Was ist Dithering in Audio

Dithering sorgt dafür, dass digitale Audiodaten auch dann noch gut klingen, wenn einige Daten entfernt wurden

Sie sind wahrscheinlich schon einmal auf den Begriff „Dither” gestoßen, insbesondere wenn Sie schon einmal einen Track aus Ihrer Digital Audio Workstation (DAW) exportiert haben. Dabei stellt sich möglicherweise die Frage: Was ist das für ein Prozess und ist er in verschiedenen Situationen wirklich notwendig? Lassen Sie uns die Geheimnisse des Dithering lüften, uns mit seinem Wesen und seinen Funktionsprinzipien vertraut machen, Fälle bestimmen, in denen seine Verwendung gerechtfertigt ist, und auch auf die Besonderheiten der Arbeit mit digitalem Audio eingehen.

Was ist Dithering?

Kurz gesagt ist Dithering ein Verarbeitungsprozess, der eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung einer hohen Qualität digitaler Mediendateien spielt, darunter Audio-, Bild- und sogar Videodateien. Interessanterweise wird dies durch eine scheinbar kontraintuitive Methode erreicht – das Hinzufügen einer geringen Menge an Rauschen in der gesamten Datei. 

Warum könnte eine solche Maßnahme notwendig sein? Um den Wert von Dithering vollständig zu verstehen, müssen wir uns zunächst mit den Grundlagen der Funktionsweise von digitalem Audio befassen. 

So funktioniert digitales Audio

Wenn Sie ein Audiosignal auf einem Computer oder einem anderen digitalen Gerät aufnehmen, wird das analoge Audiosignal in eine Zahlenfolge umgewandelt – es wird gesampelt. Dieser als Analog-Digital-Wandlung (ADC) bezeichnete Prozess ermöglicht es, das ursprüngliche Audiosignal mit angemessener Genauigkeit aufzunehmen.

Die Größe der Dateien, in denen Audiodaten gespeichert werden, wird hauptsächlich durch zwei wichtige Parameter bestimmt. Der erste ist die Abtastrate, die angibt, wie oft pro Sekunde wir den Amplitudenpegel der Schallwelle aufzeichnen. Der zweite wichtige Parameter ist die Bittiefe, die die Anzahl der möglichen Werte für die Aufzeichnung jeder Amplitudenmessung bestimmt. Dies beeinflusst die Genauigkeit, mit der das eingehende Audiosignal bei jeder Messung wiedergegeben werden kann, ein Vorgang, der als Quantisierung bezeichnet wird. 

Eine Erhöhung dieser Parameter führt zu einer höheren Qualität der digitalen Aufnahmen und bietet einen größeren Dynamikbereich. Gleichzeitig kann eine Verringerung der Bittiefe zu Informationsverlusten und Quantisierungsfehlern führen. 

So funktioniert Dither

Stellen Sie sich vor, Sie haben Audio in 32-Bit- oder 24-Bit-Qualität aufgenommen, müssen es nun aber mit einer geringeren Bittiefe exportieren. In diesem Fall führt Ihre digitale Audio-Workstation (DAW) bei der Erstellung der endgültigen Datei eine erneute Quantisierung durch. Nun muss sie jedoch mit einem deutlich eingeschränkten Wertebereich arbeiten. 

Dieser Vorgang lässt sich mit dem Auf- oder Abrunden von Zahlen vergleichen, wobei die Rundung mit abnehmender Bittiefe gröber wird. Dies kann zu Quantisierungsfehlern führen und in einigen Fällen zu einer merklichen Verzerrung des Klangs bei der Wiedergabe über Lautsprecher. 

Dithering ist der kleinere von zwei Fehlern

Hier kommt Dithering ins Spiel. Durch die Einführung vieler zufälliger Rauschvariationen während der gesamten Aufnahme können wir die unerwünschten Auswirkungen von Quantisierungsfehlern minimieren und sie für das Ohr weniger wahrnehmbar machen. 

Mit „zufällig” meinen wir wirklich zufällig – es ist die Unvorhersehbarkeit des Rauschens im Verhältnis zum quantisierten Signal, die es so effektiv macht. Die richtige Menge dieses unkorrelierten Rauschens glättet die Kanten aggressiver Rundungen, die sonst zu einer deutlicheren Verzerrung führen würden. Selbst ein geringes konstantes Rauschen wird von unseren Ohren als weniger störend empfunden als die potenzielle Verzerrung durch den Quantisierungsprozess ohne Dithering. 

Dithering in der Bildverarbeitung

Wenn Sie Dithering schwer verstehen können, schauen Sie sich seine Anwendung in der Visualisierung an. Dieser Lifewire-Artikel über Bild-Dithering zeigt, wie dieser Prozess glattere Farbverläufe erzeugen kann. Eine dünne Schicht von Rauschen, die gleichmäßig über das Bild verteilt ist, mildert effektiv harte Unterschiede zwischen hellen und dunklen Bereichen. 

Wann sollte man den Ton dithern?

Generell wird Dithering immer dann empfohlen, wenn Audio in einem Format mit geringerer Bittiefe gerendert wird (z. B. bei der Konvertierung von 32 Bit zu 24 Bit oder von 24 Bit zu 16 Bit). Beim Exportieren von Audio in einem Format mit hoher Bittiefe, z. B. 32 Bit, ist Dithering in der Regel nicht erforderlich, da dabei kein nennenswerter Datenverlust auftritt. 

Wenn es sich um einen finalen Mix oder einen Pre-Master für das professionelle Mastering handelt, kann das Dithering in vielen Fällen übersprungen werden. Der Grund dafür ist, dass Mastering-Ingenieure das Dithering je nach den Besonderheiten des Endprodukts möglicherweise selbst vornehmen möchten. In solchen Situationen ist es wichtig, mit dem Ingenieur zu kommunizieren, um alle Details und Wünsche bezüglich des Ditherings zu klären. 

Schließlich wird Dithering bei der Konvertierung in komprimierte Audioformate wie .mp3 oder AAC nicht empfohlen, da diese Formate ihre eigenen Verzerrungen mit sich bringen, die durch Dithering nicht korrigiert werden können. 

Fazit: Was ist Dithering in Audio?

Auch wenn das Konzept des Dithering umstritten erscheint und oft nicht vollständig verstanden wird, spielt diese Audioexporttechnik, bei der Rauschen verwendet wird, um die schädlichen Auswirkungen von Quantisierungsfehlern zu reduzieren, eine wichtige Rolle in der Audioverarbeitung. Die Frage, ob Dithering notwendig ist, lässt sich nicht pauschal beantworten und hängt von Ihren Zielen und Erwartungen an den Prozess ab. 

Darüber hinaus stehen Sie möglicherweise vor der Wahl des Dithering-Typs. Die Vielzahl der verfügbaren Optionen bietet verschiedene Methoden zum Hinzufügen von Rauschen, die sich auf überraschend subtile Weise auf den endgültigen Klang Ihrer Arbeit auswirken. Wenn Sie noch keine Erfahrung damit haben, die Unterschiede zu hören, probieren Sie ruhig verschiedene Dither-Typen aus, um den für Ihre Komposition am besten geeigneten zu finden. Wir hoffen, dass dieser Leitfaden Ihnen hilft, das Wesen des Dithering, seine Mechanismen und Anwendungsprinzipien in Ihrer kreativen Arbeit besser zu verstehen.