Filtros y Ecualizadores

 

Índice de contenidos

Procesado en el dominio de la frecuencia.   Filtros.     Filtros habituales en audio.   Tecnologías de implementación.  

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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

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Filtros habituales en audio  

El filtrado y la ecualización constituyen el procesado de audio más común

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Utilización de filtros en audio    

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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  peak filters, bell filters) Filtros banda eliminada Filtros ranura (notch filters)

Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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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  

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Utilización: atenuación de señales de baja frecuencia donde está presente ruido y distorsión (filtros sub-sónicos)  

   

 

Pendientes de 6, 12, 18 o 24 dB/octava

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

Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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Filtros paso alto

Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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Filtros paso bajo  

Frecuencia de corte 3 dB (15-20 KHz)

 

Suelen ser de orden ajustable, alcanzando en algunos al gunos 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 porfrecuencia el usuario de corte y las pendientes de atenuación pueden ser seleccionables

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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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Filtros resonantes ( peak  peak filters, bell filters)  

Son los más utilizados como bloque constituyente de los ecualizadores

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No son filtros paso banda, puesto que lejos de la banda de paso no afectan a la señal (atenuación de 0 dB)

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Características          

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

0

f L

f H

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Filtros resonantes ( peak  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 1 1 + k BP

0 1

+ Paso banda PB

k

PB

0 Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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Filtros resonantes ( peak  peak filters, bell filters)  

Implementación de un filtro resonante  

Típicamente la respuesta del filtro atenuador se obtiene como la recíproca del filtro de refuerzo 1 1 1 + k BP

0 1

− k

Paso banda PB

PB

0 Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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

Filtros de ganancia/atenuación ( Boost/Cut  Boost/Cut filters): filtros que permiten reforzar o

 

Filtros de sólo atenuación (Cut only filters): filtros que solamente permiten

atenuar la banda de paso 



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 atenuador

Ancho de banda del filtro recíproco

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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

 

1 1 + k BP

  1 − k BP

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

   

El anchodedebanda bandahabituales: del filtro depende Anchos 1, 2/3 y de 1/3ladeaplicación octava sony el loscoste valores típicos (más estrechos no son necesarios)

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Unidad 3: Equipos de procesado de señal

Filtros resonantes ( peak  peak filters, bell filters)  

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

 f L f H  f H

=

Q=

=

f  C 2 G G-3

K f  L  f  C 

 f H

−

f  L 0

     

 

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) ≈

f L

f H

≈

≈

Ejemplo: filtro de 1/3 de octava centrado a 1 KHz      

C = 1000Hz f  f L = 890.89Hz  891Hz f H = 1122.59Hz  1123Hz

BW = 1123 – 891 = 232Hz Q = 4.31

≈

≈

Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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Clasificación según el factor de calidad Q  

Filtros de Q no-constante (proportional Q, variable Q)  

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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

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Filtros resonantes ( peak  peak filters, bell filters)  

Filtros de Q constante (constant Q)  

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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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Filtros resonantes ( peak  peak filters, bell filters)  

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

 

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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  peak filters, bell filters)  

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

 

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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 Las variaciones del ancho de banda son las necesarias para garantizar la respuesta deseada (  perfecta ) 



Q constante Unidad 3: Equipos de procesado de señal

Q perfecto 

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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

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Ecualizador paramétrico  

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

 

Se suelen utilizar filtros de Q-constante con la ganancia    

 

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

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Ecualizador paramétrico

Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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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

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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

Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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Ecualizador gráfico  

La mayoría utiliza las frecuencias centrales del estándar ISO  

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 

 

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, 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  fC 2  f Hi

K f  C 1

=

=

K f  Li

 f Li f Hi  f Hi

=

=

f  Ci2

K f  Li

Q

=

 f  Ci  f Hi

−

f  Li

Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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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 la respuesta en frecuenciagráfico real   Se desvirtúa elyconcepto de ecualizador 

Unidad 3: Equipos de procesado de señal

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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

Error refuerzo/ atenuación

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

Interacción interbanda