Filtros de Audio: Una guía completa

Probablemente hayas oído hablar de los filtros de audio, que son importantes al producir pero no sepas bien por qué o cómo funcionan.

Ocurre que uno de los grandes objetivos de una producción es que sus componentes se entiendan bien, tengan definición y un espacio en el que desarrollarse.

Estos objetivo presentan una dificultad: dependen del componente en frecuencia de los sonidos y que al combinarlos exista un espacio para cada uno.

Cuando necesitamos conseguir esa definición y claridad al combinar sonidos se hace muy necesario usarel concepto de economía en la frecuencia, donde entran en juego losfiltros de audio.

Los filtros están relacionados íntimamente con los ecualizadores y pueden ser considerados como el alma de los mismos. Algo así como el cilindro y el pistón en el motor de combustión.

A continuación te contamos lo que necesitas saber sobre ellos.

¿Que son los filtros 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.

Si bien, en la electrónica y para otros usos existen diversos tipos de filtros, en audio y producción musical nos vamos a encontrar mayormente con tres tipos de filtros:

• Filtro pasa altos: también conocidos como High Pass Filters o HPF. Estos se encargan de atenuar las frecuencias debajo del valor escogido, por lo que se usan para quitar frecuencias bajas de la señal.
• Filtro pasa bajos: también conocidos como Low Pass Filters o LPF. Estos se encargan de atenuar las frecuencias por encima del valor seleccionado, por ello se usan para quitar frecuencias agudas.
• Filtro pasa banda: también conocidos como Band pass filters o BPF. Estos se componen por un filtro pasa altos y uno pasa bajos, por lo que forman una banda de paso donde la señal no se altera.

¿Para qué sirven los filtros de audio?

Las principales funciones que cumplen los filtros de audio al producir música son:

• Limpiar la señal de frecuencias no deseadas: muchas veces una pista tiene frecuencias que en realidad son ruidos de baja frecuencia o en agudos, que no aportan nada a la mezcla y que por el contrario ocupan energía necesaria.
• Proteger el sistema de audio en especial en bajas frecuencias: los parlantes pueden sufrir sobre excursiones y dañarse, en especial cuando hay mucha energía de bajas frecuencias que no han sido controladas.
• Separar instrumentos que se enmascaran por su contenido en frecuencia: 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.
• Limpiar el ancho de banda de un instrumento: muchas veces vamos a encontrar elementos que ocupan una gran cantidad de frecuencias pero que en verdad no necesitan de todo su espectro para funcionar en el contexto de mezcla. 

¿Cuáles son los parámetros de los filtros de audio?

Al trabajar con filtros vamos a encontrar dos parámetros elementales: la frecuencia de corte o cut frequency y la pendiente o Q. 

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, atenuando hacia abajo si es un pasa altos o hacia arriba si es un pasa bajos.

La frecuencia de corte nos da una idea del lugar del espectro sonoro sobre el que va a actuar el filtro. El ajuste de la frecuencia de corte depende del sonido a trabajar y el objetivo que se busca.

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.

Imagen: vista de un plugin configurado como filtro pasa altos. En violeta se resalta la sección del plugin donde se puede escoger la curva o filtro que se va a usar. 

Imagen: ejemplo de un plugin configurado como filtro pasa altos. Se resalta en verde la pendiente o Q del filtro de 12 dB/Oct.

Imagen: mismo plugin configurado como filtro pasa altos donde se resalta en naranja el ajuste de la frecuencia de corte.

Imagen: vista del mismo plugin en rojo se resalta el gráfico de la respuesta en frecuencia del filtro. Donde se ve la frecuencia de corte marcada con una circunferencia pequeña.

Imagen: ejemplo de plugin Q4 de Waves, donde se ha configurado dos filtros un pasa altos a la izquierda y un pasa bajos a la derecha del gráfico.

¿Cuándo usamos filtros de audio?

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, además de hacer ceder a los instrumentos cuyas frecuencias se superponen con otras que queremos conservar.

Pensemos que una mezcla es como un cuadro o pintura, si dibujamos muchos elementos en el cuadro en un punto se comienzan a tapar entre ellos. 

Sucede lo mismo con la mezcla de audio: si existe mucha información redundante debido a sonidos que comparten frecuencia, al cerebro le cuesta mucho descifrar lo que escucha.

En cambio, el cerebro es muy bueno para reconstruir partes faltantes del sonido una vez han sido filtradas para reducir graves por ejemplo.

Por ese motivo podemos filtrar señales, quitando parte de su contenido en la frecuencia y aún percibir que esas frecuencias no se han perdido.

¿Cómo saber dónde colocar los filtros?

Los filtros de audio se usan como procesamiento en serie, en una inserción o insert en la pista que lo necesite.

Cada vez que hayamos grabado con micrófonos es muy probable que tengamos sonidos espurios o ruido en nuestras grabaciones y simplemente no nos damos cuenta por que son de muy baja frecuencia o están a muy bajo nivel.

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.

Esta información es muy útil si sabemos interpretarla para nuestro beneficio.

Para este objetivo necesitamos un analizador del tipo FFT o de transformada rápida de Fourier.

Dentro de los ajustes del analizador el más relevante es el tamaño de muestra de 8192, donde se sugiere usar ese valor.

El tamaño de muestras tiene que ver con la precisión del analizador, ya que estos dispositivos toman grupos de frecuencia y nos dan una lectura en base a ese grupo de frecuencias. 

Cuanto más alto sea el valor del tamaño de muestra menor es el grupo de frecuencias, por lo tanto más preciso el análisis y al mismo tiempo más carga sobre la computadora.

En el ejemplo usamos el analizador XL Inspector de Roger Nichols Digital, específicamente el análisis de espectro que nos facilita. Con el mencionado tamaño de FFT, una escala logarítmica y de 140 dB de margen máximo.

Imagen: ejemplo de analizador de espectro, XL Inspector de RND. En verde resaltada la opción de escala Logarítmica y 140 dB. En celeste resaltado el tamaño de la FFT y en rojo el tipo de análisis.

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 que parte es ruido de baja frecuencia.

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 mas 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, percusiones, etc.

Para saber donde se necesita filtrar tenemos que tener nuestro analizador en el master fader y colocar en solo la señal a evaluar.

Posteriormente debemos fijarnos en el espectro de la señal para saber cuál es la parte que tenemos que conservar del espectro y cual es parte de ruido.

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 que el filtro no afecta perjudicialmente la señal que queremos conservar pero atenúa las señales espurias.

En los ejemplos vamos a ver que a veces la frecuencia de corte del filtro se coloca mucho más arriba que este punto de referencia para solucionar enmascaramientos frecuenciales entre elementos.

Filtros de audio 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 si no 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.

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. 

Pensemos que si nos pasamos de esta frecuencia vamos a tener una voz con poco peso y con un timbre artificial.

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.

Veamos lo que sucede con la voz cuando se aplica un filtro pasa altos a 125 Hz y de 12 db por octava.

Ejemplo de vista de una voz por un analizador de espectro. En Rojo se remarca la parte de audio a filtrar, por lo general se trata de ruido de muy baja frecuencia.

Imagen: vista de la respuesta en frecuencia de una voz donde se ha filtrado en 125 Hz con 12 dB por octava. En celeste se resalta la diferencia en la respuesta con la imagen anterior.

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. 

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 mas alla 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 quien lleva las bajas frecuencias. 

En la mayoría de los casos será el bajo y en 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.

Imagen: vista de una señal de guitarra eléctrica en el analizador de espectro. En rojo se resalta la energía de bajos que está sobrando. 

Imagen: vista de una señal de guitarra eléctrica en el analizador de espectro. En celeste se resalta el cambio de la curva de frecuencia.

Filtros en el piano

Otro instrumento que en contexto de banda muchas veces es necesario filtrar es el piano. El motivo principal al hacerlo es que comparte frecuencias con el bajo, el bombo, las guitarras y otros elementos.

La idea detrás del filtrado en este instrumento va a depender del papel que juegue en la canción, por ejemplo si es un rol de apoyo o armonico, vamos a poder filtrar en una frecuencia relativamente alta.

En cambio si el piano es el instrumento principal tenemos que hacer que todos los demás se integren alrededor del mismo. En el ejemplo que escogimos el piano juega un rol mas bien de apoyo y por lo tanto fue filtrado bastante.

La frecuencia de corte del filtro elegida fue de 190 Hz, ya que con ella liberamos espacio para el bajo y las guitarras. Muchas veces la parte difícil del filtrado es poder elegir hasta que punto filtrar la señal y que mantenga el espíritu que se deseaba.

En ese caso podemos ir avanzando con la frecuencia de corte hasta liberar el espacio para el bajo y dejar el piano sonando en las frecuencias medias, por otro lado podemos buscarle con ecualización trabajar el ataque del instrumento o las zonas medias agudas.

Imagen: vista de una señal de piano en el analizador de espectro. En rojo se resalta la energía de bajos que está sobrando.

Imagen: vista de una señal de piano que ha sido filtrada. En celeste se resalta el cambio en la pendiente de bajas frecuencias que refleja la atenuación.

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Conclusiones: La suma de todo hace la claridad

Para ceder espacio y evitar ruidos de baja frecuencia usamos los filtros de audio, primordialmente los filtros pasa altos.

Dada la naturaleza de la mezcla y la producción, donde debemos combinar una serie de elementos que muchas veces comparten espacio en la frecuencia se hace necesario economizar en la frecuencia.

Si bien el filtrado puede parecer que no tiene un verdadero efecto con el sonido al cual le aplicamos, la verdadera diferencia se da cuando lo hacemos en muchos elementos, donde creamos espacio en las bajas frecuencias para el bajo y bombo.

Además de los canales individuales es posible usar filtros en distintas etapas de la mezcla: retornos de efectos, delays, subgrupos, etc. Buscando desprendernos de todo lo que no no aporta al resultado final.

Al final del día tenemos un espacio reducido para hacer «entrar» una cantidad a veces muy grande de elementos y para ello necesitamos sacrificar un poco del «tamaño» o bajas frecuencias individuales de dichos elementos.

Los filtros nos ayudan a quitar lo que el cerebro no necesita para reconstruir la imagen y por lo tanto sería el equivalente a la «grasa» de la carne.

Otro punto a considerar al filtrar es concentrarnos en como se va a escuchar el elemento procesado en el contexto de la mezcla y no tanto como se escucha en solitario. 

Este es un error común ya que un elemento puede tener cuerpo cuando suena solo pero en el contexto contribuye a embarrar la mezcla, es por eso que debemos ir acostumbrandonos a filtrar los elementos pensando en el todo.