Le dithering

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Le dithering

19 fév , 2016  

Le Dithering

Pour terminer le dossier sur la résolution et l’échantillonnage numérique, nous allons aborder un sujet crucial pour l’encodage de vos fichiers numérique, à savoir le dithering. En effet, si cette notion est incontournable en audionumérique, elle est souvent mal comprise. Nous allons donc voir avec le maximum de détail en quoi consiste ce processus et comment  l’utiliser.

Pour démarrer un petit rappel sur les notions de résolution et de bruit de quantification que j’ai abordé dans de précédents articles traitant plus en détail ces sujets.

Résolution et bruit de quantification

Lors de l’échantillonnage numérique d’un signal, une valeur est attribuée à chaque échantillon, c’est l’opération de quantification. La précision avec laquelle cette valeur est attribuée s’appelle la résolution et s’exprime en bits. La résolution d’un signal numérique correspond au nombre de valeurs pouvant être attribuées pour chaque échantillon dans une plage d’amplitudes définie par votre DAW (24 bits le plus couramment utilisés). Sur le schéma ci dessous, vous pouvez observer la quantification d’un signal analogique sur 2 bits.

Le ditheringOn remarque en observant le graphique du bas, que lors de l’échantillonnage, une erreur est systématiquement commise et génère un signal parasite appelé bruit ou erreur de quantification, il correspond au signal résultant de la différence entre le signal original et le signal échantillonné.

Lors de la conversion de votre signal de 24 à 16 bits, vous allez supprimer 8 bits à la résolution de votre signal entrainant ce genre d’erreur, que vous pourrez entendre si vous ne passez pas par l’étape du dithering.

Principe du dithering

L’opération de dithering consiste à ajouter un bruit (le dither) à un signal lors d’un échantillonnage ou avant une conversion de résolution afin d’empêcher l’apparition d’artefacts audibles et d’augmenter la dynamique perçue d’un signal. il utilise les données des bits de poids faible (LSB) pour influer sur le son des bits de poids fort (MSB). Pour donner l’illusion qu’ils sont toujours bien présent.

Comme vous le savez, le format audionumérique standard des CD et MP3, utilisent une résolution de 16 bits et une fréquence d’échantillonnage de 44,1 kHz. Or de nos jours, les systèmes d’enregistrement sur disque dur écrivent et lisent en 24, 32 ou 64 bits et le reste de vos équipements (console numérique, synthés numériques, etc.) possède également une résolution interne très élevée. Pourtant, malgré l’introduction de certains formats audio à haute résolution, vous aurez besoin à un moment précis d’exporter vos fichiers dans la résolution standard de 16 bits et 44,1 kHz.

Qu’advient ils de ces « bits supplémentaires » ?

Avant l’avènement du dithering, ils étaient tout bonnement supprimés. On pouvait détecter les erreurs sur les sons de faibles intensités, comme par exemple des queues de reverb coupées de façon abrupte dès qu’elles passaient sous la limite des 16 bits. Ou de « bourdonnement » à la fin d’un fondu de sortie (fade out). Il s’agit du son des bits supplémentaires qui ont été tout simplement “tronqués”.

Le Noise shaping

Afin de réduire l’audibilité des erreurs dues à la baisse de résolution, un procédé dit de noise-shaping est utilisé : au lieu d’utiliser un bruit blanc (dont le spectre de fréquence est uniforme) on va égaliser ce bruit afin qu’il ait un minimum d’énergie dans la zone spectrale à laquelle l’oreille humaine est la plus sensible (à savoir autour de 3000 Hz) et un maximum d’énergie au-dessus de 10000 Hz. Il existe différents types de noise shaping en fonction des systèmes de dithering utilisés.

Il peut sembler bizarre qu’ajouter du bruit puisse améliorer le son. Pourtant, le bénéfice psycho-acoustique final est bien réel. Étant donné que le bruit ajouté par le processus de dithering possède une réponse en fréquence et un niveau constant, nos oreilles arrivent facilement à en extraire le contenu (le signal). Ce procédé réduit le bruit de quantification qui est remplacé par une sorte de « chuintement » doux modulé par les informations de niveau réduit. À l’écoute, l’avantage le plus perceptible concerne les fondus, qui deviennent plus doux et réalistes, mais également la reproduction des détails sonores.

Il existe différents types de bruit de dithering plus ou moins perceptibles. Le dithering peut être large bande, auquel cas la distorsion est rapportée à son minimum tandis que le bruit est légèrement plus audible. Inversement, un dithering sur une bande plus étroite entraînera un bruit perçu plus faible mais laissera passer une très légère distorsion.

Ci-dessous, l’exemple du Spectre du dither « MBIT+ » avec noise-shaping du logiciel Izotope Ozone.

Le dithering

Comme nous venons de le voir, il existe différents algorithmes de structure du bruit… Certains outils permettent de sélectionner les algorithmes de dithering et de structure du bruit, autrement dit vous pourrez choisir la combinaison qui donne le meilleur résultat en fonction de la musique sur laquelle vous travaillez. Tous les algorithmes ne sont pas équivalents, donc leur rendu sonore sera différent. Le choix d’un algorithme est un choix esthétique.

A quel moment utiliser le dithering ?

Le dithering doit être effectué uniquement lorsque vous convertissez la source audio à haute résolution dans le format CD final. Il est inutile d’appliquer du dither lors d’une réduction de résolution vers 24 bits ou inversement.

Il est inutile aussi, si vous traitez un fichier 16 bits contenant déjà un dithering dans un éditeur audio à haute résolution, l’éditeur en question devrait normalement préserver le signal de dithering. Dans ce cas, au moment de reporter la version éditée en 16 bits, effectuez simplement le transfert des données sans appliquer de dithering.

Cette étape se déroule en bout de chaine, c’est à dire lors de mastering final ou l’on va exporter les sons dans leur résolution définitive à savoir 16bits 44,1 kHz.


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