Bit-perfect uitgang

Een bit-perfect apparaat ontvangt de samples van elk bestand precies zoals ze in het bestand staan: dezelfde samplefrequentie, dezelfde waarden, zonder resampling, volumewijziging of mixen. Dat is nuttig voor monitoringketens en digitale verbindingen, waar elke bewerking op de computer vermeden moet worden.

Een apparaat bit-perfect maken

Kies in Instellingen → Audio-uitgangen het apparaat expliciet voor de Main-uitgang van een speler (of die van de cartwall). Een speler die op de systeemstandaard staat, kan niet bit-perfect worden gemaakt. Een apparaat dat geen enkele uitgang meer gebruikt, verliest zijn bit-perfect-schakelaar en zijn DSD-modus de volgende keer dat de applicatie start.
Kies bovenaan de sectie Geavanceerd. Zet onder Instellingen per apparaat de schakelaar Bit-perfect naast het apparaat aan.
Herstart de applicatie.

Het apparaat start dan op zijn eigen samplefrequentie als je daar op dezelfde plek een hebt ingesteld, anders op de globale samplefrequentie, en volgt vanaf daar elk bestand.

De schakelaar is uitgeschakeld wanneer het apparaat geen exclusieve toegang kan geven.

Linux: kies een ALSA-apparaat waarvan de naam met hw: begint. Dat is de geluidskaart zelf. PulseAudio, PipeWire, JACK en de ALSA-apparaten default of plughw: mixen of converteren, dus ze zijn nooit bit-perfect.
Windows: kies het apparaat onder het systeem WASAPI. Het wordt in exclusieve modus geopend.
- In de geluidsinstellingen van Windows moet bij de eigenschappen Geavanceerd van het apparaat Toepassingen toestaan exclusief beheer over dit apparaat te nemen aanstaan (standaard staat dat aan).
- Terwijl het speelt, kan geen ander programma het apparaat gebruiken.
macOS: kies het apparaat onder Core Audio. Het wordt in hog-modus geopend.
- De samplefrequentie van het apparaat wordt op die van het nummer gezet, en zijn formaat op het breedste integerformaat dat het bij die frequentie biedt (de instellingen die Audio-MIDI-configuratie toont).
- Ze worden teruggegeven wanneer de applicatie het apparaat niet meer gebruikt.
- Twee apparaten met precies dezelfde naam kunnen niet bit-perfect worden gemaakt.

Wat er gebeurt op een bit-perfect apparaat

Exclusieve toegang. Niets anders op de computer kan op het apparaat spelen zolang de applicatie het gebruikt. Wordt exclusieve toegang geweigerd, dan speelt het apparaat nog steeds, gedeeld, en blijft de BP-badge uit.
De frequentie volgt het bestand. Speelt er niets op het apparaat en begint een nummer met een andere samplefrequentie, dan wordt het apparaat opnieuw geopend op die frequentie.
- Dit gebeurt wanneer je een nummer afspeelt, er een hervat dat gepauzeerd was geladen, voorbeluistert, of een cart start. Nummers die alleen wachten (het volgende nummer van elke speler) worden opnieuw voorbereid op de nieuwe frequentie.
- Het heropenen duurt zo lang als het apparaat nodig heeft om te starten (meestal enkele tientallen milliseconden). De start komt zoveel later.
- Terwijl er iets op het apparaat speelt, verandert de frequentie nooit. Een nummer met een andere frequentie dat dan begint (bijvoorbeeld een 48 kHz-nummer waarnaar gemixt wordt na een 44,1 kHz-nummer, of een nummer dat start terwijl een andere speler of een cart op hetzelfde apparaat speelt) wordt over zijn hele lengte geconverteerd en is niet bit-perfect.
- Weigert het apparaat een frequentie, dan behoudt het de vorige en wordt het nummer geconverteerd.
Geen bewerking, als niets erom vraagt. De samples gaan ongewijzigd door zolang dit allemaal geldt:
- het volume van de speler staat op 100 %;
- er loopt geen fade;
- er speelt niets anders op dezelfde uitgangen (een andere speler, een cart, een testtoon).

DSD

Een DSD-bestand wordt normaal naar PCM omgezet afgespeeld, zoals elk ander bestand. Een bit-perfect apparaat kan in plaats daarvan de DSD-stream ongewijzigd ontvangen.

De drie modi. In de weergave Geavanceerd van Instellingen → Audio-uitgangen heeft elk apparaat dat een uitgang gebruikt onder zijn bit-perfect-schakelaar een keuze DSD:

Naar PCM omzetten (de standaard): DSD wordt omgezet, zoals op elk ander apparaat.
DoP (DSD over PCM): de DSD-bits reizen binnen 24-bit PCM-samples, die de meeste DSD-geschikte converters herkennen. Het werkt op elk systeem.
Natieve DSD (alleen Linux): ruwe DSD, voor ALSA-apparaten hw: waarvan het stuurprogramma een DSD-sampleformaat meldt.

Alleen de modi die het apparaat aankan worden aangeboden, en een regel onder de keuze zegt waarom de andere niet: het apparaat is niet aangesloten, bit-perfect staat uit, het apparaat kan niet exclusief worden geopend, native DSD vereist Linux, of het apparaat aanvaardt geen native DSD. Een modus die is opgeslagen voor een apparaat dat hem nu niet aankan, staat als PCM, en dat is wat er speelt; de opgeslagen modus komt terug wanneer het apparaat hem weer aankan. Een modus, de mixinstelling of de DSD-stilte wijzigen vereist een herstart, net als de andere uitgangsinstellingen.

Wanneer DSD ongewijzigd naar buiten gaat. Dit moet allemaal gelden wanneer het nummer begint:

het apparaat is bit-perfect, met exclusieve toegang, en zijn modus is DoP of native DSD;
het nummer is DSD (DSF of DFF), mono of stereo, en is geanalyseerd (zo is zijn DSD-frequentie bekend);
het volume van de speler staat op 100 %;
er speelt niets anders op het apparaat (een andere speler, een cart, een testtoon);
het apparaat aanvaardt de stream. DoP vereist een apparaatfrequentie van de DSD-frequentie gedeeld door 16 (176,4 kHz voor DSD64, 352,8 kHz voor DSD128, 705,6 kHz voor DSD256) en een 24- of 32-bit formaat. Native DSD vereist een apparaat dat het DSD-formaat bij die frequentie aanvaardt.

Wanneer native DSD eindigt, gaat het apparaat terug naar PCM op de frequentie die het had vóór het DSD-nummer, omdat veel converters native DSD aannemen op frequenties die ze niet als PCM kunnen afspelen (geen enkele converter speelt PCM op de frequentie waarop DSD512 loopt). Een nummer dat als PCM doorgaat, behoudt de frequentie van de DSD-stream wanneer het apparaat die als PCM aanvaardt, en gaat anders verder op de eerdere frequentie vanaf waar het was, zoals al het andere dat op dat apparaat speelt; een fade die daar bezig is, eindigt meteen. Het apparaat blijft nooit op een frequentie staan die het weigert: opent geen enkele frequentie (bijvoorbeeld doordat het apparaat op dat moment is losgekoppeld), dan is de uitgang kwijt totdat de automatische nieuwe poging hem heropent op de eerdere frequentie.

Anders wordt het nummer naar PCM omgezet en zegt het logbestand waarom (bijvoorbeeld “something else plays on the device” of “the device refused 705600 Hz”). Voorbeluisteren en carts worden altijd omgezet.

Terwijl DSD ongewijzigd naar buiten gaat:

staat in de badge in de kop DSD in plaats van BP;
tonen de meters het niveau van de PCM-conversie van hetzelfde nummer, dus ze werken zoals gewoonlijk;
moet het volume op 100 % blijven: de tooltip van de fader zegt dat. De fader verschuiven schakelt het nummer over op PCM (zie hieronder);
stoppen Stop en Uitfaden het nummer meteen, zonder fade, omdat een DSD-stream niet kan worden gefade. Op Play drukken voor een ander nummer terwijl het speelt, kapt het op dezelfde manier af in plaats van over te faden;
werken pauzeren en hervatten ook meteen, zonder helling.

Stilte aan de randen. Elke start, elk einde en elke overschakeling naar PCM verstuurt eerst DSD-stilte (standaard 200 ms), zodat de converter zonder klik vergrendelt. De uitzondering is een DSD-nummer dat een stream van dezelfde soort en DSD-frequentie voortzet waarvan de stilte nog loopt: de converter is nog vergrendeld, dus het begint zonder extra stilte. Een nummer begint dus zoveel later, en een overschakeling naar PCM laat een gat van die lengte. Het is DSD-stilte in Instellingen → Audio-uitgangen, Geavanceerd (0 tot 2000 ms).

Wanneer een andere bron het apparaat nodig heeft. Als een andere bron een DSD-uitgang nodig heeft in Instellingen → Audio-uitgangen kiest wat er gebeurt wanneer een andere speler, een cart of een testtoon op hetzelfde apparaat begint (de eigen fader van de speler verschuiven is de uitzondering: dat schakelt het nummer altijd over op PCM):

Het DSD-nummer als PCM voortzetten (de standaard). De stream schakelt na de DSD-stilte over op PCM, en het nummer gaat omgezet verder vanaf waar het was. Hetzelfde gebeurt met het nummer dat vanzelf volgt (zie hieronder).
DSD behouden en de andere bronnen dempen. Niets onderbreekt de DSD-stream. Andere bronnen die naar het apparaat gaan, worden gedempt totdat het DSD-nummer eindigt, en de speler toont intussen een badge Andere gedempt. Het volgende nummer van de speler zelf overlapt niet: het begint wanneer het DSD-nummer eindigt, zonder crossfade of segue. Een PCM-nummer wacht op de DSD-stilte; een DSD-nummer van dezelfde soort en DSD-frequentie zet de stream zonder die voort. De fader verschuiven schakelt het nummer nog steeds over op PCM.

Een album blijft onder de standaardinstelling geen DSD. Met Het DSD-nummer als PCM voortzetten gaat alleen een DSD-nummer dat op een inactief apparaat begint als DSD naar buiten. De nummers die de speler daarna zelf start (aan het einde van een nummer, bij een segue of een crossfade) beginnen vanuit een preload, die altijd PCM is, dus het apparaat schakelt over op PCM en ze spelen omgezet. Een nummer dat je zelf start (Play, dubbelklik) gaat weer als DSD naar buiten wanneer het apparaat inactief is of de vorige DSD-stream nog in zijn stilte zit met dezelfde DSD-frequentie. Om een heel DSD-album als DSD te houden, kies je DSD behouden en de andere bronnen dempen. Dan gaat elk nummer van de speler als DSD naar buiten, en begint het volgende wanneer het vorige eindigt.

Raakt het apparaat kwijt terwijl DSD speelt en komt het terug zonder het te kunnen dragen (bijvoorbeeld zonder exclusieve toegang), dan gaat het nummer als PCM verder.

De BP-badge

De badge BP in de kop van de speler brandt zolang het huidige nummer zijn Main-apparaat ongewijzigd bereikt. Dit moet allemaal gelden:

het apparaat is bit-perfect en geopend met exclusieve toegang;
het apparaat draait op de samplefrequentie van het nummer;
het nummer is lossless integer-PCM (WAV, AIFF, FLAC, ALAC, WavPack of Monkey’s Audio), mono of stereo, en hoogstens 24-bit, en het formaat van het apparaat omvat zijn samplegrootte (een 24-bit bestand op een 16-bit apparaat is niet bit-perfect). DSD wordt omgezet, dus laat BP nooit branden; gaat het ongewijzigd naar buiten (zie DSD), dan staat in de badge in plaats daarvan DSD;
het nummer is geanalyseerd, omdat daaruit zijn frequentie en samplegrootte bekend zijn. Nummers die een eerdere versie heeft geanalyseerd, krijgen hun formaat zodra ze opnieuw zijn geanalyseerd (de melding bij het opstarten, of Instellingen → Analyse), of zodra een speler ze toont of een cart ze bevat;
het volume is 100 %, er loopt geen fade en er speelt niets anders op dezelfde uitgangen.

Sommige bestanden worden nooit als bit-perfect getoond:

Lossy bestanden (MP3, AAC, Ogg Vorbis, Opus): hun gedecodeerde samples zijn niet de integerwaarden die een apparaat aanneemt.
Bestanden boven 24 bits: de mixer werkt in 32-bit floating point, dat 24 bits exact draagt.
Bestanden met meer dan twee kanalen: ze worden naar stereo gemixt.

Het zelf controleren

Om een keten van begin tot eind te controleren:

Verbind de digitale uitgang van het apparaat (S/PDIF, AES of USB-loopback) met een recorder die bit-exact opneemt.
Speel een lossless testbestand af op 100 % terwijl er niets anders speelt.
Neem het op.
Vergelijk de opname met het bestand. Met SoX bijvoorbeeld keer je er een om en mix je ze: sox -m -v 1 file.wav -v -1 recording.wav diff.wav, nadat je hun begin hebt uitgelijnd. Elke sample van het verschil moet nul zijn.

De geautomatiseerde tests van het project controleren dezelfde eigenschap in de applicatie, op een gesimuleerd apparaat.

DSD op een echte converter

De geautomatiseerde tests controleren DSD alleen op gesimuleerde apparaten. DoP en native DSD zijn door het project niet op een echte converter uitgeprobeerd. Om er een te controleren:

Zet het apparaat op DoP (of Natieve DSD op Linux), herstart en speel een DSD-bestand af op 100 % terwijl er niets anders speelt. De kop moet DSD tonen, en het eigen display van de converter zou de DSD-frequentie (bijvoorbeeld DSD64) moeten tonen in plaats van een PCM-frequentie. Een converter die een PCM-frequentie toont of ruis speelt, herkent de stream niet: ga terug naar Naar PCM omzetten.
Luister naar een klik of een stoot ruis bij het begin, bij Stop, aan het einde van het nummer en bij het verschuiven van de fader. Een klik betekent dat de converter een langere DSD-stilte nodig heeft (Instellingen → Audio-uitgangen, Geavanceerd).
Start een cart of een andere speler op hetzelfde apparaat, één keer met elke mixinstelling, en controleer het hierboven beschreven gedrag.
Om native DSD op Linux zonder de applicatie te controleren, voer je uit: FAUSTE_NATIVE_DSD_DEVICE=alsa:hw:CARD=<card>,DEV=0 cargo test -p fp-backends --test conformance -- --ignored native_dsd_on_a_real_device. Het opent het apparaat in native DSD op DSD64 en speelt één seconde DSD-stilte. Het moet slagen, en de converter zou op DSD64 moeten vergrendelen.
Met DSD-bestanden in test-music/ speelt cargo test --release -p fp-engine --test dsd_real_music -- --ignored ze via de engine af op een gesimuleerd apparaat en vergelijkt de woorden met de bytes van het bestand (zie Testen).

Keyboard shortcuts