¿Por qué una señal comprimida suena más alto?

¿Qué sucede realmente con el volumen de una señal de audio cuando se comprime? En el presente artículo vamos a explicar porqué cuando se comprime una señal de audio se tiene la sensación de que se ha elevado su volumen.
Lo primero que se ha de considerar es la diferencia entre el margen dinámico de la señal y el volumen de esta. El margen dinámico establece la distancia entre el nivel máximo de señal y el nivel mínimo o ruido que encontramos en cualquier señal de audio. El volumen está relacionado con el nivel medio de la señal, el valor RMS, que viene determinado por el nivel de la señal, el contenido en frecuencia y la duración de esta.

Existen diferentes tipos de compresores: lineal, de ganancia constante, bilineal, multibanda... Vamos a centrarnos en el funcionamiento de los dos primeros.

Compresor lineal

Si atendemos a la definición de la función que realiza un compresor lineal, esta nos dice que aplicará amplificación sobre las señales de entrada que se encuentren con un valor por debajo de un valor determinado denominado umbral (threshold), y aplicará atenuación sobre señales de entrada que se encuentren por encima de dicho valor umbral. Es fácil interpretar que los niveles máximo y mínimo de señal estarán más cerca tras el proceso de compresión, por lo tanto se reduce el margen dinámico en una proporción igual a la relación de compresión (también conocida como ratio).
Entonces, si la dinámica es menor... ¿por qué suena más alto? La respuesta es simple: cuando queremos elevar el volumen de una señal, estamos condicionados por sus picos; de ese modo, para que la señal no sature, apuramos hasta el nivel máximo del margen dinámico, ocupando incluso el valor de sobrecarga, y ajustamos el valor medio final de la señal en función de esos transitorios de señal que nos marcan el valor máximo de la misma.

Sound Advice on Compressors, Limiters, Expanders and Gates, Bill Gibson, Ed. ProAudio Press.

Al aplicar una compresión lineal, la dinámica se reduce, y también lo hace en la misma proporción la distancia entre el valor máximo de señal marcado por esos valores transitorios y el valor medio de programa. Es en este momento cuando podemos elevar toda la señal de audio, volviendo a ajustar el valor máximo de señal al techo dinámico del sistema, y estaremos aplicando también una elevación del nivel medio del programa, es decir, del volumen, que ahora al estar más cerca del techo dinámico, tiene un valor más alto.

Compresor de ganancia constante

Con este otro tipo de compresor, el procesado sobre la dinámica de la señal de sonido es algo diferente. Estos compresores tienen dos zonas de actuación bien diferenciadas:

• La primera de ellas es la que procesa las señales con nivel de entrada inferior al valor umbral, a las que se le aplica una amplificación de igual valor para todas ellas, denominada ganancia de compresión.
• La segunda es la que procesa las señales con nivel de entrada superior al valor umbral, aplicándoles la relación de compresión establecida. En esta zona encontramos el punto de rotación, que es el valor para el cual el compresor presenta ganancia unidad, es decir, la recta que determina la relación de compresión se cruza aquí con la recta que representa la ganancia unidad del sistema. En esta zona el compresor aplicará amplificación sobre los valores que estén por debajo del punto de rotación (recordemos que están por encima del umbral) y atenuación sobre los valores que estén por encima del punto de rotación. 

Resulta un caso muy habitual el mostrado en la siguiente figura, en la que el valor de ganancia de compresión es 0 dB, haciendo coincidir esta zona con la recta de ganancia unidad del sistema.

De este modo sólo se procesa, se comprime (reduciendo la dinámica) la señal de audio que se encuentra por encima del valor umbral, reduciéndose la dinámica en la parte regulada por los picos, por las zonas de alto nivel de señal, que no nos dejaban elevar el nivel medio de programa, ya que estos picos estaban ocupando la zona de sobrecarga del sistema. Una vez que se han reducido los transitorios ya es posible elevar de forma efectiva el nivel medio de programa, tal y como puede verse en la figura.

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En los dos casos vistos del compresor de ganancia constante se reduce la distancia en dinámica existente desde el valor más elevado de la señal de audio (valor de pico) al valor medio (valor RMS) de la misma, lo que permite que podamos ajustar la señal al techo dinámico del sistema elevando el valor medio de programa, lo que hace que escuchemos la señal con un volumen mayor.