Bit-perfect-Ausgabe

Ein Bit-perfect-Gerät erhält die Samples jeder Datei genau so, wie sie in der Datei stehen: dieselbe Abtastrate, dieselben Werte, ohne Resampling, Lautstärkeänderung oder Mischen. Das ist nützlich für Abhörketten und digitale Verbindungen, bei denen jede Verarbeitung auf dem Computer vermieden werden soll.

Ein Gerät bit-perfect machen

1. Wähle unter Einstellungen → Audioausgänge das Gerät ausdrücklich für den Main-Ausgang eines Players (oder den der Cartwall). Ein Player, der auf dem Systemstandard bleibt, lässt sich nicht bit-perfect machen. Ein Gerät, das kein Ausgang mehr verwendet, verliert seinen Bit-perfect-Schalter und seinen DSD-Modus beim nächsten Start der Anwendung.
2. Wähle oben im Abschnitt Erweitert. Schalte unter Einstellungen pro Gerät neben dem Gerät Bit-perfect ein.
3. Starte die Anwendung neu.

Das Gerät startet dann mit seiner eigenen Abtastrate, wenn du ihm an derselben Stelle eine gegeben hast, sonst mit der globalen Abtastrate, und folgt von dort aus jeder Datei.

Der Schalter ist deaktiviert, wenn das Gerät keinen exklusiven Zugriff geben kann.

• Linux: Wähle ein ALSA-Gerät, dessen Name mit hw: beginnt. Es ist die Soundkarte selbst. PulseAudio, PipeWire, JACK und die ALSA-Geräte default oder plughw: mischen oder wandeln um, sind also nie bit-perfect.
• Windows: Wähle das Gerät im System WASAPI. Es wird im exklusiven Modus geöffnet.
  • In den Windows-Soundeinstellungen muss in den Erweitert-Eigenschaften des Geräts Anwendungen haben alleinige Kontrolle über dieses Gerät eingeschaltet sein (standardmäßig ist es das).
  • Solange es spielt, kann kein anderes Programm das Gerät verwenden.
• macOS: Wähle das Gerät unter Core Audio. Es wird im Hog-Modus geöffnet.
  • Die Abtastrate des Geräts wird auf die des Tracks gesetzt und sein Format auf das breiteste Integer-Format, das es bei dieser Rate anbietet (die Einstellungen, die das Audio-MIDI-Setup zeigt).
  • Sie werden zurückgegeben, wenn die Anwendung das Gerät nicht mehr verwendet.
  • Zwei Geräte mit exakt demselben Namen lassen sich nicht bit-perfect machen.

Was auf einem Bit-perfect-Gerät geschieht

• Exklusiver Zugriff. Nichts anderes auf dem Computer kann auf dem Gerät spielen, solange die Anwendung es verwendet. Wird der exklusive Zugriff verweigert, spielt das Gerät dennoch, geteilt, und das BP-Symbol bleibt aus.
• Die Rate folgt der Datei. Spielt nichts auf dem Gerät und startet ein Track mit einer anderen Abtastrate, wird das Gerät mit dieser Rate neu geöffnet.
  • Das geschieht, wenn du einen Track abspielst, einen pausiert geladenen fortsetzt, vorhörst oder ein Cart startest. Tracks, die nur warten (der nächste Track jedes Players), werden mit der neuen Rate neu vorbereitet.
  • Das erneute Öffnen dauert so lange, wie das Gerät zum Starten braucht (meist einige zehn Millisekunden). Der Start verzögert sich um diese Zeit.
  • Solange etwas auf dem Gerät spielt, ändert sich die Rate nie. Ein Track mit einer anderen Rate, der dann startet (zum Beispiel ein 48-kHz-Track, in den nach einem 44,1-kHz-Track gemixt wird, oder ein Track, der startet, während ein anderer Player oder ein Cart auf demselben Gerät spielt), wird über seine ganze Länge umgewandelt und ist nicht bit-perfect.
  • Verweigert das Gerät eine Rate, behält es die vorherige, und der Track wird umgewandelt.
• Keine Verarbeitung, wenn nichts sie verlangt. Die Samples laufen unverändert durch, solange alles Folgende zutrifft:
  • die Lautstärke des Players beträgt 100 %;
  • es läuft keine Blende;
  • nichts anderes spielt auf denselben Ausgängen (ein anderer Player, ein Cart, ein Testton).

DSD

Eine DSD-Datei wird normalerweise wie jede andere Datei in PCM umgewandelt abgespielt. Ein Bit-perfect-Gerät kann stattdessen den DSD-Stream unverändert erhalten.

Die drei Modi. In der Ansicht Erweitert unter Einstellungen → Audioausgänge hat jedes Gerät, das ein Ausgang verwendet, unter seinem Bit-perfect-Schalter eine DSD-Auswahl:

• In PCM umwandeln (Standard): DSD wird umgewandelt, wie auf jedem anderen Gerät.
• DoP (DSD over PCM): Die DSD-Bits reisen innerhalb von 24-Bit-PCM-Samples, die die meisten DSD-fähigen Wandler erkennen. Es funktioniert auf jedem System.
• Natives DSD (nur Linux): rohes DSD, für ALSA-hw:-Geräte, deren Treiber ein DSD-Sampleformat meldet.

Es werden nur die Modi angeboten, die das Gerät annehmen kann, und eine Zeile unter der Auswahl sagt, warum die anderen nicht: Das Gerät ist nicht verbunden, Bit-perfect ist aus, das Gerät lässt sich nicht exklusiv öffnen, natives DSD erfordert Linux, oder das Gerät nimmt kein natives DSD an. Ein für ein Gerät gespeicherter Modus, den es jetzt nicht annehmen kann, wird als PCM angezeigt, was auch das ist, was spielt; der gespeicherte Modus kehrt zurück, wenn das Gerät ihn wieder annehmen kann. Das Ändern eines Modus, der Mischeinstellung oder der DSD-Stille erfordert einen Neustart, wie die anderen Ausgangseinstellungen.

Wann DSD unverändert ausgegeben wird. Alles Folgende muss beim Start des Tracks zutreffen:

• das Gerät ist bit-perfect, mit exklusivem Zugriff, und sein Modus ist DoP oder natives DSD;
• der Track ist DSD (DSF oder DFF), mono oder stereo, und wurde analysiert (so ist seine DSD-Rate bekannt);
• die Lautstärke des Players beträgt 100 %;
• nichts anderes spielt auf dem Gerät (ein anderer Player, ein Cart, ein Testton);
• das Gerät akzeptiert den Stream. DoP erfordert eine Geräterate von der DSD-Rate geteilt durch 16 (176,4 kHz für DSD64, 352,8 kHz für DSD128, 705,6 kHz für DSD256) und ein 24- oder 32-Bit-Format. Natives DSD erfordert ein Gerät, das das DSD-Format bei dieser Rate annimmt.

Wenn natives DSD endet, geht das Gerät zu PCM mit der Rate zurück, die es vor dem DSD-Track hatte, weil viele Wandler natives DSD mit Raten annehmen, die sie als PCM nicht abspielen können (kein Wandler spielt PCM mit der Rate, mit der DSD512 läuft). Ein Track, der als PCM weitergeht, behält die Rate des DSD-Streams, wenn das Gerät sie als PCM annimmt, und läuft sonst mit der früheren Rate von der Stelle aus weiter, an der er war, wie alles andere, was auf diesem Gerät spielt; eine dort laufende Blende endet sofort. Das Gerät bleibt nie auf einer Rate, die es verweigert: Öffnet sich keine Rate (zum Beispiel weil das Gerät in diesem Moment abgezogen wurde), ist der Ausgang verloren, bis der automatische neue Versuch ihn mit der früheren Rate wieder öffnet.

Andernfalls wird der Track in PCM umgewandelt, und das Log sagt, warum (zum Beispiel „something else plays on the device“ oder „the device refused 705600 Hz“). Vorhören und Carts werden immer umgewandelt.

Solange DSD unverändert ausgegeben wird:

• steht im Symbol der Kopfzeile DSD statt BP;
• zeigen die Pegelmesser den Pegel der PCM-Umwandlung desselben Tracks, sodass sie wie gewohnt funktionieren;
• muss die Lautstärke bei 100 % bleiben: Der Tooltip des Faders sagt es. Ihn zu bewegen schaltet den Track auf PCM um (siehe unten);
• stoppen Stopp und Ausblenden den Track sofort, ohne Blende, da sich ein DSD-Stream nicht ausblenden lässt. Wird Play auf einem anderen Track gedrückt, während er spielt, schneidet es ihn auf dieselbe Weise ab, statt überzublenden;
• wirken auch Pause und Fortsetzen sofort, ohne Rampe.

Stille an den Rändern. Jeder Start, jedes Ende und jeder Wechsel zu PCM sendet zuerst DSD-Stille (standardmäßig 200 ms), damit der Wandler ohne Knacken einrastet. Die Ausnahme ist ein DSD-Track, der einen Stream derselben Art und DSD-Rate fortsetzt, dessen Stille noch läuft: Der Wandler ist noch eingerastet, also startet er ohne zusätzliche Stille. Ein Track startet daher um diese Zeit später, und ein Wechsel zu PCM hinterlässt eine Lücke dieser Länge. Sie heißt DSD-Stille unter Einstellungen → Audioausgänge, Erweitert (0 bis 2000 ms).

Wenn eine andere Quelle das Gerät braucht. Wenn eine andere Quelle einen DSD-Ausgang braucht unter Einstellungen → Audioausgänge wählt, was geschieht, wenn ein anderer Player, ein Cart oder ein Testton auf demselben Gerät startet (den Fader des Players selbst zu bewegen ist die Ausnahme: Das schaltet den Track immer auf PCM um):

• DSD-Track als PCM fortsetzen (Standard). Der Stream wechselt nach der DSD-Stille zu PCM, und der Track läuft umgewandelt von der Stelle aus weiter, an der er war. Dasselbe geschieht mit dem Track, der von selbst folgt (siehe unten).
• DSD behalten und andere Quellen stummschalten. Nichts unterbricht den DSD-Stream. Andere Quellen, die auf das Gerät geroutet sind, sind stumm, bis der DSD-Track endet, und der Player zeigt währenddessen ein Symbol Andere stumm. Der nächste Track des Players überlappt nicht: Er startet, wenn der DSD-Track endet, ohne Crossfade oder Segue. Ein PCM-Track wartet auf die DSD-Stille; ein DSD-Track derselben Art und DSD-Rate setzt den Stream ohne sie fort. Das Bewegen des Faders schaltet den Track weiterhin auf PCM um.

Ein Album bleibt unter der Standardeinstellung nicht DSD. Mit DSD-Track als PCM fortsetzen wird nur ein DSD-Track, der auf einem ruhenden Gerät startet, als DSD ausgegeben. Die Tracks, die der Player danach von selbst startet (am Ende eines Tracks, bei einem Segue oder einem Crossfade), starten aus einem Preload, der immer PCM ist, sodass das Gerät auf PCM wechselt und sie umgewandelt spielen. Ein Track, den du selbst startest (Play, Doppelklick), wird wieder als DSD ausgegeben, wenn das Gerät ruht oder der vorherige DSD-Stream mit derselben DSD-Rate noch in seiner Stille ist. Um ein ganzes DSD-Album als DSD zu behalten, wähle DSD behalten und andere Quellen stummschalten. Dann wird jeder Track des Players als DSD ausgegeben, und der nächste startet, wenn der vorherige endet.

Geht das Gerät verloren, während DSD spielt, und kommt es zurück, ohne es tragen zu können (zum Beispiel ohne exklusiven Zugriff), läuft der Track als PCM weiter.

Das BP-Symbol

Das Symbol BP in der Kopfzeile des Players leuchtet, solange der aktuelle Track sein Main-Gerät unverändert erreicht. Alles Folgende muss zutreffen:

• das Gerät ist bit-perfect und mit exklusivem Zugriff geöffnet;
• das Gerät läuft mit der Abtastrate des Tracks;
• der Track ist verlustfreies Integer-PCM (WAV, AIFF, FLAC, ALAC, WavPack oder Monkey’s Audio), mono oder stereo, und höchstens 24 Bit, und das Format des Geräts fasst seine Samplegröße (eine 24-Bit-Datei auf einem 16-Bit-Gerät ist nicht bit-perfect). DSD wird umgewandelt und leuchtet daher nie BP; wird es unverändert ausgegeben (siehe DSD), steht stattdessen DSD im Symbol;
• der Track wurde analysiert, da so seine Rate und Samplegröße bekannt sind. Tracks, die eine frühere Version analysiert hat, erhalten ihr Format, sobald sie erneut analysiert wurden (die Meldung beim Start oder Einstellungen → Analyse) oder sobald ein Player sie anzeigt oder ein Cart sie enthält;
• die Lautstärke beträgt 100 %, es läuft keine Blende, und nichts anderes spielt auf denselben Ausgängen.

Einige Dateien werden nie als bit-perfect angezeigt:

• Verlustbehaftete Dateien (MP3, AAC, Ogg Vorbis, Opus): Ihre dekodierten Samples sind nicht die Integer-Werte, die ein Gerät annimmt.
• Dateien über 24 Bit: Der Mixer arbeitet mit 32-Bit-Gleitkomma, das 24 Bit exakt trägt.
• Dateien mit mehr als zwei Kanälen: Sie werden auf Stereo heruntergemischt.

Selbst prüfen

So prüfst du eine Signalkette von Ende zu Ende:

1. Verbinde den digitalen Ausgang des Geräts (S/PDIF, AES oder USB-Loopback) mit einem Recorder, der bitgenau aufnimmt.
2. Spiele eine verlustfreie Testdatei bei 100 % ab, ohne dass etwas anderes spielt.
3. Nimm sie auf.
4. Vergleiche die Aufnahme mit der Datei. Zum Beispiel mit SoX: eine invertieren und beide mischen: sox -m -v 1 file.wav -v -1 recording.wav diff.wav, nachdem ihre Anfänge aufeinander ausgerichtet wurden. Jedes Sample der Differenz muss null sein.

Die automatisierten Tests des Projekts prüfen dieselbe Eigenschaft innerhalb der Anwendung, auf einem simulierten Gerät.

DSD auf einem echten Wandler

Die automatisierten Tests prüfen DSD nur auf simulierten Geräten. DoP und natives DSD wurden vom Projekt nicht auf einem echten Wandler ausprobiert. So prüfst du einen:

1. Stelle das Gerät auf DoP (oder Natives DSD unter Linux), starte neu und spiele eine DSD-Datei bei 100 % ab, ohne dass etwas anderes spielt. Die Kopfzeile muss DSD zeigen, und die eigene Anzeige des Wandlers sollte die DSD-Rate (zum Beispiel DSD64) statt einer PCM-Rate zeigen. Ein Wandler, der eine PCM-Rate zeigt oder Rauschen spielt, erkennt den Stream nicht: Gehe zurück zu In PCM umwandeln.
2. Achte auf ein Knacken oder einen Rauschstoß beim Start, bei Stopp, am Ende des Tracks und beim Bewegen des Faders. Ein Knacken bedeutet, dass der Wandler eine längere DSD-Stille braucht (Einstellungen → Audioausgänge, Erweitert).
3. Starte ein Cart oder einen anderen Player auf demselben Gerät, einmal mit jeder Mischeinstellung, und prüfe das oben beschriebene Verhalten.
4. Um unter Linux natives DSD ohne die Anwendung zu prüfen, führe FAUSTE_NATIVE_DSD_DEVICE=alsa:hw:CARD=<card>,DEV=0 cargo test -p fp-backends --test conformance -- --ignored native_dsd_on_a_real_device aus. Es öffnet das Gerät in nativem DSD bei DSD64 und spielt eine Sekunde DSD-Stille. Es muss bestehen, und der Wandler sollte auf DSD64 einrasten.
5. Mit DSD-Dateien in test-music/ spielt cargo test --release -p fp-engine --test dsd_real_music -- --ignored sie durch die Engine auf einem simulierten Gerät ab und vergleicht die Wörter mit den Bytes der Datei (siehe Testing).