Alles über Dithering in der digitalen Audiowelt

Dithering ist ein Thema, das für viele Produzenten große Fragen aufwirft – für mich war das bis vor einigen Jahren nicht anders. Wenn man die Musik nicht auf CD brennt, kommt man nicht unbedingt in die Situation, die Bittiefe reduzieren zu müssen, und damit hat man es auch nicht mit Dithering zu tun.

Das Problem in der digitalen Audiowelt: Rundungsfehler

In der digitalen Audioverarbeitung gibt es ein Problem, das oft vernachlässigt wird: Rundungsfehler. Theoretisch ist die digitale Audioverarbeitung absolut präzise und verlustfrei, aber in der Praxis gibt es Hindernisse. Diese Hindernisse ergeben sich aus den Grenzen der digitalen Technologie, die mit begrenzten, nicht kontinuierlichen Werten arbeitet.

Die Umwandlung von analogen in digitale Signale und umgekehrt ist ein zentrales Element der Musikproduktion. Dabei wird das analoge, kontinuierliche Signal in eine endliche Anzahl diskreter Werte umgewandelt, was als Quantisierung bezeichnet wird. Mehr zum Thema kannst du in meinem Beitrag über Sample Rate und Bittiefe erfahren.

Rundungsfehler entstehen, wenn die genaue Information des Audiosignals auf eine geringere Bittiefe reduziert wird. Dies führt zu Quantisierungsrauschen, einem unerwünschten Nebeneffekt, der die Klangqualität verschlechtert.

Besonders hörbar werden diese Fehler, wenn die Bittiefe künstlich reduziert wird, z.B. von 24 Bit auf 16 – ein Vorgang, der eigentlich immer beim Mastering passiert, wenn man seine Musik auf eine CD bringen will.

Mehr zum Thema Mastering:

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Die Lösung: Dithering Audio

Die gute Nachricht ist, dass es eine Lösung für dieses Problem gibt: Dithering. Dithering ist eine Technik, bei der dem Signal absichtlich Rauschen hinzugefügt wird, um Quantisierungsfehler zu minimieren. Das klingt zunächst paradox, da man Rauschen in der Musikproduktion normalerweise vermeiden möchte. Dieses kontrollierte Rauschen ist jedoch extrem leise und kaum hörbar und hilft, unerwünschte Artefakte und Verzerrungen, die durch die Quantisierung entstehen, zu maskieren.

Das Hinzufügen dieses Rauschens erzeugt zufällige Schwankungen im Signal, die dazu beitragen, harte Übergänge und abrupte Änderungen zu glätten, die bei der Reduzierung der Bittiefe auftreten können. Das Ergebnis ist eine glattere, natürlichere Klangwiedergabe, die der Originalaufnahme näher kommt und für unsere Ohren viel natürlicher klingt.

Verschiedene Bit Rates

In der digitalen Audiowelt gibt es verschiedene Bittiefen, die am häufigsten verwendeten sind 16, 24 oder 32 Bit. Jede Bittiefe bietet einen unterschiedlichen Dynamikumfang und ein unterschiedliches Rauschverhalten. Je höher die Bit-Tiefe, desto größer der Dynamikumfang und desto geringer das Quantisierungsrauschen.

Quantisierungsfehler treten auf, wenn die Bittiefe eines Audiosignals reduziert wird, weil sich dadurch die Anzahl der verfügbaren diskreten Werte verringert, die zur Darstellung des Signals verwendet werden können.

Jedes Bit in einem digitalen Audiosignal stellt eine „Stufe“ der Lautstärke dar. Bei einer Bittiefe von 24 Bit gibt es mehr als 16 Millionen mögliche Lautstärkestufen. Wird die Bittiefe auf 16 Bit reduziert, sind nur noch 65.536 Stufen möglich. Das bedeutet, dass ein Teil der ursprünglichen Information des 24-Bit-Signals verloren geht.

Dieser Informationsverlust führt zu Quantisierungsfehlern, die durch Dithering überdeckt werden müssen.

Anwendung von Dithering im Mastering

Diese Technik sollte in der Mastering-Phase verwendet werden, wenn die Bittiefe eines Audiosignals reduziert wird, z. B. wenn eine 24-Bit-Audiodatei für eine CD-Produktion auf 16 Bit reduziert wird. Es ist der letzte Schritt in der Audio-Postproduktion und wird vor oder während des Exports eines Projekts durchgeführt.

Ein guter Dithering-Algorithmus ist in der Lage, das hinzugefügte Rauschen so zu gestalten und zu platzieren, dass es unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des menschlichen Gehörs liegt. Auf diese Weise kann es das ursprüngliche Signal verbessern, ohne zu stören oder im besten Fall überhaupt wahrgenommen zu werden.

Dithering-Algorithmen

Es gibt verschiedene Dithering-Algorithmen, die jeweils unterschiedliche Methoden der Rauschgenerierung und -verteilung verwenden. Hier einige der drei gängigsten:

1. Rectangular Dither: Dies ist die einfachste Form des Dithering. Sie fügt ein einfaches, gleichmäßiges Rauschen hinzu. Dieser Algorithmus ist am wenigsten effektiv bei der Minimierung von Quantisierungsfehlern, wird aber manchmal in weniger kritischen Anwendungen verwendet.
2. Triangular Dither: Dieser Algorithmus fügt ein zufälliges, gleichmäßig verteiltes Rauschen hinzu. Er ist komplexer als das rechteckige Dithering und liefert in der Regel bessere Ergebnisse. Dreieckiges Dithering ist der Standard für viele Audioanwendungen.
3. Noise-Shaped Dither: Dies ist die fortgeschrittenste Form des Dithering. Hier wird Rauschen hinzugefügt, aber gleichzeitig wird versucht, dieses Rauschen in Frequenzbereiche zu verschieben, in denen das menschliche Ohr weniger empfindlich ist. Das Ergebnis ist ein noch unauffälligeres Dithering. Es gibt verschiedene Arten von Noise Shaping, die jeweils unterschiedliche Algorithmen zur Rauschformung verwenden.

Dithering verwenden: so geht’s

Dithering kann in allen DAWs beim Export des Audiosignals angewendet werden. In Ableton Live z.B. steht die Option „Dither Options“ zur Verfügung.

Allerdings nur, wenn beim Export eine geringere Bittiefe als im Projekt gewählt wird. Hier kann zwischen verschiedenen Algorithmen gewählt werden.

Es gibt aber auch Plugins, die das Dithering übernehmen und noch ein paar mehr Optionen bieten – das bekannteste von allen ist iZotope Maximizer, ein Limiter, der Teil der Ozone Suite ist und eine Menge Optionen bietet.

Wann sollte Dithering nicht verwendet werden?

Dithering ist nicht immer notwendig und kann in bestimmten Situationen sogar kontraproduktiv sein.

1. Wenn z.B. bereits in der gewünschten Bittiefe gearbeitet wird und keine Reduzierung der Bittiefe erforderlich ist.
2. Wenn deine Musik noch von jemand anderem bearbeitet werden muss, z.B. von einem anderen Mastering-Engineer, solltest du kein Dithering verwenden. Dies sollte die letzte Person tun, die an dem Song arbeitet (normalerweise der Mastering-Engineer).

Auf jeden Fall sollte die mehrfache Anwendung von Dithering vermieden werden. Mehrfache Anwendung, z.B. durch erneutes Mastern oder Konvertieren von Dateien, kann zu einer Anhäufung von Rauschen führen und die Klangqualität extrem verschlechtern. Daher gilt: Immer vorsichtig damit umgehen!

Dithering Audio FAQ