Problemas de Fase: Aprende a Resolverlos

Si alguna vez grabaste o mezclaste baterías acústicas o cualquier instrumento que fue grabado con más de un micrófono sabes lo difícil y problemático que puede llegar a ser lograr un resultado convincente.

Uno de los problemas más frecuentes que se presentan al grabar con más de un micrófono son las cancelaciones de fase, que se producen debido a que múltiples micrófonos captan una misma fuente donde el sonido llega en diferentes momentos a cada micrófono produciendo sumas y restas, que son en el fondo estas cancelaciones.

Como reza el dicho «Un micrófono un problema, 2 micrófonos 2 problemas» a mayor cantidad de micrófonos usados para grabar, mayor atención le debemos prestar a los problemas de cancelaciones de fase.

En este artículo vamos a ver qué son los problemas de fase y cómo solucionarlos para conseguir el mejor sonido posible tanto en una batería como en aquellos instrumentos que grabemos con varios micrófonos.

¿Qué es la fase?

Antes de hablar de los problemas de fase debemos comprender qué es la fase. La fase es la relación de tiempo o angular entre dos o más ondas.

Cuando mezclamos o producimos en realidad estamos sumando varias ondas al mismo tiempo, dependiendo la cantidad de pistas o audios que están sonando en simultáneo.

La manera de saber si estas ondas van a estar sumándose o restándose es mediante la relación de fase entre las ondas. 

En la práctica se evalúa la relación de fase como un ángulo, ya que es la forma que nos permite extrapolar el resultado independiente de la frecuencia que estemos estudiando.

Para describir el trayecto de un periodo de una onda se usan algunos puntos de referencia de forma angular. El punto de referencia inicial es el máximo de amplitud que ocurre a 90 grados.

El siguiente punto de referencia es cuando la amplitud pasa por 0, que equivale a 180 grados. Luego está el mínimo de amplitud que son los 270 grados y el final del periodo serían los 360 grados.

Vista de dos ondas senoidales con un desfase entre ellas, representada por un ángulo.

¿Qué son los problemas de fase o polaridad?

Cuando tenemos un sonido u onda sonora que llega a dos micrófonos distintos separados por una distancia ocurre que el sonido llega primero al micrófono que se encuentra más cerca de la fuente y luego de un tiempo al que está más lejos.

El problema nace cuando las dos señales son sumadas ya sea en la mezcla o cuando estamos monitoreando la grabación. Como el sonido del segundo micrófono tiene el mismo contenido en frecuencia pero está retrasado/desfasado en el tiempo, al sumarse ambas señales la amplitud disminuye por la presencia de cancelaciones de fase.

Estas cancelaciones son más prominentes en las bajas frecuencias y pueden causar que al sumar los sonidos se pierda una cantidad considerable de cuerpo o graves. 

Existe un caso especial de desfase llamado inversión de polaridad, se trata de un desfase de 180 grados entre las ondas y si las ondas sonoras son exactamente las mismas se produce una cancelación total del sonido resultante.

La razón por la que las ondas se cancelan tiene un fundamento matemático, las funciones trigonométricas que modelan el comportamiento de las ondas sonoras establecen máximos y mínimos, que equivalen a los valles y los picos de las ondas.

Si le asignamos una amplitud de +1 a los picos y de -1 a los valles, podemos entender que cuando sumamos dos ondas que son exactamente iguales pero están invertidas en polaridad obtendremos una amplitud de 0. 

Este problema se acrecienta a mayor cantidad de micrófonos usados y como podemos imaginar es especialmente molesto al grabar baterías acústicas que es el ejemplo por excelencia de grabación con múltiples micrófonos.

Cada vez que grabemos una fuente con más de un micrófono debemos considerar que es lo que ocurre con la fase. Por ejemplo al grabar un amplificador de guitarra o de bajo, etc.

Imagen: vista de la forma de onda de una superposición constructiva, con ondas en fase. La primera onda verde, sumada en fase a la violeta debajo crean la onda roja resultante.

Imagen: vista de la forma de onda de dos señales, donde la segunda en violeta está en 180 grados o contrafase respecto a la verde. Al ser ambas de la misma amplitud y frecuencia, la onda resultante se cancela.

Problemas de fase al grabar con dos o más micrófonos

Al grabar un amplificador de guitarra o bajo con más de un micrófono, para captar diferentes cualidades del timbre y formar un sonido completo en la mezcla se necesita revisar lo que ocurre respecto a la fase.

El problema aparece debido a que el sonido llega a ambos micrófonos con un tiempo distinto y por lo tanto un desfase, lo que termina impactando en frecuencias que se restan y suman alterando el timbre.

El efecto de un problema de fase en una guitarra eléctrica o bajo va a ser el cambio del timbre resultante al sumar el audio de estos micrófonos, en muchos casos empeorando el timbre.

Hay dos aproximiaciones para la grabación en esta situación:

• Alineando las cápsulas: grabación donde se busca alinear las cápsulas de los micrófonos de tal forma que el sonido que ingrese en ellos sea lo más coherente posible y en fase. En la práctica lo que se hace es acercar e igualar la distancia del amplificador hacia ambas cápsulas de los micrófonos. Recordemos que la cápsula se encuentra dentro de la grilla de protección del micrófono.
• Micrófonos separados: otra opción es grabar con los micrófonos alejados entre sí. Para este tipo de situaciones se sugiere respetar la regla 3:1, que dice que al colocar un segundo micrófono este debe estar 3 veces la distancia que la distancia del primero a la fuente. Es decir si el primer micrófono está a 5 cm del amplificador, el segundo debe estar a 15 cm del primer micrófono para evitar problemas de fase.

Regla de 3:1

Para evitar los problemas de fase relacionados con las grabaciones de una fuente con más de un micrófono se ideo una regla de proporción de distancias que funciona bastante bien.

Se llama la regla de 3:1, que dice que la distancia entre dos micrófonos que graban una misma fuente debe ser tres veces la distancia entre el primer micrófono y la fuente.

Por ejemplo si estamos grabando una guitarra acústica con 2 micrófonos y la distancia de la guitarra al primer micrófono son 10 cm. La distancia entre micrófonos debería ser de unos 30 cm para evitar coloraciones por problemas de fase.

Problemas de fase en una batería

Las grabaciones modernas de batería multi microfoneada se trabajan con varios micrófonos. Por ejemplo los micrófonos que captan toda la bateria desde arriba llamados overhead o los que capturan toda la bateria a más distancia llamados de sala o room.

Además, estos micrófonos se combinan con los micrófonos individuales en cada cuerpo para lograr el sonido moderno de baterías.

Durante el proceso de grabación de baterías hay algunos puntos que debemos cuidar para obtener un resultado contundente.

• Grabación de overheads estéreo: revisar que los overheads o los micrófonos de sala sigan los principios básicos de microfonía estéreo. Seguir la regla 3:1 es una buena idea al grabar. Esta regla dice que cada vez que agregamos un segundo micrófono este debería estar a 3 veces la distancia con respecto al primero que la distancia entre el primero y la fuente. El objetivo es evitar cancelaciones grandes de fase entre ambos canales.
  Al trabajar con estos micrófonos se busca que la suma de al menos uno de los cuerpos de la bateria este en fase, es decir que se sume constructivamente. Para ello se mide la misma distancia entre el cuerpo y los micrófonos, para que el sonido llegue al mismo tiempo a ambos mics.
• Grabación de caja/tambor con micrófono arriba-abajo: otro lugar en el que tenemos que poner mucha atención es si grabamos el tambor con un micrófono en el parche de arriba y otro para el parche de abajo con las bordonas. Aquí es casi seguro que el micrófono que capta las bordonas va a captar una onda invertida en polaridad respecto al micrófono superior, induciendo cancelaciones de fase, ya que la onda sonora llega con una presión positiva al primer micrófono y una negativa al micrófono de abajo.
• Grabación de bombo con varios micrófonos: al momento de registrar el bombo con más de un micrófono también debemos revisar lo que ocurre con la fase entre los canales que trabajemos.
• Relación de fase entre cuerpos: en una grabación de bateria tenemos un agregado de dificultad, es que al sumarse todos los canales al mismo tiempo tenemos que revisar también lo que sucede entre los Overheads y los otros elementos como: el bombo, tambor y toms, para obtener el sonido más lleno y contundente posible. 

Herramienta de revisión de fase

Afortunadamente tenemos una herramienta que nos puede servir para asegurarnos que estamos en el camino correcto respecto a la fase. Me refiero a los correlatores de faseo phase scope que en muchos casos vienen incluidos en nuestras D.A.W. 

Lo que hace esta herramienta es comparar el canal izquierdo contra el derecho para ver si al sumarse lo están haciendo constructivamente o si se van a restar causando cancelaciones, que se traducirían en pérdidas de sonido.

Para usar un correlator de fase hay que insertarlo en el master fader o en el subgrupo al que lleguen todas las pistas. Esto nos permite revisar la fase pista por pista con solo solear la pista deseada o de toda la mezcla cuando suenan todos los canales. 

Los correlatores vienen en muchos formatos por ejemplo: como osciloscopio en el que se observan puntos dispersos en el espacio con una cierta figura. Otra forma de correlator es una aguja que nos marca una posición entre el -1 y el 1.

Lo que tenemos que buscar cuando usamos un correlator de fase es siempre estar cerca de +1 y nunca pasar a la zona negativa de la medición. 

El +1 significa que todo el contenido está perfectamente en fase y el -1 significa cancelaciones muy grandes. 

Si bien tenemos que buscar estar cerca del +1, ya que la música cambia constantemente en el tiempo siempre va estar cambiando este valor y lo importante es que en promedio estemos cerca de ese valor.

Imagen: plugin de correlación de fase, donde se muestra en verde la aguja de la fase y en naranja el osciloscopio.

Imagen: plugin de medición múltiple PAZ analyzer, en verde se resalta la lectura de fase que provee esta herramienta.

Solución de problemas de fase en la batería

Para solucionar problemas de fase vamos a acudir a una herramienta o plugin que nos permita invertir la polaridad a la señal, el inversor de polaridad.

Esto se puede hacer al momento de grabar con una consola o preamplificador y en nuestro D.A.W con alguna herramienta que presente el símbolo de inversor de polaridad ø.

Existen numerosos plug ins con los  que podemos invertir la polaridad, por ejemplo en ecualizadores, filtros, manejo de nivel, etc.

Una vez seleccionamos el plugin con el que revisaremos la polaridad, tenemos que seleccionar un canal de referencia dentro de la batería con la que evaluaremos el resto de señales.

Por lo general es una buena idea elegir los overheads como referencia ya que son los canales que capturan todo el sonido de la batería y donde el resto de señales tienen que funcionar bien con ellos. 

Repasemos entonces los pasos a seguir para revisar la polaridad/fase:

• Seleccionar el canal de referencia:  en este caso elegimos los overheads. Si tenemos la señal en un canal estereo es preferible dividirla a dos canales mono para realizar las pruebas siguientes.
• Colocar el plugin inversor de polaridad en los overheads: para ello es necesario que los canales Izquierdo y derecho estén en mono así podemos colocar una instancia del plugin en cada uno, como inserción en el canal.
• Invertir la polaridad de uno de los canales de los overheads: a continuación escuchar atentamente el sonido de los overheads con la inversión y sin ella. Tenemos que buscar una reducción del cuerpo o graves o en su defecto una pérdida en el centro de la imágen estéreo. Una vez encontramos la posición de polaridad que nos dá más graves la dejamos ahí.
• Comparamos el resto de canales contra los Overheads: escuchar en solo canal por canal sumado a los overheads y colocar en cada caso el inversor de polaridad en el canal a comparar, por ejemplo en el bombo. Buscamos la posición de polaridad que más graves nos dé y la dejamos ahí. Un detalle a considerar es que necesitamos colocar el nivel relativo de los overheads y la pista similar, para poder comparar de forma idónea.
• Cuidado al usar dos micrófonos en un solo cuerpo: como en el caso clásico del tambor o caja con micrófono en el parche de arriba y el de abajo. Aquí lo que tenemos que hacer es primero comparar las dos señales del tambor entre sí, elegir la posición con mayor cuerpo y mejor timbre. Luego crear un canal auxiliar para mandar la suma de ambas señales y en ese canal aplicar nuevamente el plugin de polaridad. Finalmente comparar contra los Overheads desde este canal.
• Repetir el proceso para el resto de la batería: tener en cuenta si tenemos otros cuerpos grabados con dos micrófonos hacer el mismo procedimiento que con el tambor, para comparar correctamente las partes.
• Recordemos igualar el nivel de las señales: todo este proceso se trata de sumas de señales y como tal necesitamos compararlas equitativamente. Es decir si los overheads tienen un nivel de volumen dado cuando los comparamos contra el bombo tenemos que igualar a oído los niveles, para que en la suma se note si una de las señales está invertida en polaridad.
• Quitar todos los filtros momentáneamente: otro detalle a controlar ya que se trata de un problema que afecta a las bajas frecuencias primordialmente, debemos quitar todos los filtros de la batería mientras comparamos para poder notar la diferencia entre las polaridades.

Si usamos micrófonos de sala o room lejanos vamos a notar que por lo general no es necesario revisar la polaridad, ya que se trata de una señal que al ser captada desde una distancia grande, cuando se suma con las demás el nivel es bajo comparativamente y no causa pérdidas en graves.

Imagen: ejemplo de un plugin de manejo de ganancia que incluye un inversor de polaridad, resaltado en rojo.

Imagen: ejemplo de un plugin de manejo de frecuencia que incluye la opción de inversión de polaridad, resaltada en rojo.

Imagen: ejemplo de un plugin emulación de consola o channel strip. En verde se resalta la función para invertir la polaridad del mismo.

Solución de problemas de fase en guitarras o bajo

Como mencionamos anteriormente los problemas de fase en una guitarra eléctrica o bajo se deben considerar desde el momento de la grabación.

En primera instancia debemos revisar la microfonía buscando alinear las cápsulas para captar el sonido al mismo tiempo en ambos micrófonos y reducir el impacto de los problemas de fase.

Cuando nos encontramos en la etapa de mezcla también es posible revisar y mejorar el timbre, aquí tienes algunas pautas para hacerlo.

• Determinar un micrófono de referencia: de forma similar que con la batería nos conviene elegir un canal de referencia para comparar el resto. Este puede ser el canal de la caja directa.
• Solear dos canales al mismo tiempo: sumar al canal de referencia un segundo canal y evaluar primero la polaridad con un inversor. La posición que brinde más graves es la correcta.
• Revisar por el tiembre: como segundo paso empleamos la herramienta de nudge, que nos permite mover una región en una fracción de tiempo. Vamos a escoger un valor pequeño en muestras o samples. La idea es mover hacia la derecha la región del segundo canal para ver si el timbre cambia de forma positiva.
• Repetir con otros canales adicionales: si se cuenta con más canales deberíamos repetir el proceso y finalmente sumar el audio de todos los canales.

Conclusiones

Dentro de las situaciones que debemos atender a la hora de grabar y producir están los problemas de fase, que aparecen especialmente en grabaciones donde se usó más de un micrófono para registrar una misma fuente.

Un caso particular de estos problemas ocurren en la grabación de baterías, donde trabajamos con micrófonos de sonido global como los overheads y room, además de otros de refuerzo en la caja, bombo, toms, etc.

Por eso nos debemos asegurar que la suma de todos estos canales funcione adecuadamente en términos de la fase, para que el sonido sea contundente, sólido y tenga un buen cuerpo.

Para asegurarnos que nuestras señales de la batería está sumándose correctamente tenemos que revisar la polaridad en todos los canales respecto a una señal de referencia que por lo general son los Overheads.

Si bien no es una tarea muy agradable o «artística», es vital para lograr baterías con un sonido contundente en graves.

Considera que este tipo de problemas no se puede solucionar con ecualización u otra herramientas.

Además de las baterías, cuando grabamos amplificadores de guitarra, bajo u otra fuente donde intervienen dos o más micrófonos debemos evitar los potenciales problemas de fase para obtener el mejor timbre posible.