El procesado de frecuencia o ecualización consiste en la modificación del contenido espectral o frecuencial de una señal de audio, de modo que mediante un filtro o un ecualizador (EQ) podremos atenuar, eliminar o reforzar determinadas frecuencias o bandas de frecuencia.

A continuación se describen algunos conceptos básicos de teoría de ondas y se muestran en la figura 14.



Los parámetros más utilizados son los siguientes:

• Frecuencia f (en hercios, Hz): dentro de una onda sonora, el número de ciclos que se repite la onda en un segundo. (1000Hz = 1kHz)
• Periodo T (en segundos, s): el tiempo que tarda la onda en hacer un ciclo completo, o en empezar a a repetirse.
• Amplitud (en V, dB, etc.): es el nivel más alto, en valor absoluto, de la onda sonora, la cantidad de energía (de aire) en movimiento.
• Longitud de onda λ (en metros, m): periodo espacial o distancia a la que se repite la onda.
• Velocidad c (en metros/segundo, m/s): es la velocidad del sonido en el aire y depende de la temperatura, aprox. 343 m/s a 20ºC.

Como referencia, el oído humano es capaz de escuchar sonidos de frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 20kHz, si bien es capaz de “sentir” frecuencias inferiores y en muchos casos no es capaz de escuchar frecuencias tan agudas.

Es una habilidad y un ejercicio muy recomendable diferenciar las frecuencias asociadas a los sonidos que escuchamos, o por lo menos la banda en la que se encuentra. Por ejemplo, vamos a escuchar una serie de sonidos que incluyen un tono en la frecuencia central de cada banda de octava seguido de música a la que se aplica primero un realce y luego una atenuación en esa banda (Haz clic en la frecuencia una vez para reproducir y otra para parar):

• 63Hz
• 125Hz
• 250Hz
• 500Hz
• 1kHz
• 2kHz
• 4kHz
• 8kHz
• 16kHz

La clasificación objetiva de los rangos de frecuencia siempre ha sido (Haz clic en el texto una vez para reproducir un ejemplo y otra para parar):

• agudos: por encima de 3.5kHz
• medios: entre 250 y 3.5kHz
• graves: por debajo de 250Hz

si bien se utiliza la siguiente clasificación más subjetiva y con la puedes experimentar con el ejemplo de filtros que veremos más adelante:

• brillo: por encima de 6kHz
• presencia: entre 3.5kHz y 6kHz
• medios altos: entre 1.5kHz y 3.5kHz
• medios bajos: entre 250Hz y 1.5kHz
• graves: entre 60Hz y 250Hz
• subgraves: por debajo de 60Hz

Un filtro es un circuito que atenúa una porción de espectro de audio. Puede ser de 4 tipos:

• low pass filter, high cut o paso bajo: LPF
• high pass filter, low cut o paso alto: HPF
• band pass filter o paso banda: LPF + HPF en serie
• band stop filter o banda eliminada: HPF + LPF en paralelo

Un filtro tiene los siguientes elementos:

• frecuencia de corte es la frecuencia de interés y donde el nivel del filtro cae 3dB.
• pendiente (slope) del filtro hace referencia a cómo actúa el filtro a partir de la frecuencia de corte:
  • I orden: 6dB/oct
  • II orden: 12dB/oct
  • III orden: 18dB/oct
  • IV orden: 24dB/oct
• frecuencia central es la frecuencia situada logarítmicamente en medio de las frecuencias de corte inferior y superior de un filtro paso banda.
• ancho de banda es la diferencia, en Hz, entre las dos frecuencias de corte.
• factor de calidad (Q) representa la anchura del filtro (a mayor Q, filtro más estrecho). Con un Q mayor de 50 y una atenuación muy alta, se obtiene un filtro ranura o notch filter.

Existen dos curvas de ecualización típicas:

• tipo shelf, shelving o escalón: atenúa o refuerza frecuencias por encima o por debajo de la frecuencia seleccionada.
• tipo peak o bell: atenúa o refuerza frecuencias en función del Q alrededor de la frecuencia central, que es la que recibirá la atenuación o refuerzo máximos.

En los programas de software, normalmente encontramos filtros y ecualizadores de tipo paramétrico, esto es, que permiten modificar diferentes bandas de frecuencia y para cada una de ellas ajustar el tipo de curva, la ganancia, la pendiente, la frecuencia y el factor de calidad.

A la hora de programar un ecualizador, como vemos en la figura 15 también podemos ajustar todos estos valores.



Los procesadores de dinámica nos van a permitir alterar el margen dinámico de la señal original, bien con el fin de que no se produzcan picos y por lo tanto distorsión, o bien para controlar el nivel de determinados sonidos para que suenen más o menos fuertes según nuestras necesidades.

Conceptualmente los procesadores de dinámica son controles automáticos de volumen que ajustan éste “en tiempo real” en función de diferentes parámetros que veremos a continuación.

Se clasifican en:

• compresores/limitadores
• expansores/puertas de ruido

Un compresor se asemeja a una persona manejando un control de volumen en tiempo real, subiendo y bajando el volumen en función de lo que va escuchando. La figura 16 representa una señal de audio que sobrepasa el umbral permitido o threshold en 5dB (haz clic en los botones 1-3).



Utilizando un compresor con una relación o ratio de 5:1, conseguiremos reducir esos picos en 4dB, de modo que la señal sobrepasará sólo en 1dB el threshold, lo que nos permitirá elevar toda la señal de audio en 5dB.

En definitiva, los pasajes más fuertes serán comprimidos de forma "transparente" y los más débiles se beneficiaran del incremento de ganancia posterior a la compresión.

El limitador es un compresor con un ratio superior a 10:1, y se suele utilizar sobre todo a la salida de las mezclas para evitar picos y para sonidos muy impulsivos.

Además de los parámetros de threshold y ratio ya comentados, es posible configurar el tiempo de ataque o attack y el tiempo de relajación o release del compresor, que se definen como el tiempo que tarda el compresor en empezar a actuar y en dejar de actuar, respectivamente, y que habrá que configurar en función de si la señal de audio es muy impulsiva o no y del efecto que queramos conseguir.

Adicionalmente, en los programas de software de sonido podemos encontrar combinaciones de ecualizadores y compresores, como son los compresores multibanda (permiten ajustar un compresor en cada banda de frecuencia) o los de-esser (compresores centrados en la banda de frecuencia correspondiente a la letra “s” con el fin de reducir sibilancias).

En la figura 17 se muestra un compresor con los parámetros básicos.



Las puertas de ruido (gates) y los expansores (expander) pertenecen a la misma familia que los compresores y los limitadores, pero en vez de actuar con señales por encima del umbral o threshold, actúan con las señales por debajo del threshold, reduciendo su nivel en mayor o menor medida.



Los controles de threshold, attack y release funcionan exactamente igual que en el caso de los compresores y aparece el concepto de rango o range, que es la cantidad máxima en dB que se van a reducir.

El ratio del expansor funciona igual que en los compresores, si bien deberíamos escribirlo al revés, con relaciones 1:2, 1:10, etc.



Cuando el range le indica al procesador que cualquier señal por debajo del umbral sea eliminada por completo y el ratio es mayor de 1:10, el procesador está actuando como una puerta (gate), que se cierra por debajo del threshold y se abre por encima de éste.

Si el range y el ratio se ajusta para que sólo disminuya parte de la señal por debajo del threshold, la unidad se llama expansor (conseguimos expandir el rango dinámico, al ampliar la diferencia entre los pasajes suaves y los fuertes).

Los procesadores de tiempo de señal (reduccionistamente llamados procesadores de efectos) controlan la relación temporal de las señales de audio, con el fin de crear diferentes efectos o bien para mejorar la calidad e inteligibilidad del sonido. Para ello, es necesario disponer de una o varias copias de la señal original retardada para sumarlas a la original.

Mas allá de definiciones matemáticas, en acústica, la reverberación es el conjunto de reflexiones sonoras que se producen en un recinto cuando emitimos un sonido, y que dependen de la forma y dimensiones del recinto así como de los materiales de los que esté compuesto. Se define el tiempo de reverberación (T) como el tiempo necesario para que el sonido dentro de un recinto caiga 60dB.



Por el contrario, en acústica el eco o delay es la repetición de un sonido un tiempo después del sonido original, de modo que el oído es capaz de diferenciar ambos sonidos, algo que se produce aproximadamente si el sonido retardado llega 50ms respecto del original, si bien subjetivamente esto depende mucho del tipo de sonido.

Es posible simular todos estos efectos mediante software, bien en estaciones de trabajo de audio digital (DAW) como en entornos de desarrollo de programación. La figura 21 muestra un ejemplo de voz con un delay ajustable entre 0 y 1s.



La tabla 4 presenta varias muestras de diferentes tipos de reverberación.



Adicionalmente a las reverbs y delays, existen toda una serie de efectos que combinan el tiempo con el tono y la modulación de la señal que podrían sernos útiles en determinados tipos de videojuegos:

• chorus: retardo fijo de 10 a 20ms con modulación en 3kHz.
• flanger: retardo variable de 0 a 20ms.
• phasing: retardo de fase variable.
• vibrato: retardo con variación cíclica del tono por encima y por debajo.
• vocoder: hacer sonar la voz como un instrumento armónico.

Mención especial requieren los procesadores que juegan con el tono de la señal, esto es, con la afinación (sin variar la duración, claro) entre los que se encuentran:

• pitch-shifters: alteración del tono general de la señal.
• afinadores: afinación de ciertas notas de la señal.
• armonizadores: generación de frecuencias armónicas de la señal.

Existen muchas opciones para editar audio, la mayorías de ellas de pago, si bien la primera de las que se detalla es gratuita y una buena forma de empezar:

• Audacity (Linux, PC, Mac)
• Steinberg Cubase (PC, Mac)
• Sony Sound Forge
• Cakewalk Sonar
• Avid Protools
• Logic Audio
• Adobe Audition
• Presonus Studio One
• etc.