Los cuatro tipos básicos de filtros de respuesta en frecuencia son paso bajo, paso alto, paso de banda y rechazo de banda, también llamado supresor de banda o notch. Cada uno permite que permanezcan determinadas frecuencias de una señal y atenúa o bloquea otras.
Un filtro es un dispositivo de procesamiento de señal que selecciona o cambia la composición de una señal de entrada a una frecuencia específica, y logra el objetivo de reducir el ruido no deseado y la interferencia al mejorar o suprimir la amplitud de la señal en un rango de frecuencia específico. Los filtros son redes que permiten el paso o detienen el paso de un determinado grupo de frecuencias (banda de frecuencias).
Qué es la respuesta en frecuencia
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. En DSP, donde la entrada y la salida son señales, un filtro tiene una señal de entrada y una señal de salida.
Los gráficos de respuesta muestran el comportamiento del filtro en frecuencia, pero no representan una señal de audio ni una señal modulada concreta. A esto lo llamamos “respuesta de frecuencia” del filtro y nos muestra el comportamiento del filtro en frecuencia.
Banda de paso, banda de parada y banda de transición
El rango de frecuencias que deja pasar un filtro se conoce como “banda de paso” y “banda de parada” se refiere a lo que está bloqueado. El área plana donde se permite el paso de la señal de entrada se conoce como la banda de paso.
El área donde la señal de entrada está completamente suprimida se llama banda de parada. La sección entre la banda de paso y la banda de parada se conoce como la banda de transición.
No existe un filtro ideal, y no debe haber un límite estricto entre la banda de paso y la banda de parada en el diagrama de características de amplitud-frecuencia del filtro real. Hay una banda de transición entre la banda de paso y la banda de parada, y las frecuencias dentro de la banda de transición no se suprimen completamente, solo se atenúan.
Un filtro ideal es un filtro que puede hacer que la amplitud y la fase de la señal en la banda de paso no se distorsionen, y el componente de frecuencia en la banda de parada se atenúe a cero, y hay una línea divisoria clara entre la banda de paso y la banda de parada.
Filtro de paso bajo
El filtro de paso bajo permite el paso de los componentes de frecuencia por debajo de la frecuencia de corte, y se suprimen los componentes de frecuencia por encima de la frecuencia de corte. En el filtro paso bajo pasarán las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte.
En el caso del filtro de paso bajo, deja pasar las frecuencias bajas y detiene las altas, por lo que 0 Hz siempre estará en la banda de paso. 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.
En los equipos de audio, la abreviatura inglesa empleada para indicar la presencia de este filtro es LPF (Low Pass Filter). El tipo más común, con diferencia, es el filtro de paso bajo (LPF), porque a menudo representamos señales en banda base.
LPF nos permite filtrar todo lo que está “alrededor” de nuestra señal, eliminando el exceso de ruido y otras señales. El filtrado pasa-bajo también resulta necesario al reducir la frecuencia de muestreo, porque 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.
Ejemplo de paso bajo en una señal centrada en 0 Hz
Como nuestra señal ya está centrada en DC (0 Hz), sabemos que queremos un filtro paso bajo. Debemos elegir una “frecuencia de corte” (también conocida como frecuencia de esquina), que determinará cuándo la banda de paso pasa a banda de parada.
La frecuencia de corte siempre estará en unidades de Hz. En este ejemplo, 3 kHz parece un buen valor. Sin embargo, tal como funcionan la mayoría de los filtros paso bajo, el límite de frecuencia negativo también será -3 kHz.
Es decir, es simétrico alrededor de DC. Después de crear y aplicar el filtro con una frecuencia de corte de 3 kHz, ahora tenemos una señal en la que también eliminamos la mayor parte del ruido que existía en la banda de parada.
Aunque todavía podemos ver la señal de interferencia centrada en 10 kHz, hemos disminuido severamente la potencia de esa señal. ¡Ahora está debajo de donde estaba el piso de ruido!
Filtro de paso alto
El filtro de paso alto permite el paso de componentes de frecuencia superiores a la frecuencia de corte, y se suprimen los componentes de frecuencia por debajo de la frecuencia de corte. En el filtro paso alto pasarán las frecuencias por encima de la frecuencia de corte.
En el caso del filtro de paso alto, 0 Hz siempre estará en la banda de parada. 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).
Un filtro de paso alto permite que solo pasen frecuencias por encima de un cierto punto de ruptura. En otras palabras, atenúa los componentes de baja frecuencia.
Para bajas frecuencias, la relación Vout / Vin es prácticamente “0” indicando que la tensión de salida es muy baja. En cambio, para frecuencias altas la relación Vout/Vin, está muy cerca de “1”, lo que indica que la tensión de salida Vout es prácticamente igual a la tensión Vin.
Uso del paso alto en audio
Los filtros pasa altos se usan para quitar frecuencias bajas de la señal. Una de sus aplicaciones principales consiste en eliminar ruidos de baja frecuencia que no aportan información útil, como el paso de autos en la calle o las pisadas sobre el suelo.
La forma de solucionar el problema es aplicar un filtro pasa altos a la voz de 6 o 12 dB por octava buscando incrementar la frecuencia de corte hasta atenuar los ruidos sin afectar el timbre o cuerpo de la voz. La frecuencia de corte del filtro va a depender del rango de la voz que grabamos pero un buen punto para empezar a probar es colocarlo entre 80-100 Hz.
Es habitual filtrar estas voces en frecuencias entre 100-300 Hz. Mientras más alta sea la frecuencia de corte más pequeño será el sonido y más espacio habremos cedido para los otros elementos de la producción.
Filtro de paso de banda
El filtro de paso de banda solo permite el paso de frecuencias dentro de un rango especificado. El filtro de paso de banda se puede considerar como una combinación de filtros de paso alto y bajo.
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.
Para un filtro de paso de banda, 0 Hz siempre estará en la banda de parada. En sistemas complejos, es posible combinar varios tipos diferentes para lograr una característica de respuesta global deseada.
Frecuencia central y ancho de banda
En los filtros pasa banda, las principales características son: frecuencia central, ancho de banda y factor de calidad. La curva A (en negro): Muestra una frecuencia central fo (frecuencia de resonancia) Ancho de banda va de f1 a f2.
La curva B (en rojo): muestra una frecuencia central fo (frecuencia de resonancia) ancho de banda va de f3 a f4. Las dos curvas son de dos filtros con la misma frecuencia central.
Las frecuencias utilizadas para determinar el ancho de banda (f1, f2, f3, f4) se llaman frecuencias de corte o frecuencias de mediana potencia y se obtienen cuando la amplitud de la onda cae en 3 decibeles de su máxima amplitud.
| Parámetro | Significado |
|---|---|
| fo | frecuencia de resonancia |
| AB | ancho de banda (f2 - f1) o (f4 - f3) |
| Q | fo/AB |
La curva B muestra un filtro de mayor selectividad, pues las frecuencias de corte están más cerca de la frecuencia central fo. En este el ancho de banda del filtro es menor.
La curva A muestra un filtro de menor selectividad, pues sus frecuencias están más alejadas de la frecuencia central, pero su ancho de banda es mayor. Para encontrar el factor de calidad de un filtro se utiliza la fórmula: Q = fo/AB, donde: fo = frecuencia de resonancia AB = ancho de banda (f2 - f1) o (f4 - f3).
En este caso el factor de calidad del filtro B es mayor. Un filtro con un ancho de banda pequeño concentra su respuesta en una zona más estrecha alrededor de la frecuencia central.
Filtro de paso de banda asimétrico
Eso significa que queremos un filtro de paso de banda, pero no simétrico. Solo queremos mantener frecuencias entre 7 kHz y 13 kHz (no queremos pasar también de -13 kHz a -7 kHz).
Debido a que nuestro filtro no es simétrico alrededor de 0 Hz, tiene que utilizar taps complejos. Una forma de diseñar este tipo de filtro es crear un filtro paso bajo con un corte de 3 kHz y luego cambiarlo de frecuencia.
En este caso f0 debería ser 10 kHz, lo que eleva nuestro filtro 10 kHz. Para crear nuestro filtro paso banda solo tenemos que multiplicar esos taps por \(e^{j2\pi f_0t}\).
Filtro de rechazo de banda o notch
El filtro de rechazo de banda permite que todo pase a través, con la excepción de un rango específico de frecuencias. Permite el paso de los componentes de frecuencia situados fuera de un determinado rango de frecuencia y suprime los situados dentro de ese intervalo.
En contraste con el filtro de paso de banda, la banda de parada está entre f1 ~ f2, lo que atenúa los componentes de frecuencia de la señal que son más altos que f1 e inferiores a f2, mientras que las señales de otros componentes de frecuencia pasan casi sin atenuación.
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.
Comparación de los cuatro tipos básicos
| Tipo | Frecuencias que deja pasar | Frecuencias que atenúa |
|---|---|---|
| Paso bajo | Por debajo de la frecuencia de corte | Por encima de la frecuencia de corte |
| Paso alto | Por encima de la frecuencia de corte | Por debajo de la frecuencia de corte |
| Paso de banda | Dentro de un rango especificado | Fuera de ese rango |
| Rechazo de banda | Fuera de un rango específico | Dentro de ese rango |
El filtro de paso bajo y el filtro de paso alto son las dos formas básicas de filtro, otros filtros se pueden descomponer en estos dos tipos de filtros. La conexión en serie del filtro de paso bajo y el filtro de paso alto es un filtro de paso de banda, y la conexión paralela del filtro de paso bajo y el filtro de paso alto es un filtro de paso de banda.
Frecuencia de corte
En los filtros paso bajo y paso alto, una de sus principales característica es su frecuencia de corte, que delimita el grupo de las frecuencias que pasan o no pasan por el filtro. La frecuencia de corte es el lugar desde donde el filtro comienza a atenuar, precisamente presenta una caída de 3 decibeles, ya sea hacia abajo o arriba de dicha frecuencia, dependiendo el tipo de filtro.
La frecuencia de ruptura generalmente se define como el punto en el que la respuesta ha caído 3 dB de su valor de banda de paso. En consecuencia, también se le conoce como la frecuencia descendente de dB.
Es importante señalar que la frecuencia de ruptura no es siempre igual a la frecuencia crítica natural,\(f_c\). La frecuencia de corte nos da una idea del lugar del espectro sonoro sobre el que va a actuar el filtro.
Pendiente y ancho de transición
La pendiente es la razón de cambio de la atenuación de la señal y es expresada en dB por octava, que significa cuantos decibeles se atenúa cada vez que pasa una octava de frecuencia. Por ejemplo, si se aplica una pendiente de 6 dB/oct, el filtro atenuara 6 decibeles cada duplicación de la frecuencia, ya sea como pasa bajos o altos.
Es decir, si tenemos un filtro pasa altos, con frecuencia de corte en 80 Hz, a 40 Hz habrá 6 decibeles menos, a 20 Hz 12 decibeles menos y así sucesivamente. La pendiente determina cuanta atenuación va a producir el filtro.
En el caso de un filtro pasa altos, mientras más alto sea el valor de ajuste mayor va a ser la atenuación. Debemos considerar que cada vez que incrementamos este valor estamos aumentando la variación de la fase de la señal, por lo que puede haber un cambio en el timbre del instrumento.
El ancho de transición, también medido en Hz, indica al filtro qué tan rápido debe pasar entre la banda de paso y la banda de parada, ya que una transición instantánea es imposible.
Quizás se pregunte por qué no establecemos el ancho de transición lo más pequeño posible. La razón es principalmente que un ancho de transición más pequeño da como resultado más taps, y más taps significa más cálculos.
En el ejemplo de filtrado anterior, utilizamos un límite de 3 kHz y un ancho de transición de 1 kHz. El filtro resultante tenía 77 taps.
Selectividad y factor de calidad
La selectividad indica la capacidad de un filtro para concentrar su acción en un intervalo estrecho de frecuencias. La curva B muestra un filtro de mayor selectividad, pues las frecuencias de corte están más cerca de la frecuencia central fo.
El factor de calidad se calcula con la relación Q = fo/AB. Un valor de Q mayor corresponde a un ancho de banda menor cuando la frecuencia central permanece constante.
Filtros según la implementación
No confunda estos tipos de filtrado con la implementación algorítmica de filtrado, por ejemplo, IIR vs FIR. En este sentido, paso bajo, paso alto, paso de banda y rechazo de banda describen qué frecuencias se conservan, mientras que FIR e IIR describen cómo se realiza el filtrado.
Filtros FIR
Para la mayoría de los filtros que veremos, conocidos como filtros de tipo FIR, o respuesta de impulso finito, podemos representar el filtro en sí con una única matriz con datos tipo float. A este conjunto de float lo llamamos “Filter Taps”.
A menudo utilizamos \(h\) como símbolo para los filter taps. Para un filtro tipo FIR, la respuesta al impulso es simplemente los propios taps.
Un filtro determinado también tiene una representación en el dominio del tiempo; se llama “respuesta al impulso” del filtro porque es lo que ves en el dominio del tiempo si tomas un impulso y lo pasas por el filtro.
Filtros IIR
Los filtros digitales también pueden clasificarse por la forma en que calculan cada muestra de salida, y los filtros IIR constituyen la otra gran familia junto con los FIR. La distinción FIR/IIR no determina por sí sola si un filtro es paso bajo, paso alto, paso de banda o rechazo de banda.
Taps reales y complejos
El filtro que les mostré tenía taps reales, pero los taps también pueden ser complejos. Si los taps son reales o complejas, no tiene por qué coincidir con la señal de entrada, es decir, puede pasar una señal compleja a través de un filtro con taps reales y viceversa.
Cuando los taps son reales, la respuesta de frecuencia del filtro será simétrica alrededor de DC (0 Hz). Normalmente utilizamos taps complejos cuando necesitamos asimetría, lo que no ocurre con demasiada frecuencia.
Filtros según el orden
Un filtro es un circuito con al menos un elemento reactivo, inductor o capacitor. Un circuito con solo un elemento reactivo es un “filtro de primer orden”, si el circuito tiene dos elementos reactivos es un “filtro de segundo orden”, etc.
La diferencia que existe entre un filtro de primer orden y un filtro de orden mayor es la curva de respuesta de frecuencia. Lo ideal sería que el filtro tuviera una forma más cuadrada de manera que las frecuencias indeseables fueran totalmente eliminadas.
Para lograr esto se incrementa el orden de los filtros, porque hay más elementos reactivos: bobinas y condensadores. Este tipo de filtro es muy útil en muchos casos, pero hay otros en donde la señal a filtrar no es muy potente y esta va perdiendo energía conforme avanza por las diferentes etapas del filtro.
Filtros pasivos y activos
Estas gráficas de respuesta se pueden lograr mediante el uso de circuitos RLC simples. Por ejemplo, la red de retardo simple puede clasificarse como un filtro de paso bajo, porque las redes de rezago atenúan las altas frecuencias.
En una vena similar, se puede construir un filtro de paso de banda. En la resonancia, el circuito del tanque exhibe un pico de impedancia, mientras que la combinación en serie exhibe su impedancia mínima.
A frecuencias muy altas o bajas la situación se invierte, y muy poco \(V_{in}\) aparece en la salida. No se utilizan componentes activos en este circuito. Este es un filtro pasivo.
Para los casos en que la señal a filtrar no es muy potente y va perdiendo energía conforme avanza por las diferentes etapas del filtro, es mejor utilizar “filtros activos”.
Filtros reflectantes y absorbentes
Filtro reflectante
Los filtros reflectantes, también conocidos como filtros sin pérdidas, funcionan según el principio de formar una gran discontinuidad de impedancia característica en la ruta de transmisión de señales electromagnéticas, de modo que la mayor parte de la energía electromagnética se refleja de vuelta a la fuente de señal.
El filtro reflectante adopta una red pasiva compuesta por elementos de almacenamiento de energía como el inductor L y el condensador C, que tiene buenas características de selección de frecuencia, pero es fácil de generar resonancia.
Filtro absorbente
El filtro absorbente utiliza elementos de filtro con pérdida, de modo que la energía de la señal de perturbación entre en el filtro, para lograr el propósito de suprimir la interferencia.
El filtro de absorción puede evitar el filtro de reflexión debido al efecto de parámetros parásitos o al desajuste de impedancia causado por la resonancia, pero su selectividad de frecuencia es pobre.
El filtro de absorción utiliza material de ferrita u otros materiales con pérdidas para pasar o enrollar cables en materiales de ferrita de varias formas, y utiliza su inductancia y pérdida por corrientes de Foucault del campo magnético para bloquear la propagación de señales de perturbación.
Filtros según la aproximación de la respuesta
Filtro Butterworth
Los requisitos se hacen a partir de las características de amplitud-frecuencia, independientemente de las características de fase-frecuencia. El filtro Butterworth tiene una característica de amplitud plana máxima.
Se caracteriza por una curva de respuesta de frecuencia máximamente plana en la banda de paso sin ondulación, mientras que la banda de detención de frecuencia disminuye gradualmente a cero.
Los filtros Butterworth tienen como característica una atenuación de 3dB en el punto de corte.
Filtro Chebyshev
El filtro de Chebyshev, también conocido como “filtro de Chebyshev”, es un filtro que fluctúa ondulaciones como la amplitud de la respuesta de frecuencia en la banda de paso o banda de parada.
El filtro de Chebyshev decae más rápido que el filtro de Butterworth en la zona de transición, pero las características de amplitud-frecuencia de la respuesta de frecuencia no son tan planas como este último.
El error entre las curvas de respuesta de frecuencia del filtro de relación de corte y el filtro ideal es mínimo, pero hay fluctuaciones de amplitud dentro de la banda de paso.
Chebyshev tipo I
El filtro de Chebyshev tipo I presenta ondulaciones en la banda de paso. Esta aproximación permite una transición más rápida que la de Butterworth a costa de una respuesta menos plana.
Chebyshev tipo II
El filtro Chebyshev tipo II, también conocido como filtro recíproco de Chebyshev, se usa con menos frecuencia porque la velocidad de corte de frecuencia no es tan rápida como la del Tipo I y no requiere más componentes electrónicos.
El filtro Chebyshev tipo II no tiene fluctuaciones de amplitud en la banda de paso, solo en la banda de parada.
Filtro Bessel
El filtro Bessel es el que tiene la amplitud y la respuesta de fase más planas. La respuesta de fase del paso de banda es casi lineal.
Los filtros Bessel se utilizan en equipos de audio porque proporcionan una cantidad igual de retardo a todas las frecuencias por debajo de su frecuencia de corte, donde el ruido fuera de banda debe eliminarse sin comprometer la relación de fase de múltiples señales en la banda.
Filtro Linkwitz-Riley
Los filtros más empleados en la industria del audio son los Linkwitz Riley. Reciben estos nombres en honor de sus descubridores.
Los filtros Linkwitz Riley 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.
| Tipo de aproximación | Característica principal | Atenuación indicada en el punto de corte |
|---|---|---|
| Butterworth | Respuesta plana máxima en la banda de paso | 3dB |
| Linkwitz Riley | Uso frecuente en la industria del audio | 6dB |
| Bessel | Respuesta de fase más plana y retardo uniforme | 8dB |
Fase y respuesta de frecuencia
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.
En un filtro RC o RL hay que tomar en cuenta que el desfase entre la tensión y la corriente alterna está entre 0° y 90°. Este ángulo está determinado con exactitud por los valores de los componentes y la frecuencia en cuestión.
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.
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.
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.
Filtros en crossovers y procesadores de altavoces
A la hora de ajustar un sistema de sonido es fundamental, cuando se va a combinar las distintas vías de graves, medios y agudos mediante los crossover, conocer las consecuencias sobre la respuesta de fase y frecuencia del sistema.
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.
La mayoría de ecualizadores también poseen filtros pasa-altos o pasa-bajos variables. 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.
Aplicaciones de los filtros
Los filtros se utilizan principalmente para separar señales que se han combinado, eliminar el exceso de ruido después de recibir una señal y restaurar señales que han sido distorsionadas de alguna manera, como ocurre con un ecualizador de audio.
Los filtros de audio son dispositivos electrónicos o digitales usados en audio, cuya finalidad es atenuar la señal progresivamente desde una frecuencia seleccionada por el usuario hacia arriba en filtros pasa altos o hacia abajo, en filtros pasa bajos.
- Limpiar la señal de frecuencias no deseadas.
- Proteger el sistema de audio, en especial en bajas frecuencias.
- Separar instrumentos que se enmascaran por su contenido en frecuencia.
- Limpiar el ancho de banda de un instrumento.
La mezcla consiste en el arte de ceder frecuencias en algunos elementos en favor de que otros se escuchen mejor o que todos puedan coexistir. Los filtros son imprescindibles para lograr eso.
Los filtros están relacionados íntimamente con los ecualizadores y pueden ser considerados como el alma de los mismos. También están presentes en los ecualizadores, ya sean analógicos, digitales, paramétricos o gráficos, asimismo se encuentran en los procesadores de altavoces, crossovers e incluso en la mayoría de equipos de audio existente.
Filtros en voces
Al grabar una voz no capturamos solamente el sonido puro. También capturamos sonidos de baja frecuencia como el paso de autos en la calle, pisadas sobre el suelo, entre otros.
Estas frecuencias a veces no son audibles sino que simplemente “ensucian” la parte que sí es audible, por lo tanto son bastante perjudiciales. Otro problema de estos ruidos es que se traducen como energía eléctrica que llega a los parlantes, lo que significa un desperdicio ya que se reduce el headroom que disponemos para la mezcla.
Filtros en guitarras
Las guitarras por su parte muchas veces deben ser filtradas, ya que al grabarlas se captan sonidos de muy baja frecuencia. Esto nos afecta a la hora de mezclarlas cuando comparten espacio con instrumentos como el bajo, en ese caso se hace preciso ceder espacio.
Las frecuencias que comparten las guitarras con el bajo generan enmascaramiento entre ambas fuentes, lo que conlleva dificultad o imposibilidad de entender las notas de ambos.
Una técnica interesante para buscar la frecuencia de corte en la guitarra cuando hay un bajo en la mezcla es colocar ambos en solo, teniendo el filtro HPF en la guitarra. Subir la frecuencia de corte de la guitarra hasta el punto en que se escuche muy delgada o fina.
Luego se puede ir hacia atrás hasta que vuelva el cuerpo de la guitarra y esa puede ser la frecuencia de corte en la guitarra. Otra posibilidad es colocar ambas fuentes en solo y luego de alguna manera sumarlas en mono, ya sea paneando ambas al medio o colocando un expansor estéreo en mono y repetir el proceso anterior para buscar la frecuencia de corte ideal.
Filtros en guitarras acústicas
Las guitarras acústicas en el contexto de mezcla pueden ser filtradas de varias formas dependiendo de la estrategia u objetivo que perseguimos. En una mezcla donde la guitarra es protagonista y además hay pocos elementos, por ejemplo una voz y la guitarra, podemos hacer que la guitarra lleve las frecuencias bajas de la canción y no filtrarla demasiado más allá del filtrado por ruidos.
Si la guitarra está en un contexto con otros instrumentos, por ejemplo: bajo, batería, guitarras eléctricas, voces, etc., tendremos que ser más agresivos en el filtrado de la misma.
En muchas ocasiones lo que se hace es subir mucho la frecuencia de corte del filtro y deshacernos del cuerpo original de la guitarra, dejando el rasgueo de las cuerdas y el aire que aportan.
Filtros en guitarras eléctricas
Para decidir qué hacer con las guitarras eléctricas cuando están en contexto de banda, primero necesitamos decidir quién lleva las bajas frecuencias. En la mayoría de los casos será el bajo y entonces tendremos que filtrar las guitarras hasta encontrar el punto en el que se libera el espacio necesario para que el bajo sea el que brinde la definición en esas octavas.
En algunas situaciones con algunos estilos la guitarra es la que brinda las bajas frecuencias mientras que el bajo está trabajado en los medios, por ejemplo en algunas canciones de Heavy metal. En estos casos el que se filtra es el bajo y las guitarras lo hacen por ruido de baja frecuencia.
Si en algún caso se presenta que la guitarra comienza la canción y luego se acoplan los otros instrumentos, se puede automatizar el filtrado para que cuando la guitarra esté sola, se filtren pocas frecuencias bajas y cuando aparecen los demás instrumentos se filtre más.
Analizador de espectro y elección de la frecuencia de corte
Los filtros se usan cuando necesitamos quitar frecuencias de un elemento, ya sea por un ruido que existe o por que hay solapamiento con otro sonido. En ese sentido, un filtro nos ayuda a limpiar todo lo que no sirve de las señales que vamos a mezclar.
Para poder evaluar mejor lo que ocurre en estos casos existe una herramienta que nos ayuda a tomar mejores decisiones a la hora de filtrar nuestras señales, me estoy refiriendo a los analizadores de espectro.
Con un analizador de espectro podemos observar lo que pasa con el nivel de las frecuencias en el tiempo y detectar problemas, sobre todo en bajas frecuencias. Para este objetivo necesitamos un analizador del tipo FFT o de transformada rápida de Fourier.
No debemos caer en la trampa de pensar que un analizador nos va a hacer la mezcla ni mucho menos. El analizador sirve para saber qué porción de la señal es útil y qué parte es ruido de baja frecuencia.
Por lo general podemos identificar que los sonidos tienen una parte útil que tiene más energía y que va cambiando en el tiempo según la nota que se ejecuta. Hacia abajo de ese punto hay una caída o pendiente con menos energía.
El lugar en el que comienza la pendiente es un buen punto para ubicar la frecuencia de corte de nuestro filtro. En este lugar el filtro no afecta perjudicialmente la señal que queremos conservar, pero atenúa las señales espurias.
Análisis promedio y análisis de picos
Para poder usarlo correctamente tenemos que distinguir los dos tipos de funcionamiento del analizador, el análisis promedio o average y el análisis del tipo peak o picos/transitorios.
El análisis promedio nos sirve para todas las señales que su envolvente es más bien larga y se mantiene un intervalo de tiempo significativo, por ejemplo la voz, las guitarras, el piano, el bajo, etc.
Por otro lado el análisis peak o pico se emplea en todas las señales cuya envolvente es mucho más corta en el tiempo, por ejemplo las baterías y percusiones.
Filtros analógicos y digitales
Quizás pienses que sólo nos importan los filtros digitales; después de todo, este libro de texto explora DSP. Sin embargo, es importante saber que muchos filtros serán analógicos, como los de nuestros SDR colocados antes del convertidor analógico a digital (ADC) en el lado de recepción.
La siguiente imagen yuxtapone un esquema de un circuito de filtro analógico con una representación de diagrama de flujo de un algoritmo de filtrado digital.
Un filtro puede estar compuesto por capacitancia, inductancia, resistencia, componentes magnéticos y la inductancia y capacitancia de los parámetros de distribución. Esta red permite que pasen ciertas frecuencias y otros componentes de frecuencia se suprimen y atenúan.
El filtro de energía puede reducir eficazmente el ruido, la fluctuación, los armónicos y otros factores inestables en la fuente de alimentación, y proporcionar una fuente de alimentación más estable y limpia.
Filtros digitales y representación mediante Python
Para la mayoría de los filtros de tipo FIR, los datos float serán reales, en lugar de complejos, y tiende a haber un número impar de ellos. Aunque podemos mostrar la lista de taps para un filtro, normalmente representamos los filtros visualmente en el dominio de la frecuencia.
Simplemente trazar esta serie de floats nos da la respuesta al impulso del filtro. Para producir la respuesta de frecuencia se calcula la transformada rápida de Fourier de los taps y se representa su magnitud.
El siguiente código crea un filtro FIR paso bajo y representa su respuesta al impulso:
import numpy as npfrom scipy import signalimport matplotlib.pyplot as pltnum_taps = 51cut_off = 3000sample_rate = 32000h = signal.firwin(num_taps, cut_off, fs=sample_rate)plt.plot(h, '.-')plt.show()
El siguiente código produce la respuesta de frecuencia del filtro:
H = np.abs(np.fft.fft(h, 1024))H = np.fft.fftshift(H)w = np.linspace(-sample_rate/2, sample_rate/2, len(H))plt.plot(w, H, '.-')plt.show()
Un filtro de 50 taps puede funcionar durante todo el día utilizando el 1% de la CPU en una Raspberry Pi. Mientras tanto, ¡un filtro de 50.000 taps hará que tu CPU explote!
Normalmente utilizamos una herramienta de diseño de filtros, luego vemos cuántas pulsaciones genera y, si son demasiadas, por ejemplo más de 100, aumentamos el ancho de la transición. Por supuesto, todo depende de la aplicación y del hardware que ejecuta el filtro.
Filtro de pulso y conformación de pulsos
Terminamos con una introducción al pulse shaping, que exploraremos más a fondo en el capítulo Formador de Pulso.
El filtrado digital también puede utilizarse para modificar la forma temporal y espectral de los pulsos antes de su transmisión o procesamiento. La relación entre la respuesta al impulso, la respuesta de frecuencia, la banda de paso y la banda de transición permite controlar qué componentes de una señal permanecen y cuáles se atenúan.
tags: #tipos #de #filtros #respuesta #en #frecuencia
Publicaciones populares:
- Normativa y buenas prácticas para aguas residuales en edificaciones
- Efectos de una fuga en el tubo o caja del filtro de aire en el motor
- Tipos de protección respiratoria y sus usos
- Control eficiente y estrategias para soplantes de aire en depuradoras
- Cómo hidratar el contorno de ojos con Clarins