8.4. Filtros digitales
Los filtros pueden ser vistos como procesos que modifican, de alguna manera útil, el espectro de la señal que se les entrega, alterando la amplitud de determinados componentes de la señal de entrada. Existen diferentes maneras de categorizarlos: por el modo de control sobre sus configuraciones o por el modo en que afectan al espectro.
8.4.1. Respuestas de frecuencia usuales
Dependiendo del modo de operación, los filtros afectan de manera específica
a una o varias zonas determinadas del espectro. El resultado de la implementación
de filtros mediante algoritmos difiere del comportamiento ideal que se
pretendería. Por el modo de realización de estos procesos no es posible cortar
el espectro en secciones delimitadas de manera estricta. En cambio, a partir de
una frecuencia de corte, las componentes superiores o inferiores (dependiendo
del caso) son atenuadas paulatinamente hasta alcanzar la eliminación completa.
Ese comportamiento suele ser un parámetro de control de los filtros, comúnmente
referido con el término en inglés: Roll-off. El grado de profundidad de esa
curva de atenuación se mide en cantidad de decibeles por octava (logarítmico) o
decibeles por década (lineal).
A continuación, los diversos filtros empleados para afectar las diferentes zonas
del espectro.
Pasa-bajos
Este tipo de filtros se define por tener una frecuencia de corte a partir de la cual
los componentes espectrales de la señal de entrada que están por debajo de ella
no son alterados. En cambio, los superiores, sí serán filtrados y estarán ausentes
en la señal de salida. Para utilizar este filtro en Ocenaudio, acceder a la opción
de menú Effects > Filter > Lowpass Filter.
Para ejemplificar los efectos de los diferentes filtros se partirá de una señal de ruido blanco y se le aplicará cada filtro para ver cómo varía su espectro luego del proceso. Esta captura permite ver el efecto de un Filtro Pasa-bajos con frecuencia de corte en 10 khz. Con una curva de atenuación de 80 db/década.
Pasa-altos
Similar al Pasa-bajos, pero en este caso, a partir de la frecuencia de corte se
mantienen intactas las componentes superiores a ese umbral y se atenúan las
inferiores.
Para utilizar este filtro en Ocenaudio, acceder a la opción de menú Effects > Filter > Highpass Filter.
Esta captura permite ver el efecto de un Filtro Pasa-altos con frecuencia de corte en 10 khz y una curva de atenuación de 80 db/ 10khz, aplicado sobre una señal de ruido blanco.
Pasa-banda
Este tipo de filtro permite mantener intacta una zona del espectro definida a partir
de dos frecuencias de corte, la superior y la inferior. El resto del espectro que
no quede comprendido dentro de esos umbrales será filtrado. También existe
una posible configuración de este filtro que no define las frecuencias extremas,
sino solo la central y los extremos son calculados a partir de un segundo parámetro
denominado ancho de banda. Para utilizar este filtro en Ocenaudio, acceder
a la opción de menú Effects > Filter > Bandpass Filter.
Esta captura permite ver el efecto de un Filtro Pasa-banda con frecuencia de corte inferior en 4 khz, frecuencia de corte superior en 10 khz y una curva de atenuación de 80 db/ 10khz, aplicado sobre una señal de ruido blanco.
Rechaza-banda
Esta posibilidad es similar a la anterior, pero con un comportamiento inverso, ya
que la zona que se atenúa es la comprendida entre las dos frecuencias de corte
que el usuario defina; el resto del espectro se mantendrá intacto. Para utilizar este
filtro en Ocenaudio, acceder a la opción de menú Effects > Filter > Bandstop Filter.
Esta captura permite ver el efecto de un Filtro Rechaza-banda con frecuencia de corte inferior en 4 khz, frecuencia de corte superior en 10 khz y una curva de atenuación de 80 db/ 10khz, aplicado sobre una señal de ruido blanco.
Otros: Peine y Pasa-todo
El filtro Peine (Comb) puede ser visto como la simultaneidad de varios filtros Pasa-
banda cuyas frecuencias centrales tienen una relación numérica constante
y definida por el usuario. Lamentablemente, la versión actual de Ocenaudio no
ofrece este tipo de filtro, por lo que a continuación se incluye un esquema de su
respuesta en frecuencia tipo.
La imagen muestra un esquema de la respuesta de frecuencia de un Filtro-Peine tipo.
Como bien señala Di Liscia (2004), puede llamar la atención la presencia de un filtro que se denomine Pasa-todo (All-Pass) y que dicho filtro tenga, efectivamente, una respuesta de frecuencia. A pesar de tener un comportamiento que estrictamente no modifique el espectro de una señal, por su construcción, estos filtros afectan la fase de la señal que procesan y, por tal motivo, se los suele emplear en codificadores y decodificadores para radio y cine. Otro de los casos en que se utilizan filtros Pasa-todo es en la construcción de reverberadores. Al tener usos tan específicos, no se encuentra este tipo de filtro como proceso individual para ser aplicado a una señal de audio por los software de uso frecuente; más allá de la posibilidad de que los algoritmos de algunos procesos específicos incluyan internamente filtros Pasa-todo.
8.4.2. Tipos característicos
A la hora de implementar filtros, suelen utilizarse los comúnmente denominados ecualizadores, que son simplemente un conjunto de filtros diseñados para operar en simultáneo sobre una única señal. Según su diseño, se los divide en dos categorías: gráficos y paramétricos.
Gráficos
Los ecualizadores gráficos son un banco de filtros Pasa-banda, en los que cada
banda está definida para una única frecuencia fija y con un ancho de banda también
fijo. Las bandas están distribuidas de manera que abarquen todo el espectro.
La característica principal de estos ecualizadores es la cantidad de bandas
y los hay con diferentes cantidades, comúnmente de 11, 25 o 31 bandas. Para
su uso, el usuario solo puede modificar la amplitud de cada banda, con valores
positivos para enfatizarla o negativos para atenuarla. Además, en algunos casos,
suelen tener un control general de ganancia, para poder mantener un esquema
de filtrado y variar el grado de incidencia total del filtro sobre la señal a procesar.
Ocenaudio ofrece dos opciones de ecualizadores, uno de 11 y otro de 31 bandas.
Para acceder a ellos se debe utilizar la opción de menú Effects > Equalization> 11-Band Graphic Equalizer o 31-Band Graphic Equalizer.
Esta captura permite ver el efecto de un Ecualizador de 31 bandas, según la configuración de la imagen anterior, aplicado sobre una señal de ruido blanco.
Paramétricos
A diferencia de los gráficos, los paramétricos permiten el control de todos los
parámetros de cada uno de los filtros: amplitud, frecuencia central y ancho de
banda. En este tipo de filtros es común encontrar el control de ancho de banda,
mediante un parámetros denominado “Q”. El factor Q permite controlar de manera
simultánea el ancho de banda y la curva de atenuación del filtro (Roll-Off).
En el ámbito del audio digital, es habitual encontrar la alternativa de ecualizadorparagráfico, cuyo comportamiento es igual al paramétrico, pero con el adicional
de incluir una representación gráfica de cada banda, y su ubicación en el espectro,
variable según los parámetros de control definidos.
Para ejemplificar este proceso se tomará a REAPER como modelo. Con el fin de
utilizar un ecualizador en este multipista se debe acceder a la cadena de efectos de un canal, mediante la ventana FX y agregar el proceso ReaEQ. Este es
un ecualizador paragráfico que, como tal, permite la interacción con el usuario
mediante dos modos de control, tanto sobre el gráfico o sobre los parámetros
numéricos.
En el video se puede ver el funcionamiento y el modo de operación de un
Ecualizador Paragráfico aplicado sobre una señal de ruido blanco.
8.4.3. Aplicaciones
Como señala Izhaki (2008), en la era temprana de la telefonía sucedía el siguiente
problema: las altas frecuencias se perdían en el extenso tendido de cables
y este hecho tenía consecuencias en la inteligibilidad de las palabras en
la recepción. Entonces, en los Laboratorios Bell se diseñó un circuito eléctrico
para realzar la zona del espectro afectada del lado del receptor; de este modo
lograron que la señal sea igual en ambos lados de la línea y así nació el nombre ecualizador, del inglés equalizer (igualador).
Como se comentó anteriormente, la ecualización es el proceso de modificar las
componentes espectrales de una señal mediante filtros. Su empleo en mezclas
de audio puede ser con diferentes fines, entre ellos, los tres básicos son:
El tercer uso suele ser casi indispensable a la hora de combinar en una mezcla
sonidos grabados en diferentes espacios acústicos, diferentes sistemas de
monitoreo o diferentes condiciones de grabación en general (siempre y cuando
se busque obtener unidad en la mezcla). Por otro lado, cabe señalar que dependiendo
del criterio de mezcla, en algunos casos se utiliza la ecualización de manera
extrema modificando los sonidos artificialmente, sin que eso logre quitarle
realismo al resultado del conjunto. Dicho en otras palabras, sonidos individuales pueden parecer tener cualidad espectrales artificiales, pero en la combinación
con otros pueden llegar a lograr una paisaje natural, quedando enmascarada
esa aparente artificialidad.
A la hora de operar con ecualizadores, se suele considerar el espectro en cinco
(o seis) zonas o bandas principales, a saber:
La terminología y las zonas espectrales no están estandarizadas y pueden variar sutilmente según diferentes criterios personales.
Sub-Low: es la zona del espectro entre 60 hz y el límite inferior del sistema de
trabajo. Esta zona se “siente” más que lo que se puede escuchar. Es utilizada
para efectos de sonidos puntuales, y debe ser utilizada con cautela ya que mucha
energía en esta zona le quita inteligibilidad a la mezcla total. Esta banda es la
asociada al “.1” de los sistemas multicanal (5.1, 7.1, etc). En esos casos, la zona
espectral está asignada al canal LFE (Low Frecuency Effects) y está extendida
hasta 120 hz.
Bajos: es la banda comprendida entre 60 y 250 hz. Al igual que la zona de Sub-Low debe ser trabajada con cautela por el mismo motivo, afectar la inteligibilidad.
Medios-Bajos: normalmente entre 250 y 2000 hz, aunque su límite superior
puede variar.
En este punto es importante aclarar que la zona de división entre las próximas
dos bandas puede variar según el autor.
Medios-Altos: entre 2 khz y 4 khz, es la zona sensible para el reconocimiento
y claridad de la palabra (la voz). Atenuar la energía de todos los sonidos de la
mezcla aproximadamente en los 3khz y enfatizar al mismo tiempo esa zona en
las pistas de las voces puede hacer más audible la voz sin necesidad de atenuar
el nivel de los primeros.
Altas Frecuencias: suelen ser consideradas a partir de los medios-altos hasta el
límite superior del sistema y, a veces, se las subdivide en dos:
Texto aparte
Si bien existe gran cantidad de presets para usos frecuentes
de ecualizadores, no existen recetas o verdades absolutas para
operarlos. Esos presets pueden servir de referencia o punto de
partida, pero la decisión del ajuste final dependerá de cada señal
sonora en particular, ya que todas tienen un comportamiento
único y determinado, definido a partir de todos los factores
que varían en su creación o registro. Por todo esto, la única
clave para ecualizar de manera efectiva es la escucha atenta y
la operación con criterio.
Consejos:
- A la hora de ecualizar y mezclar en general, es importante y
necesario utilizar un buen sistema de monitoreo de respuesta
plana para no condicionar el balance espectral según una
curva determinada.
- Se recomienda mezclar con un nivel que no sea demasiado
fuerte ni demasiado bajo, eso es claramente evidente a
partir de los estudios sobre percepción sonora y las curvas
de Fletcher-Munson (véase Unidad 2).
- Siempre es recomendable atenuar antes que enfatizar.
Esto se debe a la construcción de los filtros y el modo
en que alteran la fase de las señales. Es por este motivo,
también, que se recomienda hacer uso pero no abuso de ecualizaciones.