Efectos: el retardo

Para promover el mejor conocimiento/aprovechamiento de las unidades de efecto, iremos presentando alguno de ellos. Vamos hoy con uno básico: el retardo.

El ‘retardo básico’ es conceptualmente simple, aunque realizarlo puede no ser tan sencillo con según qué tecnologías. Se trata de conseguir tener una versión ‘retrasada’ en el tiempo de una señal. La salida de ese sistema ante una entrada e(t) sería una nueva señal s(t)=e(t-R) siendo R el retardo.

Si combinamos la señal original y la retardada, podemos tener un efecto de eco único (sin repetición) que en función del ajuste del tiempo de retardo tiene usos diferentes (un eco único bien separado y evidente al oído, un efecto de ‘doblado’ o ‘slap delay’ muy próximo al sonido original, o incluso con ajustes muy cortos un filtrado en peine -que presentaremos enseguida-).

El control ‘mix’ representa una mezcla regulable que nos permitiría definir el nivel de ese eco respecto a la señal original (sería un pequeño ‘mezclador’ o control ‘wet/dry’ que permitiría ajustar el nivel del sonido retardado frente al original).

Si en añadimos un camino de realimentación (línea discontinua en la figura) desde la salida del retardo hacia su entrada, tendríamos un eco repetitvo. En este caso el control ‘fb’ permitiría ajustar el nivel de realimentación: un ajuste cercano al 100% llevaría a un grandísimo número de ecos que irían decreciendo poco a poco, y un ajuste notablemente más reducido repeticiones de menor nivel y por ello con una caída -una desaparición- más rápida.

Este retardo realimentado (feedback delay) es un efecto clásico, a menudo usado para generar ecos ‘a tempo’ con el tema musical. Esa sincronía (por ejemplo un eco a negras, a corcheas o a corcheas con puntillo, etc.), genera un efecto de canon por el que tocando pocas notas se acaba generando un resultado polifónico complejo.

Pensemos por un momento: sabemos que el eco se produce en la naturaleza cuando tenemos la pared montañosa (o el frontón) en la que rebota el audio a unos 14 metros o más aproximadamente (dependiendo del tipo de sonido -impulsivo, habla, tonal,…- puede variar). La ida y vuelta en ese camino suma 28 m., que a la velocidad de propagación de sonido en el aire (unos trescientos cuarenta y pico metros por segundo) gasta unos 80 milisegundos. Esta es una cantidad próxima a los 50 ms. que dura un ciclo de 20Hz. (a su vez asumido como límite inferior aproximado de la audición humana).

¿A qué viene todo esto? Sucesos sonoros que se repiten a velocidad de 20Hz o más, generan en nuestra percepción humana la calidad de un sonido continuo. No somos capaces de discernir esos eventos de forma aislada (las repeticiones), sino que percibimos un ‘continuo’. Sólo si las repeticiones se producen suficientemente espaciadas las oiremos como tales. Sucesos sonoros que se repitan con un espaciado de más de 50 ms. (u 80 ms., al fin y al cabo son todo cifras aproximadas y valores muy sensibles a cuestiones perceptuales) darán lugar a la escucha de los eventos de forma separada, a la percepción de un eco.

Así pues, los 14 metros de los que hablábamos son por tanto algo así como el la distancia necesaria para garantizar que las repeticiones van a poder ser percibidas como tales. Como un mismo evento repetido, y no como un ‘continuo’. ¿Qué sucede con nuestro retardo realimentado si en lugar de tiempos de retardo ‘grandes’ lo ajustamos a tiempos ‘cortos’? Si son cercanas, es decir, si el retardo del eco es corto, lo que se oirá es una modificación del color tímbrico del sonido, porque el original y las repeticiones se fusionan (son un ‘continuo’ carente de la distinción de los eventos aislados).

Si habéis dado una palmada en cualquier dormitorio ‘normal’ (no una suite descomunal que pueda tener más de 14 metros entre sus paredes) seréis capaces de notar ese cambio de color. Mejor cuanto más vacía esté y más rectangular -sin recodos- sea su base, para que se note bien. Los rebotes en paredes tan próximas llegan muy cercanos al sonido original y lo que oímos es que la palmada suena más metálica, con unas marcadas resonancias. Según cómo sea la habitación, adquiere incluso un cierto carácter ‘tonal’, se ve impregnada de una cierta sensación de ‘nota’ o ‘altura tonal’. Bienvenidos al filtro peine.

Exactamente la misma estructura aplicada para el caso del eco (tanto el simple como el repetitivo) es la que define otro efecto de resultado muy diferente sin embargo al eco: el filtro peine (o ‘comb filter’ en inglés).

Como en el caso referido para la habitación (en comparación con el del frontón o la montaña) si el tiempo de retardo es ‘corto’ las repeticiones no pueden ser percibidas como eventos independientes, sino ‘agregada’. Escuchamos su combinación indisociable, y lo que acontece es un cambio tímbrico.

Pensad por ejemplo en un retardo de 10ms. Y pensad en una señal musical, con energía distribuida en todo el espectro audio (pensad por ejemplo en una nota de un instrumento y sus armónicos, o en un tema musical completo).

Con un retardo de 10ms. cualquier armónico cuya duración de ciclo sea 10 ms. (es decir sea de frecuencia 100Hz) o una fracción entera de ese valor (y por tanto frecuencia múltiplo de 100Hz: 200, 300, …) va a dar lugar a que el original y los ecos se combinen ‘en fase’, perfectamente alineados, y por tanto se ‘suman’. Cualquier componente situada en 100, 200, 300, etc. Hz (o próxima a esos valores) se verá reforzada tras el paso por el retardo realimentado.

Con ese mismo retardo de 10ms. cualquier armónico o componente espectral de 50 Hz (o próxima a esa frecuencia) verá que el original y el eco se combinan ‘en contrafase’ (porque 10ms representa medio ciclo de 50 Hz), de tal forma que se cancelan notablemente entre sí, con el resultado de una importante reducción de la energía de la señal original en torno a esa frecuencia. Otro tanto sucede con 150, 250, etc. Hz. porque a esas frecuencias en un tiempo de 10ms. se produce siempre un número impar de semiciclos.

Si representamos este resultado entendemos la denominación de filtro peine: la forma en la que el filtro actúa es enfatizando / rebajando alternativamente determinadas regiones del espectro que guardan entre sí una distancia fija (una relación armónica).

Como resultado, la combinación de la señal original y una copia retardada de ella misma, original este efecto de filtrado peine, que imparte un realce selectivo de determinadas zonas del espectro, repartidas en una configuración ‘armónica’.

En función del tiempo de retardo la púas del peine estarán más o menos separadas (estaremos ‘sintonizando’ el filtro a una u otra serie armónica). Y en función de que la mezcla original/retardada sea ajustada en unas u otras proporciones, lo que se apreciará es que esas resonancias y valles serán más pronunciados (picudos) en un ajuste 50/50 y tanto más suaves (romas) cuanto más difieran el nivel de señal retardada y original.

Por cierto, si hubiésemos optado por el retardo realimentado en lugar del simple, la diferencia entre los picos y los valles (en términos más técnicos, el factor Q –o resonancia en cada uno de los picos y valles-) se hubiera potenciado. Y llegado al extremo, con una realimentación suficientemente alta, el sistema se hubiera puesto a oscilar (al igual que sucede con el control de resonancia de los filtros paso bajo en los sintetizadores). En este caso la autooscilación hubiera sido en forma de una señal rica en armónicos, tal como sucedería llevando al límite la figura anterior (y a diferencia de lo que sucede en la autooscilación de los filtros paso bajo, en los que hay una única frecuencia de resonancia).

El comportamiento que cabe esperar de las paredes, frontones y montañas reales, es que no devuelven por igual todas las gamas de frecuencia. Generalmente habrá una mayor absorción a medida que la frecuencia asciende, y por tanto el sonido ‘rebotado’ (el eco) tenderá a ser más opaco. La forma de imitar esto consiste en incluir un filtro paso bajo en la ruta por la que se produce la realimentación o bien antes de la entrada del retardo.

En la figura de la izquierda el primer eco sale ‘integro’ (sin filtrado) y sólo los ecos secundarios (que atraviesan el camino de realimentación) sonarán opacados. En la figura de la derecha el propio primer eco es ya objeto de filtrado. Es un buen ejemplo de cómo mínimas diferencias en la arquitectura desarrollan resultados diferentes.

En ambos casos, los ecos secundarios se vuelven progresivamente más y más oscuros, más filtrados, puesto que cada uno de ellos atraviesa una vez más el conjunto filtro + retardo. Para este tipo de efecto suele usarse un filtro paso bajo simple, no especialmente selectivo: no se trata de bloquear la señal a partir de cierta frecuencia, sino de amortiguar en mayor medida los agudos que los graves. Ajustar la frecuencia de corte (el clásico parámetro ‘HF damp’, o ‘amortiguación de agudos’ que podemos ver en muchas unidades) dará lugar a que la actuación del filtro sea más o menos severa. Con ese control, lo que afectamos no es la evolución del nivel de los ecos (que ajustábamos con el control ‘feedback’) sino la velocidad con la que se vuelve opaco el sonido a través de la serie de reflexiones. Algo así como si estuviéramos cambiando el material de las paredes. Si el filtro está configurado de forma poco selectiva, la amortiguación del brillo en las reflexiones tardará en llegar (como sucedería si las paredes estuvieran cubiertas de mármol o de azulejos), mientras que si el filtro impone una destacada limitación de los agudos se notará una veloz desaparición de los agudos, unos ecos que parecerán provenir de una pared mucho más absorbente (madera o cortinas).

Si el tiempo de retardo es grande (adecuado para generar sensación de eco) el resultado será el descrito: cada una de las repeticiones sonorá progresivamente más opaca que la anterior, lo que redunda en un efecto más natural (y menos ‘contaminante’ a menudo en una mezcla).

Si el tiempo de retardo es corto (filtrado peine) ya sabemos que lo que sucede es una modificación tímbrica. Dado que la presencia de un filtro en el camino hace que haya menor cantidad de señal ‘aguda’, lo que se obtiene es que el patrón de resonancias es destacado en bajas frecuencias pero es poco a poco más relajado según ascendemos a altas. De una forma esquemática, este es el tipo de actuación que podemos esperar en un ‘comb filter’ en el que estemos aplicando ‘hf damp’:

Lo que hemos descrito hasta ahora corresponde al uso de un retardo simple con ligeros añadidos en su arquitectura: el camino de realimentación y el filtrado para ‘hf damp’. Otras muchas variantes existen.

Un delay ‘multitap’ (la traducción literal sería ‘multi pinchazo’, pero podemos quizá entenderlo mejor como de múltiples ramas) es un retardo del que podemos extraer varias versiones retardadas (para otros tantos tiempos de retardo que podemos definir a gusto) y combinarlas (cada una con el nivel deseado). Se dispone pues de varios retardos independientes (a veces incluso con posibles realimentaciones), por lo que permiten repeticiones no equiespaciadas. Tiene uso tanto en el caso de retardos largos como de retardos cortos.

Tiempos largos

Por ejemplo si el sistema es capaz de retardar un máximo de dos segundos y tiene tres ramas, un podríamos decidir extraer y combinar la señal con retardos 200ms, 300 ms, 500ms y 700 y 1100 ms (una serie de retardos primos, que sería de difícil uso salvo en estilos poco convencionales) o bien (sería lo más habitual) ajustaríamos los ‘taps’ para generar una serie escueta de retardos ‘a tempo’, con el fin de conseguir impartir el aire de una determinada figura rítmica o de obtener un eco a tempo pero no tan denso y extenso como un retardo realimentado. Por ejemplo para conseguir un aire como el que muestra la figura, bastaría un multitap de tres ramas (que añadirían las tres ‘copias’ retardadas que han de suceder a la señal original).

Este tipo de usos de un ‘multitap’ se aplicarán para impartir el ‘groove’ o ‘aire’ de esa figura de forma automáticamente, o bien (si los tiempos de retardo son muy extensos) para la generación cánones irregulares, allí donde el retardo realimentado normal permitía sólo un cánon regular.

Tiempos cortos

En el caso de tiempos cortos, disponer de un multitap lo que permite es definir con precisión el tipo de ‘color’ que deseamos impartir, que dejaría de ser el de una única serie de resonancias armónicas y pasaría a ser una combinación de las mismas.

Pero el uso más habitual de un multitap ‘corto’ (más que el de buscar un ‘color’ que se puede definir más cómodamente a menudo en forma de filtrado o ecualización) es el de permitirnos generar un conjunto de ‘rebotes’ de la señal controlado que imiten las primeras reflexiones sobre las paredes de una sala. Jugando con los retardos de esas varias versiones retardadas que van a combinarse podemos obtener un resultado que recuerda al de la presencia de varias paredes a diferentes distancias (como es habitual en tantas habitaciones, en las que nuestra posición dista diferente respecto a cada pared, incluidos suelo y techo).

Ubicar cada instrumento (mediante un diseño personalizado de las primeras reflexiones) en diferentes posiciones de nuestra ‘sala virtual’ (ese espacio que pretendemos crear durante la mezcla) es una técnica para mejorar la sensación de separación entre las diferentes fuentes.

Rápidamente revisamos algunos otros casos habituales de retardos.

Aunque es algo poco natural (en los espacios acústicos habituales no hay nunca una separación estricta ‘izquierda / derecha’) es típico contar con ‘stereo delays’ en los que cada rama cuenta con su propio retardo ajustable. Por supuesto (y aunque no los incluyamos en la figura) todos los elementos (hf damp, multitap,…) podrían combinarse con estas otras arquitecturas.

Usar el mismo ajuste de retardo en ambas ramas asegurará que también en los sucesivos ecos o rebotes se mantenga la posición en la panorámica estéreo de cada uno de los sonidos y fuentes del contenido musical.

Eso es bien diferente al caso (también habitual) en el que existe un único retardo aplicado a la suma de ambos canales y cuya salida se añade a cada una de las ramas de la señal original:

En muchos productos esta segunda arquitectura permite doblar el tiempo de retardo, por lo que suele ofrecerse como alternativa seleccionable frente al verdadero retardo estéreo.

En una arquitectura estéreo verdadera (con dos retardos independientes) nada impide ajustar tiempos diferentes en cada canal, aunque pocas veces va a ser usado de este modo (únicamente para tratar dos señales mono de forma diferenciada aprovechando un procesador estéreo).

Una pequeña modificación del retardo estéreo es el ‘ping-pong delay’, en el que las dos ramas de realimentación se cruzan, con lo que se consigue que las repeticiones vayan ‘alternando’ su posición en el panorama a un lado y otro de la imagen estéreo. Las señales centradas rebotarán siempre al centro, pero las señales que estén en una posición lateral se moverán, saltarán a izquierda y derecha.

En este tipo de retardo sí tiene pleno sentido al uso de tiempos diferentes en cada rama, puesto que hará más complejo el patrón de repeticiones, complejidad que se suma al propio movimiento en el campo estéreo, enriqueciendo el resultado.

Existen otros usos y formas de retardo, incluso cosas tan exóticas como un retardo en el que el tiempo entre repeticiones es cada vez más corto, con lo que simula el efecto de los botes que realiza una pelota, que son más próximos entre sí en cada golpe. Es el llamado, no sorprendentemente, ‘bouncing ball’ (pelota que bota).

Hay muchos otros tipos de retardo, sin duda (si os apetece y conocéis alguno especialmente extraño, podéis comentarlo para todos). Pero especialmente no hemos entrado en hablar de los retardos variables (en los que el tiempo de retardo varía, por ejemplo en forma cíclica por la acción de un LFO -oscilador de baja frecuencia-). Los retardos variables son la clave para otros efectos bien conocidos como son los ‘chorus’ y los ‘flanger’. Pero eso queda para otra entrega.

Para ir abriendo boca en relación con esa entrega, podéis revisitar un vídeo que muestra cómo cambia de signifacado un retardo cuando nos dedicamos a mover 'en vivo' sus parámetros. Es un vídeo que preparé para una entrega de la serie sobre programación en MIDI SysEx (https://www.hispasonic.com/amp/tutoriales/sysex-v-modulos-multitimbricos-3/37992).

El vídeo:

También tengo previsto aprovechar la simplicidad del efecto de retardo para usarla como ejemplo con el que revisar y comparar algunas realizaciones analógicas y digitales de un mismo sistema.

Y para los que echéis de menos la continuación de la serie de síntesis, no os preocupéis, todo llegará (eso sí, intercalando unas cosas con otras).