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14 October 2024

DITHERING UND NOISE FLOOR

In der Welt der Audioproduktion gibt es viele technische Begriffe, die selbst erfahrene Tontechniker manchmal ins Schwitzen bringen. Einer davon ist das “Dithering”. Obwohl es im Grunde genommen bedeutet, Rauschen hinzuzufügen, kann es die Audioqualität erheblich verbessern. Warum wir Dithering brauchen und was das mit dem Noise Floor zu tun hat, finden wir im Folgenden heraus.

 

Zusätzliches Rauschen für weniger Rauschen?

 

Dithering ist der Prozess, bei dem einem digitalen Audiosignal absichtlich ein geringes Maß an Rauschen hinzugefügt wird. Das Ziel dabei ist, Quantisierungsverzerrungen zu reduzieren, die entstehen, wenn die Bittiefe einer Audiodatei verringert wird. Um die Bedeutung von Dithering zu verstehen, müssen wir einen kurzen Exkurs zu einigen grundlegenden Funktionen von digitalen Audioaufnahmen machen:

 

analog zu digital: Wenn ein Ton digital aufgenommen wird, wird das analoge Signal mittels Fourier-Transformation in eine Reihe diskreter Werte umgewandelt. Die Genauigkeit der Amplitude dieser Umwandlung hängt von der Bittiefe ab.

 

Bittiefe & Quantisierungsfehler: Klassischerweise verwendest du eine Bittiefen-Reduktion, wenn du in 24 Bit aufgenommen hast und deine Audiodatei in 16 Bit bereitstellen willst. Bei dieser Umwandlung können Informationen verloren gehen, weil die reduzierten Bitwerte nicht alle ursprünglichen Amplitudenwerte genau repräsentieren können. Dies führt zu Verzerrungen.

 

Hier kommt Dithering ins Spiel. Es hilft, diese Quantisierungsfehler zu maskieren und in ein weniger störendes weißes Rauschen umzuwandeln (siehe im folgenden Bild oben unmaskiert, unten maskiert).

 

 

Der kleinere von zwei Fehlern

 

Der Dithering-Prozess fügt dem Signal ein zufälliges Rauschen hinzu, bevor die Bittiefe reduziert wird. Dies mag zunächst kontraproduktiv erscheinen, hat aber mehrere Vorteile. Das hinzugefügte Rauschen randomisiert die Rundungsfehler, die bei der Bittiefe-Reduktion entstehen. Die harten, tonalen Verzerrungen werden in ein sanftes, analoges Rauschen umgewandelt. Dithering ermöglicht es so, sehr leise Signale zu erhalten, die sonst bei der Bittiefe-Reduktion verloren gehen würden. Es ist, als würdest du vor einem Zaun stehen und durchschauen wollen. Mit dem einen Auge siehst du den Garten dahinter und mit dem anderen Auge nicht. Dein Kopf muss sich den Rest denken. Mit Dithering ist es, als würdest du vor dem Zaun entlang laufen und immer wieder mit beiden Augen kurz dahinter schauen können. Das ganze Bild wird wieder sichtbar.

 

In Audio gesprochen ermöglicht uns Dithering, die ganz leisen Signale zu erhalten wie etwa Hall Fahnen und Fade Outs, ohne dass diese anfangen, granular zu klingen. Dazu gibt es unterschiedliche Typen von Dither.

 

Die verschiedenen Algorithmen

 

Es gibt verschiedene Dithering-Algorithmen, die für unterschiedliche Arten von Audio optimiert sind. Die Abkürzung POW-r steht dabei für Psychoacoustically Optimized Wordlength Reduction.

 

POW-r Typ 1: Ideal für laute Mischungen mit geringer Dynamik, wie stark komprimierte Rock- oder Pop-Songs.

 

POW-r Typ 2: Optimiert für Sprache, mit einer einfachen Noise-Shaping-Kurve.

 

POW-r Typ 3: Geeignet für hochdynamische Aufnahmen wie Orchestermusik oder Filmscores.

 

Da wir mit dem Dither die ganz feinen und leisen Stellen unseres Audio Signals bearbeiten beleuchten wir doch gleich noch eine zweiten Begriff der dir mit Sicherheit auch schon einmal über den Weg gelaufen ist - dem Noise Floor.

 

Das Grundrauschen

 

Der Noise Floor, zu Deutsch "Rauschgrenze" oder "Grundrauschen", bezeichnet die Summe aller Hintergrundgeräusche, die ein Aufnahmesystem misst, wenn kein eigentliches Signal durchläuft. Es ist sozusagen das "Flüstern" deiner Audiogeräte, wenn sie scheinbar nichts tun. Dieses Rauschen kann verschiedene Formen annehmen:

 

Ein leises Brummen, ein Zischen, ein Rumpeln oder andere niederfrequente Geräusche.

 

Der Noise Floor wird in Dezibel (dB) gemessen und kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden. Je niedriger der Wert, desto besser die Audioqualität. Die Bedeutung des Noise Floors liegt in seiner Beziehung zum eigentlichen Audiosignal. Das Verhältnis zwischen dem gewünschten Signal und dem Hintergrundrauschen wird als Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bezeichnet. Je höher das SNR, desto klarer und sauberer ist der Klang. Ein hoher Noise Floor kann schwache Signale überdecken und sie weniger prominent erscheinen lassen. Dies ist besonders bei leisen Passagen in der Musik oder bei Aufnahmen mit großer Dynamik problematisch. Mehrere Faktoren können hierbei den Noise Floor beeinflussen.

 

Erdungsschleifen und elektrische Störungen: Diese können ein niederfrequentes Brummen oder Summen in deiner Aufnahmen verursachen.

 

Elektromagnetische Wellen: WLAN-Router, Mobiltelefone und andere Geräte senden diese aus und können Störgeräusche in deinem Aufnahme Equipment verursachen.

 

Drahtlose Interferenzen: Bei drahtlosen Mikrofonen kann es zu Interferenzen kommen, die den Noise Floor erhöhen.

 

Eigenrauschen der Geräte: Jedes Audiogerät erzeugt ein gewisses Maß an Eigenrauschen. Besonders Mikrofone und günstige Vorverstärker sind hier oft die Hauptverursacher. Glücklicherweise gibt es mehrere Möglichkeiten, den Noise Floor zu reduzieren.

 

Wie kann man den Noise Floor minimieren?

 

Korrektes Gain Staging: Stelle sicher, dass jede Stufe in deiner Signalkette den optimalen Pegel hat. Dies maximiert das Signal-Rausch-Verhältnis.

 

Verwendung von Noise Gates: Diese Software-Tools können Signale unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts stummschalten und so unerwünschtes Rauschen eliminieren.

 

Einsatz von Noise Reduction Software: Programme wie iZotope RX können gezielt Hintergrundrauschen aus Audioaufnahmen entfernen.

 

Auf Dithering sind wir nun schon ausführlich eingegangen, soll aber hier natürlich auch aufgezählt werden, da es ebenfalls ein wichtiges Tool ist, um dein Grundrauschen aufzuräumen.

 

Die Details machen die Mischung

 

Noisfloor und Dithering sind zwei wichtige Begriffe, um deine Produktion um eine weitere Nuance zu verbessern. Denn manchmal ist es das, was man nicht hört, was den größten Unterschied macht!

 

- Johannes

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