noise dithering

noise dithering

Tecnica di riduzione del rumore nell’elaborazione numerica dei segnali. Il campionamento di un segnale analogico quantizza non solo il tempo, ma anche le ampiezze: i convertitori ADC (Analog to digital converter) forniscono in uscita un numero intero, e pertanto il segnale originale è di fatto rappresentato mediante gradinate, il cui passo è determinato dal numero di bit di conversione. La successiva conversione DAC (Digital to analog converter) riproduce la gradinata nel dominio analogico, introducendo una distorsione nel segnale che è relativamente maggiore quanto più è piccolo il segnale utile. Per es., un segnale analogico sinusoidale di ampiezza poco maggiore di un bit verrebbe riprodotto come un’onda quadra. Questo tipo di distorsione (chiamata spesso, con una certa improprietà, rumore di quantizzazione) è particolarmente fastidioso per i nostri sistemi percettivi: nel caso di segnali audio introduce componenti correlate con il segnale, quindi molto simili a un segnale utile, che il nostro sistema uditivo fatica a collocare sullo sfondo, come fa invece agevolmente con i segnali autodecorrelati e decorrelati dal segnale utile, quali sono i vari rumori bianchi o colorati. Nelle immagini campionate (in pixel) la distorsione di quantizzazione delle due dimensioni si evidenzia con la presenza di fasce di colore o di grigio uniformi dall’aspetto innaturale. Questi inconvenienti possono essere attenuati introducendo artificialmente rumore, bianco o colorato, di ampiezza opportuna, in modo da preservare i valori quadratici medi del segnale originale, di fatto coprendo (o sfumando) la distorsione di ampiezza. Il risultato, ottenuto con un aumento del livello di rumore complessivo, è però percettivamente molto più gradevole, perché il rumore risulta così meno evidente. Questa è la tecnica del noise dithering, della quale esistono diverse varianti, a seconda delle finalità: nelle immagini, per es., è noto il Floyd-Steinberg. Una tecnica complementare è il noise shaping, che consiste nello spingere la distorsione di quantizzazione in una zona di frequenza dove è facile attenuarla nel dominio analogico. Nel campo audio ciò si ottiene con un forte tasso di sovracampionamento: distribuendo la potenza della distorsione in un intervallo di frequenze più ampio, se ne abbassa la densità spettrale.

→ Musica elettronica ed elettronica musicale