!

!

35!

!

5 EFECTOS DE SONIDO En#el#mercado#existen#multitud#de#sistemas#multiefectos#en#forma#de#pedaleras,)equipos)multifuncionales)con)varios'controles'giratorios'y'botones,'o'amplificadores'con'efectos'integrados.'Hay'equipos'profesionales+que+sobrepasan) los) 1000) euros! y" otros,"más$ asequibles,$ con$ precios$ que$ oscilan$ entre$ los$ 50$ y$ 100$ euros.$ A$continuación(se(muestran(algunos(de#dichos#sistemas:!

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Figura'5.1!–!Algunos(ejemplos(de(sistemas(comerciales(multi"efectos'para'guitarra'eléctrica.!

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Los$efectos$más$utilizados$en$el!mundo&de&la&guitarra"eléctrica"son"la"distorsión,"el"delay"o"eco,"el"flanger,"el"trémolo,(el(chorus,(el(reverb,(el(overdrive,(el(fuzz…(pero(para(este(proyecto(vamos(a(quedarnos(con(cuatro(de(ellos,&ya&que&serán&suficientes&para&demostrar&algunas& funcionalidades&del&DSP&y& las!posibilidades*que*nos*ofrecen'los'transceptores'de'radio"frecuencia)NRF24L01+.!

!

Los$cuatro$efectos$que$finalmente$se$han$elegido$para$este$proyecto$van$a$ser$los$siguientes:!1) Distorsión 2) Delay 3) Flanger 4) Chorus

!

Para!su#implementación#en#código#C#se#ha#hecho#un"estudio"previo"del"funcionamiento"interno"de"cada"uno"de#ellos.#Consultando#en#diversas#bibliografías,#webs#y#proyectos#fin#de#carrera#de#otras#universidades,#se#ha#llegado'a'tener'una'idea'del'funcionamiento'de'estos'cuatro'efectos.'Como'se'verá'a'continuación,(estos(efectos(se# basan,# mayoritariamente,# en# el# almacenaje# y# posterior# recuperación# de# muestras# de# sonido& y& en& la&multiplicación+de#dichas#muestras#con#cantidades#numéricas#preestablecidas.!

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!

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!(Algunos!diagramas(de#este#capítulo#han#sido#tomados"de"la"referencia"[4])!

!! ! ! !

Efectos!de!sonido!

!

36!

5.1 Distorsión !

La#distorsión#ha#sido#utilizada#en#la#música#desde#hace#mucho#tiempo,#usándola#con#guitarras#eléctricas#en#la#música'rock'&'roll,'y'en'otros'estilos'como'el'blues&eléctrico!o"el"jazz$fusión.!Los$efectos$de$distorsión$a!menudo'son$llamados$“efectos$de$ganancia”,$o$gain!effects,"ya"que"el#sonido!de#guitarra#distorsionada#se#conseguía,"en"un#principio,#saturando#amplificadores#de#válvulas.!Su#característico#sonido#se#consigue#cuando#la#onda#de!sonido&se&va&deformando&hasta!parecerse'más'a'una'señal'cuadrada'que'a'una'señal'sinusoidal.!

!

!Figura'5.2!–!Amplificador,a,válvulas,con,control,de,ganancia,y,distorsión.!

!

Los$ primeros$ amplificadores$ para$ guitarra$ eléctrica,$ allá$ por$ los! años% 50,% eran,% de% cierta% forma,% de% baja%fidelidad,(y(solían(distorsionar(cuando(su(volumen((gain)!era$incrementado$por$encima$de$su$límite$de$diseño$o"cuando"éstos"presentaban"algún"daño"o"defecto."En#la#actualidad#hay#multitud#de#pedales#con#los#que#imitar#dicho&efecto&gracias&al&uso&de&amplificadores&operacionales&o&de&DSPs,&al&igual&que&en&este&proyecto.!

!

!

!Figura'5.3!–!Pedal&de&distorsión&a&base&de&amplificador&operacional.!

!

El#efecto#de#distorsión#en#la!señal&de&audio&puede&verse&gráficamente&en&la&siguiente&figura,&donde&se&muestra&una$distorsión$suave$y$otra$más$fuerte.'En'la'primera,"la"señal"sinusoidal"aún"conserva"cierta"curvatura"en"sus"picos&mientras&que,&en&la&segunda,&la&señal&casi%ha#tomado#forma#de#señal#cuadrada:!

!!

!

!

37!Diseño!y!Realización!de!un!Sistema!de!Procesamiento!de!Audio!con!Control!Inalámbrico!!

!Figura'5.4!–!Comparación+entre+distintas'formas'de'onda'distorsionadas!y"la"original.!

!

La#implementación#en#pseudocódigo!de#este#efecto!sería&de&la&siguiente&manera:!

Si#Valor&absoluto&de#x(n)#>!Umbral:!

y(n)%=%Umbral;!(Si$x(n)%>%0%)!

y(n)%=%"Umbral;((Si$!x(n)%<%0%)!

En#caso#contrario:!

y(n)%=%x(n);!

Siendo'y(n)!la#salida#y#x(n)!la#entrada#del#sistema.!

!

5.2 Delay !

El#efecto#de#Delay#o#eco#en#los#antiguos#equipos#analógicos#se#basaban#en#el#uso#de!cavidades(reverberantes(o(en#el#uso#de#cintas#magnéticas,#con#una#cabeza#grabadora#que#grababa#el#sonido#en#una#parte#de#la#cinta#y#una#cabeza&lectora&que&leía&los&datos&que&habían&sido&grabados&un&tiempo&anterior&en&dicha&cinta.&Este&tiempo&era&modificable#alargando#o#acortando#la#longitud#de#la#cinta#magnética.!

!

!Figura'5.5!–!Antiguo(equipo(de(cinta(para(crear(el(efecto(de(Delay.!

!! ! ! !

Efectos!de!sonido!

!

38!

En# los#equipos#modernos#de#Delay# se#utilizan#procesadores#digitales#y#memorias"de" lectura"y"escritura."El"efecto& se& consigue& con& el& almacenamiento& y& posterior& lectura& de&muestras& de& sonido.& En& la& señal& final& se&mezclan(tanto(la(señal(limpia(de(entrada(como(la(almacenada((en(las(proporciones(deseadas),(consiguiendo(así(el#conocido#efecto&sonoro&de&eco.&!

!

!

!Figura'5.6!–!Moderno'pedal&para&crear&el&efecto&de&Delay.!

!

!

Los$parámetros$típicos$de$un$efecto$de$Delay$son$los$siguientes:!

• Retraso: es el tiempo elegido para reproducir la primera muestra almacenada desde que se recibió por el canal de entrada.

• Mezcla: es la cantidad, en tanto por uno, de señal almacenada que se mezcla con la señal original. • Feedback o retroalimentación: es la cantidad de señal de salida que es reintroducida en el sistema. Si

el feedback es alto, el número de repeticiones de la señal original que se oirá será superior al caso en el que la retroalimentación es menor.

!

En#este#caso#podemos#distinguir#dos#tipos#de#Delay,#según#el#valor#de#la#variable#feedback:!

• Eco discreto: una sola reproducción de las muestras que se van almacenando (feedback = 0). • Reverberación: una repetición infinita de las muestras grabadas con una progresiva disminución de

la amplitud de las mismas, llegando al punto en que dejen de ser audibles dichas repeticiones (feedback mayor que cero y menor que la unidad). En caso de que se elija una cantidad de retroalimentación mayor a la unidad, el sistema se volvería inestable, haciendo que el sonido se amplifique cada vez más, llegando a saturar.

!

El#diagrama%de%bloques%de%un%Eco%discreto%sería%como%el%que%sigue:!

!Figura'5.7!–!Diagrama'de'bloques(del(efecto(de(Eco(discreto.!

!

!

!

!!

!

!

39!Diseño!y!Realización!de!un!Sistema!de!Procesamiento!de!Audio!con!Control!Inalámbrico!!

La#ecuación#de#este#modelo#sería#de#la#forma:!

!

y(n)!="x(n)!+"Mix!!!x(n!"!m)!

!

Siendo#Mix$la#cantidad#de#mezcla#deseada.!

!

La#implementación#en#código#C#de#este#efecto#sería#de#la#siguiente#manera:!

!

Almacenar)en)un)buffer)la)muestra)de)sonido)actual:!

BUFFER['i']'='x(n);!

i++;!

Reproducir*la*mezcla*del*sonido*actual*con*la*muestra*almacenada:!

y(n)%=%x(n)%+%a*BUFFER[%j%];!

j++;!

Siendo'‘j"="i"–!DELAY’!y"‘a’!un#valor#inferior#a#la#unidad#para#que#el#sonido#del#eco#sea#de#menor#amplitud)que)el)de)la)muestra)actual.!

!

!

Mientras)que)el)diagrama)del)efecto)de)Reverberación)sería)del)siguiente)modo:!

!Figura'5.8!–!Diagrama!de#bloques#del#efecto#de#Delay.!

!

!

La#ecuación#que#representaría#este#diagrama#sería#como#la#siguiente:!

!

y(n) = x(n) + Mix · !!!! ∙ !(! − ! ∙!)!

Siendo i el índice del sumatorio, g la ganancia de realimentación y Mix la cantidad de mezcla a la salida.

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!

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!! ! ! !

Efectos!de!sonido!

!

40!

La#implementación#en#código#C#de#este#último#efecto#sería#de#la#siguiente#manera:!

Almacenar)en)un)buffer)la)muestra)de"sonido"actual"sumándole"la"muestra"que"se"almacenó:!

BUFFER['i']'='x(n)'+'a*BUFFER['j'];'!

i++;!

Reproducir*la*mezcla*del*sonido*actual*con*la*muestra*almacenada:!

y(n)%=%x(n)%+%b*BUFFER[%j%];!

j++;!

Siendo'‘j#=#i#–!DELAY’!y"‘a’"y"‘b’!valores(inferiores(a(la(unidad%para%que%el%volumen%del%eco%vaya%en%decremento)y)evitar)así)un)efecto)indeseable)en)el)que)el)sonido)nunca)cese)(a!y"b!="1)"o"incluso"vaya"en#aumento#(a!y"b!>"1).!

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5.3 Flanger !

El#efecto#Flanger#es#aquel#con#el#que#se#consigue#un#sonido#metalizado#oscilante,%sobre%todo%en%las%frecuencias%medias'y'altas.'Este'efecto'tiene'su'origen'en'la'palabra'inglesa'“flanging”!allá$por$los$años$60,$que$a$su$vez$recibe&el&nombre&el&método&original&de&su&creación.&Originalmente,&la&señal&debía&ser&grabada&en&dos&máquinas!de# cinta# simultáneamente.# La# salida# de# las# dos# cabezas# reproductoras# de# estas# dos# máquinas# era,# a#continuación,*mezclada*en*una*tercera*grabadora.*De*esta*forma,*la*pequeña*diferencia*entra*las*velocidades*de#los#motores#de#las#dos#primeras#máquinas#resultaba$en$un$efecto$de$desfase,$o$“phasing”,!cuando'las'señales'eran%combinadas%en%la%tercera%grabadora.%El%efecto%de%“flange”!se#originó#cuando#un#ingeniero#puso#su#dedo,#literalmente,*sobre*el*flange!o"carcasa"de"la"cinta,"de"una"de"las"dos"grabadoras,"haciendo&que&la&máquina&se&ralentizara.*Cuando*el*operario*quitaba*el*dedo*de*encima*de* la*carcasa,*donde*giraba* la*cinta,* la*máquina*recuperaba(su(velocidad,(haciendo(que(el(efecto(de(sonido(se(revertiera(y(produjera(este(característico(sonido.!

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!Figura'5.9!–!Antiguo(equipo'de'cinta&para&crear&el&efecto&de&Flanger.!

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!

!!

!

!

41!Diseño!y!Realización!de!un!Sistema!de!Procesamiento!de!Audio!con!Control!Inalámbrico!!

Ya#en#los#años#70#se#comenzaron#a#usar#dispositivos#electrónicos#para#recrear#este#tipo#de#sonido,#gracias#a#los#circuitos( impresos.( En( la( actualidad# también# se# usan# DSPs# para# crear# este# efecto.# En# cuanto# a# su#funcionamiento+en+procesadores+digitales,+este+efecto+se+consigue+duplicando+la+señal+original,+manteniendo+una$de$ ellas$ limpia$ (sin$procesado),$ y$desfasando$ la$otra$una$pequeña$ cantidad$de$ tiempo,& aumentando&o&disminuyendo*su*retraso*con*una*oscilación*contralada*por*un*Oscilador*de*Baja*Frecuencia*o*Low$Frequency$Oscilator!(LFO).'Finalmente,'se'suma'esta'señal'retrasada'a'la'señal'limpia.!

!

!Figura'5.10!–!Moderno'pedal&para&crear&el&efecto&de&Flanger.!

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El#efecto#espectral#que#se#produce#en#la#frecuencia#de#la#señal,#a#causa#de#dicho#retraso#variable#en#el#tiempo,#es#equivalente* a* un* grupo* de* muescas* igualmente* espaciadas* en* el* espectro* de* audio* que$ se$ desplazarán$armónicamente*por*él,*filtrando*la*señal.!

!

Este%efecto%de%“filtro%peine”%aparece%porque,%para%algunas%frecuencias,%el%retraso%de%fase%introducido%será%de%180$grados,$lo$que$es$equivalente$a$sumar$la$misma$señal$pero$de$valor$contrario$(interferencia)destructiva),)originando( las( muescas( del( filtro( para( dichas( frecuencias.( El( caso( contrario( se( dará( cuando( el( desfase(producido( sea(de(360(grados,( en( cuyo( caso( las( señales(original(y( retrasada( se( sumarán,(doblando( su(valor((interferencia*constructiva).!

!A"continuación"se"muestra"un"diagrama"de"su"funcionamiento:!

!

!Figura'5.11!–!Diagrama'de'bloques'del'efecto'de'Flanger.!

!

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!! ! ! !

Efectos!de!sonido!

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42!

5.3.1 Parámetros típicos

1.#Mix:"Cuando"este"valor"de"ganancia"es"igual"a"cero,"la"respuesta"en"frecuencia"es"plana,"pero"a"medida"que"la#aumentamos,#acercándose#a#uno,#las#muescas#empiezan#a#aparecer,#llegando#a#conseguir#que#en#las#muescas#haya$un$cero$de$transmisión$cuando$Mix$vale$uno."Incluso"cuando"las"muescas"no"atenúan"del"todo!la#señal,#el#efecto&de&Flanger&es&audible,&siendo&máximo&cuando&Mix&es&igual&a&la&unidad.!

!

2.#Delay:#Especifica) el) tiempo)mínimo) de) retraso) en) la) copia) de) la) señal) de) entrada.) Razonando) sobre) la)respuesta(en(frecuencia,(este(valor(determina(cómo(de(lejos(irá$la$primera$muesca,$ya$que$a$menor$tiempo$de$retraso,(menor(compresión(de( las(muescas,(y(viceversa,(a(mayor(valor(de(Delay,(mayor(compresión(de( las(muescas'del'“filtro'peine”,'como'se'observa'en'las'siguientes'imágenes:!

!

!Figura'5.12!–!Imagen'de'la'izquierda:'poca'compresión'de'las'muescas'del'“filtro'peine”'(valor'de'Delay'bajo).!

Imagen'de'la'derecha:'mucha'compresión'de'las'muescas'del'“filtro'peine”'(valor'de'Delay'alto).!

!

3.# Profundidad# de#Barrido:#Este" parámetro" indicará" cómo" de" amplio" va" a" ser" la" variación" del" tiempo" de"retraso.(También(se(corresponde(con(la(amplitud(pico(a(pico(del(LFO.(!

!

Se#cumple#la#siguiente#relación:!

Delay+'Profundidad'de'Barrido'='Máximo'retraso'utilizado.!

!

Un#valor#pequeño#para!este$parámetro$mantendrá$una$pequeña$variación$en$el$tiempo$de$retraso,$causando$una$ compresión/expansión$ de$ la$ respuesta$ en$ frecuencia$ menos$ acusada,$ mientras$ que$ un$ valor$ elevado$causará'que'las'muescas'se'compriman'y'expandan'a'lo'largo'de'un'área'mayor.#Debido#a#esto,#a#medida#que#la#profundidad#de#barrido#se#incrementa,#la#modulación#en#el#tono#se#vuelve#más#notable.#!

!

!Figura'5.13!–!Esquema(de(la(profundidad(de(barrido.!

!

!!

!

!

43!Diseño!y!Realización!de!un!Sistema!de!Procesamiento!de!Audio!con!Control!Inalámbrico!!

4.#Forma#de#onda#del#LFO:#Algunas#unidades#de#flanger#permiten#elegir#la#forma#de#onda#usada#por#el#LFO.#Esta%forma%de%onda%determina%como%varía%el%retraso%para%generar%el%efecto.%En%este%proyecto,%y%debido%a%que%es%deseable'un'tiempo'de'procesamiento'muy'bajo,'se'ha'elegido'una'señal'triangular,)si)bien)algunas)unidades)comerciales*del*efecto*Flanger*permiten*elegir*entre*una*señal*triangular*o*sinusoidal.!

!

!Figura'5.14!–!Formas'de'onda'para'el'LFO.!

!

5.#Frecuencia:#Controla( la(frecuencia(de#la#onda#usada#por#el#LFO.#Afecta#directamente#a# la#modulación#de#tono$producida$(a$mayor$frecuencia,$mayor$modulación$de$tono).!

!

6.#Ganancia#de#Realimentación:!Con$este$parámetro$se$puede$hacer$que$cierta$parte$de$la$señal$de$salida$se$reintroduzca,en,la"unidad"de"retardo,"consiguiendo"así"un"sonido"más"metálico"y"con"eco.!

Si#este#parámetro#es#mayor#que#la#unidad,#el#sistema#puede#volverse#inestable,#haciendo#que#el#sonido#nunca#se#atenúe.!

!

La# implementación# en# pseudocódigo# de# este# efecto# sería# muy# parecido$ al$ del$ Delay$ pero$ cambiando$constantemente)el)valor)de)la)variable)DELAY!en#cada#iteración:!

!

Almacenar)en)un)buffer)la)muestra)de)sonido)actual)sumándole)la)muestra)que)se)almacenó:!

BUFFER['i']'='x(n)'+'a*BUFFER['j'];'!

i++;!

Reproducir*la*mezcla*del*sonido$actual$con$la$muestra$almacenada:!

y(n)%=%x(n)%+%b*BUFFER[%j%];!

j++;!

Siendo' ‘j# =# i# –!DELAY’,( donde! ‘DELAY’( irá$ cambiando$ poco$ a$ poco$ en$ cada$ iteración$ del$ bucle$principal,)y)‘a’"y"‘b’!valores(inferiores(a(la(unidad.!

!

5.4 Chorus !

El#efecto#Chorus#se#percibe#como$varios$instrumentos$tocando$a$la$vez$una$misma$nota,$y$se$utiliza$cuando$se$quiere&dar&más&riqueza&al&sonido&del&instrumento&que&se&toca.&En&el&efecto&chorus&también&se&hace&uso&de&un&LFO$o$oscilador$de$baja$frecuencia,$para$el$que$se$utilizan$como$entrada%formas%de%onda%como%la%sinusoidal%o%la#triangular.#Aunque#los#instrumentos#estén#perfectamente#afinados#siempre#se#produce#una#ligera#diferencia#de#tono.#Para#conseguir#mayor#realismo,#esto#se#puede#reproducir#mediante#la#variación#de#la#longitud#de#la#onda%que%está%retrasada%con%respecto%a%la%original.%!

!

!! ! ! !

Efectos!de!sonido!

!

44!

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!Figura'5.15!–!Pedal&para&recrear&el&efecto&de&Chorus.!

!

Su#funcionamiento#es#similar#al#del#Flanger,#ya#que#también#se#duplica#la#señal#y#se#desfasa#con$la$ayuda$de$un$LFO,%aunque%en%este%caso%no%se%usa%realimentación.%A%este% funcionamiento%de%Chorus%simple%se% le%pueden%añadir&varias&voces,&retrasando&cada&una&de&ellas&una&cantidad&distinta&de&tiempo&o&modificando&la&frecuencia&de#ellas.!

!

5.4.1 Parámetros típicos

Los$parámetros$del$efecto$de$Chorus$vienen$a$ser$los$mismos$que$en$el$efecto$de$Flanger,$a$excepción$de$la$ganancia&de&realimentación,&ya&que&no&existe&bucle&de&la&señal&hacia&atrás&en&este&efecto.!

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El#diagrama#de#bloques#del#Chorus#es#el#siguiente:!

!Figura'5.16!–!Diagrama'de'bloques'del'efecto'Chorus.!

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La#implementación#en#pseudocódigo#del#efecto#Chorus#de#voz#simple#es#muy#parecido#al#del#Flanger,#salvo#porque'no'se'realimenta'la'entrada.!

!

Almacenar)en#un#buffer#la#muestra#de#sonido#actual:!

BUFFER['i']'='x(n);!!

i++;!

Reproducir*la*mezcla*del*sonido*actual*con*la*muestra*almacenada:!

!!

!

!

45!Diseño!y!Realización!de!un!Sistema!de!Procesamiento!de!Audio!con!Control!Inalámbrico!!

y(n)%=%x(n)%+%b*BUFFER[%j%];!

j++;!

Siendo' ‘j# =# i# –!DELAY’,( donde! ‘DELAY’( irá$ cambiando$ poco$ a$ poco$ en$ cada$ iteración$ del$ bucle$principal,)y)‘a’"y"‘b’!valores(inferiores(a(la(unidad.!

!

!