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Compresor
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Los compresores son herramientas esenciales para manipular el rango dinámico de una señal de audio, ya que reducen la diferencia entre los niveles más altos y más bajos. La manera más sencilla de describir su funcionamiento es que, cuando el nivel de la señal supera el umbral, el compresor reduce el nivel según una relación determinada, lo que significa que los compresores actúan como procesadores de atenuación. También es posible realizar estos ajustes manualmente mediante los parámetros de volumen o ganancia. Sin embargo, la razón para elegir un compresor en lugar de ajustar la ganancia manualmente es que los compresores ofrecen la ventaja de un control automático sobre la amplitud o la ganancia de la señal. Estas herramientas utilizan algoritmos sofisticados capaces de detectar y responder a cambios en milisegundos, un nivel de precisión que supera la capacidad humana. Esta lógica es utilizada en industrias como la radiodifusión, la música o cualquier campo de ingeniería que implique señales de audio.
La señal entra en el compresor, y el nivel de la señal de audio se detecta en cada cuadro o búfer (esto depende del diseño del compresor).
Luego, el algoritmo verifica si el nivel de la señal está por encima del umbral, un parámetro ajustable manualmente. Cuando la señal supera el umbral, se aplica la reducción especificada por el ratio de compresión.
El tiempo exacto de inicio de la compresión está controlado por el parámetro de ataque, que se refiere a la velocidad con la que el compresor reacciona al cambio en la señal. Esto permite excluir la parte transitoria (o deseada) de la señal de audio del efecto de compresión. En la misma etapa, otro parámetro llamado Release (liberación) se encarga de finalizar la compresión. Sin embargo, establecer un tiempo de liberación fijo podría no ser adecuado para todas las señales de audio, ya que pueden incluir diferentes fuentes sonoras. Por ello, los compresores digitales suelen contar con una opción "AUTO" para detectar la transiente entrante y ajustar automáticamente el tiempo de liberación.
La cantidad de compresión está especificada por el parámetro de ratio (relación entrada:salida). Por ejemplo, una relación de 4:1 implica que por cada 4 dB que la señal de entrada supera el umbral, el compresor solo permite que 1 dB pase a la salida.
Como la señal se atenúa debido a la compresión, el nivel de salida general será menor en comparación con la señal de entrada. Por ello, los compresores tienen una función llamada "Makeup Gain", que amplifica la señal de salida para equilibrarla con la de entrada. Este ajuste es opcional.
Una configuración adicional: Knee Width (ancho de rodilla). Esta opción permite cambiar la nitidez de la curva aplicada por la relación de compresión.
Teoría
Como atenuador, el compresor reduce la diferencia entre la señal de entrada y la de salida. El gráfico muestra las etapas antes y después de la compresión y los ajustes de ADSR del compresor.Figura 2: Comparación de formas de onda de entrada y salida
El diagrama ilustra lo siguiente:
La cantidad de reducción aplicada por el compresor.
Cómo un tiempo de ataque determinado excluyó la parte transitoria de la forma de onda que activó el compresor (flecha roja).
Cómo las partes más silenciosas también fueron afectadas por el compresor debido a un tiempo de liberación prolongado (flecha azul).
La Figura 2 muestra la relación de entrada-salida del compresor más simple. La amplitud de la señal xIn representa el nivel de entrada, mientras que la salida está representada por yOut. Asumiendo que el compresor funciona sin una rodilla suave, la correlación entre entrada y salida puede explicarse por: Figura 3: Relación de niveles de entrada y salida en un compresor con diferentes ratios y_{out} =
\begin{cases}
x_{in} & x_{\text{in}} \leq T \\
T + \frac{x_{in} - T}{R}, & x_{in} > T
\end{cases}
xIn , yout= entrada/salida
T = umbral en dB
R = ratio
Si el nivel de entrada es menor o igual al umbral, el compresor mantiene la salida sin cambios. La línea marcada como 1:1 implica que la entrada y la salida son iguales. Pero si el nivel de entrada supera el umbral, la señal se comprime según la relación definida. Por ejemplo, con una relación de 2:1, cada 2 dB en Δx resulta en 1 dB Δy, lo que significa que la señal se multiplica por 0.5. La relación 4:1 equivale a multiplicar la señal por 0.25. Un compresor con una relación ∞:1 actúa como un limitador absoluto, impidiendo cualquier aumento de la salida sin importar la entrada.
Algunos compresores incluyen la opción de ajustar el ancho de rodilla. Una transición brusca se conoce como "hard knee" y hace que la compresión sea más perceptible y agresiva. En cambio, una transición suave ("soft knee") implica que la relación de compresión aumenta progresivamente desde 1:1 hasta el valor deseado. Figura 4: Compresor con ajuste de Knee Width y_{out} =
\begin{cases}
x_{in} & 2(x_{in} - T) < -W \\[10pt]
x_{in} + \frac{\left( \frac{1}{R - 1} \right) \left( x_{in} - T + \frac{W}{2} \right)^2}{2W} & 2|x_{in} - T| \leq W \\[10pt]
T + \frac{x_{in} - T}{R} & 2(x_{in} - T) > W
\end{cases}
¿Cómo suena?
Algunas muestras de audio permiten percibir intuitivamente el efecto de la compresión. Mientras que la primera muestra está sin procesar, las siguientes han sido comprimidas con relación 1:2 y 1:4, respectivamente. Nota: A medida que aumenta la relación de compresión, el nivel de audio se vuelve más uniforme y la claridad de las palabras mejora.
El desarrollo de los compresores de audio comenzó en las décadas de 1940 y 1950 con los primeros compresores a válvulas utilizados en estudios de grabación. Se desarrollaron para la radiodifusión con el fin de mantener la transmisión de voz a un nivel constante. Jugaron un papel central en la grabación y mezcla de música, ya que permitían controlar el rango dinámico de las señales de audio mientras preservaban el característico sonido cálido de las válvulas.
En principio, la compresión a válvulas utiliza un voltaje de polarización variable para controlar la ganancia de la válvula dependiendo del material de entrada. Debido a su naturaleza no lineal, los compresores a válvulas tienen una curva de compresión suave y el nivel de compresión varía según la señal de entrada. Un ejemplo famoso es el Fairchild 670, conocido por su sonido musical y cálido.
Estos primeros dispositivos, como el legendario Fairchild 670, utilizaban bulbos de vacío para el procesamiento dinámico de la señal y eran conocidos por su sonido cálido y musical. Como la relación de compresión de la señal depende del volumen de entrada, no se puede ajustar manualmente en un compresor de válvulas. La cantidad de compresión se determina mediante los controles de entrada y umbral. Un compresor de válvulas no es el más rápido; en el Fairchild, el tiempo de ataque más corto es de 200 milisegundos. Los tiempos de liberación del Fairchild varían entre 300 milisegundos y hasta cinco segundos.
Compresión Óptica
En los años 60 surgieron los compresores ópticos, que utilizaban una fuente de luz y una célula fotosensible para controlar el nivel de la señal. En este sistema, la intensidad de la señal de entrada determina el brillo de una bombilla o un diodo emisor de luz (LED). Frente a esta fuente de luz hay una resistencia fotosensible, cuyo valor aumenta a medida que la luz se vuelve más brillante. Cuanto mayor es la resistencia, mayor es la reducción del nivel de señal.
Esta tecnología ofrecía una compresión natural y suave que se hizo especialmente popular en voces e instrumentos acústicos, ya que mantenía una dinámica musical y orgánica. Un atributo que siempre se asocia con los compresores ópticos es la musicalidad: incluso con una compresión intensa, el efecto sigue siendo en gran medida imperceptible. Debido a su extrema transparencia, este tipo de compresión se usa con frecuencia en voces o instrumentos solistas.
Un ejemplo icónico de compresor óptico es el Teletronix LA-2A. El LA-2A tiene solo dos controles: uno de ganancia y otro de reducción de picos (peak reduction), que ajusta la cantidad de compresión. Sus tiempos de ataque y liberación están predefinidos:
Tiempo de ataque: Aproximadamente 10 milisegundos.
Tiempo de liberación: Se desarrolla en dos fases: una primera fase rápida (aprox. 60 milisegundos) y una segunda fase más lenta, que puede tardar hasta 5 segundos dependiendo de la progresión de la señal.
Compresión FET
Al mismo tiempo, se desarrollaron los compresores FET (Field-Effect Transistor o transistor de efecto de campo), que utilizaron tecnología de transistores para mejorar la precisión y la velocidad de la compresión. Gradualmente, los tubos de vacío fueron reemplazados por los "nuevos" y "modernos" transistores de efecto de campo. Estos componentes fueron diseñados básicamente para imitar el funcionamiento de los tubos, pero sin sus efectos negativos, como los voltajes peligrosamente altos, la generación excesiva de calor durante el funcionamiento y la vida útil limitada de los tubos.
Los compresores FET, como el famoso Urei 1176, son conocidos por su carácter agresivo y rápido, y a menudo se utilizan en grabaciones de baterías y percusión para lograr un sonido potente y definido. En comparación con los tubos, los transistores FET trabajan mucho más rápido, lo que permite tiempos de ataque más cortos. Sin embargo, los FET no son precisamente conocidos por su transparencia. Además, los primeros compresores FET tenían etapas de entrada y salida con transformadores, lo que también coloreaba el sonido. En otras palabras, un compresor FET tiene un sonido característico.
El 1176 no tiene un control de umbral separado; este se integra en el control de entrada: cuanto más fuerte se alimenta la señal al compresor, más compresión se aplica. Los tiempos de ataque del Urei 1176 son conocidos por ser relativamente rápidos, incluso en los ajustes más lentos. Por ello, el 1176 es particularmente adecuado para procesar señales con muchas transientes. Tiempo de ataque: Entre 0.02 ms y 800 ms. Tiempo de liberación: Entre 50 ms y 1.1 segundos. Los tiempos de control van de lento a rápido. El ajuste más lento se configura con el potenciómetro completamente a la izquierda; cuanto más se gira a la derecha, más rápidos se vuelven los valores.
Se pueden seleccionar cuatro valores de relación mediante botones. En los dispositivos originales, estos botones son "exclusivos", es decir, al presionar un interruptor, el anterior salta automáticamente a su posición de apagado. Sin embargo, es posible presionar los cuatro interruptores de relación al mismo tiempo, lo que altera algunas configuraciones dentro del equipo y produce un sonido muy particular. Este truco es conocido como "All-Button Mode".
Compresión VCA
Entre los años 60s y 70s, el uso de compresores basados en transistores se hizo cada vez más popular, incluyendo los compresores VCA (Voltage Controlled Amplifier o amplificador controlado por voltaje). Estos compresores utilizaban circuitos electrónicos para procesar la señal de audio con precisión y rapidez. Los compresores VCA permitían un control preciso de la compresión y resultaban ideales para aplicaciones donde se requería un procesamiento de señal claro y transparente, como en pistas de batería y en la industria de la radiodifusión.
Un VCA es un módulo de amplificación controlado por voltaje, en el que el compresor utiliza una señal de control para regular la ganancia en función de la señal de entrada. La ventaja de este sistema radica en su control absoluto sobre los tiempos de respuesta, lo que permite tiempos de ataque muy cortos. En general, los compresores VCA son extremadamente flexibles en cuanto a sus aplicaciones y se caracterizan por su sonido neutral. Sin embargo, con los ajustes adecuados, se puede obtener casi cualquier carácter sonoro de un VCA. Ejemplos de esto son: Empirical Labs Distressor, que tiene un sonido muy coloreado, el dbx 160 y el SSL Bus Compressor.
El compresor VCA es muy versátil y se puede usar tanto como compresor de suma (bus compressor) como en tiras de canal individuales. Su capacidad para procesar de manera efectiva señales con muchas transientes y sonidos percutivos, como grabaciones de batería y grupos de percusión, es particularmente destacable. Esto se debe a sus valores de tiempo ajustables con precisión, especialmente cuando se usa la técnica de compresión paralela.
En este proceso, la señal se duplica (o se envía a un bus auxiliar estéreo), dejando una versión sin comprimir y otra con una compresión fuerte. Luego, la señal altamente comprimida se mezcla suavemente con la original. Esto genera pistas de batería con un sonido vivo, dinámico y contundente. Este método se conoce como el truco de compresión de Nueva York (New York compression trick). Tiempo de ataque: Lo más rápido posible. Tiempo de liberación: Relativamente lento, entre 500 ms y 1,000 ms. Ratio de compresión: 8:1 o incluso 12:1. Umbral: Ajustado para comprimir entre -10 y -15 dB. Ecualización posterior: Se aumenta ligeramente a 100 Hz y 10 kHz en la pista paralela después del compresor. Opcionalmente se puede añadir el bajo al bus paralelo para integrar mejor el grupo rítmico.
Compresión Digital
Con la llegada de la tecnología digital en las décadas de 1980 y 1990, se desarrollaron compresores digitales que permitieron un procesamiento de señal más preciso, además de ofrecer la flexibilidad de soluciones basadas en software. Estos compresores digitales podían realizar procesos más complejos, como la compresión multibanda, que permitía ajustar diferentes rangos de frecuencia de manera independiente.
En los últimos años, la tecnología ha evolucionado aún más, y los compresores modernos basados en software ahora utilizan inteligencia artificial (IA) para proporcionar herramientas aún más precisas y fáciles de usar. Estos compresores con IA analizan automáticamente la señal entrante y ajustan los parámetros en tiempo real para obtener resultados óptimos. Esta tecnología no solo optimiza el sonido, sino que también ahorra tiempo al integrar la experiencia y conocimientos de los ingenieros de sonido en el diseño de los algoritmos. La evolución de los compresores de audio refleja así el progreso tecnológico en la industria del audio, desde las válvulas analógicas hasta las soluciones digitales inteligentes.
Literatura
Giannoulis, D., Massberg, M., & Reiss, J. D. (2012). Digital dynamic range compressor design—A tutorial and analysis. Journal of the Audio Engineering Society, 60(6), 399-408.
Reiss, J. D., & McPherson, A. (2014). Audio effects: theory, implementation and application. CRC Press.
Pirkle, W. (2019). Designing audio effect plugins in C++: for AAX, AU, and VST3 with DSP theory. Routledge.
