Rares sont diejenigen, die sich die Zeit nehmen, um sich mit dem Thema Dithering zu beschäftigen.
Ich hätte Schwierigkeiten, ihnen das übel zu nehmen: Schließlich ist es die letzte Phase der Bearbeitung beim Mastering, aber sie ist eindeutig nicht die spannendste.
Die meisten von uns fügen Dithering hinzu, weil man ihnen gesagt hat, sie sollen es tun. Und das war’s.
Wenn Sie also diese Seite bis hierhin gelesen haben, Glückwunsch 🙂 — das bedeutet, dass Sie wirklich motiviert sind, mehr über das Thema zu erfahren.
Und keine Sorge, dieser Artikel wird keine technische Abhandlung über Dithering sein (das gibt es), sondern einfach einen ausreichend umfassenden Überblick, damit Sie verstehen, wozu es dient und wie man es anwendet.
Los geht’s…
Begriff der Bitauflösung
Beginnen wir damit, uns anzusehen, wie ein digitales Signal aussieht (das könnte für einige von Ihnen eine Auffrischung sein).
Im digitalen Universum — also dem Ihres PCs und Ihrer DAW zum Beispiel — besteht ein Audiosignal aus 0 und 1.
Deshalb sprechen wir von “digitalem Signal” im Gegensatz zu den analogen Signalen der physischen Welt.
Das bedeutet, dass, wenn wir eine Sinuskurve wie diese nehmen:
und hineinzoomen, wir etwas wie das hier bekommen:
Sehen Sie diese Punkte?
Nun, das sind die Samples Ihres Signals.
Die horizontale Achse entspricht der Zeit, die vergeht. Pro Sekunde gibt es so viele Samples, wie die Abtastrate des Signals beträgt.
Zum Beispiel beträgt die Abtastrate bei einer CD 44100 Hz: Wir haben also 44100 Samples pro Sekunde.
Die vertikale Achse hingegen entspricht dem Wert der Samples. Je höher die Bitauflösung, desto mehr mögliche Werte gibt es.
Das bedeutet, je größer der Dynamikbereich des Signals, der dargestellt werden kann:
- 1 Bit = 2 mögliche Werte, 0 oder 1;
- 2 Bits = 4 mögliche Werte;
- 16 Bits = 65 536 mögliche Werte;
- 24 Bits = 16 777 216 mögliche Werte;
- usw.
Die Tatsache ist, dass je nach Medium die Auflösung nicht gleich ist.
Typischerweise verarbeiten Sie in Ihrer DAW wahrscheinlich Spuren, die in 24 Bit aufgenommen wurden.
Aber Ihre Effekte arbeiten in 64 Bit.
Und in fine sind die CDs, die Sie produzieren werden, in 16 Bit.
Und hier gibt es ein Problem…
Reduzierung der Bitauflösung = Problem
Stellen Sie sich vor, Sie haben ein einfaches Signal, das in 24 Bit aufgenommen wurde.
Zum Beispiel eine Sinuswelle bei 1 kHz.
Wenn wir das entsprechende Frequenzspektrum betrachten, sehen wir eine schöne Grundfrequenz mit extrem niedrigem Hintergrundrauschen (dem Noise Floor).
Bisher ist alles gut.
Stellen Sie sich nun vor, Sie möchten dieses Signal in 16 Bit umwandeln.
Um dies zu tun, werden wir beispielsweise das Signal kürzen, indem wir die am wenigsten signifikanten Bits entfernen.
Problem: Wenn wir das tun, erzeugen wir das, was man Quantisierungsfehler nennt, die sich äußern in:
- harmonischer Verzerrung;
- einem zusätzlichen und variablen Hintergrundrauschen.
Das Ganze verhält sich relativ unvorhersehbar in Bezug auf die Frequenzverteilung.
Wenn wir das Frequenzspektrum unserer in 16 Bit umgewandelten Aufnahme betrachten, erhalten wir also dies:
Nicht toll: die Verzerrung ist überall (sehen Sie sich die bei 3 und 5 kHz aufgetretenen harmonischen Frequenzen an) und es gibt ein Hintergrundrauschen, das überhaupt nicht homogen ist.
Es ist also dieses Quantisierungsproblem, das wir mit Dithering zu behandeln versuchen.
Was ist Dithering?
Um die Umwandlungsprobleme, die mit der Reduzierung der Auflösung einer Audiodatei verbunden sind, zu beheben, verwenden wir Dithering.
Es besteht darin, dem Grundsignal ein kontinuierliches Rauschen auf einem sehr niedrigen, sogar unhörbaren Niveau hinzuzufügen.
Dieses Rauschen hat die Besonderheit, völlig zufällig und damit nicht wiederholbar zu sein.
Es könnte zum Beispiel so aussehen:
Es mag zwar kontraintuitiv erscheinen, Rauschen zu Ihrem Master hinzuzufügen: Schließlich versucht man oft, das Hintergrundrauschen so gering wie möglich zu halten.
Aber schauen Sie sich an, was passiert, wenn wir dieses Dithering-Rauschen zu unserer in 16 Bit umgewandelten Sinuswelle hinzufügen:
Auf dem obigen Diagramm:
- Die blaue Kurve entspricht unserem in 16 Bit umgewandelten Signal mit Dithering;
- und darunter können Sie die orangefarbene Kurve erkennen, die wir vorhin gesehen haben und die dasselbe Signal ohne Dithering darstellt.
Wie Sie sehen können, eliminieren Dithering die Verzerrung, aber im Gegenzug erhalten wir natürlich ein höheres Hintergrundrauschen.
Das Hintergrundrauschen ist jedoch nahezu unhörbar: Es liegt unter -120 dBFS. Und es ist besser, ein sanftes und homogenes Hintergrundrauschen zu haben als das Hintergrundrauschen, das durch die Reduzierung der Auflösung entsteht, das viel unangenehmer für das Ohr ist.
Schließlich ist zu beachten, dass das Niveau des Dithering natürlich Einfluss auf seine Fähigkeit hat, die quantisierungsbedingten Probleme vollständig oder nicht zu korrigieren.
Hinweis: Dithering kann sogar helfen, ein korrektes Signal wiederherzustellen, wenn die Reduzierung der Auflösung extrem ist.
Zum Beispiel wird es mit Dithering möglich sein, eine von 24 Bit auf 1 Bit reduzierte Sinuswelle zu hören, während man sonst bei 100 % Verzerrung wäre.
Wie macht man Dithering weniger hörbar?
Standardmäßig hat das durch Dithering hinzugefügte Rauschen ein sehr niedriges Niveau.
Typischerweise spricht man von einem Niveau unter -100 dBFS.
Dennoch möchte niemand Rauschen zu seinem Master hinzufügen.
Daher wurden eine Reihe von Dithering-Algorithmen, von den einfachsten bis zu den komplexesten, entwickelt, um den Effekt weniger hörbar zu machen und gleichzeitig seine Effektivität zu maximieren.
Wenn man einen Ton bei niedriger Lautstärke hört, ist man viel empfindlicher gegenüber Tönen, die, sagen wir, zwischen 800 und 5000 Hz liegen. Dies sind die berühmten Fletcher- und Munson-Kurven.
Kurz gesagt — basierend auf diesem physikalischen Phänomen können wir das Dithering-Rauschen filtern:
- um es in den Frequenzbändern, auf die wir empfindlicher sind, zu dämpfen;
- und im Gegenteil, um es in den Frequenzen, die wir weniger gut hören, zu verstärken.
Was uns zum Beispiel ein Rauschprofil wie dieses gibt:
Wir sprechen von “Noise Shaping” — anders gesagt von der Filterung des Rauschens.
Wie Sie sehen können, ist das Dithering-Rauschen in bestimmten Bereichen stark, während es in anderen Frequenzbändern viel schwächer ist.
Ergebnis: In Bezug auf die Wahrnehmung durch den Toningenieur oder potenziell durch den Hörer ist das Dithering weniger hörbar, spielt aber immer noch seine Rolle und ist in einigen Fällen sogar effektiver als ein “flaches” Dithering, wie wir im vorherigen Abschnitt gesehen haben.
Wie wendet man Dithering beim Mastering an?
Jetzt, da Sie fast alles über Dithering wissen, bleibt die Frage, wie man es anwendet.
Per Definition darf es nur einmal pro Stück verwendet werden: wenn Sie den endgültigen Export durchführen und die Anzahl der Bits reduzieren.
In den meisten DAWs können Sie die integrierten Dithering-Tools verwenden. Hier sind einige Beispiele:
- in Cubase kann das Dithering über das Plugin UV22HR durchgeführt werden;
- in Ableton Live sind die Dithering-Einstellungen beim Export verfügbar (siehe Bild rechts);
- das Gleiche gilt für Reaper und FL Studio, über Auswahlkästchen;
- in Pro Tools sind Plugins enthalten, um das Dithering zu verwalten;
- usw.
Wenn Sie darüber hinaus experimentieren und mit verschiedenen Algorithmen arbeiten möchten, haben Sie die Möglichkeit, sich an Plugins von Drittanbietern zu wenden.
Überraschenderweise gibt es jedoch nicht viele auf dem Markt.
Natürlich enthält das berühmte iZotope Ozone ein sehr leistungsfähiges Modul für diese Aufgabe:
Wenn Sie jedoch ein wirklich dediziertes Tool wünschen, empfehle ich Ihnen, sich an PSP X-Dither zu wenden, das sehr effektiv und einfach zu bedienen ist:
In der Tat werden die in Ihrer DAW integrierten Funktionen in 99 % der Fälle ausreichen.
Fazit
Das ist es, Sie haben jetzt alles über Dithering und dessen Zweck verstanden.
Vergessen Sie nicht die zwei wichtigsten Punkte:
- Wenden Sie Dithering vor allem nur einmal pro Stück an
- und nur, wenn Sie die Bitauflösung reduzieren.
Klicken Sie hier, um meine Artikel über das Mastering weiterzulesen.