Saída bit-perfect

Um dispositivo bit-perfect recebe as amostras de cada ficheiro exatamente como estão no ficheiro: a mesma frequência de amostragem, os mesmos valores, sem reamostragem, alteração de volume nem mistura. É útil para cadeias de monitorização e ligações digitais, onde qualquer processamento no computador deve ser evitado.

Tornar um dispositivo bit-perfect

Em Definições → Saídas de áudio, escolha o dispositivo explicitamente para a saída Main de um leitor (ou da cartucheira). Um leitor deixado no predefinido do sistema não pode ser tornado bit-perfect. Um dispositivo que nenhuma saída usa já perde o seu interruptor bit-perfect e o seu modo DSD no próximo arranque da aplicação.
Escolha Avançado no topo da secção. Em Definições por dispositivo, ative Bit-perfect junto ao dispositivo.
Reinicie a aplicação.

O dispositivo passa então a arrancar à sua própria frequência de amostragem, se lhe deu uma no mesmo sítio, e senão à frequência de amostragem global, e segue cada ficheiro a partir daí.

O interruptor fica desativado quando o dispositivo não pode dar acesso exclusivo.

Linux: escolha um dispositivo ALSA cujo nome começa por hw:. É a própria placa de som. O PulseAudio, o PipeWire, o JACK e os dispositivos ALSA default ou plughw: misturam ou convertem, por isso nunca são bit-perfect.
Windows: escolha o dispositivo no sistema WASAPI. É aberto em modo exclusivo.
- Nas definições de som do Windows, as propriedades Avançadas do dispositivo têm de ter Permitir que as aplicações assumam o controlo exclusivo deste dispositivo ativado (vem ativado por predefinição).
- Enquanto toca, nenhum outro programa pode usar o dispositivo.
macOS: escolha o dispositivo no Core Audio. É aberto em hog mode.
- A frequência de amostragem do dispositivo é definida para a da faixa, e o seu formato para o formato inteiro mais largo que oferece a essa frequência (as definições que a Configuração de MIDI e Áudio mostra).
- São devolvidas quando a aplicação deixa de usar o dispositivo.
- Dois dispositivos com exatamente o mesmo nome não podem ser tornados bit-perfect.

O que acontece num dispositivo bit-perfect

Acesso exclusivo. Nada mais no computador pode tocar no dispositivo enquanto a aplicação o usa. Se o acesso exclusivo for recusado, o dispositivo toca na mesma, partilhado, e o indicador BP fica apagado.
A frequência segue o ficheiro. Quando nada toca no dispositivo e começa uma faixa a outra frequência de amostragem, o dispositivo é aberto de novo a essa frequência.
- Isto acontece quando toca uma faixa, retoma uma carregada em pausa, pré-escuta ou dispara um cartucho. As faixas que apenas estão à espera (a faixa seguinte de cada leitor) são preparadas de novo à nova frequência.
- A reabertura demora o que o dispositivo precisar para arrancar (normalmente algumas dezenas de milissegundos). O arranque fica atrasado por esse tempo.
- Enquanto algo toca no dispositivo, a frequência nunca muda. Uma faixa a outra frequência que comece então (por exemplo, uma faixa a 48 kHz misturada a seguir a uma a 44,1 kHz, ou uma faixa iniciada enquanto outro leitor ou um cartucho toca no mesmo dispositivo) é convertida em toda a sua duração e não é bit-perfect.
- Se o dispositivo recusar uma frequência, mantém a anterior e a faixa é convertida.
Sem processamento, quando nada o pede. As amostras passam sem alterações enquanto se verificarem todas estas condições:
- o volume do leitor está a 100 %;
- nenhum fade está a decorrer;
- nada mais toca nas mesmas saídas (outro leitor, um cartucho, um tom de teste).

DSD

Um ficheiro DSD normalmente toca convertido para PCM, como qualquer outro ficheiro. Um dispositivo bit-perfect pode, em vez disso, receber o fluxo DSD sem alterações.

Os três modos. Na vista Avançado de Definições → Saídas de áudio, cada dispositivo que uma saída usa tem uma escolha DSD por baixo do seu interruptor bit-perfect:

Converter para PCM (a predefinição): o DSD é convertido, como em qualquer outro dispositivo.
DoP (DSD over PCM): os bits DSD viajam dentro de amostras PCM de 24 bits, que a maioria dos conversores com DSD reconhece. Funciona em todos os sistemas.
DSD nativo (só Linux): DSD em bruto, para dispositivos ALSA hw: cujo controlador indica um formato de amostra DSD.

Só são oferecidos os modos que o dispositivo pode aceitar, e uma linha por baixo da escolha diz porque não são os outros: o dispositivo não está ligado, o bit-perfect está desativado, o dispositivo não pode ser aberto em exclusivo, o DSD nativo precisa de Linux, ou o dispositivo não aceita DSD nativo. Um modo guardado para um dispositivo que não o pode aceitar aparece agora como PCM, que é o que toca; o modo guardado regressa quando o dispositivo o puder aceitar de novo. Alterar um modo, a definição de mistura ou o silêncio DSD precisa de um reinício, como as outras definições de saída.

Quando o DSD sai sem alterações. Têm de se verificar todas estas condições quando a faixa começa:

o dispositivo é bit-perfect, com acesso exclusivo, e o seu modo é DoP ou DSD nativo;
a faixa é DSD (DSF ou DFF), mono ou estéreo, e foi analisada (é assim que se conhece a sua frequência DSD);
o volume do leitor está a 100 %;
nada mais toca no dispositivo (outro leitor, um cartucho, um tom de teste);
o dispositivo aceita o fluxo. O DoP precisa de uma frequência do dispositivo igual à frequência DSD dividida por 16 (176,4 kHz para DSD64, 352,8 kHz para DSD128, 705,6 kHz para DSD256) e de um formato de 24 ou 32 bits. O DSD nativo precisa de um dispositivo que aceite o formato DSD a essa frequência.

Quando o DSD nativo termina, o dispositivo volta ao PCM à frequência que tinha antes da faixa DSD, porque muitos conversores aceitam DSD nativo a frequências que não conseguem tocar como PCM (nenhum conversor toca PCM à frequência a que corre o DSD512). Uma faixa que continua em PCM mantém a frequência do fluxo DSD quando o dispositivo a aceita como PCM e, caso contrário, continua à frequência anterior a partir de onde estava, como tudo o resto que toca nesse dispositivo; um fade em curso aí termina de imediato. O dispositivo nunca fica numa frequência que recusa: se nenhuma frequência abrir (por exemplo, o dispositivo foi desligado nesse momento), a saída fica perdida até a nova tentativa automática a abrir de novo à frequência anterior.

Caso contrário, a faixa é convertida para PCM e o registo diz porquê (por exemplo, «something else plays on the device» ou «the device refused 705600 Hz»). A pré-escuta e os cartuchos são sempre convertidos.

Enquanto o DSD sai sem alterações:

o indicador do cabeçalho diz DSD em vez de BP;
os medidores mostram o nível da conversão PCM da mesma faixa, por isso funcionam como de costume;
o volume tem de ficar a 100 %: a dica do fader di-lo. Movê-lo passa a faixa para PCM (ver abaixo);
o Stop e o Stop com fade param a faixa de imediato, sem fade, uma vez que um fluxo DSD não pode ter fade. Premir Play noutra faixa enquanto esta toca corta-a da mesma forma em vez de fazer uma mistura;
a pausa e a retoma também atuam de imediato, sem rampa.

Silêncio nas pontas. Cada arranque, fim e passagem para PCM envia primeiro silêncio DSD (200 ms por predefinição), para que o conversor sincronize sem estalidos. A exceção é uma faixa DSD que continua um fluxo do mesmo tipo e frequência DSD cujo silêncio ainda está a decorrer: o conversor continua sincronizado, por isso começa sem silêncio extra. Uma faixa começa assim esse tempo mais tarde, e uma passagem para PCM deixa uma pausa dessa duração. É o Silêncio DSD em Definições → Saídas de áudio, Avançado (0 a 2000 ms).

Quando outra fonte precisa do dispositivo. Quando outra fonte precisa de uma saída DSD, em Definições → Saídas de áudio, escolhe o que acontece quando outro leitor, um cartucho ou um tom de teste começa no mesmo dispositivo (mover o fader do próprio leitor é a exceção: passa sempre a faixa para PCM):

Continuar a faixa DSD em PCM (a predefinição). O fluxo passa para PCM depois do silêncio DSD, e a faixa continua, convertida, a partir de onde estava. O mesmo acontece à faixa que se segue por si só (ver abaixo).
Manter o DSD e silenciar as outras fontes. Nada interrompe o fluxo DSD. As outras fontes encaminhadas para o dispositivo ficam silenciadas até a faixa DSD terminar, e o leitor mostra entretanto um indicador Outras silenciadas. A faixa seguinte do próprio leitor não se sobrepõe: começa quando a faixa DSD termina, sem mistura nem segue. Uma faixa PCM espera pelo silêncio DSD; uma faixa DSD do mesmo tipo e frequência DSD continua o fluxo sem ele. Mover o fader continua a passar a faixa para PCM.

Um álbum não fica em DSD com a definição predefinida. Com Continuar a faixa DSD em PCM, só uma faixa DSD que começa num dispositivo livre sai como DSD. As faixas que o leitor inicia por si só a seguir (no fim de uma faixa, num segue ou numa mistura) começam a partir de uma pré-carga, que é sempre PCM, por isso o dispositivo passa a PCM e elas tocam convertidas. Uma faixa que inicia você (Play, duplo clique) sai de novo como DSD quando o dispositivo está livre ou o fluxo DSD anterior ainda está no seu silêncio à mesma frequência DSD. Para manter um álbum DSD inteiro em DSD, escolha Manter o DSD e silenciar as outras fontes. Então cada faixa do leitor sai como DSD, e a seguinte começa quando a anterior termina.

Se o dispositivo for perdido enquanto o DSD toca e regressar incapaz de o transportar (por exemplo, sem acesso exclusivo), a faixa continua em PCM.

O indicador BP

O indicador BP no cabeçalho do leitor acende-se enquanto a faixa atual chega ao seu dispositivo Main sem alterações. Têm de se verificar todas estas condições:

o dispositivo é bit-perfect e está aberto com acesso exclusivo;
o dispositivo corre à frequência de amostragem da faixa;
a faixa é PCM inteiro sem perdas (WAV, AIFF, FLAC, ALAC, WavPack ou Monkey’s Audio), mono ou estéreo, e de 24 bits no máximo, e o formato do dispositivo comporta o tamanho da sua amostra (um ficheiro de 24 bits num dispositivo de 16 bits não é bit-perfect). O DSD é convertido, por isso nunca acende o BP; quando sai sem alterações (ver DSD), o indicador diz DSD;
a faixa foi analisada, uma vez que é assim que se conhecem a sua frequência e o tamanho da sua amostra. As faixas que uma versão anterior analisou recebem o seu formato quando analisadas de novo (o aviso de arranque, ou Definições → Análise), ou assim que um leitor as mostra ou um cartucho as contém;
o volume está a 100 %, nenhum fade decorre e nada mais toca nas mesmas saídas.

Alguns ficheiros nunca são mostrados como bit-perfect:

Ficheiros com perdas (MP3, AAC, Ogg Vorbis, Opus): as suas amostras descodificadas não são os valores inteiros que um dispositivo aceita.
Ficheiros acima de 24 bits: o mixer trabalha em vírgula flutuante de 32 bits, que transporta 24 bits com exatidão.
Ficheiros com mais de dois canais: são misturados para estéreo.

Verificar por si

Para verificar uma cadeia de ponta a ponta:

Ligue a saída digital do dispositivo (S/PDIF, AES ou loopback USB) a um gravador que capture bit a bit.
Toque um ficheiro de teste sem perdas a 100 % sem mais nada a tocar.
Grave-o.
Compare a gravação com o ficheiro. Por exemplo, com o SoX, inverta um e misture-os: sox -m -v 1 file.wav -v -1 recording.wav diff.wav depois de alinhar os seus inícios. Todas as amostras da diferença têm de ser zero.

Os testes automáticos do projeto verificam a mesma propriedade dentro da aplicação, num dispositivo simulado.

DSD num conversor real

Os testes automáticos só verificam o DSD em dispositivos simulados. O DoP e o DSD nativo não foram experimentados pelo projeto num conversor real. Para verificar um:

Defina o dispositivo como DoP (ou DSD nativo no Linux), reinicie e toque um ficheiro DSD a 100 % sem mais nada a tocar. O cabeçalho tem de mostrar DSD, e o próprio visor do conversor deve mostrar a frequência DSD (por exemplo, DSD64) em vez de uma frequência PCM. Um conversor que mostra uma frequência PCM ou toca ruído não reconhece o fluxo: volte a Converter para PCM.
Ouça se há um estalido ou uma rajada de ruído no arranque, no Stop, no fim da faixa e ao mover o fader. Um estalido significa que o conversor precisa de um Silêncio DSD mais longo (Definições → Saídas de áudio, Avançado).
Inicie um cartucho ou outro leitor no mesmo dispositivo, uma vez com cada definição de mistura, e verifique o comportamento descrito acima.
No Linux, para verificar o DSD nativo sem a aplicação, execute FAUSTE_NATIVE_DSD_DEVICE=alsa:hw:CARD=<card>,DEV=0 cargo test -p fp-backends --test conformance -- --ignored native_dsd_on_a_real_device. Abre o dispositivo em DSD nativo a DSD64 e toca um segundo de silêncio DSD. Tem de passar, e o conversor deve sincronizar em DSD64.
Com ficheiros DSD em test-music/, cargo test --release -p fp-engine --test dsd_real_music -- --ignored toca-os através do motor num dispositivo simulado e compara as palavras com os bytes do ficheiro (ver Testing).

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