Tudo sobre dithering no mundo do áudio digital

No mundo em constante evolução da produção de música digital, tudo se resume a conseguir a melhor qualidade de som. Um aspecto fundamental que é frequentemente ignorado é o papel do dithering. Neste artigo, aprofundamos o tema do dithering, destacando o que é, porque é importante, como é aplicado e quando o deve evitar.
Índice

O dithering é um assunto que levanta grandes questões a muitos produtores - não era diferente para mim até há uns anos atrás. Se não gravarmos a música em CD, não temos necessariamente de reduzir a profundidade de bits e, portanto, não temos de lidar com o dithering.

O problema no mundo do áudio digital: erros de arredondamento

No processamento de áudio digital, há um problema que é frequentemente negligenciado: Erros de arredondamento. Em teoria, o processamento de áudio digital é absolutamente preciso e sem perdas, mas na prática existem obstáculos. Estes obstáculos resultam das limitações da tecnologia digital, que trabalha com valores limitados e não contínuos.

A conversão de sinais analógicos em digitais e vice-versa é um elemento central da produção musical. Envolve a conversão do sinal analógico e contínuo num número finito de valores discretos, a que se chama quantização. Pode ler mais sobre este tópico no meu artigo sobre taxa de amostragem e profundidade de bits.

Os erros de arredondamento ocorrem quando a informação exacta do sinal de áudio é reduzida para uma profundidade de bits inferior. Isto leva ao ruído de quantização, um efeito secundário indesejável que degrada a qualidade do som.

Estes erros tornam-se particularmente audíveis quando a profundidade de bits é artificialmente reduzida, por exemplo, de 24 bits para 16 - um processo que acontece sempre durante a masterização quando se pretende colocar a música num CD.

Mais sobre o tema da masterização:

A solução: Dithering Audio

A boa notícia é que existe uma solução para este problema: Dithering. O dithering é uma técnica em que o ruído é intencionalmente adicionado ao sinal para minimizar os erros de quantificação. Isto parece paradoxal à primeira vista, uma vez que normalmente se quer evitar o ruído na produção musical. No entanto, este ruído controlado é extremamente silencioso e pouco audível e ajuda a mascarar artefactos indesejados e distorções causadas pela quantização.

A adição deste ruído cria flutuações aleatórias no sinal que ajudam a suavizar as transições difíceis e as alterações abruptas que podem ocorrer quando a profundidade de bits é reduzida. O resultado é uma reprodução de som mais suave e natural que se aproxima da gravação original e soa muito mais natural aos nossos ouvidos.

A diferença entre um sinal de 24 bits, um sinal reduzido a 8 bits sem dithering e um sinal reduzido a 8 bits com dithering.
A diferença entre um sinal de 24 bits, um sinal reduzido a 8 bits sem dithering e um sinal reduzido a 8 bits com dithering; fonte: Wikimedia Commons

Diferentes taxas de bits

No mundo do áudio digital, existem diferentes profundidades de bits, sendo as mais utilizadas as de 16, 24 ou 32 bits. Cada profundidade de bits oferece uma gama dinâmica e um comportamento de ruído diferentes. Quanto maior for a profundidade de bits, maior será a gama dinâmica e menor será o ruído de quantização.

Os erros de quantização ocorrem quando a profundidade de bits de um sinal de áudio é reduzida, porque isso reduz o número de valores discretos disponíveis que podem ser usados para representar o sinal.

Cada bit num sinal de áudio digital representa um "nível" de volume. Com uma profundidade de bits de 24 bits, existem mais de 16 milhões de níveis de volume possíveis. Se a profundidade de bits for reduzida para 16 bits, só são possíveis 65.536 níveis. Isto significa que se perde alguma da informação original do sinal de 24 bits.

Esta perda de informação conduz a erros de quantificação que têm de ser cobertos por dithering.

Aplicação do dithering na masterização

Esta técnica deve ser utilizada na fase de masterização quando a profundidade de bits de um sinal de áudio é reduzida, por exemplo, quando um ficheiro de áudio de 24 bits é reduzido para 16 bits para a produção de um CD. É o passo final na pós-produção de áudio e é realizado antes ou durante a exportação de um projecto.

Definições de pontilhismo para o iZotope Ozone
Configurações de dithering no iZotope Ozone, uma das melhores ferramentas de masterização.

Um bom algoritmo de dithering é capaz de moldar e colocar o ruído adicionado de tal forma que este fique abaixo do limiar de percepção da audição humana. Desta forma, pode melhorar o sinal original sem interferir ou, na melhor das hipóteses, sem ser percepcionado de todo.

Algoritmos de dithering

Existem vários algoritmos de dithering, cada um utilizando diferentes métodos de geração e distribuição de ruído. Aqui estão alguns dos três mais comuns:

  1. Dither rectangularEsta é a forma mais simples de dithering. Adiciona um ruído simples e uniforme. Este algoritmo é o menos eficaz na minimização de erros de quantificação, mas é por vezes utilizado em aplicações menos críticas.
  2. Pontilhamento triangularEste algoritmo adiciona um ruído aleatório e uniformemente distribuído. É mais complexo do que o dithering rectangular e normalmente dá melhores resultados. O dithering triangular é o padrão para muitas aplicações de áudio.
  3. Dither em forma de ruídoRuído: Esta é a forma mais avançada de dithering. Aqui, o ruído é adicionado, mas ao mesmo tempo é feita uma tentativa de deslocar este ruído para intervalos de frequência onde o ouvido humano é menos sensível. O resultado é um dithering ainda mais discreto. Existem diferentes tipos de modelação de ruído, cada um utilizando diferentes algoritmos de modelação de ruído.

Utilizar o dithering: é assim que funciona

O Dithering pode ser aplicado em todos os DAWs quando exporta o sinal de áudio. No Ableton Live, por exemplo, a opção "Dither Options" está disponível.

No entanto, apenas se for seleccionada uma profundidade de bits inferior à do projecto durante a exportação. Aqui pode escolher entre diferentes algoritmos.

Mas também há plugins que fazem o dithering e oferecem mais algumas opções - o mais conhecido de todos é o iZotope Maximizer, um limitador que faz parte do Ozone Suite e oferece muitas opções.

ditheringableton 1

Quando é que o dithering não deve ser utilizado?

O dithering nem sempre é necessário e pode até ser contraproducente em determinadas situações.

  1. Se, por exemplo, o trabalho já estiver a ser feito com a profundidade de bits desejada e não for necessária uma redução da profundidade de bits.
  2. Se a sua música precisar de ser editada por outra pessoa, como outro engenheiro de masterização, não deve utilizar o dithering. Isto deve ser feito pela última pessoa a trabalhar na música (normalmente o engenheiro de masterização).

Em qualquer caso, a aplicação múltipla do dithering deve ser evitada. A aplicação múltipla, por exemplo, através da remasterização ou conversão de ficheiros, pode levar a uma acumulação de ruído e degradar extremamente a qualidade do som. Por isso: Manusear sempre com cuidado!

Perguntas frequentes sobre áudio com dithering

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