Raar zijn degenen die de tijd nemen om zich over het onderwerp dithering te buigen.
Ik zou het moeilijk vinden om ze dat kwalijk te nemen: het is inderdaad de laatste stap van de bewerkingen die worden uitgevoerd tijdens het masteren, maar het is duidelijk niet de meest spannende.
De meeste van ons voegen dithering toe omdat men ons heeft verteld dat we dat moeten doen. En dat is alles.
Dus als je deze pagina tot hier hebt gelezen, gefeliciteerd 🙂 — dat betekent dat je echt gemotiveerd bent om meer over het onderwerp te leren.
En wees gerust, dit artikel zal geen technische thesis over dithering zijn (dat bestaat), maar gewoon een overzicht dat compleet genoeg is zodat je begrijpt waar het voor dient en hoe je het kunt gebruiken.
Laten we beginnen…
Notie van bitresolutie
Laten we beginnen met te kijken hoe een digitaal signaal eruitziet (dit kan een herinnering zijn voor sommigen van jullie).
In de digitale wereld — dus die van je PC en je DAW bijvoorbeeld — bestaat een audio signaal uit 0 en 1.
Daarom spreken we van een “digitaal signaal”, in tegenstelling tot de analoge signalen van de fysieke wereld.
Dat betekent dat als we een sinusgolf zoals deze nemen:
en we inzoomen, we iets als dit krijgen:
Zie je die punten?
Welnu, dat zijn de monsters (samples in het Engels) van je signaal.
De horizontale schaal komt overeen met de tijd die verstrijkt. Per seconde zijn er zoveel monsterpunten als de samplefrequentie van het signaal.
Bijvoorbeeld, op een CD is de sampling op 44100 Hz: we hebben dus 44100 monsters per seconde.
De verticale schaal komt overeen met de waarde van de monsters. Hoe hoger de bitresolutie, hoe meer mogelijke waarden er zijn.
Dus, hoe groter het dynamisch bereik van het signaal dat kan worden weergegeven:
- 1 bit = 2 mogelijke waarden, 0 of 1;
- 2 bits = 4 mogelijke waarden;
- 16 bits = 65 536 mogelijke waarden;
- 24 bits = 16 777 216 mogelijke waarden;
- enzovoort.
Het feit is dat afhankelijk van het medium, we niet dezelfde resolutie zullen vinden.
Typisch, in je DAW, verwerk je waarschijnlijk sporen die zijn opgenomen in 24 bits.
Maar je effecten werken in 64 bits.
En in fine, de CD’s die je gaat produceren zijn in 16 bits.
En daar zal een probleem ontstaan…
Vermindering van de bitresolutie = probleem
Laten we ons voorstellen dat je een eenvoudig signaal hebt dat is opgenomen in 24 bits.
Bijvoorbeeld, een sinusgolf op 1 kHz.
Als we het bijbehorende frequentiespectrum bekijken, zien we een mooie fundamentele frequentie met een extreem laag achtergrondgeluid (de noise floor).
Tot nu toe gaat alles goed.
Laten we ons nu voorstellen dat je dit signaal wilt converteren naar 16 bits.
Om dit te doen, gaan we bijvoorbeeld het signaal inkorten door de minst belangrijke bits te verwijderen.
Probleem: door dit te doen, genereren we wat we kwantiseringsfouten noemen, die zich zullen vertalen in:
- harmonische vervorming;
- een extra achtergrondgeluid met variabele amplitude.
Het geheel gedraagt zich relatief onvoorspelbaar in termen van frequentieverdeling.
<pAls we het frequentiespectrum van onze opname die is geconverteerd naar 16 bits bekijken, krijgen we dus dit:
Niet geweldig: de vervorming is overal (kijk naar de harmonischen die verschijnen bij 3 en 5 kHz bijvoorbeeld) en er is een achtergrondgeluid dat helemaal niet homogeen is.
Het is dus dit kwantiseringsprobleem dat we gaan proberen op te lossen met dithering.
Wat is dithering?
Om de conversieproblemen die inherent zijn aan de vermindering van de resolutie van een audiobestand te verhelpen, gebruiken we dithering.
Dit bestaat uit het toevoegen van een continue ruis aan het basis signaal op een zeer laag of zelfs onhoorbaar niveau.
Deze ruis heeft het kenmerk volledig willekeurig te zijn, dus niet herhalend.
Het kan er bijvoorbeeld zo uitzien:
Het kan tegenstrijdig lijken om ruis aan je master toe te voegen: tenslotte proberen we vaak de achtergrondruis zo laag mogelijk te houden.
Maar kijk eens wat er gebeurt wanneer we deze ditheringruis aan onze in 16 bits geconverteerde sinusgolf toevoegen:
Op de bovenstaande grafiek:
- de blauwe lijn komt overeen met ons signaal dat in 16 bits is geconverteerd met dithering;
- en daaronder kun je de oranje lijn onderscheiden die we eerder hebben gezien, en die overeenkomt met hetzelfde signaal dat is geconverteerd maar zonder dithering.
Zoals je kunt zien, verwijdert dithering de vervorming, maar in ruil daarvoor krijgen we natuurlijk een hogere achtergrondruis.
Dat gezegd hebbende, deze achtergrondruis is bijna onhoorbaar: we zitten onder de -120 dBFS. En bovendien is het beter om een zachte en homogene achtergrondruis te hebben dan de achtergrondruis die wordt veroorzaakt door de resolutievermindering, die veel minder aangenaam is voor het oor.
Ten slotte is het vermeldenswaard dat het niveau van de dithering natuurlijk invloed heeft op zijn vermogen om de totale problemen van kwantisatie al dan niet te corrigeren.
Opmerking: dithering kan zelfs helpen om een correct signaal te herstellen wanneer de resolutievermindering extreem is.
Bijvoorbeeld, met dithering zal het mogelijk zijn om een sinusgolf te horen die is verminderd van 24 bits naar 1 bit, terwijl we anders 100% vervorming zouden hebben.
Hoe maak je dithering minder hoorbaar?
Standaard heeft de ruis die door dithering wordt toegevoegd een zeer laag niveau.
Typisch gesproken hebben we het over een niveau onder de -100 dBFS.
Echter, niemand wil ruis aan zijn master toevoegen.
Als gevolg hiervan zijn er een aantal dithering-algoritmen ontwikkeld, van de eenvoudigste tot de meest complexe, om het effect minder hoorbaar te maken terwijl de effectiviteit wordt gemaximaliseerd.
Wanneer we naar een geluid op laag volume luisteren, zijn we veel gevoeliger voor geluiden die, laten we zeggen, tussen 800 en 5000 Hz liggen. Dit zijn de beroemde Fletcher- en Munson-curves.
Kortom — op basis van dit fysieke fenomeen kunnen we de ditheringruis filteren:
- om het te verminderen op de frequentiebanden waar we gevoeliger voor zijn;
- en daarentegen te versterken op de frequenties die we minder gemakkelijk horen.
Wat ons bijvoorbeeld een ruisprofiel als dit geeft:
We spreken van “noise shaping” — met andere woorden, filtering van de ruis.
Zoals je kunt zien, is de ditheringruis in bepaalde gebieden belangrijk, terwijl deze op andere frequentiebanden veel zwakker is.
Resultaat: in termen van perceptie door de geluidstechnicus of mogelijk door de luisteraar, is de dithering minder hoorbaar, maar het heeft nog steeds zijn effect en is zelfs in sommige gevallen effectiever dan een “platte” dithering zoals we in de vorige paragraaf hebben gezien.
Hoe pas je dithering toe tijdens het masteren?
Nu je bijna alles over dithering weet, blijft de vraag hoe je het moet toepassen.
Bij definitie, mag het slechts één keer per nummer worden gebruikt: wanneer je de definitieve export doet door het aantal bits te verminderen.
In de meeste DAW’s kunt u de ingebouwde dithering-tools gebruiken. Hier zijn enkele voorbeelden:
- in Cubase kan dithering via de UV22HR-plugin worden gedaan;
- in Ableton Live zijn de dithering-instellingen beschikbaar tijdens het exporteren (zie afbeelding hiernaast);
- idem in Reaper en in FL Studio, via selectievakjes;
- in Pro Tools zijn plugins inbegrepen om dithering te beheren;
- enzovoort.
Als u verder wilt gaan en een beetje wilt experimenteren met de verschillende algoritmen, heeft u de optie om u te richten op plugins van derden.
Opmerkelijk genoeg zijn er echter niet veel op de markt.
Natuurlijk bevat de beroemde iZotope Ozone een zeer krachtige module voor deze taak:
Maar als u een echt toegewijd hulpmiddel wilt, raad ik u aan om naar PSP X-Dither te kijken, dat zeer effectief en eenvoudig te gebruiken is:
In de praktijk zullen de ingebouwde functies van uw DAW in 99% van de gevallen voldoende zijn.
Concluderend
Daar heb je het, je begrijpt nu alles over wat dithering is en waarvoor het dient.
Vergeet de twee belangrijkste punten niet:
- toegepast, pas dithering slechts één keer per nummer toe
- en alleen wanneer u de bitresolutie verlaagt.
Klik hier om verder te lezen over mijn artikelen over mastering.