11 de diciembre de 2008

Procesadores de Espacio y Tiempo - Parte I

Procesadores de Espacio y Tiempo
Parte I

Procesamiento Digital de Señal
En la actualidad es ampliamente utilizado el procesamiento de señales de audio en el dominio digital (DSP). La principal ventaja de trabajar con DSP, es que mediante una simple programación es posible configurar un procesador digital para alcanzar una variedad de efectos, como reverberación, delay, y también otras numerosas funciones de procesamiento como ecualización, Pitch-Shifting, Chorus, etc.

El trabajo de procesar una señal en el terreno digital es alcanzado combinando circuitos lógicos constituidos en forma de bloques. Estos circuitos siguen las reglas binarias básicas computacionales de acuerdo a un algoritmo específico. Cuando son combinados en forma de bloques, éstos circuitos lógicos pueden ser usados para alterar los valores numéricos del audio sampleado, de una manera predecible. Una vez que el programa ha sido configurado, se tiene control sobre todos los parámetros del programa y pueden ser alterados y medidos como valores discretos o como porcentajes de un valor total.

Como procesadores temporales entendemos a los dispositivos capaces de provocar retrasos de tiempo en la señal original con miras a producir efectos acústicos.

Fundamentos básicos de DSP
El procesamiento digital de la señal puede realizarse de dos maneras: Tiempo real y Tiempo no-Real. Esto depende sólo de si el sistema cuenta o no con un coprocesador de tiempo real dedicado para realizar ciertas funciones de procesamiento.

La aplicación y capacidad del procesamiento digital de señal son prácticamente ilimitadas, ya que el proceso mismo es llevado a cabo por sólo tres bloques básicos:

Suma: Como es de esperar, un sumador digital realiza la suma de los bits aplicados en la entrada del circuito, con el fin de obtener sólo resultado combinado. El siguiente gráfico es un bloque unidireccional que combina las cuatro señales de entrada en un sólo canal de salida.

Figura 1: Circuito sumador o mezclador

Multiplicación: La multiplicación de los valores de muestras por un coeficiente numérico habilita el cambio de la ganancia (nivel) de la señal digitalizada hacia arriba o abajo. Cada vez que una muestra es multiplicada por la unidad (1), el resultado es una ganancia unitaria, es decir que no hay cambio de nivel.

Figura 2: Circuito sumador con controles de ganancia para determinar la relación de mezcla de las señales combinadas

De la misma manera, la multiplicación por un factor mayor que uno resulta en un aumento en la ganancia, y por un factor menor que uno resulta en una disminución en la ganancia. Ahora se podría agregar controles de ganancia a la mezcladora de la figura. El control de la ganancia puede ser alcanzado con la inclusión de Faders variables, que puedan entregar al procesador los coeficientes de ganancia apropiados como factores de multiplicación de la señal de entrada.

Delay: El último de los bloques de DSP tiene que ver con el tiempo, y consiste en utilizar un retardo en el tiempo con el fin de realizar un efecto o una función específica. El Delay es utilizado en una variedad de aplicaciones, como por ejemplo para crear efectos de “doblaje y eco”.
Estos efectos son creados con retardos discretos del orden de los 35 ms o más. Un retardo digital es conseguido almacenando las muestras del audio en una RAM; luego de un intervalo de tiempo definido el audio sampleado es leído de la memoria y reproducido.

Cuando el tiempo de Delay es reducido por debajo de los 10 ms, un nuevo efecto toma lugar. El efecto de mezclar un pequeño retardo de tiempo con la señal original (sin Delay), origina una serie de picos y depresiones en la respuesta en frecuencia de la señal. Este efecto al ser modulado es conocido con el nombre genérico de Flanging, y es el resultado también de una ecualización selectiva (Fig. 3).

Figura 3: Al combinar un corto Delay modulado en el tiempo con la señal original produce un Comb Filter que origina el efecto denominado Flanger.

Reduciendo aún más el tiempo de Delay hasta el rango de microsegundos, se pueden introducir retardos que afectan la señal digitalizada al nivel de muestra. Con esto, puede ser mejorado el control sobre las características del filtro, al punto de alcanzar una ecualización selectiva. La figura 4 muestra dos circuitos de ecualización en el dominio digital con características tipo Shelving de baja y alta frecuencia.

Figura 4: Circuitos básicos de EQ y sus posible curvas de respuesta

La cantidad de ecualización a ser aplicada, ya sea ganancia o atenuación, depende de los multiplicadores que controlan la cantidad de ganancia que es alimentada desde los módulos de Delay. Agregando más etapas de Delay y multiplicación a este concepto básico, pueden ser acopladas etapas de ecualización complejas para crear EQ digitales con controles paramétricos.

Puede pensarse que éstos tipos de Delay de tan corta duración no son creados utilizando circuitos con memorias RAM. En cambio, se utilizan circuitos lógicos conocidos como Shift Registers. Este tipo de circuito es más indicado para éstas aplicaciones porque su diseño es más simple y su costo es menor.
PROXIMAMENTE
PROCESADORES DE ESPACIO Y TIEMPO - PARTE II

0 comentarios:

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon