Filtros de audio

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 1 - Índice de contenidos Procesado en el dominio de la frecuencia. Filtros. Filtros habituales en audio. Tecnologías de implementación. Ecualizadores. Controles de tono. Ecualizadores semiparamétricos y paramétricos. Ecualizadores gráficos Ecualizadores paragráficos. Aplicaciones de filtros y ecualizadores. Introducción a los procesadores DSP. Procesadores multiefecto. Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 2 - Filtros habituales en audio El filtrado y la ecualización constituyen el procesado de audio más común Utilización de filtros en audio Como parte constituyente de los ecualizadores Como dispositivos independientes de filtrado (filtros paso alto, paso bajo, y filtros ranura) Filtros habituales en audio Filtros paso alto y paso bajo Filtros tipo control de tonos (shelving filters) Filtros resonantes (peak filters, bell filters) Filtros banda eliminada Filtros ranura (notch filters)

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 1 -

Índice de contenidos

�  Procesado en el dominio de la frecuencia. �  Filtros.

�  Filtros habituales en audio. �  Tecnologías de implementación.

�  Ecualizadores. �  Controles de tono. �  Ecualizadores semiparamétricos y paramétricos. �  Ecualizadores gráficos �  Ecualizadores paragráficos.

�  Aplicaciones de filtros y ecualizadores. �  Introducción a los procesadores DSP. Procesadores multiefecto.

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 2 -

Filtros habituales en audio

�  El filtrado y la ecualización constituyen el procesado de audio más común �  Utilización de filtros en audio

�  Como parte constituyente de los ecualizadores �  Como dispositivos independientes de filtrado (filtros paso alto, paso bajo, y

filtros ranura) �  Filtros habituales en audio

�  Filtros paso alto y paso bajo �  Filtros tipo control de tonos (shelving filters) �  Filtros resonantes (peak filters, bell filters) �  Filtros banda eliminada �  Filtros ranura (notch filters)

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Filtros paso alto

�  Frecuencia de corte 3 dB (20-40 Hz) �  Suelen ser de segundo o tercer orden, excepcionalmente de orden cuatro

�  Pendientes de 6, 12, 18 o 24 dB/octava �  Utilización: atenuación de señales de baja frecuencia donde está presente ruido

y distorsión (filtros sub-sónicos) �  Zumbidos de muy baja frecuencia (rumble) por pasos y vibraciones en el

escenario (5-30 Hz) �  Ruido provocado por el viento y la respiración de vocalistas en los micrófonos �  Ruido por interferencias

�  La frecuencia de corte y las pendientes de atenuación pueden ser seleccionables por el usuario

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Filtros paso alto

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 5 -

Filtros paso bajo

�  Frecuencia de corte 3 dB (15-20 KHz) �  Suelen ser de orden ajustable, alcanzando en algunos casos orden 6

�  6, 12, 18, 24, 48, 100 dB/octava �  Utilización: atenuación de señales de alta frecuencia donde está presente ruido

y distorsión �  Ruido de alta frecuencia (hiss)

�  La frecuencia de corte y las pendientes de atenuación pueden ser seleccionables por el usuario

�  La combinación de un filtro paso alto y otro paso bajo da lugar a un paso banda

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Filtros de cruce

�  Aplicación específica de filtros paso alto y paso bajo que se combinan para dividir en frecuencia el programa sonoro entregado a los altavoces o a las etapas amplificadoras correspondientes en un sistema de refuerzo sonoro

�  Típicamente separación entre bajos, medios y agudos (LF, MF, HF)

�  Además de separar frecuencias pueden usarse para ajustar impedancias y/o el diagrama de radiación de la agrupación de altavoces

�  Suelen utilizarse filtros de primer a cuarto orden

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Filtros de cruce

�  Compensación de la sensibilidad para un tweeter de alta frecuencia

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Filtros tipo control de tonos (shelving filters)

�  Realzan algunas frecuencias y atenúan otras (sin llegar a anularlas completamente) �  Comportamiento en forma de �rampla�

�  Consta de dos bandas de paso con diferente ganancia/atenuación �  La atenuación no aumenta indefinidamente a partir de la frecuencia de corte �  Aplicación típica: control de tono (realce de graves/agudos)

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fL fH 0

GG-3

Filtros resonantes (peak filters, bell filters)

�  Son los más utilizados como bloque constituyente de los ecualizadores �  No son filtros paso banda, puesto que lejos de la banda de paso no afectan a la

señal (atenuación de 0 dB) �  Características

�  Ganancia / atenuación (boost / cut) �  Frecuencia central fC (punto de máximo refuerzo) �  Frecuencias de corte superior e inferior (caída a 3 dB), fL, fH �  Ancho de banda: BW = fH - fL, �  Factor de calidad Q: relación entre la frecuencia central y el ancho de banda

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Filtros resonantes (peak filters, bell filters)

�  Implementación de un filtro resonante �  La respuesta de refuerzo se obtiene sumando la salida de un filtro paso banda

con la señal original

Paso banda PB

+

0

0

1

1

PB

k

1 BPk+

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Filtros resonantes (peak filters, bell filters)

�  Implementación de un filtro resonante �  Típicamente la respuesta del filtro atenuador se obtiene como la recíproca del

filtro de refuerzo

Paso banda PB

0

0

1

1

PB

k

11 BPk+

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Clasificación según las características de ganancia / atenuación (boost / cut)

�  Filtros de ganancia/atenuación (Boost/Cut filters): filtros que permiten reforzar o atenuar la banda de paso

�  Filtros de sólo atenuación (Cut only filters): filtros que solamente permiten atenuación (en su posición de máximo �refuerzo� presentan una atenuación de 0 dB

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Clasificación según las características de ganancia / atenuación (boost / cut)

�  Existen dos modos de especificar el ancho de banda en un filtro atenuador, dependiendo de los fabricantes

�  Ancho de banda (factor de calidad Q) definido como el ancho de banda del filtro de refuerzo recíproco. Esta suele ser la opción preferida

�  Ancho de banda (Q) definido directamente sobre el filtro atenuador

Ancho de banda del filtro recíproco

Ancho de banda del filtro atenuador

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 14 -

Clasificación según las características de ganancia / atenuación (boost / cut)

�  Filtros simétricos (recíprocos) : filtros de tipo boost/cut en los que las curvas de refuerzo y atenuación son recíprocas

�  Filtros asimétricos (no recíprocos): filtros de tipo boost/cut en los que las curvas de refuerzo y atenuación no son recíprocas

11 BPk+

1 BPk−�

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Ancho de banda de filtros resonantes en audio

�  La respuesta en frecuencia del oído es de tipo logarítmico, por lo que en aplicaciones de audio se trabaja en bandas de octava

�  El ancho de banda crítico del oído coincide con intervalos de 1/3 de octava

�  El ancho de banda del filtro depende de la aplicación y el coste �  Anchos de banda habituales: 1, 2/3 y 1/3 de octava son los valores típicos (más

estrechos no son necesarios)

El ancho de banda crítico es el margen de frecuencias en el cual el oído no detecta variaciones de presión.

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fL fH 0

GG-3

Filtros resonantes (peak filters, bell filters)

�  Frecuencias de corte, ancho de banda y factor de calidad Q

�  Filtros de 1 octava � K=2 (Q ≈ 1.41) �  Filtros de 1/2 de octava � K=21/2 (Q ≈ 2.86) �  Filtros de 1/3 de octava � K=21/3 (Q ≈ 4.31)

�  Ejemplo: filtro de 1/3 de octava centrado a 1 KHz �  fC = 1000Hz �  fL = 890.89Hz ≈ 891Hz �  fH = 1122.59Hz ≈ 1123Hz

2�L H Cf f f=

�H Lf K f=

C

H L

fQf f

=−

BW = 1123 – 891 = 232Hz Q = 4.31

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 17 -

Clasificación según el factor de calidad Q

�  Filtros de Q no-constante (proportional Q, variable Q) �  Son los primeros que se desarrollaron para aplicaciones de audio, basados en

redes pasivas RLC �  El ancho de banda (factor de calidad) varía de forma inversamente proporcional

al valor del refuerzo o atenuación aplicado por el filtro (controles de ganancia y ancho de banda acoplados)

�  Solamente en la posición de máximo refuerzo/atenuación se obtiene el ancho de banda especificado. En cualquier otra posición el factor de calidad se degrada

�  Este comportamiento no se considera admisible en aplicaciones profesionales de audio debido a la elevada alteración fuera de banda

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 18 -

Filtros resonantes (peak filters, bell filters)

�  Filtros de Q constante (constant Q) �  En la década de 1980 se desarrollaron los primeros filtros activos de Q constante,

en los que el ancho de banda es independiente del valor de refuerzo o atenuación �  Se reduce la interacción entre bandas adyacentes

� Menor dependencia de la respuesta en frecuencia con el ajuste � Mayor correlación entre la disposición externa de potenciómetros y la

respuesta en frecuencia �  Supusieron un enorme avance en las prestaciones de los ecualizadores, mejorando

en gran medida la precisión, especialmente con ajustes moderados

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 19 -

Filtros resonantes (peak filters, bell filters)

�  Filtros de Q �perfecto� (perfect-Q) �  Los filtros de Q-constante solucionan el inconveniente de la degradación del

ancho de banda con la actuación sobre su ganancia/atenuación. Sin embargo producen un rizado mayor entre filtros adyacentes

�  El nivel del filtro fuera de la frecuencia central varía de forma no lineal con el ajuste de refuerzo/atenuación

El rizado depende del refuerzo/atenuación de los filtros adyacentes

Respuesta no lineal del filtro de Q

constante

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Filtros resonantes (peak filters, bell filters)

�  Filtros de Q �perfecto� (perfect-Q) �  Los filtros basados en DSP ajustan su respuesta (coeficientes filtro FIR o IIR)

en función de la posición de los potenciómetros del ecualizador

Comportamiento lineal con el ajuste del refuerzo/atenuación

�  Esto permite ajustar las características de los filtros para obtener una elevada correlación entre la respuesta en frecuencia y la posición de los controles

�  No son filtros de Q constante pero tampoco proporcional. Las variaciones del ancho de banda son las necesarias para garantizar la respuesta deseada (�perfecta�)

Q constante Q ��perfecto�

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 21 -

Filtros resonantes (peak filters, bell filters)

�  Filtros de Q �perfecto� (perfect-Q)

Q no constante

Q constante

Q �perfecto�

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Filtros banda eliminada

�  Filtros que atenúan una banda de frecuencia, afectando lo menos posible las bandas adyacentes

�  Si la banda es menor de 1/3 de octava se denominan filtros ranura (notch filters) �  Aplicación fundamental: eliminación de frecuencias conflictivas en el sistema de

sonido (no con fines creativos) �  Eliminación de la frecuencia de red (50 - 60 Hz) �  Eliminación de frecuencias de resonancia en la ecualización de salas para evitar

oscilaciones

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 23 -

Tecnologías de implementación

�  Filtros pasivos �  Redes pasivas LC �  Funciones de transferencia típicas: Butterworth, Chebyshev, Bessel, Elíptica

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 24 -

Tecnologías de implementación

�  Filtros pasivos �  Típicamente de orden 1 a orden 3

Paso alto �

Paso bajo �

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Tecnologías de implementación

�  Principales inconvenientes �  Necesidad de fuente y carga adaptadas en impedancia (actualmente los equipos

de audio trabajan con acoplo en tensión) �  Pérdidas de inserción por disipación y desadaptación que dependen de la

posición de refuerzo/atenuación �  Equipos pesados y voluminosos (bobinas) �  Interferencia electromagnética (EMI)

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 26 -

Tecnologías de implementación

�  Filtros activos (amplificadores operacionales) �  Durante la década de 1970 se implementaron los primeros filtros de audio

utilizando amplificadores operacionales y redes LC �  Los diseños iniciales se basaban en obtener las mismas funciones de

transferencia de los pasivos, sustituyendo las bobinas por elementos activos �  En la década de 1980 se desarrollaron los filtros activos RC, en los que se evita

la utilización de bobinas, reduciendo el tamaño y los costes de fabricación

Diseño más habitual de Q no constante ��

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Tecnologías de implementación

�  Filtros activos �  Los filtros activos RC de Q constante suponen una revolución no sólo de las

técnicas de implementación, sino también de las técnicas de diseño �  Clave para Q constante: independizar la función que implementa el ajuste de

amplitud (refuerzo/atenuación) del filtro paso banda

Diseño más habitual de Q constante

simétrico �

Cualquier filtro paso banda

BOOST: 1 BPk+1CUT:

1 BPk+

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 28 -

Tecnologías de implementación

�  Filtros activos �  Filtros activos RC de Q constante asimétricos

Diseño más habitual de Q constante

asimétrico �

Cualquier filtro paso banda

BOOST: 1 BPk+

CUT: 1 BPk−

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 29 -

Tecnologías de implementación

�  Filtros digitales �  Gran flexibilidad de diseño, normalmente basados en funciones de

transferencia de segundo orden �  Dos tipos: IIR, FIR

�  La configuración del filtro (función de transferencia) puede ser reconfigurable para adaptar su respuesta a los ajustes que realice el operador sobre los potenciómetros de control (filtros de Q �perfecto�)

�  Más fácil en filtros IIR, dada su sencillez �  El cambio de configuración constituye una de las principales ventajas de los

filtros digitales frente a los analógicos. Estos últimos sólo se pueden diseñar una vez!

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 30 -

Desarrollo del tema

�  Procesado en el dominio de la frecuencia. �  Filtros.

�  Filtros habituales en audio. �  Tecnologías de implementación.

�  Ecualizadores. �  Controles de tono. �  Ecualizadores semiparamétricos y paramétricos. �  Ecualizadores gráficos �  Ecualizadores paragráficos.

�  Aplicaciones de filtros y ecualizadores. �  Introducción a los procesadores DSP. Procesadores multiefecto.

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 31 -

Ecualizadores

�  Equipos diseñados para compensar las características amplitud-frecuencia en sistemas de almacenamiento o transmisión

�  Ecualizadores fijos, no ajustables (aunque sí se pueden calibrar) �  Ecualizador phono RIAA, tape NAB, redes de pre-énfasis y de-énfasis

�  Ecualizadores variables, ajustables por el usuario �  Constituidos por bancos de filtros en los que una o más características pueden

ser alteradas por el usuario �  Aplicaciones típicas

�  Corrección de deficiencias en la respuesta en frecuencia de micrófonos, combinaciones de altavoces, e instrumentos

�  Separación en frecuencia de diferentes instrumentos, para lograr una mezcla más contrastada

�  Evitar la interacción de frecuencias disonantes de diferentes instrumentos (pistas)

�  Alteración de las características frecuenciales por motivos puramente creativos

�  Ecualización del sistema de sonido y la sala en sistemas de refuerzo

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 32 -

Ecualizadores

�  Tipos de ecualizadores ajustables en función de sus prestaciones �  Controles de tono �  Ecualizadores semiparamétricos y paramétricos �  Ecualizadores gráficos �  Ecualizadores paragráficos

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 33 -

Controles de tono

�  Ecualizador típico en los sistemas para automóviles y en los sistemas domésticos de bajas prestaciones

�  Constan de 2 o 3 bandas de frecuencia fijas �  Bajos y agudos (bass, treble); bajos, medios y agudos (low, mid, high)

�  Para los bajos y agudos se utilizan filtros tipo control de tono (shelving filters) con frecuencias de corte preestablecidas, amplitud ajustable y pendientes suaves

Frecuencias de corte típicas � 100 HZ y 10 KHz �  Para las frecuencias medias se utiliza un filtro resonante centrado alrededor de

2 KHz y con algunas octavas de ancho de banda

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 34 -

Controles de tono

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 35 -

Ecualizador semiparamétrico (sweepable equalizer)

�  Ecualizador similar al control de tonos, pero que incluye la posibilidad de variar la frecuencia central

�  Ganancia ajustable �  Frecuencia central sintonizable (a menudo sobre un amplio margen) �  Ancho de banda fijo

�  Esto permite un control del sonido mucho más preciso que en el anterior �  Es el ecualizador típico en los canales de entrada de las consolas de bajo y

medio coste

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 36 -

Ecualizador paramétrico

�  Incluye la posibilidad de variar el ancho de banda, además de la frecuencia central

�  Ganancia ajustable (si sólo permite atenuación se denomina notch equalizer) �  Frecuencia central sintonizable (a menudo sobre un amplio margen) �  Ancho de banda (Q) ajustable

�  Se suelen utilizar filtros de Q-constante con la ganancia �  Mejor control sobre el ancho de banda, independientemente de la amplitud �  Mayor flexibilidad y precisión

�  Es el ecualizador típico en los canales de entrada de las consolas de altas prestaciones (típicamente 3 o 4 bandas)

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Ecualizador paramétrico

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 38 -

Ecualizador paramétrico

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 39 -

Ecualizador gráfico

�  Banco de filtros de sintonía y ancho de banda fijos y ganancia variable �  Utilizan potenciómetros de ajuste lineal para controlar la ganancia de cada

banda �  La posición de los potenciómetros individuales de cada banda indica de forma

aproximada la corrección realizada en frecuencia (de ahí su nombre de ecualizador gráfico)

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 40 -

Ecualizador gráfico

�  El número de bandas depende del coste y la aplicación �  10 bandas de 1 octava �  15 bandas de 2/3 de octava �  30 o 31 bandas de 1/3 de octava

�  El ancho de banda (Q) es el mismo para todos los filtros �  El recubrimiento debe de ser lo más plano posible (poco rizado) �  Ganancias/atenuaciones típicas: ±6 dB, ±12 dB, ±18 dB

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 41 -

Ecualizador gráfico

�  La mayoría utiliza las frecuencias centrales del estándar ISO �  Ecualizador de 1 octava (10 bandas)

32, 64, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 16000 Hz �  Ecualizador de 2/3 de octava (15 bandas)

25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 635, 1000, 1600, 2500, 4000, 6400, 10000, 16000 Hz

�  Ecualizador de 1/3 octava (31 bandas) 20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1K, 1.25K, 1.6K, 2K, 2.5K, 3.15K, 4k, 5k, 6.3K, 8K, 10K, 12.5K, 16K, 20KHz

�  El ancho de banda de estos filtros suele elegirse igual al espaciado entre frecuencias centrales para reducir el rizado de la respuesta en frecuencia

Los filtros se cortan en la caída a 3dB

2�Li Hi Cif f f=�Hi Lif K f=

Ci

Hi Li

fQf f

=−

�Hi Lif K f=2 1�C Cf K f=

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 42 -

Tipos de ecualizador en función del factor de calidad Q de sus filtros

�  Filtros de Q no-constante (proportional Q, variable Q) �  Son los primeros que se desarrollaron, basados en redes pasivas RLC �  El ancho de banda varía de forma inversamente proporcional al valor del

refuerzo o atenuación del filtro �  Solamente en la posición de máximo refuerzo/atenuación se obtiene el ancho de

banda especificado. En cualquier otra posición el factor de calidad se degrada � mayor interacción entre bandas adyacentes

�  Mala correspondencia entre los ajustes realizados por el operador sobre los potenciómetros y la respuesta en frecuencia real

Se desvirtúa el concepto de ecualizador �gráfico�

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 43 -

Tipos de ecualizador en función del factor de calidad Q de sus filtros

�  Efecto del ancho de banda en el recubrimiento

Filtros de Q variable �

Aumentando el ancho de banda disminuye el rizado pero aumenta el error de refuerzo/atenuación y la interacción entre bandas

Error refuerzo/ atenuación

Interacción interbanda

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 44 -

Tipos de ecualizador en función del factor de calidad Q de sus filtros

�  Filtros de Q constante (constant Q) �  Supusieron un enorme avance en las prestaciones de los ecualizadores, mejorando

en gran medida la precisión, especialmente con ajustes moderados �  El factor de calidad y el ancho de banda son independientes del ajuste de ganancia

de los filtros �  Menor interacción entre bandas adyacentes, lo que implica mayor correlación

entre la disposición externa de potenciómetros y la respuesta en frecuencia

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 45 -

Tipos de ecualizador en función del recubrimiento

�  Las prestaciones de un ecualizador no sólo dependen de las cualidades de sus filtros, sino del modo en que éstos se combinan (recubrimiento)

�  La respuesta con todos los potenciómetros al mismo nivel debería de ser plana (sin rizado)

�  Filtros en cascada (cascade Q) �  Implementación sencilla, so hay necesidad de sumadores �  La respuesta en frecuencia es el producto de las respuestas individuales de cada

filtro. Se acumulan los errores de magnitud y fase �  Filtros en paralelo (parallel Q)

�  Necesidad de sumadores �  La respuesta en frecuencia es la suma de las respuestas en frecuencia, lo que

tiende a cancelar en buena medida los efectos de la interferencia interbanda �  Mayor rizado de la respuesta en frecuencia, especialmente con filtros de Q no

constante � non-combining (non-interpolated) filters �  Combinación de topología cascada/paralelo

�  Combinación en paralelo de bandas adyacentes y combinación en cascada de los grupos resultantes

�  Reduce el rizado ajustando los filtros adyacentes para que su pico de respuesta no coincida con su frecuencia central � combining (interpolated) filters

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 46 -

Tipos de ecualizador en función del recubrimiento

�  Efectos de la topología de combinación de bandas en el recubrimiento

Filtros de Q constante �

Page 24: Filtros de audio

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 47 -

Tipos de ecualizador en función del recubrimiento

Filtros de Q variable, combinación en

paralelo �

Filtros de Q constante, combinación en

paralelo �

El máximo rizado con estos filtros se tiene para el máximo refuerzo/atenuación, que raramente se aplica

El rizado no depende de la posición de ganancia. Para ajustes medios el rizado es mayor que con los de Q no constante

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 48 -

Tipos de ecualizador en función del recubrimiento

Filtros de Q constante, combinación en serie/

paralelo �

En filtros de Q constante esta combinación reduce el rizado, pero a costa de aumentar el error de refuerzo/atenuación

Combining (interpolating) equalizer �

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 49 -

Ecualizadores digitales de Q �perfecto�

�  Los filtros digitales de Q �perfecto� (perfect-Q) permiten resolver el problema del error de ganancia/atenuación sin degradar el recubrimiento

�  Los filtros basados en DSP ajustan su respuesta (coeficientes filtro FIR o IIR) en función de la posición de los potenciómetros del ecualizador

Comportamiento lineal con el ajuste del refuerzo/atenuación

�  Las características de los filtros se ajustan en cada momento para minimizar simultáneamente el error de ganancia/atenuación y el rizado por interacción entre bandas

Respuesta no lineal del filtro de Q

constante

Filtro digital de Q �perfecto� Filtro de Q constante

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 50 -

Ecualizadores digitales de Q �perfecto�

Q no constante

Q constante

Q �perfecto�

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Ecualizadores digitales de Q �perfecto�

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Ecualizador gráfico

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Ecualizador paragráfico

�  Combinación del ecualizador gráfico y el paramétrico �  Ecualizador gráfico que además permite la sintonización de las frecuencias

centrales de cada banda dentro de un margen determinado �  Puede ofrecer la posibilidad de alterar el ancho de banda de los filtros �  Añade flexibilidad en aquellas aplicaciones en las que es necesario actuar sobre

frecuencias o márgenes de frecuencia muy concretos (caso de realimentación) �  Existen modelos analógicos, aunque ha sido la tecnología digital la que ha

popularizado su utilización �  Presentación gráfica mediante displays LCD, TFT, etc. �  Son los sistemas más potentes, debido a su gran flexibilidad y manejo a través

de una interfaz gráfica intuitiva

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 54 -

Desarrollo del tema

�  Procesado en el dominio de la frecuencia. �  Filtros.

�  Filtros habituales en audio. �  Tecnologías de implementación.

�  Ecualizadores. �  Controles de tono. �  Ecualizadores semiparamétricos y paramétricos. �  Ecualizadores gráficos �  Ecualizadores paragráficos.

�  Aplicaciones de filtros y ecualizadores. �  Introducción a los procesadores DSP. Procesadores multiefecto. �

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 55 -

Aplicaciones de filtros y ecualizadores

�  Compensación de problemas y deficiencias en la respuesta en frecuencia de en equipos de grabación, micrófonos e instrumentos

�  Separación en frecuencia de diferentes instrumentos, para lograr una mezcla más contrastada. Evitar la interacción de frecuencias disonantes de diferentes instrumentos (pistas)

�  Adición de efectos sobre los distintos instrumentos por motivos creativos

�  Corrección de discos o grabaciones magnéticas antiguas, realizadas con un ancho de banda muy pequeño y gran cantidad de ruido en altas frecuencias

�  Ecualización de recintos para compensar la respuesta en frecuencia del sistema (sistemas de refuerzo sonoro)

�  NO debe utilizarse la ecualización para corregir deficiencias del sistema de sonido causadas por el empleo de equipamiento o técnicas deficientes. Mediante la ecualización se deben corregir problemas menores. Es un �ajuste fino� del sistema.

ascorbic-original.mp3.WAV ascorbic-bandpass_sweep.mp3.WAV

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 56 -

Aplicaciones de filtros y ecualizadores

�  Sensación sonora en función de la frecuencia

�  Frecuencias muy bajas (16 a 60 Hz): dan sensación de potencia si se produce un refuerzo súbito, pero enmascaran el programa si se mantienen mucho tiempo.

�  Frecuencias bajas (60 a 250 Hz): contiene la mayoría de fundamentales de la sección de ritmo y es importante para la inteligibilidad de la palabra. El refuerzo da sensación de redondez a los instrumentos, aunque si es muy elevado resulta atronador.

�  Frecuencias medias - bajas (250 a 2000 Hz): contiene los primeros armónicos de bastantes instrumentos. Un refuerzo excesivo produce fatiga y un sonido nasal y/o telefónico. El refuerzo entre 500 y 1000 Hz produce un sonido creado en un tubo y entre 1 y 2 kHz de un tubo metálico.

�  Frecuencias medias (2 a 4 kHz): muy importante para el reconocimiento de la voz. El realce excesivo produce ceceo y confusión en los fonemas labiales (m, b, v).

�  Frecuencias medias - altas (4 a 6 kHz): es responsable de la claridad y transparencia de la voz y los instrumentos. Produce una sensación de presencia. El realce sobre 5 kHz asemeja un refuerzo de todo el programa. La atenuación de esta banda produce un sonido distante.

�  Frecuencias altas (6 a 20 kHz): controlan el brillo y la claridad de los sonidos. El refuerzo excesivo produce sonidos cristalinos y siseos en los fonemas sibilantes (s, ch) y vocales.

Track06.cda.WAV

Track07.cda.WAV

Track09.cda.WAV

Track10.cda.WAV

Track11.cda.WAV

Track12.cda.WAV

Page 29: Filtros de audio

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 57 -

Aplicaciones de filtros y ecualizadores

�  Técnicas básicas de ecualización (en directo y mezclas multipistas) �  Varios instrumentos que contengan gran cantidad de frecuencias pueden sonar

muy bien por separado, pero dar lugar a problemas al ser mezclados debido a los solapamientos de frecuencias

�  Procedimiento ideal �  Distinguir las frecuencias de interés de cada instrumento de las frecuencias

innecesarias �  Realzar las frecuencias de interés y atenuar las innecesarias �  Al mezclar los instrumentos, los �huecos� de unos serán rellenados con

otros, dando lugar a una mezcla equilibrada en frecuencia en la que todos encajan sin taparse entre sí

�  Las bajas frecuencias son las más críticas durante la ecualización –  Su exceso por acumulación entre instrumentos da lugar a una mezcla atronadora

(muddy, boomy) –  Su defecto da lugar a una mezcla excesivamente suave (poco potente) –  El programa debe sonar bien en equipos con características muy dispares

(equipos domésticos, automóviles, etc.)

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 58 -

Aplicaciones de filtros y ecualizadores

�  Percusión �  Las percusiones marcan el ritmo de la canción, y deben sonar con potencia y

claridad �  Se debe evitar la acumulación de frecuencias en los bajos y bajos-medios

�  Atenuar frecuencias entre 250 y 500 Hz �  Realzar agudos entre 8-12 KHz para dar claridad

�  Bajo �  A continuación se añade el bajo, que se ecualiza para encajarlo en la batería �  Si es necesario realzar los bajos, no se deben realzar las mismas frecuencias

que en la batería �  Se puede dar claridad cortando las frecuencias en torno a los 250Hz y

realzando algunas frecuencias altas, en torno a 2500Hz. Éstas no deben coincidir con las frecuencias predominantes de ninguna percusión

Page 30: Filtros de audio

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 59 -

Aplicaciones de filtros y ecualizadores

�  Guitarra �  Se deben atenuar las frecuencias inferiores a 80 Hz, para evitar la interferencia

con el bajo �  Se puede realzar la frecuencia de250 Hz para dar potencia (punch) �  Para dar presencia y brillo a la guitarra se puede realzar alguna banda entre 2 y

4 KHz � Si se ha realzado el bajo en 2.5 KHz, podríamos elegir 3.5 o 4 KHz

para la guitarra �  Vocalista

�  Si las técnicas de grabación son correctas y se selecciona el micrófono adecuado, la ecualización de la voz debe ser sutil, para mantener una sonoridad correcta en todos los sistemas de sonido

�  Se pueden atenuar las frecuencias por debajo de 100-150 Hz (ocupadas por la sección rítmica)

�  Se puede añadir claridad reforzando ligeramente la banda de 4 y 5 KHz

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 60 -

Aplicaciones de filtros y ecualizadores

Track14.cda.WAV

Page 31: Filtros de audio

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 61 -

Ecualización de recintos

�  El recinto de trabajo afecta a la respuesta en frecuencia del sistema completo

�  Mediante los ecualizadores se puede compensar la respuesta de la sala, a la vez que se evita la oscilación por realimentación, incrementando así la ganancia acústica potencial (típicamente 6-10dB de mejora)

�  Para ecualizar la sala se utiliza una fuente de ruido rosa situada frente al micrófono, en el escenario, y se analiza la señal captada en la zona de audiencia

�  El ecualizador se ajusta hasta que se obtiene una respuesta plana en el analizador

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 62 -

Ecualización de recintos

Page 32: Filtros de audio

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 63 -

Ecualización de recintos

�  Los ecualizadores gráficos poseen la limitación de que no pueden actuar con elevados refuerzos o atenuaciones más que en la banda de paso de cada filtro

�  Si la frecuencia a tratar no coincide en una de las bandas es preciso actuar sobre dos filtros adyacentes, alterando así un margen de frecuencias excesivo

�  Caso de algunas frecuencias discretas de realimentación

�  Se debe utilizar entonces un filtro paramétrico, ajustando la frecuencia central a la frecuencia a eliminar y seleccionando un ancho de banda pequeño

�  No obstante, para la ecualización del sistema sigue siendo preferible un ecualizador gráfico, menos selectivo en frecuencia

�  Sistema más estable frente a cambios de la posición de los micrófonos o cambios en las condiciones de la sala, etc.

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 64 -

Desarrollo del tema

�  Procesado en el dominio de la frecuencia. �  Filtros.

�  Filtros habituales en audio. �  Tecnologías de implementación.

�  Ecualizadores. �  Controles de tono. �  Ecualizadores semiparamétricos y paramétricos. �  Ecualizadores gráficos �  Ecualizadores paragráficos.

�  Aplicaciones de filtros y ecualizadores. �  Introducción a los procesadores DSP. Procesadores multiefecto. �

Page 33: Filtros de audio

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 65 -

Introducción a los procesadores DSP

�  En la actualidad se han popularizado equipos multiefectos que integran la mayor parte de los procesados de señal que se han estudiado en este tema

�  Procesadores de dinámica �  Procesadores temporales �  Ecualizadores

�  Estos procesadores se basan el procesado digital de la señal (DSP) �  Los equipos multiefecto para estudio suelen ser controlables a través de PC

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 66 -

Introducción a los procesadores DSP

�  Equipo multiefecto comercial

�  Reverberación con control de reflexiones tempranas �  Líneas de retardo, ecos

�  Efectos con líneas de retardo (vibrato, flanger, chorus) �  Filtrado paramétrico �  Procesado de dinámica (compresor, puerta de ruido) �  Ajuste de �tempo� y tono

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 67 -

Bibliografía

�  Manuel Recuero López, Manuel Vaquero Fernández, Antonio J. Rodríguez Rodríguez, Constantino Gil González, Francisco Tabernero Gil, Técnicas de grabación sonora, Instituto Oficial de RadioTelevisión Española, Madrid, 1993. Capítulo 6.

�  Gary Davis, Ralph Jones, Sound reinforcement handbook, Hal Leonard Corporation, 1990. Capítulo 14.

�  John M. Eargle, Handbook of recording engineering, International Thomson Publishing, 1996. Capítulos 21 a 24.

�  Francis Rumsey, Tim Mc Cormick, Introducción al sonido y a la grabación, Instituto Oficial de RadioTelevisión Española, Madrid, 1994. Capítulo 14.

�  Glen Ballou, Handbook for sound engineers. The new audio cyclopedia, Focal Press, 1998. Capítulo 20.

�  Clemente Tribaldos, Sonido Profesional. Estudios de registro profesional, Editorial Paraninfo SA, Madrid 1996. Capítulo 11.

Unidad 3: Equipos de procesado de señal - 68 -

Bibliografía

�  Recursos en internet �  http://www.rane.com �  http://www.prorec.com/prorec/articles.nfs �  http://www.prorec.com/prorec/articles.nfs �  http://www.harmony-central.com/Effects �  http://www.behringer.com �  http://www.yamaha.com �  http://transaudiogroup.com