DSD : tout savoir sur ce format de musique audio Hi-res et comment (bien) l’écouter ?

Sony et Philips ont créé en 1999 le format DSD (Direct Stream Digital) pour leur support SACD (Super Audio CD) afin de dépasser les limites du CD-Audio. Si le SACD est aujourd’hui bien moins écouté que le vinyle, des fichiers DSD sont disponibles en téléchargement et plusieurs DACs (convertisseurs HiFi) haut de gamme prennent en charge ce format. Voici quelques infos avant de vous jeter sur votre ordinateur, d’acheter un lecteur transport SACD ou de vous procurer un DAC compatible de fou furieux. Si vous voulez compléter, vos commentaires sont les bienvenus, ici ou sur notre page Facebook.

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À l’origine de l’encodage de la musique sur CD-Audio, il y avait le PCM (un format multibit)

Un peu d’histoire de la HiFi s’impose pour parler du DSD. En 1980, Sony et Philips lancent le CD-Audio, premier support numérique accessible au grand public. La numérisation du signal audio sur le CD est faite en PCM (Pulse Code Modulation). Cela désigne un encodage du signal audio analogique vers un support numérique, selon un nombre de prélèvements par seconde, et un nombre de bits (binary digits soit des « 0 » et des « 1 ») pour chacun de ces prélèvements. Le nombre de prélèvements par seconde est appelé « fréquence d’échantillonnage », et le nombre de bits est appelé « résolution ». Pour un CD-Audio, on parle d’une fréquence d’échantillonnage de 44,1 kHz et d’une résolution de 16 bits. Cela veut dire que le signal audio analogique a été prélevé 44 100 fois par seconde, et que le CD contient une suite de seize « 0 » et/ou « 1 » pour chaque prélèvement. Sur cette base, le CD contient jusqu’à quatre-vingt minutes de musique.

Les « limites » du CD audio

Améliorer la qualité de cet encodage en PCM dans les années 1980 aurait induit de faire des albums beaucoup plus courts, ou d’équiper les lecteurs et décodeurs (DACs) de puces très onéreuses. La conception de l’encodage sur CD était donc un choix technologique contraint, et son « défaut » est de stocker des informations non pertinentes sur les fréquences enregistrées au-delà de 22 050 Hz. Ces informations devant être masquées, des filtres sont utilisés, et une partie de l’enregistrement n’est pas retranscrit à l’écoute. Pour une partie des audiophiles, cela nuit à la musicalité de la reproduction. Cela donnerait aussi moins de « chaleur » ou de « naturel » au CD. Rappelons que l’oreille humaine n’est pas supposée entendre les fréquences supérieures à 16 000 Hz ni distinguer précisément deux fréquences voisines au-delà de 4 000 Hz. Alors ne péchons pas par excès de zèle : si tout un chacun pouvait écouter de la musique en qualité CD, bien reproduite, sur un système HiFi de qualité, le monde de l’audio serait déjà plus beau !

Au delà du CD : le SACD et le DVD Audio (DVD-A)

À la fin des années 1990, beaucoup d'audiophiles ont clamé les limites du CD. Répondant à cette clameur, deux nouveaux formats sortent respectivement en 1999 et en 2000, le SACD et le DVD audio qui entrent directement en concurrence. Le DVD Audio fait monter la barre de la méthode de conversion PCM, en permettant d'enregistrer de la musique en 24 bits/96 kHz accompagné d'une méthode propriétaire de compression sans perte MLP ou « Meridian Lossless Packing ». Si le DVD-A a été déclaré hors marché en 2007, le PCM est encore aujourd’hui utilisé pour les fichiers Hi-Res, supérieurs à la qualité du CD-Audio, qui sont proposés en téléchargement par certaines plateformes comme Qobuz ou Hdtracks. Pour ce qui est du SACD, Sony et Philips proposent une méthode d’encodage alternative de type One bit utilisant le procédé Delta Sigma. Celle-ci n’utilise plus qu’un bit (un seul « 0 » ou « 1 » donc) pour chaque prélèvement, mais le nombre de ces prélèvements monte à 2,8 millions par secondes soit 64 fois plus que sur un CD.

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Cette technologie encode - comme pour le CD - des informations non pertinentes dans le haut de la bande passante. Mais cette dernière monte jusqu’à 50 kHz. Cette fois-ci c’est sûr, l’oreille humaine ne pourrait pas entendre les fréquences au-delà, même si elles étaient reproduites – ce qui n’est proposé par aucune enceinte du marché - ou presque. Le rapport signal sur bruit en support SACD (DSD) dépasse les 120 dB contre environ 100 dB pour le CD. Mais quelles que soient les performances du support, il était trop tard. Tout le monde était déjà en train de télécharger de la musique sur Internet et le vinyl boom pointait son nez. Le disque SACD et son format DSD n’a donc pas remporté le marché ni le cœur des masses. Cela ne l’a pas empêché de continuer son évolution et de garder un public, même de niche, jusqu'à aujourd'hui. On ne peut pas non plus retirer au SACD d'avoir rempli la mission économique pour laquelle il avait été embarqué, soit comme dit plus haut de concurrencer le DVD Audio qui est tombé dans les oubliette presque autant que le MiniDisc et son concurrent de l'époque, la cassette DCC. Il existe désormais en DSD64, DSD128, DSD256 et même DSD 512 (leurs noms correspondent respectivement à 64 fois, 128 fois, 256 fois et 512 fois l’échantillonnage "de base", c'est-à-dire du CD) avec des fréquences d’échantillonnage astronomiques de 2,8 MHz, 5,6 MHz, 11,2 MHz...

Le DSD (.dsf) dans la jungle de la musique dématérialisée

Depuis l’avènement du téléchargement et du partage de fichiers en ligne, les formats musicaux sont légion, des plus compressés (.mp3 … ) aux fichiers à compression sans perte (ALAC, FLAC …) et Hi-Res. Leur immense majorité est au format PCM. Pourquoi ? Tout simplement car le PCM reste la norme pour beaucoup de studios d’enregistrement. En tout, moins de 2 000 albums dans le monde auraient été enregistrés nativement en DSD. Pour le reste des fichiers disponibles, il s’agit tout bonnement de conversions de PCM vers le DSD. Des plateformes les proposent en vente, dont certaines sont d’ailleurs liées à des marques audiophiles haut de gamme : 2L, Linn Records, Blue Coast Records, Naim Records ou encore Cybele Records. En outre, certains audiophiles reconvertissent en PCM des fichiers DSD (décidément…) pour pouvoir les partager ou les lire plus facilement, le format DSD étant très lourd. Entre le téléchargement payant en PCM Hi-Res et les fichiers qui circulent, convertis hors des circuits commerciaux, les formats peuvent passer par le très qualitatif 24 bits/192 kHz et aller jusqu’en 352,8 kHz. Cette dernière fréquence d’échantillonnage est appelée le DxD (Digital Extreme Definition) et fait concurrence au DSD. Bien que les normes d’encodage soient fondamentalement différentes, la proximité des deux noms et l’idée de qualité extrême est source d’assimilation pour beaucoup de mélomanes.

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…et le DSD, ça s’écoute comment ?

Les lecteurs CD, convertisseurs analogique-numérique (DACs), ordinateurs, smartphones ou autres baladeurs ont dans leur immense majorité des puces de décodage PCM. Mais peu prennent en charge nativement le DSD. Pour les électroniques qui le font, la plupart opèrent une conversion vers le PCM. C’est ce que l’on appelle de DoP ou DSD over PCM. Pour certaines marques audiophiles, comme Chord Electronics, cette conversion permet d’améliorer la qualité du rendu à l’écoute car il est selon elle plus facile de maîtriser le bruit et la distorsion sur du PCM que sur du DSD. Mais sur des ampli/tuners haut de gamme ou des baladeurs audiophiles High End, on trouve des puces décodant le PCM et le DSD en natif de chez Wolfson, Burr Brown ou Asahi Kasei pour les plus qualitatives.

Pour écouter du DSD en natif, du vrai, il faut donc s’assurer que la bonne puce de conversion soit présente sur l’électronique que l’on souhaite acquérir. Pour écouter du DoP, on peut aussi s’intéresser à la fréquence d’échantillonnage et la résolution dans laquelle la conversion PCM est faite. Attention, au-delà des puces de conversion, la lecture même des fichers DSD (.dsf ou .dff) sur ordinateur ne peut se faire avec les logiciels de lecture classique. Foobar, est l’alternative compatible gratuite la plus populaire. En terme de connectique, c’est généralement le port USB ou HDMI du DAC qui permet de prendre en charge le DSD, car son caractère massif l’empêche de passer par un autre type de connectique numérique. Les prises Ethernet devraient progressivement commencer à permettre la lecture du DSD en DLNA.

Et c’est quoi le mieux alors, le DSD ou le PCM Hi-Res ?

Ce débat audiophile est infini. Certes le DSD fournit des fréquences d’échantillonnage astronomiques (jusqu’à 512 fois celle d’un CD) mais sa résolution reste d’un seul bit. Le PCM en Hi-Res peut de son côté monter jusqu’à des fréquences d’échantillonnage qui sont déjà grandes, bien que moins titanesques, et ce avec une résolution pouvant aller jusqu’à 32 bits. La résolution augmentant de manière exponentielle par rapport au nombre de bits, 32 bits correspond donc à une précision 65 536 fois supérieure à celle du CD. Certaines plateformes comme Primephonic on déjà proposé de goûter la différence pour se faire sa propre opinion à l’écoute.

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Alors que le DSD n’en était qu’à ses débuts sur le marché, nous avons eu le privilège de faire des écoutes collégiales pour le comparer à du PCM 24 bits/96 kHz, à l’époque sur support DVD Audio (DVD-A). L’enregistrement de test avait été directement masterisé sur la même console simultanément dans les deux formats. L'écoute était faite sur support SACD ou en DVD-A sur un système Hifi très qualitatif. La conclusion de nos écoutes était étonnamment toujours la même : l’enregistrement masterisé en DSD sonnait mieux, et était toujours plus fluide, même s’il etait transcodé en PCM (DoP ou DSD over PCM) avant lecture. Aussi bien un SACD avec un enregistrement masterisé en DSD que le DVD-A avec l’enregistrement en DSD transcodé (DoP) en 24 bits/96 kHz étaient meilleurs que le SACD et le DVD-A issus du master PCM 24 bits/96 kHz !!! La différence de musicalité pourrait donc venir de l’étape de mastering, et le résultat positif à l’écoute est d’autant plus étonnant que le DSD prend pour encoder la même musique beaucoup plus de bits au total (et donc d’espace-disque) que le PCM. Plus est, le DSD perd de sa résolution lorsque l’on monte en fréquence, contrairement au PCM.

Conclusion partielle : l'enregistrement en DSD natif sonne mieux ... mais pourquoi?

Suite à nos écoutes, nous avons conclu que le DSD ne joue pas simplement sur un effet d'annonce ou de mode, mais fait une vraie différence à l'écoute sur un système Hifi performant. En effet, il semblerait que même converti en PCM (DoP), les enregistrements en DSD natif seraient plus directs et plus fluides. Cela serait probablement dû à la simplicité des étapes de codage en un seul bit à l'enregistrement, qui ne nécessite que de générer un "0" ou un "1". De son côté, le PCM ajoute une étape de sommation, pour générer une suite de 16 ou 32 "0" et/ou "1" pour fabriquer chaque échantillon. Cela demanderait davantage de précision, et compliquerait la tâche ce qui donnerait un résultat moins fluide une fois retransmis à l'écoute.
Nous ne prétendons pas par cette conclusion avoir atteint la sagesse suprême ni connaître la source ultime de l'audionumérique. Cependant, bien que le débat continue de faire rage entre audiophiles sur les questions techniques, beaucoup d'audiophiles trouvent que le DSD est plus naturel et plus direct à l'écoute que le PCM. En terme de débats, on pourrait faire la comparaison avec le vinyle qui est considéré par beaucoup d'audiophiles comme plus chaleureux par rapport aux supports numériques bien que théoriquement beaucoup moins qualitatif.

Photos : thehbproject.com ; superaudiocenter.com ; audiostream.com

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