Filtros y Ecualizadores

Al haber estudiado las señales y su espectro, vimos la forma de poder analizarla y estudiar su comportamiento. Ahora veremos la forma de modificar su espectro, mediante el uso de filtros y ecualizadores.

Estos son muy utilizados en mezcla cuando necesitemos dejar de lado parte del espectro de la señal, ya sea porque es parte indeseada del espectro, utilizaremos filtros, de los cuales veremos que hay distintos tipos. En el caso que necesitemos enfatizar o atenuar otra parte del espectro, mejorar la respuesta en frecuencia, entre otras, utilizaremos ecualizadores.

Filtros

Existen variedades de filtros, tanto sean analógicos como digitales, estos nos permiten modificar el espectro de una señal. Originalmente, estos tenían el objetivo de transmitir, con la menor distorsión posible, las señales comprendidas dentro, de una determinada banda de frecuencias, donde al mismo tiempo se atenuaban todas las frecuencias presentes en dicha señal que estuvieran fuera de las bandas. Hoy en día se los utiliza para todo tipo de modificaciones de señal, e incluso con fines artísticos (como en nuestro caso), donde no solo se busca atenuar ciertas bandas del espectro, sino que también enfatizarlas.

Los filtros son funciones de transferencia, pudiendo ser en el campo analógico:

* Pasivos: cuadripolos que actúan como filtros pasivos, compuestos por elementos no disipativos (inductores y capacitores), relegando el efecto de disipación al ámbito de ajustes y correcciones finales.

* Activos: en este caso se utilizan componentes activos, como amplificadores operacionales. El resultado es mucho más preciso.

Aparte de estos se encuentran los filtros digitales, los cuales utilizan funciones de transferencia propiamente dichas, donde la respuesta final proviene de una fórmula matemática, funciones de punto impulsor-inmitancia terminal, etc. Estas funciones no solo son más precisas, sino que permiten topologías y configuraciones difíciles de lograr en el campo analógico. Además, permiten menores distorsiones como los filtros “linear phase”.

A continuación, veremos ciertas generalidades de cada tipo de filtro, que nos serán de gran utilidad a la hora de aplicarlos al audio.

Filtros Pasa Bajos

Estos son más conocidos como Low-Pass Filters, que nos permiten dejar pasar sin alterar el espectro hasta una cierta frecuencia, y luego de ella comienzan a atenuar, con una determinada pendiente, las frecuencias que estén por encima. Se considera como frecuencia de corte, a la frecuencia para la que el filtro realiza una atenuación de 3dB. Luego, cuando la caída de la pendiente de la atenuación se convierta en una línea recta, podremos distinguir el orden del filtro, el cual siempre será múltiplo de -6dB/oct. Eso significa que para un filtro de orden N, tendremos una atenuación de -6NdB/oct.

En la Figura, podemos apreciar un filtro de primer orden y uno de segundo, ambos con Fc=800Hz. Si bien ambos filtros poseen distinto orden y por ende sus pendientes son distintas, como sus frecuencias de corte son las mismas, a 800Hz ambos producirán una atenuación de 3dB. A medida que crezca el orden del filtro, mayor será su pendiente de atenuación, pero también será mayor su efecto en la respuesta en fase del sistema.

Filtros Pasa Altos

Comúnmente conocidos como High-Pass Filters, y se diferencia de los filtros pasa bajos, debido a que estos atenúan el espectro hasta una determinada frecuencia, para luego dejar pasar con la misma intensidad al resto de las frecuencias más altas. Poseen las mismas características que los Pasa Bajos.

Filtros Pasa Banda

De la combinación de los Filtros Pasa Bajos y Pasa Altos obtenemos esta clase de filtros, donde en la banda de paso se encontrarán las frecuencias deseadas, y el resto de las frecuencias serán atenuadas.

En la imagen, podemos observar un filtro Pasa Banda, con una frecuencia de corte en Fc= 700Hz (-6dB/Oct).

Filtros Elimina Banda

Muy conocido como Band-Reject o Notch, es el filtro inverso a la Pasa Banda. En la figura vemos dos tipos de filtros elimina banda, con distintos factores de calidad Q.

El Factor de Calidad Q

El factor de calidad refiere a la relación que, entre la frecuencia central de una banda enfatizada o atenuada, y su ancho de banda en ciertos filtros. El Factor Q se obtiene dividiendo la frecuencia central elegida, por el ancho de banda. Si por ejemplo tomamos la frecuencia central de 1000Hz con un ancho de banda de 2 octavas (de 500Hz a 2000Hz), el factor Q será 1000Hz / 1500Hz (2000Hz menos 500Hz). El resultado será una Q = 0.66. Esta posibilidad de controlar el ancho de banda es la característica más distintiva de los ecualizadores paramétricos y la más difícil de escuchar y entender en el color final de la mezcla.

El control Q en valores bajos implica mayor ancho de banda y en valores altos menor ancho de banda.

Grandes cambios de amplitud y anchos de banda muy angostos, pueden ser difíciles de escuchar, mientras que pequeños cambios de amplitud, con un gran ancho de banda, serán más fáciles de percibir. Esta situación se asemeja a los ecualizadores convencionales que poseen dicha característica.

Ecualizadores

Un ecualizador (designado a menudo por la abreviatura EQ) que además de atenuar, nos permite enfatizar una porción del espectro, con una envolvente en frecuencia que depende del tipo de filtro a utilizar.

Estos son uno de los procesos de audio más utilizados, tanto en proyectos musicales como en tareas de posproducción de vídeo. Puede utilizar el ecualizador para modificar de manera sutil o bien significativa el sonido de un archivo de audio, de un instrumento o de un proyecto mediante el ajuste de determinadas frecuencias o intervalos de frecuencia.

Todos los ecualizadores son filtros especializados que permiten el paso de determinadas frecuencias sin modificarlas, al tiempo que aumentan o disminuyen el nivel de las demás frecuencias. Algunos ecualizadores pueden utilizarse para potenciar o atenuar un amplio intervalo de frecuencias. Otros ecualizadores, sobre todo los paramétricos y los multibanda, pueden utilizarse para conseguir un control más preciso.

Los ecualizadores multibanda combinan varios filtros en una unidad, lo que nos permite controlar una gran parte del espectro de frecuencias. Los ecualizadores multibanda nos permiten ajustar de manera independiente la frecuencia, el ancho de banda y el factor Q de cada banda del espectro de frecuencia. Esto permite configurar tonos de una manera precisa y exhaustiva en cualquier fuente de audio, ya sea una señal de audio individual o una mezcla global.

A continuación, veremos distintos tipos de ecualizadores.

Filtros Shelving

Estos filtros son de gran utilidad, ya que nos permiten enfatizar o disminuir ciertas porciones de espectro, donde para determinados factores de calidad Q, la ganancia en un determinado ancho de banda será la misma para todas las frecuencias que lo comprendan. Un control de tono de Graves-Medios-Agudos posee 2 Shelvings, para bajas y altas frecuencias respectivamente.

En el ejemplo de la imagen anterior, observamos una ecualización Shelving, para bajas y altas frecuencias. Para el caso de las bajas frecuencias, hemos hecho un recorte fijando la frecuencia del ecualizador en 200 Hz, mientras que en el caso de las frecuencias altas existe un refuerzo por encima de los 2.00 kHz fijados.

Ecualizadores Paramétricos

Son también conocidos como filtros de campana (Bell), nos permiten enfatizar o atenuar cierta porción del espectro, pudiendo ajustar tanto la ganancia y la frecuencia central, como el ancho de banda. Por tanto, cuando trabajemos con ecualizadores paramétricos vamos a tener que trabajar con la frecuencia central, el factor de calidad (Q) y la ganancia.

Debemos de tener en cuenta que cuanto más alta sea la Q el ancho de banda afectado por la ganancia será más pequeño, es decir, para retoques muy finos vamos a necesitar una Q alta, mientras para retoques en los que necesitemos modificar un amplio margen de frecuencias a partir de la frecuencia central usaremos una Q baja (una Q del orden de 0’6 o 0’7 suele ser muy común en estos casos).

En el ecualizador paramétrico gratuito de siete bandas de Digidesign, de la imagen anterior. Podemos observar dos bandas activas, una centrada en 100 Hz, con una ganancia de 9.0 dB, y un ancho de banda estrecho de (Q=10). Mientras la otro se encuentra centrada en 5.00 kHz, con ganancia de 9.0 dB, y ancho de banda más grande (Q=3).

Ecualizadores Paragráficos

Estos ecualizadores son similares a los paramétricos, donde uno puede ajustar la ganancia deseada en una frecuencia ajustable, pero no se puede variar el factor Q. Es muy común encontrarlos en las consolas analógicas.

Ecualizadores Gráficos

Este tipo de ecualizadores se encuentra dividido en bandas de frecuencias (octava, 1/3 octava, etcétera), donde cada frecuencia puede ser subida o bajada usando el control deslizante en el ecualizador gráfico. Los controles del ecualizador se llaman bandas. Hay diferentes clases de ecualizadores gráficos que pueden dividir las frecuencias desde 5 bandas hasta más de 31 bandas. Ecualizadores gráficos de 5 a 10 bandas son comúnmente encontrados en los estéreos de los coches. 31 bandas (por lo cual puedes 118 cambiar el volumen en 31 frecuencias diferentes) son comunes en estudios de grabación y en los refuerzos de sonido en vivo.

La ventaja principal de un ecualizador gráfico, es que puedes cambiar el volumen de varias frecuencias diferentes. Los ecualizadores gráficos consiguen su nombre de la pantalla visual que es fácil de leer como referencia. Sin embargo, en estos días, consigues una más bonita pantalla visual en los ecualizadores paramétricos digitales. También, como las frecuencias están puestas visualmente de izquierda a derecha, es fácil buscar y manipular el volumen de cualquier frecuencia especial.

Otros tipos de Filtros

Además de los filtros que hemos mencionado anteriormente, hay infinidad de otros tipos, los cuales pueden tener usos particulares en el audio o no. Hay otros que son producto del audio o del manejo de señales. En forma breve mencionaremos a los filtros anti-alias, estos son pasa bajos de pendientes muy abruptas, que poseen su frecuencia de corte muy cercano al límite de la respuesta en frecuencia de un dispositivo digital, con el fin de eliminar todas las frecuencias que estén por encima de esta respuesta, para que no generen una señal espuria, como veremos más adelante.

Otro de los filtros que nombraremos son los filtros de peine, los cuales suelen aparecer cuando superponemos dos señales similares que no se encuentran alineadas temporalmente, lo que en ciertos puntos del espectro puede generar muchas cancelaciones, cuando una de las señales posee valores positivos para una determinada frecuencia, y la otra señal, valores negativos.