TIPOS DE FILTROS SEGÚN SU FRECUENCIA DE CORTE

TIPOS DE FILTROS SEGÚN SU FRECUENCIA DE CORTE

Cuando hablamos de filtros en sonido, estos tienen más importancia de lo que en un principio pueda parecer, incluso
hay técnicos de sonido que ni lo usan en el 90% de los casos, pero es necesario conocerlos, así como sus aplicaciones y
funcionamiento.
Cuando preguntamos a algún técnico de sonido sobre los filtros, lo primero que se le viene a la cabeza son los filtros
que se encuentran en los canales de entrada de las mesas de mezclas. Pero los filtros están presentes en los
ecualizadores, ya sean analógicos, digitales, parametritos, gráficos,…asimismo se encuentran en los procesadores de
altavoces, crossovers… e incluso en la mayoría de equipos de audio existentes.
Evidentemente, según estén destinados a una u otra aplicación será de un tipo u otro.
Un filtro se caracteriza por su curva de respuesta de frecuencia, que indica la forma en que las diferentes frecuencias
en la entrada se atenúan o amplifican.Todos los componentes electrónicos de sonido poseen una curva de respuesta de
frecuencia particular, aunque lo ideal sería que esta curva fuese plana (una recta horizontal) entre los 20 y los 20.000
Hz, ya que toda desviación conlleva una modificación artificial del timbre del sonido.
TIPOS DE FI LTROS SEG ÚN SU FR ECUEN CI A DE CO RTE
Dejando al margen estos problemas de diseño, que seguirán llevando de cabeza a los diseñadores de componentes
electrónicos, los filtros más usuales pueden clasificarse, de acuerdo con la forma de esta curva de respuesta, en cuatro
grandes familias: pasa-bajo, pasa-alto, pasa-banda y rechazo de banda.
- El filtro pasa-bajo, deja pasar las frecuencias por debajo de un determinado valor, denominado frecuencia de corte,
también conocido como cut-off.
En un filtro ideal esta frecuencia debería suponer una discontinuidad en la curva de respuesta, de forma que toda
frecuencia por encima de este valor se atenuará totalmente y toda frecuencia por debajo se dejará tal cual.
En la práctica, esto no es posible y todos los filtros reales presentan una pendiente y rizado en la zona cercana a esta
frecuencia de corte. Cuanto más inclinada sea esta pendiente de atenuación, más preciso será el filtro, aunque no
siempre es el objetivo deseado.
En los equipos de audio, la abreviatura inglesa empleada para indicar la presencia de este filtro es LPF (Low Pass
Filter).
-El filtro pasa-alto, hace lo contrario al anterior, ya que únicamente deja pasar las frecuencias superiores a la frecuencia
de corte; viene indicado en los equipos como HPF (High Pass Filter).
- El filtro pasa-banda deja pasar una banda de frecuencias, eliminando el resto. Se define a partir de la frecuencia
central o de resonancia y el ancho de banda.
- El filtro de rechazo de banda actúa de forma inversa al de pasa-banda. Al igual que éste, se caracteriza por la
frecuencia de resonancia y el ancho de banda.
Cuando anteriormente hablábamos de los filtros más comunes que encontramos en sonido, nos referimos a los filtros
“Pasa Alto”, es decir los que se denominan HPF en la mesas de mezclas.
Estos suelen ser de frecuencia fija en mesas de gamas baja y medias, y la frecuencia de corte suele estar alrededor de
los 100Hz, mientras en las mesas de gama mas alta esta frecuencia de corte es variable y puede empezar en 20Hz y
llegar a los 400Hz o 600Hz.
Algunas mesas también tiene filtros paso bajo variable, este tipo de filtros es muy práctico ya que nos deja la totalidad
de la ecualización para realzar o atenuar determinadas frecuencias en el canal.
En los filtros como observamos en el dibujo superior, la frecuencia central f0, llamada “Center Frequency”, esta
relacionada con el ancho de banda, llamado “Bandwidth” que se toma como referencia en el punto de -3dB, es decir el
espacio comprendido entre f1 y f2.
El uso de estos filtros se encuentra en los ecualizadores, ya sean gráficos (sólo se puede modificar el nivel de una serie
de frecuencia preestablecidas) o paramétricos (se puede modificar la ganancia, la frecuencia y la relación con el ancho
de banda).
El ecualizador es el elemento que permite modificar la curva de respuesta en frecuencia de un sistema de audio. Esta
modificación se realiza con el empleo de bancos de filtros pasa-banda en paralelo, alterando, mediante la actuación
sobre sus controles, la señal recibida y modificando así la respuesta del sistema sonoro hasta conseguir una respuesta
idónea para el local y tipo de música deseada.
La mayoría de ecualizadores también poseen filtros pasa-altos o pasa-bajos variables.
También es cierto que la mayoría de equipos de sonido poseen filtros llamados subsónicos, o sea que no dejan pasar
frecuencias por encima o por debajo de las frecuencias audibles del espectro de audio, de 20Hz a 20.000Hz.
Otro parámetro importante en los filtros es el valor de la pendiente, es decir los decibelios por octava de esta.
Lo más normal, siguiendo en el mundo de los ecualizadores, es que las pendientes sean de 6 dB o 12dB por octava.
Veamos un caso práctico: si un canal de una mesa de mezclas posee un filtro HPF donde el valor de la frecuencia es fijo
y más concretamente se encuentra en 100Hz y según las características técnicas que nos da el fabricante de esta, el
valor de la pendiente de este filtro es de 12dB/octava, no quiere decir que en 100Hz tengamos una atenuación de
12dB, sino que en su octava inferior es decir, doble o mitad de la frecuencia, en 50Hz tendremos dicha atenuación de
12dB.
FI LTROS DIGI TALES
Un concepto erróneo es que los filtros analógicos sí alteran la relación de fase mientras que los digitales no lo hacen, no
debemos olvidar que los filtros que encontramos en equipos digitales, como ecualizadores o procesadores de altavoces,
no son otra cosa que la reproducción fiel de los filtros analógicos en su forma digital.
Las posibilidades del filtrado digital son muchas, a continuación van algunas de ellas:
-Simulación de dispositivos analógicos. Un filtrado selectivo puede hacer emulaciones descendentes, es decir, simular
las características sonoras de dispositivos de baja calidad, como teléfonos, radios antiguas...
Estos dispositivos se caracterizan por tener curvas de frecuencia bastante estrechas. En este caso, la herramienta más
sencilla suele ser el ecualizador gráfico. Si el programa dispone de presets de ecualización bastará con seleccionar el
oportuno. Si no encuentra el preset que desea, una vez haya configurado convenientemente el ecualizador, tendremos
que memorizarlo para futuros usos.
-Filtrado pasa-bajo al reducir la frecuencia de muestreo. La reducción de la frecuencia de muestreo provoca el
fenómeno del aliasing, por el cual aparecen frecuencias fantasmas que no se encontraban en el sonido original. Para
evitar el aliasing, antes de convertir un fichero a una frecuencia de muestreo inferior, deberá aplicar un filtro pasa-bajo
con frecuencia de corte igual a la mitad de la nueva frecuencia de muestreo.
O sea, que si lo que queremos es pasar un fichero grabado a 44.100 Hz a 22.050 Hz, deberemos, por lo tanto, filtrar el
sonido, eliminando sus componentes frecuenciales por encima de 11.025 Hz.
Muchos programas en la actualidad simplifican este proceso, ya que ofrecen la opción de filtrar automáticamente al
pasar a una frecuencia menor.
-El realzado sonoro, es especialmente eficaz y aconsejable con grabaciones de voz. Piense que muchas de las voces
aterciopeladas y seductoras de los cantantes actuales son fruto directo del laboratorio. Pruebe a potenciar diferentes
bandas de frecuencia en grabaciones de su propia voz. Recordemos que la voz humana posee componentes entre los
100 Hz y los 5.000 Hz aproximadamente y que la manipulación de frecuencias múltiplos de estos fundamentales,
armónicos, consiguen efectos muy sorprendentes.
-Análisis espectral. Para no trabajar a ciegas, el análisis espectral es una herramienta muy útil que nos puede dar una
idea de las cualidades y carencias de cualquier sonido. En ocasiones, se infiltran en las grabaciones molestos ruidos con
una frecuencia fija, causados por interferencias eléctricas. El análisis espectral nos permitirá detectar estas frecuencias
fastidiosas, para proceder a su filtrado posterior.
Imaginen extraer un determinado sonido de un instrumento de una mezcla, esto lo consiguen con cierto éxito algunos
programas de análisis espectrales, el más conocido y más veterano: “Audiosculpt”.
-El filtrado creativo mezcla ciencia y arte, permite alterar radicalmente la naturaleza de cualquier sonido. Crear sonidos
"musicales" a partir de otros sonidos que nada o poco tienen que ver el uno con el otro, el programa citado
anteriormente también realiza esta tarea con bastante éxito.
RELACIÓN DE FASE EN LO S FI LTRO S
Sabemos que los filtros se clasifican por su pendiente, es decir, dependiendo los decibelios por octava de estas;
también hemos mencionado que el empleo de filtros tiene consecuencia sobre la relación de fase de una señal de
audio.
Tenemos que saber que según esta pendiente tendremos una relación de fase, traducida en retardo medido en grados,
así:
Los tipos de filtros son:
-Butterworth
-Bessel
-Linkwitz Riley
Reciben estos nombres en honor a sus descubridores, así mismos los filtros más empleados en la industria del audio
son los Linkwitz Riley.
Existen otros tipos de filtros que de vez en cuando algún fabricante de audio en un alarde comercial de innovación
tecnológica presenta como nuevo, pero esto no es así, están los que son y los que se presentan como novedad suelen
ser combinaciones de algunos de los anteriores.
Filtro LPF 100Hz 6dB/Octava
En el dibujo superior vemos qué ocurre con la frecuencia al insertar un filtro LPF sin determinar de un valor de 6dB por
octava en la frecuencia de 100Hz , dicha simulación está realizada en el programa RACE V3.10 de Electrovoice.
En este dibujo correspondiente al mismo filtro, observamos cómo la respuesta de fase se ve alterada.
Veamos ahora qué ocurre al activar un filtro concreto, un linkwitz Riley de 2ºorden:
Filtro LW12dB/Octava en 100Hz
Observamos que al ser de 2º orden la pendiente es de 12 dB/Octava y, por lo tanto, la atenuación en la octava superior
es de 12dB.
En cuanto a la respuesta de fase observamos los 90º correspondientes a un filtro de 2ºorden.
La relación entre filtro y fase también la podemos observar en este grafico obtenido por el SIMII de Meyer Sound, así
en el dibujo inferior observamos lo que ocurre al insertar un filtro HPF de 4º orden a 1KHz, en la gráfica de magnitud
arriba y la gráfica de fase debajo.
O sea 24dB de atenuación en 500Hz y una relación de fase de 180º en el punto de corte.
Una curiosidad que sólo ocurre al combinar filtros LW de 2º orden la podemos observar a continuación:
HPF y LPF LW de 2ºorden en 100Hz
Suma resultante
Observamos como hay una cancelación máxima en el punto de corte de 100Hz
Respuesta de fase de los filtros
Efectivamente, si observamos la respuesta de fase de cada filtro al ser cada uno de 2º orden tendremos 90º hacia
arriba en el filtro HPF y 90º hacia abajo en el filtro LPF, con lo que al sumar ambos la diferencia será de 180º con la
consecuente cancelación en ese punto.
Suma de la respuesta de fase de los dos filtros
Para solucionar este problema, bastara con invertir la polaridad de uno de los filtros, recordemos que esto hace que la
fase cambie 180º, así habrá suma en el punto de corte.
EM PLEO DE FI LTRO S EN CRO SSOV ER O PR OCESADOR ES DIGI TALES DE
ALTAVO CES
Evidentemente explicar e ilustrar tolas la consecuencia de empleo de cada tipo de filtro sería demasiado largo, por lo
que vamos a enumerar cuáles son las características y consecuencias de cada filtro.
A la hora de ajustar un sistema de sonido es fundamental, cuando se va a combinar las distintas vias de graves, medios
y agudos mediante los crossover, conocer las consecuencias sobre la respuesta de fase y frecuencia del sistema.
-Los filtros butterworth tienen como característica una atenuación de 3dB en el punto de corte.
-Los filtros Linkwitz Riley tienen tienen como característica una atenuación de 6dB en el punto de corte.
-Los filtros bessel tienen como característica una atenuación de 8dB en el punto de corte.
Si combinamos dos filtros Butterworth HPF y LPF, la respuesta de frecuencia resultante es de +3dB en el punto de
corte, esto es debido a que este tipo de filtros tiene -3dB en el punto de corte y la respuesta de fase idéntica, así
sumarán 6dB, por lo que la resultante será de +3dB.
Lo mismo ocurre con cada tipo de filtro, veamos el caso práctico de un filtro Linkwitz Riley:
Magnitud y respuesta de fase de 2 Filtros LW
Observamos en este caso la atenuación de 6dB de cada filtro, así como la respuesta de fase idéntica de cada uno, por
lo que tendremos una suma de 6dB que nos dará un resultado de 0dB en el punto de corte al combinar ambos filtros.
Suma de 2 filtros LW HPF y LPF
Por último mencionar que el tiempo de retraso de un filtro se obtiene de la fórmula:
(1/f). (nº/360)
Siendo f , la frecuencia de corte y n, los grados.
Por ejemplo: Si f = 1KHz y el retraso en la frecuencia de corte es de 45º, el retraso resultante será de 0,12ms
CON CLUSIÓN
Con todos estos conocimientos teóricos bien asimilados, posiblemente más de un técnico de sonido se lo piense dos
veces a la hora de tocar un ecualizador o cualquier otro equipo que esté compuesto por filtros.
También es fundamental un buen conocimiento de estos principios básicos a la hora de ajustar las distintas vías de un
sistema de sonido, para ello deberemos de armarnos de un buen micrófono de medida, un portátil Mac o Pc, un
programa de función de transferencia como los ya muy populares MAC FOH o SMAART LIVE y ajustar los procesadores
digitales de altavoces, imprescindibles en todo buen sistema de sonido que se precie.
Ya que si este está bien ajustado y el artista es muy bueno, nuestro trabajo se simplifica en gran medida, lo que nos
permite disfrutar cada vez más de la música con la que estamos trabajando y que, en otras épocas, nos tenía
demasiado ocupados en solucionar problemas técnicos, más que en lo que realmente importa hacer, que es disfrutar
con lo que más nos gusta, la música en directo.
15/11/2006