La Ecualización del sonido

 

LA ECUALIZACION:

 

Lo primero que quiero decir sobre este tema, es que mi concepto de la ecualización ha cambiado mucho con los años; he tenido que concienciarme de que en la realidad, nadie oye un sonido determinado de la misma manera, y la diferencia puede ser enorme entre dos personas distintas.

 

No solo los condicionantes físicos del oyente como la edad, el estado del tímpano o tamaño del oído medio determinan la percepción auditiva, sino también ciertos conceptos y no pocos de tipo psicológico

 

Con los sonidos y ruidos de nuestro entorno incluida la música, sucede lo mismo que con las palabras; a unos les prestamos atención y a otros no, los unos nos producen placer y otros nos molestan. El sonido grave de un camión pesado que hace vibrar el asfalto, nos parece molesto; sin embargo, el estallido de un trueno, desgajado en las mil distorsiones de un rayo cercano, y no mas fuerte que el ruido del camión, nos produce una extraña sensación de agradable sobrecogimiento.

 

¿Existe algún punto medio entre el placer y el desagrado sonoro que satisfaga por lo menos a una mayoría de personas?… ¡No!, no lo hay.

 

De todas maneras no debemos ser fatalistas, los ecualizadores existen para algo, y es posible gracias a ellos dar un toque peculiar a los sonidos, consiguiendo mas o menos el efecto psicológico deseado.

 

         Un ecualizador, no es mas que una serie de filtros que permiten el paso de unas determinadas frecuencias eliminando el resto, pero para entender esto, debemos estudiar la composición de una onda acústica, ya sea en su fase electrónica, (grabación, ecualización etc.) donde se trata con variaciones eléctricas ya sea en su fase acústica que es la que le permite llegar hasta nuestro oído.

 

        Una señal acústica, es decir un sonido cualquiera, puede descomponerse en una onda sinusoidal pura que nos da la tonalidad del sonido y que llamamos fundamental, y además una serie de otras ondas también sinusoidales puras de mayor o menor frecuencia que la fundamental pero siempre de menor intensidad y que determinan el timbre del sonido, son los armónicos. Es lo que nos permite diferenciar un trombón de un saxofón o la voz de una persona de la voz de otra. Si los armónicos contenidos en un sonido tienen relación aritmética con la fundamenta, es decir si son el doble, el triple o cualquier otro múltiplo de esa frecuencia, los sonidos nos parecen armónicos y musicales, mientras que si no guardan esa relación el sonido nos parece ruido.

 

Los sonidos pueden ser más o menos ricos en armónicos, siendo la onda sinusoidal pura el único sonido libre de armónicos, por ejemplo la nota del generador de tonos electrónicos. La mas rica en armónicos es la onda cuadrada, pero solo puede ser usada en la fase electrónica del proceso, porque es imposible reproducir esta onda en su fase aérea, es fácil comprender que es imposible crear campos de presión estacionarios en el aire, y me explico: Cuando un altavoz durante la fase ascendente de la onda se desplaza hacia delante, empuja el aire creando una onda de presión sonora, pero durante el tiempo en que la onda permanece a nivel constante, la membrana den altavoz permanece inmóvil en su posición adelantada, y la presión aérea a caído a su nivel normal.

 

Debido a ese alto contenido en armónicos, la onda cuadrada se usa en sintetizadores de sonidos electrónicos que utilizan el sistema de sustracción de armónicos por medio de filtros selectivos para dejar pasar solamente los que nos interesan.

 

Como todo filtro está sometido a una serie de restricciones propias de la física y de la electrónica. Por lo menos esto es así en los filtros analógicos, puesto que en los digitales que trabajan con algoritmos matemáticos, no existen tales limitaciones y permiten amplios márgenes de variación de los parámetros.

 

La primera limitación, es la atenuación producida en la señal por elementos pasivos, como las inductancias y los condensadores. Si queremos que el ecualizador sea capaz de realzar las frecuencias elegidas, deberemos amplificar la señal después del filtro, y a través del control de tono (Que no es mas que un control de volumen sobre las frecuencias que han atravesado el filtro correspondiente) del amplificador, dosificar ésta. Hay que tener muy presente que cualquier amplificador situado en la línea de señal, aumenta el ruido de fondo de ésta, en una proporción directa a la frecuencia, es decir que se introduce mucho mas ruido de fondo amplificando una frecuencia aguda que amplificando una grave.

 

Otro inconveniente es el cambio de fase de la señal de salida con respecto a la de entrada. El paso de una frecuencia a través de una inductancia o de un condensador, produce un retraso en la corriente que puede llegar a los 180º, (inversión de fase) lo que no supone ningún problema cuando solo actúa un filtro en el circuito, por ejemplo del tipo pasa altos, pero se complica la cosa cuando la señal resultante es la suma de las señales tratadas y desfasadas por distintos circuitos en paralelo, como es el caso en los ecualizadores multibanda, que pueden estar compuestos de hasta treinta filtros diferentes, conectados en paralelo y ocupándose cada uno de una parte de la señal. Esto produce un tipo de distorsión, llamada distorsión de fase, y puede ser que no sea muy perceptible para el oyente, pero existe y se suma a cualquier otro tipo de distorsión.

 

Por último, otro factor y nunca mejor dicho importante a tener en cuenta, es el factor de calidad o factor “Q”. Es el parámetro que determina el ancho de banda del filtro; es decir la pendiente o atenuación por octava con respecto a la frecuencia central que le caracteriza. Por ejemplo en un filtro pasa banda que fuese de segundo orden, es decir con una atenuación de 6 db. por octava y una frecuencia central de 200 Hz, al amplificar 12 db, ésta frecuencia, nos encontraríamos con que también amplificamos en 6 db, las frecuencias de 100 y 400 Hz, con las correspondientes intermedias de forma gradual. Cuanto mayor es el factor de calidad mayor es la pendiente del filtro y por lo tanto mas estrecha es la banda de paso. Por el contrario, un filtro con un valor bajo de factor Q solo es bueno en los ecualizadores de dos bandas, graves y agudos.

 

El factor de calidad de una bobina, elemento fundamental el diseño de filtros analógicos, es igual a la resistencia inductiva (impedancia) dividida por su resistencia ohmnica, y viene dada por la expresión: Q = RI / R. Donde la resistencia inductiva depende del tipo de bobinado y de la frecuencia, mientras que la resistencia ohmnica depende de la longitud del hilo, de su grosor y de la resistencia intrínseca del material de el que está compuesta.

 

Todo esto, hace que sea difícil construir un control variable del factor Q, la mayor parte de las veces se hace por conmutación, dando la opción de usar un ancho de banda mayor o menor. Solo los equipos de gran calidad ofrecen controles variables para este parámetro.

 

Lo dicho anteriormente, nos lleva a la conclusión de que construir un filtro analógico complejo y de calidad, es sumamente caro, por la precisión necesaria en sus componentes y lo delicado de los ajustes internos.

 

El procesamiento digital ha acabado con estas limitaciones, y fácilmente se pueden implementar filtros de 100 db, por octava, impensables en circuitos analógicos. En digital, no existe la atenuación de la señal ni la distorsión de fase, puesto que el algoritmo de calculo del filtro se aplica directamente sobre el valor de cada muestreo, por ejemplo al ecualizar un CD con un procesador digital se efectúan 44.100 cálculos de corrección por segundo, los mismos que la frecuencia de muestreo.

 

Los filtros, de forma general tanto los analógicos como los digitales, se dividen en tres grupos, pasa bajos, que dejan pasar las frecuencias por debajo de la escogida; pasa banda que deja pasar la frecuencia central asignada y atenúa las frecuencias superiores e inferiores con una relación determinada (indicada en decibelios por octava); y pasa altos, que como cabe suponer deja pasar solo las frecuencias mayores que la asignada. La combinación de varios de estos tipos de filtro constituye el ecualizador, y puede contener tantos como se quiera, desde el mas sencillo control de graves y agudos, donde se emplean un pasa bajo y un pasa alto conectados en paralelo, hasta los ecualizadores gráficos de un tercio de octava, con treinta filtros paso banda de por lo menos 24 db por octava (8º orden) trabajando en paralelo, puesto que entre 20 Hz y 20.000 Hz existe un intervalo de diez octavas.

 

A su vez, los ecualizadores se dividen en fijos y parametricos. Los fijos pueden tener una o varias bandas de trabajo, pero cada una con una frecuencia central predeterminada y una pendiente (factor Q) fija. Se instalan estos tipos de ecualizadores en las mesas de mezclas mas sencillas, y suelen tener tres o cuatro bandas.

 

Los ecualizadores parametricos son mucho mas sofisticados, se construyen con inductancias electrónicas controladas por tensión, lo que permite variar la frecuencia central de forma continua dentro de un rango determinado, también están construidos con varias bandas de trabajo, y los mas sofisticados contienen cinco bandas con frecuencia central y factor Q variables.

 

También en algunos equipos se montan ecualizadores mixtos, con por ejemplo dos filtros fijos para cubrir los rangos extremos de graves y agudos mas dos filtros parametricos que cubren los rangos centrales de la banda de audio.

 

Dicho esto sobre los filtros, vamos a ocuparnos del sonidos, que es la materia prima con la que vamos a trabajar. La primera apreciación, es que generalmente el sonido que podríamos llamar crudo (sin tratar), captado por un micrófono cardioide y reproducido por unos altavoces, suena con poco realismo y sobre todo con poca presencia. Esto es debido a que el micrófono capta el sonido muy cerca de la fuente, por lo tanto no percibe las modificaciones introducidas por las reflexiones del local, ya sea una sala de conciertos o al aire libre. En el aspecto psicológico, la escucha a través de unos altavoces, sitúa el sonido fuera de su contexto original, cosa muy importante en la percepción de los sonidos, así un concierto de guitarra nos puede pareces maravilloso en el campo de la feria pero suena pobre cuando escuchamos en casa la grabación hecha a medio metro del guitarrista con un DAT.

 

Los sonidos mas ricos en armónicos son los mas gratificantes a la hora de ecualizar. A una onda sinusoidal (de diapasón) pura solo se le puede subir o bajar el volumen, pero no se puede dar mas presencia o mas brillo, mientras que un sonido de arpa por ejemplo, nos ofrece un margen desde los graves mas tenebrosos hasta el brillo del sonido cristalino.

 

Una ley fundamental en la ecualización podría ser: De donde no hay no se puede sacar. Por lo tanto, y nunca insistiremos bastante sobre eso, se debe prestar una gran atención al sonido producido por el instrumento, porque ese va a ser el sonido que vamos a grabar, el que va a ser característico del conjunto musical o del instrumentista, y que no vamos a poder manipular mas que dentro de unos márgenes muy estrechos, a menos que usemos efectos especiales, pero eso ya es otra cuestión.

 

El hecho de que no existan manuales técnicos sobre como ecualizar, se debe precisamente a esa característica única de cada sonido. Solo el oído puede determinar si un sonido nos gusta o no, por lo tanto, sería inútil asegurar que un bombo debe ecualizarse subiendo 6 db a la frecuencia de 80 Hz, puesto que no sabemos a priori como suena el bombo en cuestión.

 

Evidentemente, conocemos de sobra los rangos de frecuencia cubiertos por los instrumentos mas usuales o las voces humanas, pero hay que pensar que el contenido armónico de un sonido, no llena obligatoriamente ese ancho de banda.

 

 

GRAFICO DE INSTRUMENTOS / FRECUENCIA.

 

 

Si tomamos el ejemplo de un bombo determinado con un sonido peculiar, y vemos el espacio de frecuencias, nos encontraremos con que la resonancia o fundamental del sonido puede estar entre 80 Hz y 160 Hz, a continuación un poco mas arriba aparece un pico entre 1.000 Hz y 2.000 Hz, mientras que entre 160 y 1.000 Hz apenas hay nada, como tampoco encontraremos nada por encima de 1.000 Hz ni por debajo de los 40 Hz, como no sea sonidos indeseados que pertenecen a otros instrumentos y que entran con poco nivel, pero mas audibles cuanto mas agudos, por el micrófono del bombo.

 

Como ya hemos dicho, la finalidad de la ecualización, es que el sonido nos guste, es la razón por la cual los botones giratorios de control de los ecualizadores analógicos ni siquiera posean marcas muy precisas; pero desde el punto de vista técnico podemos enfocarlo de la siguiente manera:

 

El sonido producido por un bombo, es una onda amortiguada, es decir consta de un ataque muy breve y de una caída o decaimiento que dura hasta que la señal ha bajado 60 db. Durante esta caída, el tímpano del bombo vibra a su frecuencia natural o fundamental mas los armónicos correspondientes. Es lo que encontramos entre 20 Hz y 200 Hz, pero el ataque, es decir el tiempo que dura el golpe de la maza contra el tímpano del bombo, es mucho más rápido. Por lo tanto la frecuencia es mayor y es el pico que vemos entre 1.000 Hz y 2.000 Hz.

 

Una ecualización normal para ese sonido, sería aplicar un filtro pasa bajos con el corte a 2.000 Hz, y luego realzar la frecuencia del ataque para obtener un golpe mas brillante, a continuación reforzar la fundamental para ganar en profundidad del sonido.

 

A propósito de la fundamental, hemos de notar que entre 80 Hz y 160 Hz existe el intervalo de una octava, y que en la música es importante la tonalidad o dominante, por lo tanto si el tema está en LA, la fundamental del bombo o afinación debe ser de 110 Hz (LA2ª), y si realzamos otros armónicos sin relación aritmética con la fundamental puede suceder que suene desafinado, aunque en las percusiones se pretende que no hay ni afinación ni relación entre sus armónicos, suena distinto y según mi experiencia mejor si se tienen en cuenta estos detalles.

 

Es esto importante en la ecualización de instrumentos graves, como la tuba, el contrabajo etc. puesto que las notas se diferencian en muy pocos hercios. Por ejemplo en la primera octava del órgano se encuentran las siete notas en un intervalo de tan solo cuarenta hercios, ochenta en la segunda, ciento sesenta en la tercera y así sucesivamente. En la última octava, las mismas siete nota se reparten 10.000 Hz, pero prácticamente solo contiene armónicos que confieren brillo al sonido sin que importe tanto la tonalidad.

 

Un instrumento de medida muy interesante para realizar estas comprobaciones y que está al alcance de cualquiera que disponga de un ordenador, es el analizador de espectros, que nos suministra información precisa sobre el contenido armónico del sonido. Con él se puede analizar previamente que parte del espectro conviene o se puede tratar, y proporciona unas indicaciones muy útiles a la hora de ecualizar