> При преобразовании в 16-ти битный формат записали старшие 4 бита: 0110.

Вы наверное отпечатались: в вашем примере будет 0011.

Вы не учитываете два факта:
1. Просто откинуть младшие биты нельзя - получим ошибку округления и существенные искажения. Те биты которые мы откидываем должны использоваться при формировании дитеринга. Как я уже говорил их частично можно сохранить использую нойз шейпинг и получить эквивалент 18 бит.
2. В каких условиях реальных условиях не хватает 16 бит? Вы вообще слышите последние 2 бита при прослушивании 16 битных записей при комфортной громкости? Вот тестовый файл на котором я проверяю цифровой аудиотракт на отсутствие ошибки округления: http://knk.square7.ch/dithering_test_2bit.flac Вы должны услышать музыку и равномерный/однородный шум на фоне. Если шум не однородный - где-то есть проблема с воспроизведением младших бит.

> По простому - нормализовать запись, выполнить компрессию, убедиться, что в итоге нет звуков громче, чем -3 dB, закодировать в 16 бит. Практически.. ну известно, что вышло из loudness war, звуки до 0 db и т.д.

Почему вы считаете, что нормализация по 0 dB это плохо?

> Как на одном диске записать и тихую, и громкую композицию без потерь, если выравнивать весь диск к одной громкости?

Никак. Это работа звукорежиссера. Если он не выронил - значит такова была его задумка. Если бы он хотел выровнять - то выровнял бы при мастеринге без всякого replaygain.

> Это нам сейчас хорошо, у нас есть replaygain.

Replaygain нужен для устранения клипинга после сжатия. Ранее подобной проблемы не было в принципе, так как поток (PCM) был не сжат.