¿Qué es la fase lineal y la fase mínima? Ecualización

El ecualizador de fase mínima provoca un retardo de tiempo de la señal  o la frecuencia, que varía según el componente de frecuencia; a diferencia del ecualizador lineal de fase aquí, el cambio de fase es constante en todo el espectro de frecuencia. 

En términos de sonido, el ecualizador de fase lineal es, por lo tanto, más neutral, mientras que el ecualizador de fase mínima colorea la señal con más fuerza.  Es decir, es útil usar un ecualizador de fase lineal para evitar cancelaciones de fase. Por otro lado, si desea colorear la señal, puede usar un ecualizador de fase mínima siempre que su instrumento no comience a sonar delgado o surjan otros artefactos. 

Otro fenómeno de los ecualizadores es el llamado "ringing": aquí existe eso que llamamos antes y después del timbre (ringing). Esto se produce cuando se utilizan cortes altos y bajos principalmente. El timbre posterior (post-ringing) se produce con ambos tipos de ecualizador y, por lo general, no es audible. El timbre previo (pre-ringing), por otro lado, sólo ocurre con ecualizadores de fase lineal y suena como un ligero desvanecimiento. Cuanto mayor es el corte, los transitorios de la señal pierden más fuerza.

Más en detalle...

Un filtro de fase lineal tiene un retardo de grupo exactamente igual para todas las frecuencias. Como ya mencionamos en el primer artículo, el retardo de grupo establece el ‘tiempo’ que gasta cada frecuencia en atravesar el filtro.

Hablar de ‘fase lineal’ por tanto es la forma matemática de decir ‘retardo idéntico para cualquier frecuencia’. En definitiva, un filtro de fase lineal es un filtro que no introduce desfases relativos entre unas frecuencias y otras. Trata todas con estrictamente el mismo retardo. Parecería por tanto la piedra filosofal: para evitar problemas de desfase basta usar filtros de fase lineal. Veamos los pros y contras.

Con cualquier diseño convencional de filtro (Butterworth, Chebychev, elípticos, y un largo etc. de diseños que se usan habitualmente, ya sea aislados o combinados en un banco de filtros como el de un EQ gráfico) cada vez que realzamos o rebajamos la ganancia de unas frecuencias respecto a otras estamos también introduciendo diferencias en el tiempo de respuesta del filtro para cada frecuencia. Por contra, un filtro de fase lineal permite ajustar la ganancia con la tranquilidad de saber que no vamos a desfasar entre sí las diferentes frecuencias: si entran síncronas, saldrán síncronas. Es decir evitará los sonidos de ‘burbuja’ y de ‘rayo láser’, permitirá un proceso limpio y cristalino sobre sonidos que tengan transitorios muy destacados, sin desdibujar, colorear ni debilitar su marcado carácter impulsivo.

Hay dos problemas: uno de carácter tecnológico (y por tanto superable –y de hecho superado ya-) y otro de carácter esencial (y por tanto insoslayable, tenemos que ‘tragar’ con él).

Un filtro de fase lineal tiene mayor complejidad interna (para una misma respuesta en amplitud) que los otros diseños más tradicionales. La complejidad en sistemas analógicos no puede ser excesivamente grande, no sólo porque significa más componentes, más precio, más consumo, etc. sino porque en las soluciones analógicas cada nuevo componente añadido contribuye también su propio ruido y otros problemas. En un sistema analógico la complejidad actúa en contra de la calidad. En el dominio digital 2+2 siempre son cuatro (mientras en analógico 2Voltios+2Voltios siempre son 4Voltios más algo de ruido y un poco de distorsión). Ese problema de ‘incompatibilidad tecnológica con la complejidad’ sólo sucede en la tecnología analógica y por tanto a día de hoy está solucionado. Si buscáis en Internet ‘filtro audio de fase lineal’ veréis referencias y productos digitales. Por tanto salvo para los ‘anclados’ (sí, yo tomo partido a favor de lo digital) en el mundo analógico, esto no es un freno.

La otra cuestión no puede superarse con ninguna tecnología: para poder realizar un retardo idéntico a cualquier frecuencia, el filtro de fase lineal lo que hace (por expresarlo de algún modo) es ‘retrasar’ las frecuencias que podrían adelantarse y así las realinea con las demás. El resultado es que el retardo que ofrece un filtro de fase lineal es grande, comparativamente muy grande. Eso pasa con los filtros de fase lineal sea cual sea su realización (analógica, digital o lo que venga dentro de unos años). Es física que no podemos saltarnos.

Ese retardo pronunciado actúa como ‘latencia’: introducimos señal y será filtrada de forma nítida y purísima, pero el resultado lo oiremos pasados unos cuantos milisegundos. Impensable por tanto para procesado en tiempo real.

No pidáis por tanto que un filtro de los que lleva un sintetizador o un músico en vivo sea de fase lineal. No puede ser (ni hoy ni dentro de 100 años). Sin embargo acudid a cualquier centro postproducción o ‘mastering’ y muy posiblemente tengan en su arsenal dispositivos (plugins o racks digitales) de tipo fase lineal.

En mezcla multipista, y si no hubiera opciones de compensación del retardo (ya mencionadas) podremos procesar pista a pista y ‘congelar’ efectos, con lo que no hay razón para no usarlos. Hacéis el tratamiento, que queda registrado (y puede ser compensado), y a partir de ahí continuáis con la mezcla. Con la tranquilidad de saber que no existirá distorsión temporal.

Otra cuestión que conviene conocer en relación con los filtros de fase lineal (y que a veces puede resultar problemática y a veces no, en función del tipo de material sonoro que estemos tratando) es la siguiente:

Al igual que la cola reverberante extiende un sonido, cualquier filtro siempre ‘alarga’ (muy ligeramente) la duración de los eventos sonoros. La forma en la que los filtros habituales producen ese alargamiento es como ‘cola’ esto es, ‘detrás’ del original. Sin embargo los filtros de fase lineal reparten esa ampliación al 50% delante y detrás.

Estamos hablando de colas generalmente muy cortas y la llegada del impulso real hace que el breve pre-eco pase desapercibido (hay un fenómeno de enmascaramiento temporal, no oímos el pre-eco si el original –mucho más fuerte en nivel- está suficientemente próximo). Pero cuando la actuación del filtrado sea muy severa (muy selectiva) esas colas se alargan. Puede llegar un momento en el que el efecto de ‘pre-eco’ (con duración mitad del total) que cause un filtro de fase lineal pase a ser demasiado llamativo en comparación con el efecto de ‘post-eco’ (y duración completa) de un filtro tradicional. Esto es así porque los fenómenos de enmascaramiento temporal se producen principalmente ‘hacia delante’: el impulso fuerte nos impide (enmascara) oír lo que viene detrás. El fenómeno a la inversa (enmascarar lo que precede al impulso) es menos eficaz y sólo funciona si el pre-eco no es demasiado extenso.

Conocer estas evidencias psicoacústicas nos ayudará a decidir cuándo aplicar o no unas técnicas u otras, a estar atentos a los posibles impactos de su aplicación, y a cambiar de decisión cuando veamos que el uso de un filtrado de fase lineal nos está defraudando en sus resultados. Puede perfectamente tener sentido en casos de filtrado extremo acudir a filtros más tradicionales en detrimento de los de fase lineal.

Por tanto, filtros de fase lineal: a menudo excelentes para tratamiento de señales críticas por su carácter impulsivo, pero no pueden ser aplicados para tratamiento en tiempo real por tener una latencia inherente apreciable. Adecuados por tanto para procesos no en tiempo real o tolerantes a latencia como ‘mastering’, mezcla no en vivo, o diseño sonoro y de librerías. Y como siempre, pendientes de la escucha de los resultados (por si se evidencian fenómenos de pre-eco que nos lleven a escoger otros sistemas de tratamiento más tradicional).