Co to jest dithering w dźwięku

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

Prawdopodobnie spotkałeś się już wcześniej z koncepcją „ditherowania”, szczególnie jeśli kiedykolwiek eksportowałeś ścieżkę ze swojej cyfrowej stacji roboczej audio (DAW). Może pojawić się pytanie: na czym polega ten proces i czy w ogóle jest on konieczny w różnych sytuacjach? Zdradźmy tajniki ditheringu, zapoznajmy się z jego istotą, zasadą działania i określmy przypadki, w których jego użycie jest uzasadnione, a także dotknijmy cech pracy z dźwiękiem cyfrowym.

Co to jest dithering?

Krótko mówiąc, dithering to proces przetwarzania, który odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu wysokiej jakości cyfrowych plików multimedialnych, w tym dźwięku, obrazów, a nawet wideo. Co ciekawe, osiąga się to pozornie sprzeczną z intuicją metodą – dodając niewielką ilość szumu w całym pliku.

Dlaczego może zaistnieć potrzeba podjęcia takiego działania? Aby w pełni zrozumieć wartość ditheringu, musimy przyjrzeć się podstawom działania dźwięku cyfrowego.

Jak działa dźwięk cyfrowy

Kiedy przechwytujesz sygnał audio na komputerze lub innym urządzeniu cyfrowym, dźwięk analogowy jest przekształcany na ciąg liczb – jest próbkowany. Proces ten, znany jako konwersja analogowo-cyfrowa (ADC), umożliwia przechwytywanie oryginalnego sygnału audio z odpowiednią dokładnością.

Rozmiar plików, w których będą przechowywane dane audio, zależy głównie od dwóch kluczowych parametrów. Pierwszą 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 wejściowy sygnał audio może być odtwarzany przy każdym pomiarze, co jest procesem zwanym kwantyzacją.

Zwiększanie 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 dither

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

W rezultacie proces ten można porównać do zaokrąglania liczb w górę lub w dół, przy czym zaokrąglanie staje się coraz bardziej zgrubne w miarę zmniejszania się głębi bitowej. Może to powodować błędy kwantyzacji, a w niektórych przypadkach prowadzić do zauważalnych zniekształceń dźwięku odtwarzanego przez głośniki.

Dithering to mniejszy z dwóch błędów

To tutaj dithering działa swoją magią. Wprowadzając wiele losowych zmian szumu w całym nagraniu, pozwala nam zminimalizować niepożądane skutki błędów kwantyzacji, czyniąc je mniej zauważalnymi dla ucha.

Przez „losowy” mamy na myśli naprawdę losowy – to nieprzewidywalność szumu w stosunku do skwantowanego sygnału sprawia, że ​​jest on tak skuteczny. Odpowiednia ilość tego nieskorelowanego szumu wygładza krawędzie agresywnego zaokrąglenia, które w przeciwnym razie skutkowałoby bardziej zauważalnymi zniekształceniami. Dodanie nawet niewielkiego, stałego poziomu szumu jest odbierane przez nasze uszy jako mniej niepokojące niż potencjalne zniekształcenie powstające w procesie kwantyzacji bez ditheringu.

Dithering w przetwarzaniu obrazu

Jeśli dither wydaje ci się trudny do zrozumienia, spójrz na jego zastosowanie w wizualizacji. Artykuł Lifewire na temat ditheringu obrazu pokazuje, jak ten proces może zapewnić płynniejsze przejścia gradientów. Cienka warstwa szumu równomiernie rozłożona na całym obrazie skutecznie łagodzi ostre różnice między jasnymi i ciemnymi obszarami.

Kiedy wyciszyć dźwięk

Zasadniczo dithering jest zalecany zawsze, gdy dźwięk jest renderowany w formacie o niższej głębi bitowej (na przykład podczas konwersji z formatu 32-bitowego na 24-bitowy lub z 24-bitowego na 16-bitowy). W kontekście eksportowania dźwięku w formacie wysokobitowym, np. 32-bitowym, dithering zwykle nie jest wymagany, ponieważ nie powoduje to znaczącej utraty danych.

Jeśli mówimy o finalnym miksie lub premasterze przeznaczonym do profesjonalnego masteringu, w wielu przypadkach dithering można pominąć. Dzieje się tak dlatego, że inżynierowie zajmujący się masteringiem mogą sami zdecydować się na dithering w oparciu o specyfikę produktu końcowego. W takich sytuacjach ważne jest, aby skontaktować się z inżynierem, aby wyjaśnić wszystkie szczegóły i życzenia dotyczące 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 dźwięku?

Chociaż koncepcja ditheringu może wydawać się kontrowersyjna i często nie jest w pełni zrozumiała, ta technika eksportu dźwięku, która wykorzystuje szum w celu ograniczenia szkodliwych skutków błędów kwantyzacji, odgrywa ważną rolę w przetwarzaniu dźwięku. Pytanie, czy dithering jest konieczny, nie ma uniwersalnej odpowiedzi i zależy od celów i oczekiwań wobec procesu.

Ponadto możesz stanąć przed wyborem typu ditheringu. Różnorodność dostępnych opcji oferuje różne metody dodawania szumu, wpływając na ostateczny dźwięk Twojej pracy na zaskakująco subtelnym poziomie. Jeśli nie masz jeszcze doświadczenia w słyszeniu różnic, możesz poeksperymentować z różnymi rodzajami ditheringu, aby znaleźć najlepsze dopasowanie do swojej kompozycji.

Mamy nadzieję, że ten przewodnik pomoże Ci lepiej zrozumieć istotę ditheringu, jego mechanizmy i zasady zastosowania w Twojej kreatywności.