Dithering – Beispiele

Bisher hatten wir Dither nur in der öden Theorie, nun gibt’s auch was auf die Ohren. Damit die grundsätzlichen Auswirkungen deutlich werden, greife ich auf extreme Beispiele und Einstellungen zurück, die so niemals in der Praxis verwendet werden.

Kampf den Verzerrungen

Erster Punkt auf unserer Liste sind die Verzerrungen. Wenn aus 4.294.967.296 Spannungsstufen (32 Bit) 65.536 (16 Bit) werden, muss das Signal zwangsläufig stufiger werden und Obertöne erzeugen. Diese zeigen sich bestens an einem reinen Sinus, der spätestens bei 4 Bit deutlich als Sägezahn erklingt. Dither verhindert diesen unangenehmen Sound, fügt in diesem extremen Fall jedoch auch ein hörbares Rauschen hinzu.

Klirren oder Rauschen? Beim Konvertieren können wir uns eines der beiden Übel aussuchen.HD 720p Video

Folgerungen

Reduzieren wir die Wortbreite eines Signal haben wir zwei Möglichkeiten:

  • kein Dither verwenden und dafür Verzerrungen in Kauf nehmen
  • Dither benutzen und dafür etwas Rauschen bekommen

Im Zweifel empfehle ich die Dither Variante. Während es in unserem 4 Bit Beispiel deutlich rauscht, verschwindet es bei 16 Bit ins Unhörbare. Die Vorteile überwiegen die theoretischen Nachteile.

Feine Details

Ein weiteres Wunder des Dithers, demonstriere ich an einem Song (Test Drive von Zapac):

Schritt 1

Zuerst hören wir das Original in voller 16 Bit Auflösung. Als Ausschnitte kommt der Fade Out zum Einsatz, da sich hier die Bitreduktion besonders gut bemerkbar macht.

      Test Drive Original
Original
Original

Schritt 2

Das Audiomaterial wurde um 80 dB im Pegel reduziert, was bei 16 Bit Ausgangsbasis etwa 2 Bit entspricht und der Song an vielen Stellen nur noch zwischen “An” und “Aus” pendelt. Um das ganze sichtbar und hörbar zu machen, ist das Ergebnis auf 0 dB Fullscale normalisiert. Im Fade Out zeigt sich deutliche Lücken in denen der Pegel nicht über den Threshold der Quantisierungsstufen heraus reichte.

      Test Drive Ohne Dither
 Nach dem Normalisieren. Schön zu sehen sind die Aussetzer an der leisen Stelle
Nach dem Normalisieren. Schön zu sehen sind die Aussetzer an der leisen Stelle

Schritt 3

Selbes Prinzip wie bei Schritt 2, nur durfte diesmal ein Dither mitspielen. Alles ist noch da, nichts zerrt, dafür überlagert das bereits bekannte Ditherrauschen unser Signal.

      Test Drive Mit Dither
 Hübsch ist es nicht, aber keine Aussetzer mehr
Hübsch ist es nicht, aber keine Aussetzer mehr

Folgerung

Wie du sieht, erhält Dither auch bei niedrigen Bitraten feinste Nuancen innerhalb des Musiksignals. Das hier im Beispiel deutlich hörbare Rauschen liegt in der Praxis weit unterhalb der Hörschwelle des Menschen und muss uns keine Sorgen machen.