Ce este dither-ul si la ce foloseste el ?

Dither-ul este unul dintre aspectele cele  mai „oculte” ale productiei muzicale digitale nefiind pe deplin inteles nici de producatori/ingineri importanti din Romania, fiind chiar si in strainatate un subiect „fierbinte”.

Cand se foloseste Dither-ul?

La inceputurile inregistrarilor digitale profesionale se practicau inregistrarile pe 16 biti. Aceasta adancime de biti a fost prima care a dat rezultate acceptabile din punct de vedere calitativ pentru a putea fi integrata in aplicatiile profesionale. CD-ul audio foloseste pina in ziua de azi (dupa 20 de ani de existenta) aceasta adancime de biti, el raminind inca mediul principal de comercializare/stocare a muzicii.

Insa aceasta situatie nu a durat mult, tehnologia digitala a evoluat si, odata cu trecerea la inregistrarile pe 24 biti si introducerea procesarii in 32 biti si chiar mai mult, s-a ajuns in punctul in care lungimea cuvantului digital trebuia redusa la 16 biti pentru ca muzica sa poata fi scrisa pe CD-ul audio. Pentru a face acest lucru trebuia sa se renunte la o parte din acesti biti pentru a ramine doar 16.

Procesul de reductie automata a cuvantului digital de la o adincime de biti mai mare la una mai mica poarta numele de trunchiere, pentru ca reductia se face intr-un mod mecanic si ne-muzical. Aceasta trunchiere are defectul de a scadea audibil calitatea materialului audio si de a introduce artefacte datorita asa-numitelor erori de cuantizare. Ea este in general perceputa ca un fel de ascutime si ca o usoara pierdere a rezolutiei, afectand claritatea, caldura, plinatatea si imaginea stereo a inregistrarii. Pentru ca aceste artefacte sint cel mai usor sesizabile in pasajele mai linistite sau la sfarsitul pieselor, unde semnalul se stinge gradat, o metoda simpla pentru a auzi ce se petrece la trunchiere este sa ascultam aceste pasaje la casti, la un nivel foarte mare. Facand asta vom putea auzi foarte clar efectele pierderii rezolutiei prin trunchiere, sub forma acestor artefacte care, bineinteles ca pot fi percepute diferit de la caz la caz, insa pierderea in rezolutie este in general evidenta. Pentru o comparatie revelatoare e indicat sa ascultam si semnalul la rezolutie mare, anterior trunchierii.

Din fericire s-a descoperit o modalitate superioara de reductie a cuvantului digital care se foloseste de asa-numitul dither. S-a constatat ca adaugand peste semnalul audio un zgomot aleator de o anumita factura si foarte redus ca intensitate (la limita inferioara a plajei dinamice, avand o intensitate de aproximativ 5dB de la limita inferioara a plajei dinamice) se diminueaza semnificativ artefactele datorate trunchierii, rezultatul fiind mult mai apropiat de sursa cu adancimea de biti superioara. Compania Waves spune ca dither-ul poate fi privit ca un inlocuitor al distorsiunilor generate de erorile de cuantizare cu un zgomot care sa aduca mai degraba cu hiss-ul benzii analogice.

Nu trebuie insa inteles ca daca adaugam pur si simplu zgomot peste semnalul audio am facut dither; pentru solutiile de dither acceptate si folosite azi in practica, cum ar fi algoritmii POW-r, IDR, MBIT+ sau UV22HR, s-a lucrat aproape 10 ani. Pentru cei interesati specificam ca algoritmul UV22 se bazeaza pe introducerea unui semnal periodic in comparatie cu zgomotul aleator practicat in mod normal pentru dithering, motiv pentru care Apogee, creatorii acestuia, spun ca nu este dither. Noi il adaugam intre celelalte intrucit indeplineste exact aceeasi functie. Pe langa acesti algoritmi exista si asa numitul dither standard, TPDF (Triangular Probability Density Function) pe care unii ingineri chiar il prefera celorlaltor tipuri.

In principiu, adaugarea ditherului este ultimul proces care se face inaintea scrierii materialului audio pe CD. Acest lucru este subliniat de catre toti inginerii de mastering, pentru ca adaugarea inca unui proces dupa dither ar putea necesita re-dithering ceea ce ar fi un lucru de nedorit, intrucit se adauga din nou zgomot peste semnalul audio. Daca acest zgomot se cumuleaza la rezolutii mici, cum este cazul rezolutiei la 16 biti, el poate deveni sesizabil si afecteaza claritatea muzicii.

Tipuri de dither

Dupa cum ati vazut pina acum, exista mai multi algoritmi de dither, fiecare dintre acestia apartinand companiilor care le-au creat; POW-r consortiului POW-r, IDR companiei Waves, UV22 companiei Apogee Electronics etc. Dincolo de asta insa, exista doua tipuri de dither: uniform (flat) si filtrat (noise-shaped).

Plat (flat) sau uniform, este numit dither-ul generic, el avand un zgomot relativ uniform pe intinderea intregului spectru. Acest tip de dither insa, poate fi uneori sesizat in anumite conditii de ascultare si in cazul anumitor ascultatori care au un auz foarte bun, mai ales in zona de frecvente in care urechea umana este cea mai sensibila, aproximativ intre 3 – 4kHz. Din aceasta cauza s-a recurs la egalizarea zgomotului, reducandu-l ca intensitate in zona respectiva si ridicandu-l mai ales in zona limitei superioare a spectrului (de la 15kHz in sus), ca o sui generis re-distribuire a zgomotului pe intinderea spectrului, pastrandu-i insa intreaga energie. Urechea este mult mai putin sensibila in zona frecventelor inalte la intensitati atit de reduse ca cele practicate pentru dither. Acest tip de dither „egalizat” sau filtrat, poarta numele de noise-shaped, pentru ca „forma” zgomotului este modificata, energia lui („cantitatea zgomotului”) fiind insa pastrata. Exista mai multe tipuri de dither de tip noise-shaped, create pentru diferite aplicatii.Ceea ce insa trebuie retinut in cazul dither-ului de tip filtrat (noise-shaped) este ca acesta nu trebuie folosit decit dupa toate celelalte procese de transformare a semnalului, intrucit procesarea ulterioara a unui semnalul care contine deja un dither filtrat prezinta riscul de a aduce zgomotul in zona audibilului la nivelul frecventelor inalte, ceea ce nu este in nici un caz de dorit.

„To dither or not to dither?” la adancimi de biti mai mari

Daca necesitatea dither-ului la etapa reducerii cuvantului digital la 16 biti este evidenta, nu acelasi lucru se poate spune despre reductia de la 32 la 24 biti, de exemplu. Multi ingineri spun ca erorile de cuantizare generate de trunchierea la 24 biti se afla atit de jos in plaja dinamica de 144dB caracteristica adancimii de 24 biti, incit ele sint practic inaudibile. Acest lucru ar justifica cumva practicarea trunchierii in cazul fisierelor la 24 biti.

Exista insa aici un aspect care merita luat in seama si anume procesarea ulterioara a respectivului fisier. In cazul in care el va fi comprimat sau egalizat, ori ridicat mult ca nivel, e posibil ca distorsiunile sa devina intrucitva audibile, mai ales daca mixam mai multe astfel de fisiere obtinute prin trunchiere. Ori in momentul cand avem mai multe fisiere trunchiate, distorsiunile specifice erorilor aparute prin trunchiere se cumuleaza, prin procesare ele se pot accentua, ceea ce poate afecta, nu intr-un mod foarte evident, e adevarat, insa poate afecta mix-ul. Pentru a evita acest lucru putem aplica dither inainte de a scrie un fisier la 24 biti, insa este recomandat sa nu folosim in aceasta situatie un dither de tip noise-shaped, intrucit, dupa cum spuneam mai sus, procesarea ulterioara ar putea aduce in zona audibilului frecventele inalte ale zgomotului.

Asadar, atunci cand scriem un fisier la 24 biti care intentionam sa-l reintroducem in mix si sa-l procesam, e recomandat sa aplicam un dither de tip uniform (flat). Acest lucru este mai ales important daca facem aceasta operatiune in mod repetat, pentru ca, daca folosim un dither filtrat, zgomotul pe frecvente inalte se cumuleaza si, pe linga problemele care pot aparea la nivel de mix, acest lucru limiteaza posibilitatea inginerului de mastering de a aplica un dither de acest tip, pentru ca asta ar accentua problema respectiva.

Concluzie

Daca aplicarea dither-ului la rezolutii mari este discutabila, in cazul adancimii de 16 biti ea este o conditie sine qua non. Putem aplica sau nu dither daca exportam un track de instrument virtual de la 32 la 24 biti, dupa care il reintroducem in proiect. Eu personal sint pentru aplicarea dither-ului la acest capitol (de tip uniform, bineinteles), insa nu este foarte grav daca nu faceti asta. Verificati cum suna ambele variante (trunchiata si cu dither) si decideti cum preferati. Insa in cazul scrierii fisierelor la 16 biti aceasta chestiune nu mai este discutabila ci necesara. Asa ca, de dragul muzicii, aplicati dither inainte de a o scrie pe CD.