Análisis espectral de audio

El análisis espectral de audio es una herramienta poderosa utilizada en la producción y edición de sonido para comprender mejor las características de una señal de audio. Este análisis descompone una señal de audio en sus componentes frecuenciales, proporcionando una representación visual que facilita la identificación de problemas y la mejora de la calidad del audio. En este blog, exploraremos en detalle qué es el análisis espectral de audio, cómo interpretar sus gráficos y cómo utilizar esta información en software de edición de audio.

¿Qué es el Análisis Espectral de Audio?

El análisis espectral de audio implica el uso de la Transformada de Fourier (FT) para convertir una señal de audio del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. Esto nos permite ver qué frecuencias están presentes en la señal y con qué amplitud.

Transformada de Fourier

La Transformada de Fourier toma una señal de tiempo continuo y la descompone en una serie de senos y cosenos. La versión más comúnmente utilizada en la edición de audio digital es la Transformada Rápida de Fourier (FFT, por sus siglas en inglés), que es una versión eficiente y rápida del algoritmo original.

Espectrogramas

Un espectrograma es una representación visual del espectro de frecuencias de una señal en función del tiempo. Se muestra como una gráfica en la que el eje horizontal representa el tiempo, el eje vertical representa la frecuencia, y la intensidad del color representa la amplitud de las frecuencias.

Interpretación de Gráficos de Análisis Espectral

Ejes y Colores

1. Eje Horizontal (Tiempo): Este eje muestra el progreso del tiempo. En un espectrograma, esto te permite ver cómo cambia el contenido frecuencial de la señal a lo largo del tiempo.
2. Eje Vertical (Frecuencia): Este eje muestra las diferentes frecuencias presentes en la señal. Las frecuencias bajas (graves) están en la parte inferior, mientras que las frecuencias altas (agudos) están en la parte superior.
3. Intensidad de Color: Los colores o niveles de gris representan la amplitud o energía de las frecuencias. Generalmente, los colores más cálidos (rojo, amarillo) indican una mayor amplitud, mientras que los colores más fríos (azul, verde) indican una menor amplitud.

Patrones Comunes

1. Bajo y Subgrave: Frecuencias entre 20 Hz y 250 Hz. En el espectrograma, estas frecuencias aparecen en la parte inferior. Son esenciales para la música de géneros como el hip-hop y la electrónica.
2. Medios: Frecuencias entre 250 Hz y 4 kHz. Estas frecuencias son cruciales para la claridad y presencia de las voces y muchos instrumentos.
3. Agudos: Frecuencias por encima de 4 kHz. Contribuyen al brillo y la nitidez del audio.

Identificación de Problemas

1. Ruidos de Fondo: Los ruidos de fondo constantes, como el zumbido de una máquina, aparecen como líneas horizontales persistentes en el espectrograma.
2. Picos de Frecuencia: Los picos no deseados pueden indicar problemas como el feedback o resonancias no controladas.
3. Faltas de Frecuencias: Las áreas donde faltan frecuencias pueden indicar un problema de ecualización o deficiencia en la grabación.

Uso de Gráficos de Análisis Espectral en Software de Edición de Audio

Configuración del Análisis Espectral

1. Selección de la Ventana: La elección de la ventana (Hann, Hamming, Blackman) afecta la resolución temporal y frecuencial. La ventana Hann es comúnmente utilizada por su balance entre resolución y precisión.
2. Tamaño de la FFT: Un tamaño de FFT más grande proporciona una mayor resolución frecuencial pero menor resolución temporal, y viceversa.

Herramientas Comunes

1. Equalización (EQ): Usando el análisis espectral, puedes identificar frecuencias problemáticas y ajustarlas con un ecualizador paramétrico. Esto es útil para cortar frecuencias no deseadas o realzar aquellas que faltan.
2. Reducción de Ruido: Herramientas como los reductores de ruido utilizan el análisis espectral para identificar y atenuar ruidos específicos.
3. Compresión Multibanda: Permite comprimir diferentes rangos de frecuencias de manera independiente, optimizando la dinámica de cada banda de frecuencia basada en el análisis espectral.

Ejemplo Práctico en Software

1. Adobe Audition:

   • Visualización del Espectro: Utiliza la vista de espectro para identificar ruidos y picos.
   • Herramienta de Ecualización: Ajusta las frecuencias problemáticas basándote en la visualización.
   • Reducción de Ruido: Selecciona un perfil de ruido y aplícalo para limpiar el audio.

2. Izotope RX:

   • Spectral Repair: Repara las anomalías identificadas en el espectrograma.
   • De-noise: Utiliza la reducción de ruido espectral para eliminar ruidos constantes sin afectar demasiado las frecuencias deseadas.

Para comprender mejor cómo se aplica el análisis espectral de audio en un escenario real, vamos a desarrollar un ejemplo práctico paso a paso. Imaginemos que somos ingenieros de audio trabajando en la postproducción de un podcast. Nuestro objetivo es limpiar una grabación que tiene problemas de ruido de fondo y mejorar la claridad de las voces.

Escenario del Ejemplo

Hemos recibido una grabación de un episodio de podcast en el que hay una entrevista. Durante la revisión inicial, notamos dos problemas principales:

1. Ruido de Fondo: Hay un zumbido constante probablemente causado por un aire acondicionado.
2. Claridad de la Voz: Las voces suenan apagadas y carecen de claridad.

Paso 1: Importar la Grabación en el Software de Edición

Para este ejemplo, usaremos Adobe Audition, un software de edición de audio profesional que incluye herramientas de análisis espectral.

1. Abrir Adobe Audition.
2. Importar la Grabación: Ir a File > Import > File y seleccionar la grabación del podcast.

Paso 2: Visualización del Espectro

Para identificar los problemas mencionados, usaremos la vista espectral del audio.

1. Cambiar a la Vista de Espectro: En la parte superior de la ventana, cambiar a la vista Spectral Frequency Display. Esto mostrará el espectrograma de la señal de audio.
2. Analizar el Espectrograma:
   • Observar las frecuencias bajas (entre 50 Hz y 150 Hz) para identificar el zumbido del aire acondicionado.
   • Verificar las frecuencias medias (entre 250 Hz y 4 kHz) para evaluar la claridad de las voces.

Paso 3: Reducción de Ruido

Identificación del Ruido

1. Seleccionar el Ruido: En la vista espectral, seleccionar una parte del audio que solo contenga el zumbido del aire acondicionado. Esto suele aparecer como una línea horizontal constante en la parte inferior del espectrograma.
2. Capturar el Perfil de Ruido: Con la parte del ruido seleccionada, ir a Effects > Noise Reduction / Restoration > Capture Noise Print.

Aplicación de la Reducción de Ruido

1. Aplicar Reducción de Ruido: Ir a Effects > Noise Reduction / Restoration > Noise Reduction (process).
2. Ajustar Configuraciones:
   • Noise Reduction (dB): Ajustar el nivel de reducción según sea necesario. Generalmente, un valor entre 10 y 20 dB es un buen punto de partida.
   • Reduce by: Ajustar el porcentaje de reducción. Comenzar con un 50% y ajustarlo según el resultado auditivo.
3. Previsualizar y Aplicar: Previsualizar el efecto y, si está satisfecho, aplicar la reducción de ruido a toda la grabación.

Paso 4: Mejora de la Claridad de la Voz

Identificación de Frecuencias Problemáticas

1. Analizar Frecuencias Medias: En el espectrograma, observar las frecuencias entre 250 Hz y 4 kHz, donde se encuentra la mayor parte del contenido vocal. Identificar áreas que pueden necesitar realce.

Aplicación de Ecualización

1. Abrir el Ecualizador: Ir a Effects > Filter and EQ > Graphic Equalizer (10 Bands).

2. Ajustar el EQ:

   • Realzar Medios Altos (2-4 kHz): Aumentar ligeramente las frecuencias en este rango para mejorar la presencia de las voces.
   • Reducir Frecuencias Bajos Medios (200-400 Hz): Si las voces suenan "mudas" o "ahogadas", reducir estas frecuencias puede ayudar a limpiar el sonido.

3. Previsualizar y Aplicar: Escuchar los cambios en la previsualización y, si está satisfecho, aplicar la ecualización a la grabación completa.

Paso 5: Refinamiento Final

Compresión Multibanda

Para asegurar una dinámica uniforme y mejorar la consistencia del audio:

1. Abrir el Compresor Multibanda: Ir a Effects > Amplitude and Compression > Multiband Compressor.

2. Ajustar Configuraciones:

   • Banda Baja (20-250 Hz): Ajustar la compresión para controlar cualquier resonancia baja.
   • Banda Media (250 Hz - 4 kHz): Aplicar una compresión suave para mantener la claridad vocal.
   • Banda Alta (4 kHz - 20 kHz): Controlar los picos en los agudos para evitar sonidos estridentes.

3. Previsualizar y Aplicar: Previsualizar los cambios y aplicar la compresión si los resultados son satisfactorios.