El filtrado de peine se produce cuando ciertas frecuencias se amplifican o se atenúan por la superposición de una versión con retardo de la señal de audio original sobre sí misma. Puede aparecer por los rebotes del sonido, por el uso de varios altavoces o por la combinación de varios micrófonos.
El resultado suele ser un sonido metálico y poco natural: las voces suenan ásperas y punzantes, se pierde una parte importante de las frecuencias fundamentales y el problema puede desplazarse por el espectro cuando la fuente sonora o el micrófono están en movimiento.
Interferencia de fase y filtro de peine
Para entender este fenómeno es útil recordar primero qué es la interferencia de fase, y más concretamente, la interferencia de fase destructiva. Cuando una primera forma de onda se presenta a una segunda forma de onda que tiene exactamente el mismo tamaño, pero está perfectamente fuera de fase (180 grados), el resultado es una cancelación completa.
Las dos formas de onda suman cero: esto se llama interferencia de fase destructiva. El filtrado de peine se produce cuando ciertas frecuencias se amplifican o se atenúan por la superposición de una versión con retardo de la señal de audio original sobre sí misma.
Además, para que se produzca este efecto de filtro de peine, el nivel de las señales no debe diferir en más de 10 dB. La curva de respuesta en frecuencia resultante de un filtro de peine consiste en una serie de muescas separadas a intervalos regulares, con la apariencia de un peine para el pelo.
Esta superposición produce ciertas cancelaciones y amplificaciones en el espectro de audio que a su vez producen un sonido que parece metálico. Las voces suenan ásperas y punzantes, ya que se han perdido partes significativas de su gama de frecuencias fundamentales.
Los filtros de peine resultan especialmente molestos cuando cambian con el tiempo, como puede ocurrir cuando la fuente de sonido (por ejemplo, un músico/instrumento) o el micrófono se mueven durante la actuación o el proceso de grabación.
De este modo, los primeros rebotes cambian continuamente y el filtro de peine reacciona moviéndose por el espectro sonoro. Esta atenuación y amplificación general de distintas frecuencias, que varía en el tiempo, se denomina flanging.
Cómo se forman las muescas de cancelación
El filtrado de peine ocurre cuando hay un retardo corto entre dos copias de un sonido que se mezclan. Si existe un retardo de 1 milisegundo entre las dos copias de un sonido, en alguna frecuencia ese retardo equivaldrá a un desplazamiento de fase de 180 grados.
Cuando dos copias de un sonido están desfasadas 180 grados y se suman, se cancelan completamente. Si 1 ms equivale a 180 grados, el doble corresponde a un ciclo completo de 360 grados, también conocido como período: 2 ms.
La frecuencia se calcula como 1/t, donde t es el período. Por lo tanto, 1/0,002 = 500 Hz. Después, se puede multiplicar esa frecuencia por 2 para encontrar la separación entre las muescas posteriores.
En este ejemplo, la separación es de 1.000 Hz, por lo que aparecen muescas en 500, 1.000, 1,5 kHz, 2,5 kHz, 3,5 kHz y otras frecuencias sucesivas.
| Retardo entre señales | Relación de fase | Frecuencia de ejemplo |
|---|---|---|
| 1 ms | 180 grados | 500 Hz |
| 2 ms | 360 grados | Período completo |
| Retardos sucesivos | Muescas periódicas | 1.000 Hz de separación en el ejemplo |
Una onda sonora puede copiarse, retrasarse y mezclarse con la original de varias maneras. Puede rebotar en una superficie reflectante cercana, como una pared o una mesa, y llegar a un oído o a un micrófono unos milisegundos después del sonido directo.
También puede producirse cuando se colocan dos micrófonos a distancias ligeramente diferentes de la misma fuente y luego se mezclan sus señales. Otro caso aparece cuando se utiliza el efecto Hass para ampliar sonidos en una estación de trabajo de audio digital y después la mezcla se suma a mono.
El procesamiento paralelo también puede causar este problema si la compensación de latencia de los complementos no funciona correctamente. La definición de «copiado, retrasado y mezclado» es amplia, pero la regla fundamental es clara: cuanto más parecidas sean las dos copias en tonalidad y amplitud, más intenso será el filtrado de peine.
La ventana temporal esencial para el filtrado de peine
La forma y la fuerza del efecto del filtro de peine dependen del tiempo que transcurre entre el sonido original y el sonido con retardo. En el caso de un sonido directo y su rebote desde una barrera, si el rebote más fuerte se produce menos de 2 ms después del sonido original, cualquier filtro de peine que pueda producirse no será muy molesto, ya que sólo las frecuencias agudas se verán afectadas dentro de esta ventana de tiempo tan breve.
A medida que el tiempo de retardo/rebote se aproxima a los 10 ms, las cancelaciones y amplificaciones del filtro de peine se desplazan a la gama de tonos fundamentales, y el efecto del filtrado se hace más audible y problemático.
Si los primeros rebotes llegan después de los 20 ms, el oído humano distinguirá los dos eventos sonoros: el sonido directo y su rebote. El efecto del filtro de peine se debilita y acaba desapareciendo por completo cuando el retardo entre los dos eventos sonoros aumenta lo suficiente.
| Retardo aproximado | Efecto predominante |
|---|---|
| Menos de 2 ms | Se ven afectadas principalmente las frecuencias agudas y el efecto suele ser poco molesto. |
| Cerca de 10 ms | Las cancelaciones y amplificaciones alcanzan la gama de tonos fundamentales y el problema se vuelve más audible. |
| Más de 20 ms | El oído distingue el sonido directo y el rebote como dos eventos sonoros. |
Los rebotes del sonido no son el único fenómeno del mundo real que puede provocar el filtro de peine. El uso de varios altavoces y micrófonos también puede provocar un efecto de filtrado de peine.
Filtro de peine causado por los rebotes del sonido
Cada vez que se produce un sonido, éste se irradia desde la fuente y rebota en las superficies duras cercanas. Por ejemplo, al grabar una caja, cuando el baterista golpea el parche, el sonido emitido se transmite al micrófono y a las paredes cercanas de la sala.
Evidentemente, también se producen rebotes en las mesas, el suelo y el techo, así como en el mobiliario, las ventanas y otras superficies. Como los sonidos rebotados recorren una distancia mayor que el sonido directo, llegan más tarde a nuestros oídos o a un micrófono.
Ambas señales son idénticas, pero una de ellas se retrasa unos milisegundos, lo que provoca un filtro de peine, en el que ciertas frecuencias se cancelan y otras se suman. Cuando el nivel de la señal reflejada se aproxima al de la señal directa, el efecto se vuelve especialmente evidente.
Cómo reducir los rebotes
Para evitar el filtrado de peine causado por los rebotes, se pueden seguir algunos consejos. En primer lugar, como la energía de las ondas sonoras disminuye rápidamente con la distancia, trata de aprovechar esto y coloca los micrófonos lo más cerca posible de la fuente de sonido.
De este modo, el nivel del sonido directo será significativamente más alto que el de los sonidos rebotados. El otro método eficaz es centrarse en absorber las reflexiones tempranas, o primeros rebotes, que llegan al oyente o al micrófono.
Por otra parte, la difusión de las primeras reflexiones mediante su dispersión en muchas direcciones diferentes atenuará claramente la cantidad de energía que regresa al oyente o al micrófono.
Hay muchas formas de difuminar y absorber los rebotes, que no se detallan en este artículo. El objetivo general consiste en disminuir la energía de las reflexiones tempranas o aumentar la diferencia de nivel entre el sonido directo y el sonido reflejado.
Filtrado de peine causado por varios altavoces
Cada vez que se envía una señal idéntica a varios altavoces, existe la posibilidad de que se produzca un filtrado de peine. En la reproducción estereofónica, los altavoces izquierdo y derecho se colocan equidistantes entre sí.
Ambos sonidos directos llegarán a la posición de escucha y a tus oídos al mismo tiempo con todas las frecuencias perfectamente en fase. No habrá ningún filtro de peine.
Sin embargo, en cualquier entorno no ideal en el que la escucha no tenga lugar precisamente en la posición de escucha definida, se producirá un filtrado de peine cuando el oyente esté sentado más cerca de un altavoz que de otro, lo que hará que algunas frecuencias se cancelen y otras se sumen.
Altavoces múltiples en sonido en vivo
El problema del estéreo también está presente en las aplicaciones de sonido en vivo, junto con el problema de la alineación temporal de los altavoces en espacios con mucho público. En estas aplicaciones se requieren sistemas de altavoces múltiples, y los altavoces adicionales bajo la tarima suelen complementar el conjunto de altavoces principal.
Si el sistema no está bien configurado, el sonido del conjunto de altavoces principal llegará con retraso al altavoz bajo la tarima, provocando un filtrado de peine. La diferencia de tiempo entre ambos sistemas hace que determinadas frecuencias lleguen en fase y otras fuera de fase.
En las aplicaciones de sonido en vivo en grandes recintos, los técnicos de sonido intentan sincronizar los sonidos de todos los altavoces utilizando diferentes tiempos de retardo para cada sistema de altavoces de line array.
Es una solución eficaz, aunque la alineación temporal entre altavoces sólo puede optimizarse hasta cierto punto. Situarse fuera del eje de los sistemas line array principales izquierdo y derecho supondrá ciertas concesiones, sea cual sea el caso.
Siempre habrá ligeros problemas de filtrado de peine con múltiples fuentes de sonido. La posición del oyente, la geometría del recinto y la distribución de las cajas acústicas influyen en la relación temporal y de nivel entre las señales.
Solapamiento de la cobertura sonora
Si el propósito es cubrir una gran área utilizando altavoces de fuente puntual, asegúrate primero de seleccionar modelos de altavoces que tengan una directividad muy controlada.
Colocando cada altavoz de forma que haya el menor solapamiento posible entre sus coberturas, se garantiza que no haya prácticamente ningún filtrado de peine.
Como ejemplo, utilicemos dos altavoces KW152, que tienen una cobertura sonora nominal de 60 grados y sus paredes laterales construidas a 18 grados. Si ambas cajas acústicas se colocan una al lado de la otra, el ángulo de separación resultante será de 36 grados, y la energía superpuesta creará graves interferencias de filtrado de peine dentro de la zona de escucha.
El uso de una separación más amplia de 60 grados entre los altavoces garantizará un solapamiento mínimo y ampliará el ángulo de cobertura total a 120 grados.
| Configuración | Separación | Resultado |
|---|---|---|
| Dos cajas colocadas una al lado de la otra | 36 grados | La energía superpuesta crea graves interferencias de filtrado de peine. |
| Separación más amplia | 60 grados | Solapamiento mínimo y cobertura total de 120 grados. |
Filtrado de peine causado por varios micrófonos
Las técnicas de microfonía estéreo son una excelente manera de añadir realismo a una grabación. Estas técnicas crean grabaciones con una imagen estéreo amplia que proporciona una experiencia auditiva muy envolvente.
Sin embargo, cuando un sonido recorre varios caminos hasta llegar a un micrófono, el retardo causado por los caminos más largos hace que algunas frecuencias se cancelen y otras se sumen.
En un conjunto de batería, varios micrófonos están situados en diferentes posiciones en el espacio. Esto significa que el sonido de cualquier pieza de la batería llegará a cada micrófono en momentos ligeramente diferentes, provocando efectos de filtro de peine.
Otro ejemplo aparece en las mesas redondas, cuando hay varios micrófonos abiertos simultáneamente. Aunque cada participante tenga su propio micrófono, sus voces también serán captadas por los micrófonos próximos y luego se mezclarán, provocando un filtrado de peine.
La regla 3:1
La regla 3:1 recomienda que si un micrófono está, por ejemplo, a un metro de distancia de una fuente de sonido, debe haber al menos tres metros de espacio entre cualquier otro micrófono cercano.
Esta separación reduce la cantidad de sonido que llega a los micrófonos vecinos y disminuye la probabilidad de que varias copias retrasadas de una misma fuente se mezclen con niveles similares.
Si no es posible la separación en el espacio para reducir el nivel de filtración de sonido entre los micrófonos, el uso de la automatización de la ganancia permitirá aumentar el nivel cuando alguien esté hablando en un micrófono específico y reducirlo cuando el micrófono no esté en uso.
Esto reducirá significativamente el efecto de filtrado de peine derivado por el uso de varios micrófonos. Sin embargo, esto no será efectivo si dos o más micrófonos están abiertos y en uso simultáneamente.
| Distancia entre micrófono y fuente | Separación recomendada entre micrófonos |
|---|---|
| 1 metro | Al menos 3 metros |
Cómo reconocer y prevenir el problema
El sonido afectado por filtrado de peine suele parecer metálico, hueco o poco natural. Las voces pueden sonar ásperas y punzantes, mientras que algunos instrumentos pierden pegada, cuerpo y dinámica.
El problema puede cambiar cuando el oyente se mueve, cuando se desplaza un micrófono o cuando una fuente sonora modifica su posición. En esos casos, las muescas de cancelación se desplazan por el espectro y el carácter del sonido cambia continuamente.
La prevención comienza por identificar si existen varias copias de la misma señal: un sonido directo y su rebote, dos altavoces que reproducen la misma señal, dos micrófonos que captan una fuente común o una ruta de procesamiento paralela con latencia.
- Coloca los micrófonos lo más cerca posible de la fuente de sonido.
- Reduce las reflexiones tempranas mediante absorción.
- Difunde las primeras reflexiones para dispersar la energía en distintas direcciones.
- Alinea temporalmente los sistemas de altavoces múltiples.
- Evita el solapamiento excesivo entre las coberturas de altavoces.
- Aplica la regla 3:1 en configuraciones con varios micrófonos.
- Reduce el nivel de los micrófonos que no estén en uso.
- Comprueba que la compensación de latencia de los complementos funcione correctamente.
El filtrado de peine es notoriamente difícil de corregir, aunque elementos como la reverberación y la saturación intensa pueden ayudar a mitigarlo hasta cierto punto. Una vez comprendida la causa, resulta más fácil evitarlo que intentar repararlo después.
Por qué afecta tanto a las voces
Cuando se produce el filtrado de peine, falta una parte importante de las frecuencias fundamentales de los sonidos originales. Como nuestros oídos y nuestro cerebro utilizan todo el contenido armónico de un sonido y sus características tonales específicas para recrear en nuestra mente la singularidad de cada sonido, si las frecuencias fundamentales están ausentes, el sonido reproducido o grabado ya no será fiel al original.
Las voces son especialmente sensibles porque dependen de una combinación compleja de frecuencia fundamental, armónicos, articulación, intensidad y variaciones de tono. Si algunas bandas se cancelan y otras se refuerzan, la inteligibilidad y la naturalidad de la voz pueden disminuir.
El efecto puede resultar todavía más evidente cuando el retardo varía con el tiempo. En ese caso, las zonas atenuadas y amplificadas se desplazan, produciendo una coloración cambiante que puede percibirse como un movimiento artificial del timbre.
Aplicación en actuaciones y grabaciones
En un evento en directo, el filtrado de peine puede aparecer cuando el sistema de sonido está compuesto por varios altavoces apilados o colocados uno al lado del otro, o cuando el sonido rebota en las paredes cercanas u otras grandes superficies perpendiculares.
En una grabación, puede aparecer por la interacción entre el sonido directo y la acústica de la sala, por la colocación de varios micrófonos o por la suma de señales procesadas con diferentes retardos.
El problema no siempre puede eliminarse por completo. En sistemas con múltiples fuentes de sonido, la alineación temporal sólo puede optimizarse hasta cierto punto y la posición del oyente siempre introduce variaciones.
Siguiendo unos sencillos consejos y técnicas, se pueden minimizar fácilmente los efectos del filtrado de peine en muchas aplicaciones distintas de sonido en vivo y de grabación.
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