Czym jest dithering w audio

Dithering pomaga zachować doskonałą jakość dźwięku cyfrowego, nawet jeśli niektóre dane zostaną usunięte

Prawdopodobnie spotkałeś się już z pojęciem „dither”, zwłaszcza jeśli kiedykolwiek eksportowałeś utwór ze swojej cyfrowej stacji roboczej audio (DAW). Może pojawić się pytanie: czym jest ten proces i czy jest naprawdę niezbędny w różnych sytuacjach? Odkryjmy sekrety ditheringu, zapoznajmy się z jego istotą, zasadami działania i określmy przypadki, w których jego zastosowanie jest uzasadnione, a także poruszmy kwestię cech pracy z cyfrowym dźwiękiem.

Czym jest dithering?

Krótko mówiąc, dithering to proces przetwarzania, który odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu wysokiej jakości plików multimedialnych, w tym audio, obrazów, a nawet wideo. Co ciekawe, osiąga się to za pomocą metody, która wydaje się sprzeczna z intuicją – dodając niewielką ilość szumu do całego pliku. 

Dlaczego może być potrzebne takie działanie? Aby w pełni zrozumieć wartość ditheringu, musimy przyjrzeć się podstawom działania cyfrowego audio. 

Jak działa cyfrowy dźwięk

Podczas przechwytywania sygnału audio na komputerze lub innym urządzeniu cyfrowym analogowy dźwięk jest przekształcany w sekwencję liczb – jest próbkowany. Proces ten, znany jako konwersja analogowo-cyfrowa (ADC), pozwala na przechwycenie oryginalnego sygnału audio z rozsądną dokładnością.

Rozmiar plików, w których będą przechowywane dane audio, zależy głównie od dwóch kluczowych parametrów. Pierwszym z nich jest częstotliwość próbkowania, która wskazuje, jak często na sekundę rejestrujemy poziom amplitudy fali dźwiękowej. Drugim ważnym parametrem jest głębia bitowa, która określa liczbę możliwych wartości do zarejestrowania każdego pomiaru amplitudy. Wpływa to na dokładność, z jaką sygnał audio wejściowy może być odtworzony przy każdym pomiarze, proces ten nazywany jest kwantyzacją. 

Zwiększenie poziomu tych parametrów skutkuje wyższą jakością nagrań cyfrowych, zapewniając większy zakres dynamiki. Jednocześnie zmniejszenie głębi bitowej w przyszłości może prowadzić do utraty informacji i pojawienia się błędów kwantyzacji. 

Jak działa ditherowanie

Wyobraź sobie, że nagrałeś dźwięk w jakości 32-bitowej lub 24-bitowej, ale teraz musisz wyeksportować go z mniejszą głębią bitową. W takim przypadku cyfrowa stacja robocza audio (DAW) ponownie kwantyzuje podczas tworzenia ostatecznego pliku. Teraz jednak musi pracować ze znacznie ograniczonym zestawem wartości. 

W rezultacie proces ten można porównać do zaokrąglania liczb w górę lub w dół, przy czym zaokrąglenie staje się mniej dokładne wraz ze spadkiem głębi bitowej. Może to powodować błędy kwantyzacji, a w niektórych przypadkach prowadzić do zauważalnego zniekształcenia dźwięku podczas odtwarzania przez głośniki. 

Dithering to mniejsze z dwóch zła

W tym miejscu dithering działa jak magia. Wprowadzając wiele losowych zmian szumu w całym nagraniu, pozwala nam zminimalizować niepożądane skutki błędów kwantyzacji, sprawiając, że są one mniej wyczuwalne dla ucha. 

Przez „losowe” rozumiemy naprawdę losowe – to właśnie nieprzewidywalność szumu w stosunku do kwantyzowanego sygnału sprawia, że jest on tak skuteczny. Odpowiednia ilość tego nieskorelowanego szumu wygładza krawędzie agresywnego zaokrąglenia, które w przeciwnym razie spowodowałyby bardziej zauważalne zniekształcenia. Dodanie nawet niewielkiego stałego poziomu szumu jest postrzegane przez nasze uszy jako mniej uciążliwe niż potencjalne zniekształcenia wynikające z procesu kwantyzacji bez ditheringu. 

Dithering w przetwarzaniu obrazu

Jeśli trudno jest zrozumieć dithering, warto przyjrzeć się jego zastosowaniu w wizualizacji. Artykuł Lifewire na temat ditheringu obrazu pokazuje, w jaki sposób proces ten może zapewnić płynniejsze przejścia gradientowe. Cienka warstwa szumu rozłożona równomiernie na całym obrazie skutecznie łagodzi ostre różnice między jasnymi i ciemnymi obszarami. 

Kiedy stosować dithering dźwięku

Zasadniczo dithering jest zalecany zawsze, gdy dźwięk jest renderowany w formacie o niższej głębi bitowej (na przykład podczas konwersji z 32 bitów na 24 bity lub z 24 bitów na 16 bitów). W kontekście eksportowania dźwięku w formacie o wysokiej głębi bitowej, takim jak 32 bity, dithering zazwyczaj nie jest wymagany, ponieważ proces ten nie powoduje znaczącej utraty danych. 

Jeśli mówimy o ostatecznym miksie lub pre-masterze przeznaczonym do profesjonalnego masteringu, w wielu przypadkach dithering można pominąć. Wynika to z faktu, że inżynierowie masteringu mogą zdecydować się na samodzielne wykonanie ditheringu w oparciu o specyfikę produktu końcowego. W takich sytuacjach ważne jest, aby skontaktować się z inżynierem w celu wyjaśnienia wszystkich szczegółów i oczekiwań dotyczących ditheringu. 

Wreszcie, dithering nie jest zalecany podczas konwersji do skompresowanych formatów audio, takich jak .mp3 lub AAC, ponieważ formaty te wprowadzają własne zniekształcenia, których dithering nie jest w stanie skorygować. 

Wniosek: Czym jest dithering w audio? 

Chociaż koncepcja ditheringu może wydawać się kontrowersyjna i często nie jest w pełni rozumiana, ta technika eksportu audio, która wykorzystuje szumy w celu zmniejszenia szkodliwych skutków błędów kwantyzacji, odgrywa ważną rolę w przetwarzaniu audio. Nie ma jednej odpowiedzi na pytanie, czy dithering jest konieczny, ponieważ zależy to od celów i oczekiwań związanych z procesem. 

Ponadto możesz stanąć przed wyborem rodzaju ditheringu. Różnorodność dostępnych opcji oferuje różne metody dodawania szumu, które w zaskakująco subtelny sposób wpływają na ostateczny dźwięk Twojej pracy. Jeśli nie masz jeszcze doświadczenia w słyszeniu różnic, możesz eksperymentować z różnymi rodzajami ditheringu, aby znaleźć najlepszy dla swojej kompozycji. Mamy nadzieję, że ten przewodnik pomoże Ci lepiej zrozumieć istotę ditheringu, jego mechanizmy i zasady stosowania w Twojej twórczości.