Aplicaciones del Phase Vocoder: Time Scaling

Published On Mar-13-2017

Transcripción

El phase vocoder permite modificar la rítmica de una grabación sin modificar su afinación. Esto se denomina time scaling y es una herramienta provista en numerosos DAW de diversas formas. En algunos, simplemente se varía la longitud total de una grabación. En otros, es posible “estirar” y “comprimir” el audio como si se tratara de pines que sostienen, estiran o comprimen una banda de hule.

El concepto fundamental para el time scaling por medio de phase vocoders se basa en la relación entre la fase, la frecuencia y el tiempo. Consideremos la fórmula de la velocidad angular. La velocidad angular es la tasa a la cual un objeto cambia su ángulo, o rotación de fase, en un período de tiempo específico. Podemos despejar theta, que en este caso representa la rotación de fase. Asimismo, podemos sustituir la velocidad angular por su equivalente, el producto entre 2, pi y la frecuencia de la onda.

Al despejar la frecuencia, se observa que es posible modificar el tiempo y mantener la frecuencia igual, si la rotación de fase cambia también, de manera que el cociente de la división sea el mismo. Esta es la base del funcionamiento del time scaling.

Figura 13.10. Relación entre fase, frecuencia y tiempo

Nótese que, al modificar el tiempo, manteniendo la frecuencia igual, se pierde la fase original. Sin embargo, los resultados sonoros son satisfactorios, especialmente cuando se emplea un hop size corto como, por ejemplo, un octavo de la longitud de las ventanas.

El proceso de time scaling con un phase vocoder sigue el mismo proceso general que estudiamos anteriormente, hasta llegar a la etapa de procesamiento. A partir de la aplicación de la IFFT, el proceso es levemente distinto. Cada hop size tendrá un valor diferente, con el fin de facilitar la modificación del tiempo de la señal.

El hop size de la síntesis de audio posterior a la IFFT, h sub s, equivale a la tasa de estiramiento o stretching ratio multiplicada por el hop size de análisis, antes de la FFT, h sub a.

Figura 13.11. Fórmula del stretching ratio de síntesis

Por ejemplo, se desea alargar la señal de audio un 20%. Decimos que la stretching ratio es 1.2. El hop size de análisis es de 256 muestras. El hop size de síntesis sería 307.2. Evidentemente, la respuesta debe ser números enteros, por lo que la respuesta debe aproximarse.

Figura 13.12. Solución del problema del ejemplo

Existen limitaciones inherentes a los métodos de time scaling utilizando el phase vocoder. Probablemente, la más evidente sea que este efecto no puede ser utilizado en tiempo real sin severas restricciones. Por ejemplo, si la señal de salida está siendo comprimida en el tiempo con respecto a la entrada, es decir, su velocidad aumenta, se alcanzará un punto en el que el efecto no podrá seguir funcionando, ya que dependerá de muestras del audio que aún no han sido emitidas. Por el contrario, si la señal de salida está siendo expandida en el tiempo, es decir, su velocidad se reduce, la diferencia de tiempo entre la señal original y la de salida del efecto se volverá cada vez mayor. Por lo tanto, se necesitará una cantidad de memoria cada vez mayor para almacenar la señal de salida en un búfer, hasta que el momento de ser reproducida llegue. Cuando se alcance el límite de memoria del búfer, la señal no podrá seguir siendo estirada.

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