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.
This involves adding a continuous noise to the base signal at a very low or even inaudible level.
This noise has the particularity of being completely random, thus non-repetitive.
It can for example look like this:
Sure, it may seem counterintuitive to add noise to your master: after all, we often seek to have the lowest possible background noise.
But look at what happens when we add this dithering noise to our sine wave converted to 16 bits:
On the graph above:
- the blue curve corresponds to our signal converted to 16 bits with dithering;
- and below you can distinguish the orange curve we saw earlier, which corresponds to the same signal converted but without dithering.
As you can see, dithering helps eliminate distortion, but in return, we do get a higher background noise.
That said, this background noise is almost inaudible: we are below -120 dBFS. And then, it is better to have a soft and homogeneous background noise than the background noise created by the reduction of resolution, which is much less pleasant to the ear.
Finally, it should be noted that the level of dithering certainly influences its ability to correct all or not the quantization problems.
Note: dithering can even help recover a correct signal when the resolution reduction is extreme.
For example, with dithering, it will be possible to hear a sine wave reduced from 24 bits to 1 bit, whereas otherwise we would be at 100% distortion.
How to make dithering less audible?
By default, the noise added by dithering is at a very low level.
Typically, we talk about a level below -100 dBFS.
However, adding noise to your master is not desired by anyone.
As a result, a number of dithering algorithms, from the simplest to the most complex, have been designed to make the effect less audible while maximizing its effectiveness.
When listening to a sound at low volume, we are much more sensitive to sounds located, let’s say, between 800 and 5000 Hz. These are the famous Fletcher and Munson curves.
In short — starting from this physical phenomenon, we can filter the dithering noise:
- to attenuate it in the frequency bands to which we are more sensitive;
- and conversely, to reinforce it in the frequencies that we hear less easily.
This gives us, for example, a noise profile like this:
We talk about “noise shaping” — in other words, noise filtering.
As you can see, in certain areas, the dithering noise is significant, while in other frequency bands it is much weaker.
Result: in terms of perception by the sound engineer or potentially by the listener, dithering is less audible, but it still plays its effect and is even in some cases more effective than a “flat” dithering as we saw in the previous paragraph.
How to apply dithering during mastering?
Now that you know almost everything about dithering, the question remains how to apply it.
By definition, it should only be used once per track: when you make the final export by reducing the number of bits.
In most DAWs, you will be able to use the built-in dithering tools. For example:
- in Cubase, dithering can be done via the UV22HR plugin;
- in Ableton Live, dithering settings are available during export (see the image on the right);
- similarly in Reaper and FL Studio, via checkboxes;
- in Pro Tools, plugins are included to manage dithering;
- etc.
After that, especially if you want to go further and experiment a bit with different algorithms, you have the option to turn to third-party editor plugins.
Somewhat surprisingly, there aren’t many on the market.
Of course, the famous iZotope Ozone includes a very powerful module for this task:
But if you want a truly dedicated tool, I recommend looking into PSP X-Dither, which is very effective and easy to use:
In practice, however, the built-in functions of your DAW will suffice in 99% of cases.
In conclusion
There you go, you now understand everything about what dithering is and what it is used for.
Don’t forget the two most important points:
- first, only apply dithering once per track
- and only when you are reducing the bit resolution.
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