Compresión

Tal como se detalla en el capítulo 3, una característica notable del sistema auditivo humano es su capacidad de detectar un amplio rango de amplitud o intensidad sonora, desde el más débil murmullo hasta el sonido ensordecedor de un avión a propulsión. Al tratar de grabar o reproducir este vasto espectro de amplitudes sonoras, es imposible evitar limitaciones físicas, tanto electrónicas como acústicas, de la tecnología de almacenamiento y reproducción de sonido. Cuando el rango dinámico de la señal acústica excede las capacidades de un sistema de reproducción o grabación de sonido, inevitablemente los puntos máximos de la señal serán distorsionados por truncamiento (en inglés clipping), los altavoces pueden sufrir daño al verse sometidos a niveles muy altos de intensidad, o pasajes muy suaves en términos de amplitud pueden pasar desapercibidos en la presencia de ruido eléctrico o de fondo (en inglés noise floor). Por lo tanto, se hace necesario mantener el nivel operativo de la señal lo más alto posible de manera de minimizar la distorsión que se produce por el ruido de fondo, y al mismo tiempo limitar los picos de la señal para no causar truncamiento o sobrecarga del sistema. Esto se realiza a través de un compresor. Es importante no confundir a este tipo de compresores de amplitud de audio con la compresión de información digital o perceptual.

Figura 6.20: Funciones de compresión a distintas tasas

Los compresores usualmente tienen un sistema automático de control de ganancia que constante monitorea la señal y ajusta la ganancia para maximizar la razón señal a ruido sin producir distorsión. Este tipo se dispositivos se conocen como procesadores dinámicos, compresores y limitadores. La utilizar procesadores dinámicos, los niveles peaks de la señal se pueden reducir, lo que a su vez permite incrementar el nivel global o promedio de la señal de audio.

Los principales parámetros de un compresor son:

• Umbral (usualmente desde -40 a +20 dBu). Este parámetro fija el nivel sobre el cual las señales serán comprimidas o limitadas. Al incrementarse el umbral, la señal se ve truncada a niveles mayores y por lo tanto se reduce la cantidad de compresión o limitación.

• Razón (1:1 a $\infty$:1). Este parámetro determina la pendiente de la compresión, lo que incide en como la señal de salida cambia en relación a la señal de entrada una vez que excede el umbral. El primer dígito indica cuando cambio de la señal de entrada medido en dB causará un cambio de 1 dB en la salida. Mientras más alta la razón, mayor es la compresión y más achatado se vuelve el sonido.

La figura 6.21 muestra como normalmente se implementa la correción de ganancia automática. Primero, la amplitud estimada se compara con el umbral, se toma el valor máximo entre los dos y se sustrae esa cantidad al umbral. Esto determina el rango de amplitud que es necesario comprimir. Luego, este rango es multiplcado por la cantidad $1-(1/R)$ donde $R$ es la tasa de compresión. Finalmente se resta el bias a esta cantidad y el resultado se convierte a ganancia lineal.

Figura 6.21: Corrección automática de ganancia

En el apéndice A.10 se puede encontrar código SuperCollider que implementa un compresor de audio completo, con corrección de ganancia como la recién descrita.