POR QUE UM LOW FILTER AUMENTA O VOLUME?

Faça a seguinte experiência: pegue uma música masterizada e passe por um filtro passa-altas em 50Hz. Repare o que acontece no volume da saída.

Todo mundo aqui a essa altura já sabe o que faz um filtro passa-altas. Muita gente conhece com o nome de High-Pass ou Low Filter, e certamente todo mundo já usou. Mas o que nem todos podem ter percebido é que muitas vezes a gente coloca um filtro desses em um track e o volume aumenta.

Para demonstrar, peguei um sinal complexo, um ruído rosa. Coloquei um filtro passa-altas e observe que o volume de pico aumentou bastante. Veja a figura:

Nela, passei um ruído rosa por um filtro de 6dB/8va em 50 Hz. Repare que o volume de pico subiu de -10dBFS para -5.6dBFS. Isso pode ser particularmente catastrófico em masterização. A gente passa aquele filtro em 27Hz por segurança e ganha uma saturação digital de presente. E esse problema acontece frequentemente.

Antes de complicarmos nossa vida, porém, vamos ver o que acontece com um comportado sinal senoidal de 50Hz passando nesse filtro. Como todo mundo sabe, a frequência de corte é onde o sinal está sendo atenuado em 3dB , e como vemos abaixo, é exatamente isso o que acontece.

Porém, raramente nossos áudios serão muito parecidos com senoides puras, exceto talvez os kicks de 808. Nossa informação é bem mais complexa. Então, precisamos analisar de um modo um pouco mais real.

Antes que os mais afoitos culpem a tecnologia digital, preciso avisar que isso acontece com TODOS os filtros, principalmente os analógicos. E isso tem a ver com a própria função dos filtros. Para exemplificar bem, vamos usar uma onda quadrada, variando a sua frequência e observando a saída do filtro. Lembre que a onda quadrada possui infinitos harmônicos.

Primeiro uma frequência fundamental abaixo do ponto de corte do filtro – 25Hz:

Repare que quando existe o salto (descontinuidade) de uma parte positiva para negativa, a saída do filtro tenta acompanhar, e logo depois , como era de se esperar, atenua o sinal. O valor de pico salta para -3.8 dB, embora o valor RMS caia (o que era de se esperar , já que a frequência fundamental deve ser filtrada).

Vejamos agora para a frequência de corte do filtro – 50Hz:

E agora vamos ver uma frequência um pouco acima do corte – 100Hz:

E finalmente uma frequência muito acima do corte, 500Hz:

Que conclusões podemos tirar disso tudo?

1. A resposta que sai de um filtro passa-altas (analógico ou digital) não é exatamente como a gente imagina para sinais complexos.

2. Mesmo em uma frequência abaixo do corte, a forma de onda na saída pode atingir picos bastante altos.

3. Mesmo para frequências fundamentais bem acima do corte, numa região onde teoricamente não há alteração de ganho, ainda assim o filtro provoca uma alteração na forma de onda do sinal, embora essa alteração seja progressivamente menor à medida que nos afastamos da frequência de corte.

4. Esse “problema” pode até ser responsável por melhorar o som de um kick, pois seu ataque fica mais alto.

5. É preciso ficarmos atentos para esse fenômeno, principalmente em masterizações, pois o nível do sinal será afetado pelo filtro.

6. Essa característica não é um defeito dos passa-altas; faz parte de sua sonoridade, e , francamente, temos vivido felizes até agora sem saber desse fenômeno.

RESUMINDO: Vai usar um Low Filter? Olho no volume de saída do equalizador!

Apêndice para os cascudos:

Fiquei devendo a explicação da causa desse fenômeno. Pois bem, vamos ver isso de um modo bem simples, usando um filtro RC de primeira ordem. Vin é o sinal de entrada, Vo a saída e Vc a tensão no capacitor. Vamos usar um sinal de entrada na forma de onda quadrada. (a imagem é do ótimo site https://www.electronics-tutorials.ws)

Imaginando que o capacitor está descarregado e chega a parte positiva da onda, nesse momento, como a Vc é 0, a tensão Vi se reflete toda na saída, Vo. Ou seja, temos aquele pico inicial. O capacitor começa a se carregar, e com isso Vo vai caindo e Vc vai aumentando. Até que, se for dado tempo suficiente (frequência de entrada baixa), a tensão no capacitor Vc=Vi e Vo cai a zero. Aí chega a hora em que Vi muda instantaneamente de polaridade. Agora a tensão Vo salta para -2Vi, porque a entrada se soma à tensão no capacitor, que agora vai se carregar com a polaridade oposta. Isso dá o pico negativo. O oposto vai acontecer no próximo momento de transição.

Quando a frequência de entrada é muito abaixo da frequência de corte, o circuito se comporta como um diferenciador (Vo=R.C.dVi/dt). A derivada de uma constante é zero, mas o circuito precisa do tempo de carga para responder. Para comprovar, podemos entrar em nosso equalizador lá em cima com uma onda triangular. A derivada de uma onda triangular no caso ideal é uma onda quadrada. Vamos ver?

Repare que como se trata de uma filtragem, tivemos que dar bastante ganho na saída do equalizador. Novamente, a onda não é uma quadrada perfeita por causa do tempo de carga.