Alles over dithering in de digitale audiowereld

Dithering is een onderwerp dat bij veel producers grote vragen oproept - voor mij was dat tot een paar jaar geleden niet anders. Als je de muziek niet op CD brandt, kom je niet noodzakelijkerwijs in de situatie terecht dat je de bitdiepte moet verminderen, en heb je dus niet te maken met dithering.

Het probleem in de digitale audiowereld: afrondingsfouten

Bij digitale audioverwerking is er één probleem dat vaak wordt verwaarloosd: Afrondingsfouten. In theorie is digitale audioverwerking absoluut nauwkeurig en verliesvrij, maar in de praktijk zijn er obstakels. Deze obstakels komen voort uit de beperkingen van de digitale technologie, die werkt met beperkte, niet-continue waarden.

De omzetting van analoge naar digitale signalen en omgekeerd is een centraal element van muziekproductie. Hierbij wordt het analoge, continue signaal omgezet in een eindig aantal discrete waarden, wat kwantisering wordt genoemd. U kunt meer over dit onderwerp lezen in mijn artikel over sample rate en bitdiepte.

Afrondingsfouten ontstaan wanneer de exacte informatie van het audiosignaal wordt gereduceerd tot een lagere bitdiepte. Dit leidt tot kwantificatieruis, een ongewenst neveneffect dat de geluidskwaliteit aantast.

Deze fouten worden vooral hoorbaar wanneer de bitdiepte kunstmatig wordt verminderd, bijvoorbeeld van 24 bits naar 16 - een proces dat eigenlijk altijd gebeurt tijdens de mastering wanneer u uw muziek op een CD wilt zetten.

Meer over mastering:

• Wat zijn LUFS en waarvoor dienen zij?
• Hoofdruimte. Wat is het? En waarom is dat belangrijk?
• Remastering - wat betekent dat precies?

De oplossing: Dithering Audio

Het goede nieuws is dat er een oplossing is voor dit probleem: Dithering. Dithering is een techniek waarbij opzettelijk ruis aan het signaal wordt toegevoegd om kwantisatiefouten te minimaliseren. Dit klinkt op het eerste gezicht paradoxaal, want normaal gesproken zou men bij muziekproductie ruis willen vermijden. Deze gecontroleerde ruis is echter uiterst stil en nauwelijks hoorbaar en helpt ongewenste artefacten en vervormingen veroorzaakt door kwantisering te maskeren.

Het toevoegen van deze ruis zorgt voor willekeurige fluctuaties in het signaal, waardoor harde overgangen en abrupte veranderingen die kunnen optreden wanneer de bitdiepte wordt gereduceerd, worden verzacht. Het resultaat is een zachtere, meer natuurlijke geluidsweergave die dichter bij de originele opname ligt en veel natuurlijker klinkt in onze oren.

Verschillende bitsnelheden

In de digitale audiowereld zijn er verschillende bitdieptes, waarvan de meest gebruikte 16, 24 of 32 bits zijn. Elke bitdiepte biedt een ander dynamisch bereik en ruisgedrag. Hoe hoger de bitdiepte, hoe groter het dynamisch bereik en hoe lager de kwantiseringsruis.

Kwantificatiefouten treden op wanneer de bitdiepte van een audiosignaal wordt verminderd, omdat daardoor het aantal beschikbare discrete waarden dat kan worden gebruikt om het signaal weer te geven, wordt verminderd.

Elke bit in een digitaal audiosignaal vertegenwoordigt een "volumeniveau". Met een bitdiepte van 24 bits zijn er meer dan 16 miljoen volumeniveaus mogelijk. Wordt de bitdiepte teruggebracht tot 16 bits, dan zijn er slechts 65.536 niveaus mogelijk. Dit betekent dat een deel van de oorspronkelijke informatie van het 24-bits signaal verloren gaat.

Dit verlies van informatie leidt tot kwantificatiefouten die moeten worden gecorrigeerd door dithering.

Toepassing van dithering bij mastering

Deze techniek wordt gebruikt in de masteringfase wanneer de bitdiepte van een audiosignaal wordt gereduceerd, bijvoorbeeld wanneer een 24-bits audiobestand wordt gereduceerd tot 16 bits voor een CD-productie. Het is de laatste stap in de audiopostproductie en wordt uitgevoerd vóór of tijdens de export van een project.

Een goed dithering-algoritme kan de toegevoegde ruis zodanig vormen en plaatsen dat deze onder de waarnemingsdrempel van het menselijk gehoor ligt. Op die manier kan het oorspronkelijke signaal worden versterkt zonder te storen of, in het beste geval, helemaal niet te worden waargenomen.

Dithering-algoritmen

Er zijn verschillende dithering-algoritmen, die elk gebruik maken van verschillende methoden voor het genereren en verdelen van ruis. Hier volgen enkele van de drie meest voorkomende:

1. Rechthoekige DitherDit is de eenvoudigste vorm van dithering. Het voegt een eenvoudige, uniforme ruis toe. Dit algoritme is het minst effectief in het minimaliseren van kwantisatiefouten, maar wordt soms gebruikt in minder kritische toepassingen.
2. Driehoekige ditherDit algoritme voegt een willekeurige, gelijkmatig verdeelde ruis toe. Het is complexer dan rechthoekige dithering en geeft meestal betere resultaten. Driehoekige dithering is de standaard voor veel audiotoepassingen.
3. Ruisgevormde DitherDit is de meest geavanceerde vorm van dithering. Hier wordt ruis toegevoegd, maar tegelijkertijd wordt geprobeerd deze ruis te verschuiven naar frequentiegebieden waar het menselijk oor minder gevoelig voor is. Het resultaat is een nog onopvallender dithering. Er zijn verschillende soorten noise shaping, die elk gebruik maken van verschillende noise shaping algoritmen.

Dithering gebruiken: zo werkt het

Dithering kan worden toegepast in alle DAWs bij het exporteren van het audiosignaal. In Ableton Live is bijvoorbeeld de optie "Dither Options" beschikbaar.

Maar alleen als tijdens het exporteren een lagere bitdiepte dan in het project is gekozen. Hier kunt u kiezen tussen verschillende algoritmen.

Maar er zijn ook plugins die de dithering doen en wat meer opties bieden - de bekendste van allemaal is iZotope Maximizer, een limiter die deel uitmaakt van de Ozone Suite en veel opties biedt.

Wanneer mag dithering niet worden gebruikt?

Dithering is niet altijd nodig en kan in bepaalde situaties zelfs contraproductief zijn.

1. Als er bijvoorbeeld al wordt gewerkt met de gewenste bitdiepte en er geen vermindering van de bitdiepte nodig is.
2. Als je muziek door iemand anders moet worden bewerkt, zoals een andere mastering engineer, moet je geen dithering gebruiken. Dit moet worden gedaan door de laatste persoon die aan het nummer werkt (meestal de mastering engineer).

In ieder geval moet meervoudige toepassing van dithering worden vermeden. Meervoudige toepassing, bijv. door re-mastering of conversie van bestanden, kan leiden tot een opeenhoping van ruis en een sterke achteruitgang van de geluidskwaliteit. Daarom: altijd voorzichtig te werk gaan!

Dithering Audio FAQ