Wat is dithering in audio

Dithering helpt om digitale audio goed te laten klinken, zelfs als er gegevens worden verwijderd

U bent waarschijnlijk al eens het begrip ‘dither’ tegengekomen, vooral als u ooit een track hebt geëxporteerd vanuit uw digitale audio-workstation (DAW). De vraag kan rijzen: wat is dit proces en is het echt nodig in verschillende situaties? Laten we de geheimen van dithering onthullen, kennis maken met de essentie en werkingsprincipes ervan, bepalen in welke gevallen het gebruik ervan gerechtvaardigd is, en ook ingaan op de kenmerken van het werken met digitale audio.

Wat is dithering?

Kort gezegd is dithering een verwerkingsproces dat een belangrijke rol speelt bij het behouden van de hoge kwaliteit van digitale mediabestanden, waaronder audio, afbeeldingen en zelfs video. Interessant genoeg wordt dit bereikt door een methode die op het eerste gezicht contra-intuïtief lijkt: het toevoegen van een kleine hoeveelheid ruis aan het hele bestand. 

Waarom zou een dergelijke actie nodig zijn? Om de waarde van dithering volledig te begrijpen, moeten we kijken naar de basisprincipes van hoe digitale audio werkt. 

Hoe digitale audio werkt

Wanneer u een audiosignaal vastlegt op een computer of een ander digitaal apparaat, wordt de analoge audio omgezet in een reeks getallen – het wordt gesampled. Dit proces, dat bekend staat als analoog-naar-digitaal conversie (ADC), maakt het mogelijk om het originele audiosignaal met redelijke nauwkeurigheid vast te leggen.

De grootte van de bestanden waarin audiogegevens worden opgeslagen, wordt voornamelijk bepaald door twee belangrijke parameters. De eerste is de bemonsteringsfrequentie, die aangeeft hoe vaak per seconde we het amplitudeniveau van de geluidsgolf registreren. De tweede belangrijke parameter is de bitdiepte, die het aantal mogelijke waarden bepaalt om elke amplitudemeting te registreren. Dit beïnvloedt de nauwkeurigheid waarmee het ingevoerde audiosignaal bij elke meting kan worden gereproduceerd, een proces dat kwantisering wordt genoemd.

Door het niveau van deze parameters te verhogen, worden digitale opnames van hogere kwaliteit verkregen, met een groter dynamisch bereik. Tegelijkertijd kan het verlagen van de bitdiepte in de toekomst leiden tot verlies van informatie en het optreden van kwantisatiefouten.

Hoe dither werkt

Stel dat u audio hebt opgenomen met een kwaliteit van 32-bit of 24-bit, maar deze nu moet exporteren met een lagere bitdiepte. In dat geval zal uw digitale audio-workstation (DAW) opnieuw kwantiseren bij het maken van het uiteindelijke bestand. Maar nu moet het werken met een aanzienlijk beperkte reeks waarden. 

Dit proces kan worden vergeleken met het naar boven of beneden afronden van getallen, waarbij de afronding grover wordt naarmate de bitdiepte afneemt. Dit kan kwantisatiefouten veroorzaken en in sommige gevallen leiden tot merkbare vervorming van het geluid bij weergave via luidsprekers.

Dithering is de minste van twee kwaden

Dit is waar dithering zijn magie doet. Door veel willekeurige ruisvariaties in de opname aan te brengen, kunnen we de ongewenste effecten van kwantisatiefouten minimaliseren, waardoor ze minder waarneembaar zijn voor het oor. 

Met “willekeurig” bedoelen we echt willekeurig – het is de onvoorspelbaarheid van ruis ten opzichte van het gekwantiseerde signaal die het zo effectief maakt. De juiste hoeveelheid van deze ongecorreleerde ruis verzacht de randen van agressieve afrondingen die anders zouden leiden tot meer waarneembare vervorming. Zelfs een klein constant niveau van ruis wordt door onze oren uiteindelijk als minder storend ervaren dan de potentiële vervorming van het kwantisatieproces zonder dithering. 

Dithering in beeldverwerking

Als u dithering moeilijk te begrijpen vindt, kijk dan eens naar de toepassing ervan in visualisatie. Dit Lifewire-artikel over beelddithering laat zien hoe dit proces vloeiendere overgangen in gradaties kan opleveren. Een dunne laag ruis die gelijkmatig over het beeld is verdeeld, verzacht op effectieve wijze scherpe verschillen tussen lichte en donkere gebieden. 

Wanneer moet u het geluid ditheren?

Als algemene regel geldt dat dithering wordt aanbevolen wanneer audio wordt weergegeven in een formaat met een lagere bitdiepte (bijvoorbeeld bij conversie van 32-bit naar 24-bit of van 24-bit naar 16-bit). Bij het exporteren van audio in een formaat met een hoge bitdiepte, zoals 32-bit, is dithering meestal niet nodig, omdat er tijdens het proces geen significant gegevensverlies optreedt. 

Als we het hebben over een definitieve mix of pre-master die bedoeld is voor professionele mastering, kan dithering in veel gevallen worden overgeslagen. Dit komt omdat mastering engineers ervoor kunnen kiezen om zelf dithering toe te passen op basis van de specifieke kenmerken van het eindproduct. In dergelijke situaties is het belangrijk om met een engineer te communiceren om alle details en wensen met betrekking tot dithering te verduidelijken. 

Ten slotte wordt dithering niet aanbevolen bij het converteren naar gecomprimeerde audioformaten zoals .mp3 of AAC, omdat deze formaten hun eigen vervormingen introduceren die dithering niet kan corrigeren. 

Conclusie: Wat is dithering in audio?

Hoewel het concept van dithering controversieel lijkt en vaak niet volledig wordt begrepen, speelt deze audio-exporttechniek, die ruis gebruikt om de schadelijke effecten van kwantisatiefouten te verminderen, een belangrijke rol in audioverwerking. De vraag of dithering noodzakelijk is, heeft geen universeel antwoord en hangt af van uw doelstellingen en verwachtingen van het proces. 

Bovendien kunt u voor de keuze van het type dithering komen te staan. De verschillende beschikbare opties bieden verschillende methoden om ruis toe te voegen, wat een verrassend subtiel effect heeft op het uiteindelijke geluid van uw werk. Als u nog niet ervaren bent in het horen van de verschillen, kunt u gerust experimenteren met verschillende soorten dithering om te ontdekken wat het beste bij uw compositie past. We hopen dat deze gids u helpt om de essentie van dithering, de mechanismen en de toepassingsprincipes ervan in uw creativiteit beter te begrijpen.