Rares celles et ceux qui prennent le temps de se pencher sur le sujet du dithering.
J’aurais du mal à leur en tenir rigueur : en effet, s’il s’agit de la dernière étape des traitements effectués lors du mastering, elle n’est clairement pas la plus passionnante.
La plupart d’entre nous ajoutent du dithering parce qu’on leur a dit de le faire. Et c’est tout.
Alors si vous avez déjà lu cette page jusqu’ici, félicitations 🙂 — c’est que vous êtes vraiment motivé(e) à en savoir plus sur le sujet.
Et rassurez-vous, cet article ne va pas être une thèse technique sur le dithering (ça existe), mais simplement un aperçu suffisamment complet pour que vous compreniez à quoi ça sert et comment l’utiliser.
C’est parti…
Notion de résolution en bits
Commençons par regarder ce à quoi ressemble un signal numérique (ça sera peut-être un rappel pour certains d’entre vous).
Dans l’univers digital — donc celui de votre PC et de votre DAW par exemple — un signal audio est composé de 0 et de 1.
C’est pour cela qu’on parle de “signal numérique”, par rapport aux signaux analogiques du monde physique.
Cela veut dire que si l’on prend une courbe sinusoïdale comme ceci :
et que l’on zoome, on obtient quelque chose comme ça :
Vous voyez ces points ?
Eh bien, il s’agit des échantillons (samples en anglais) de votre signal.
L’échelle horizontale correspond au temps qui s’écoule. Par seconde, il y a autant de points-échantillons que la fréquence d’échantillonnage du signal.
Par exemple, sur un CD, l’échantillonnage est à 44100 Hz : on a donc 44100 échantillons par seconde.
L’échelle verticale, elle, correspond à la valeur des échantillons. Plus la résolution en bits est élevée, plus il y a de valeurs possibles.
Donc, plus la plage dynamique de signal pouvant être représentée est grande :
- 1 bit = 2 valeurs possibles, 0 ou 1 ;
- 2 bits = 4 valeurs possibles ;
- 16 bits = 65 536 valeurs possibles ;
- 24 bits = 16 777 216 valeurs possibles ;
- etc.
Le fait est que suivant le support, on ne va pas retrouver la même résolution.
Typiquement, dans votre DAW, vous traitez probablement des pistes enregistrées en 24 bits.
Mais vos effets travaillent en 64 bits.
Et in fine, les CDs que vous allez produire sont en 16 bits.
Et là, il va y avoir un problème…
Réduction de la résolution en bits = problème
Imaginons que vous ayez un signal simple enregistré en 24 bits.
Par exemple, une onde sinusoïdale à 1 kHz.
Si l’on regarde le spectre de fréquences correspondant, on retrouve une jolie fréquence fondamentale avec un bruit de fond extrêmement bas (le noise floor).
Jusqu’ici, tout va bien.
Imaginons maintenant que vous souhaitiez convertir ce signal en 16 bits.
Pour ce faire, on va par exemple tronquer le signal en retirant les bits les moins importants.
Problème : en faisant cela, on génère ce que l’on appelle des erreurs de quantification, qui vont se traduire :
- en distorsion harmonique ;
- en un bruit de fond additionnel et d’amplitude variable.
Le tout se comportant de façon relativement imprédictible en termes de répartition fréquentielle.
Si on regarde le spectre de fréquences de notre enregistrement converti en 16 bits, on obtiendra donc ceci :
Pas terrible : la distorsion est partout (regardez les harmoniques apparues à 3 et 5 kHz par exemple) et il y a un bruit de fond qui n’est pas du tout homogène.
C’est donc ce problème de quantification que l’on va essayer de traiter avec le dithering.
Le dithering, c’est quoi ?
Pour pallier les problèmes de conversion inhérents à la réduction de la résolution d’un fichier audio, on utilise le dithering.
Toto spočívá v přidání trvalého šumu k základnímu signálu na velmi nízké, dokonce i neslyšitelné úrovni.
Ten šum má tu zvláštnost, že je zcela náhodný, tedy neopakující se.
Může například vypadat takto:
Jistě, může se vám zdát intuitivně nesprávné přidávat šum k vašemu masteru: koneckonců, často se snažíme mít co nejnižší hladinu šumu na pozadí.
Ale podívejte se, co se stane, když přidáme tento ditheringový šum k našemu sinusoidi převedenému na 16 bitů:
Na grafu výše:
- modrá křivka odpovídá našemu signálu převedenému na 16 bitů s ditheringem;
- a pod ní můžete rozlišit oranžovou křivku, kterou jsme viděli před chvílí, a která odpovídá stejnému signálu převedenému, ale bez ditheringu.
Jak můžete vidět, dithering umožňuje eliminovat zkreslení, ale na oplátku samozřejmě získáváme vyšší hladinu šumu na pozadí.
To znamená, že tento šum na pozadí je téměř neslyšitelný: jsme pod -120 dBFS. A pak je lepší mít jemný a homogenní šum na pozadí než šum na pozadí vytvořený snížením rozlišení, který je mnohem méně příjemný pro ucho.
Nakonec je třeba poznamenat, že úroveň ditheringu samozřejmě ovlivňuje jeho schopnost opravit všechny nebo některé problémy s kvantizací.
Poznámka: dithering může dokonce pomoci obnovit správný signál, když je snížení rozlišení extrémní.
Například s ditheringem bude možné slyšet sinusoidu sníženou z 24 bitů na 1 bit, zatímco jinak bychom byli na 100% zkreslení.
Jak učinit dithering méně slyšitelným?
Ve výchozím nastavení má šum přidaný ditheringem velmi nízkou úroveň.
Typicky se mluví o úrovni pod -100 dBFS.
Nicméně, nikdo si nepřeje přidávat šum k jeho masteru.
V důsledku toho bylo navrženo řada ditheringových algoritmů, od nejjednodušších po nejkomplexnější, aby se efekt stal méně slyšitelným, zatímco se maximalizuje jeho účinnost.
Když posloucháme zvuk na nízké hlasitosti, jsme mnohem citlivější na zvuky, které se nacházejí, řekněme, mezi 800 a 5000 Hz. To jsou slavné Fletcherovy a Munsonovy křivky.
Stručně řečeno — vycházející z tohoto fyzikálního jevu, můžeme filtrovat šum ditheringu:
- abychom ho potlačili na frekvenčních pásmech, na kterých jsme citlivější;
- a naopak ho posílili na frekvencích, které slyšíme hůře.
Což nám dává například profil šumu takto:
Hovoříme o “noise shaping” — jinými slovy o filtrování šumu.
Jak můžete vidět, v některých oblastech je šum ditheringu významný, zatímco na jiných frekvenčních pásmech je mnohem slabší.
Výsledek: z hlediska vnímání zvukovým inženýrem nebo potenciálně posluchačem je dithering méně slyšitelný, ale stále vykonává svůj efekt a v některých případech je dokonce účinnější než “plochý” dithering, jak jsme viděli v předchozím odstavci.
Jak aplikovat dithering během masteringu?
Teď, když víte téměř vše o ditheringu, zbývá otázka, jak ho aplikovat.
Podle definice, musí být použit pouze jednou na skladbu: když děláte finální export a snižujete počet bitů.
Ve většině DAW budete moci používat předem integrované nástroje pro dithering. Například:
- v Cubase lze dithering provést pomocí pluginu UV22HR ;
- v Ableton Live jsou nastavení ditheringu k dispozici při exportu (viz obrázek vedle) ;
- stejně tak v Reaper a FL Studio, pomocí zaškrtávacích políček ;
- v Pro Tools jsou zahrnuty pluginy pro správu ditheringu ;
- atd.
Pokud chcete jít dál a trochu experimentovat s různými algoritmy, máte možnost se obrátit na pluginy od třetích stran.
Trochu překvapivě však na trhu není mnoho takových pluginů.
Samozřejmě, slavný iZotope Ozone obsahuje velmi silný modul pro tuto úlohu :
Pokud však hledáte opravdu specializovaný nástroj, doporučuji se zaměřit na PSP X-Dither, který je velmi efektivní a snadno použitelný :
V praxi však integrované funkce ve vašem DAW postačí v 99 % případů.
Na závěr
Takže, nyní už víte vše o tom, co je dithering a k čemu slouží.
Nezapomeňte na dva nejdůležitější body :
- především, aplikujte dithering pouze jednou na skladbu
- a pouze při snižování rozlišení na bitech.
Klikněte zde pro pokračování ve čtení mých článků o mastering.