ein Patent, das auf den Prinzipien der Delta-Sigma-Modulation (ΔΣM) basierte. Dies sind die Prinzipien, die der heutigen DSD-Technologie zugrunde liegen.

Im Jahr 1999 wurde dank der Bemühungen von Ingenieuren von Sony und Philips die Super Audio CD (SACD) auf den Markt gebracht, die auf den ΔΣM-Prinzipien basiert. Das letzte Jahr des zwanzigsten Jahrhunderts war das Geburtsjahr von DSD-Audio. Aus offensichtlichen Gründen konnte sich DSD in den frühen 2000er Jahren nicht durchsetzen. Dies wurde durch die Veröffentlichung des iPod Classic im Jahr 2001, die proprietäre, nicht offene SACD-Struktur und die wachsende Beliebtheit von verlustbehaftetem Audio (MP3 und AAC) begünstigt. Ein Vierteljahrhundert später ist das Interesse an DSD jedoch gestiegen, wie die große Anzahl von Geräten zeigt, die 1-Bit-Audio im .dsf/.dff-Dateiformat abspielen können (im Gegensatz zu .dff-Dateien können .dsf-Dateien Metadaten über den Künstler, das Album, das Jahr usw. enthalten).

Single-Bit vs. Multi-Bit

Beim Hören von nativem DSD-Audio, das von einer hochwertigen Quelle aufgenommen wurde, erleben Sie eine spürbare Trennung der Klangbühne, einen großen Dynamikbereich und eine Natürlichkeit der Musik. Beim Hören von normalem PCM-Audio können Sie eine solche Qualität nicht erreichen. Wie Sie im vorherigen Abschnitt verstanden haben, handelt es sich bei DSD-Audio um einen 1-Bit-Stream, im Gegensatz zu den regulären 16-Bit-Audiodateien, die wir täglich hören (MP3, AAC, FLAC, WAV, ALAC). Wie kann also eine 1-Bit-DSF-Datei besser klingen als eine normale Multi-Bit-Datei?

Der Trick liegt in der Abtastfrequenz. Die minimale Abtastfrequenz für .dsf/.dff-Dateien beträgt 2,8 MHz, was wiederum 64-mal höher ist als die Abtastfrequenz einer herkömmlichen Compact Disc (44,1 kHz). Das ist nichts Neues, denn es war ein Satz von DSD64-Dateien, die erstmals 1999 auf SACD aufgenommen wurden. Danach wurden die Formate DSD128, DSD256 und DSD512 eingeführt. Aus den Zahlen in ihren Namen geht hervor, dass sie eine Abtastrate verwenden, die 128-, 256- bzw. 512-mal höher ist als die Abtastrate von CDs. Diese Abtastfrequenz wird natürlich für jeden Kanal verwendet. Anders ausgedrückt: Eine 7.1-Surround-Sound-Datei kann beispielsweise für jeden Kanal DSD128-Audio enthalten. Die Dateigröße ist dann entsprechend groß.

Vorteile von DSD-Audio

  • Hochwertiger, „warmer“ Klang, der es ermöglicht, die feinsten Nuancen jedes Musikinstruments zu erkennen (DSD kommt dem analogen Klang nahe).
  • DSD-Audio hat im Vergleich zu PCM-Audio tendenziell eine geringere CPU-Auslastung.
  • Der Dynamikbereich von DSD beträgt ca. 120 dB.
  • DSD ist ein verlustfreies Format.
  • Einige DSD-Audiogeräte können bis zu 8 Kanäle unterstützen.

Nachteile von DSD-Audio

  • Kosten für hochauflösende DACs und tragbare hochauflösende DSD-Player.
  • Sehr große Dateigrößen für DSD256- und DSD512-Varianten.
  • Die 1-Bit-Umgebung von DSD schließt die Verwendung von digitaler Signalverarbeitung (DSP) im digitalen Bereich (d. h. Hall, EQ, Signalpegel, Panning usw.) vollständig aus.
  • DSD-Dateien können nicht mit herkömmlichen digitalen Audio-Workstations (DAW) bearbeitet werden, da die meisten DAWs PCM-basiert sind und Mehrspuraufnahmen daher zunächst in PCM-Audio gemischt und dann in DSD konvertiert werden.
  • Eine hohe Klangqualität kann nur durch eine Kabelverbindung über einen symmetrischen Ausgang gewährleistet werden.
  • Eine Signalübertragung über S/PDIF ist aufgrund einer zu hohen Bitrate nicht möglich.
  • Die macOS/iOS CoreAudio-Abstraktionsschicht unterstützt keine native DSD-Wiedergabe (Sie können jedoch einen ext.DAC über USB 3 anschließen).
  • Es gibt nur eine geringe Anzahl von Apps für die DSD-Wiedergabe.
  • Bei einigen DACs können bei der Wiedergabe von DSD Knack- und Klickgeräusche auftreten.

Stand: 24.06.2025