Modulación de audio: Tremolo y variación de frecuencia

Modulación

La modulación mueve o modifica una señal (mensaje) usando otra señal (portadora). En audio, esto permite crear efectos sonoros, adaptar el ancho de banda para transmisión y facilitar el diseño de filtros y amplificadores. A continuación explicamos conceptos y aplicaciones prácticas.

Modulación de amplitud

La modulación de amplitud (AM) varía la amplitud de una portadora sinusoidal según la señal que queremos transmitir. La señal senoidal que transporta la información se llama portadora. AM se usa en radiodifusión comercial y en bandas de radioaficionados (AM).

¿Por qué usar modulación de amplitud?

• Modulación para radiación eficiente.

  • En canales de espacio libre se necesitan antenas cuyo tamaño sea comparable a la longitud de onda. Las señales de audio puras (por ejemplo 100 Hz) tendrían longitudes de onda muy grandes; transmitir directamente obligaría antenas de dimensiones imprácticas. Al modular la señal sobre una portadora de alta frecuencia (p. ej. 100 MHz), la longitud de antena práctica baja a metros.

• Multiplexación y concentración de señales.

  • Modulación permite ubicar cada señal en bandas espectrales diferentes. El receptor selecciona la banda deseada. Esto es la base del multiplexado: telemetría, radio FM estéreo y telefonía de larga distancia.

• Superar limitaciones de equipos.

  • El comportamiento de filtros y amplificadores depende de la posición en frecuencia de la señal. La modulación permite desplazar un contenido a una región del espectro donde el diseño es más sencillo. También convierte señales de banda ancha en señales de banda estrecha para facilitar el procesamiento.

• Efectos de audio.

  • Muchos efectos musicales y de estudio usan modulación de amplitud: tremolo, chorus, flanger, ring modulation y otros. En este tutorial nos centramos en el tremolo.

Efecto Tremolo

El tremolo es una aplicación directa y simple de la modulación de amplitud. Consiste en multiplicar la señal de audio por otra señal periódica (LFO) que actúa como envolvente. La LFO puede ser sinusoidal, triangular, cuadrada u otra forma de onda.

Ejemplo básico (generación de una señal con tremolo):

>> tremolo='tremolo.ogg';  
>> fs=44100;  
>> t=0:1/fs:10;  
>> wo=2*pi*440*t;  
>> wa=2*pi*1.2*t;  
>> audiowrite(tremolo, cos(wa).*cos(wo),fs);

El resultado es una portadora de 440 Hz cuya amplitud se modula con un LFO de 1.2 Hz, produciendo el típico efecto de tremolo.

Tremolo sobre archivos de audio reales

A continuación aplicamos tremolo a una grabación de voz masculina pronunciando la letra “A”. Primero cargamos y visualizamos la forma de onda original:

>> [y,fs]=audioread('A.ogg');  
>> plot(y);

Creamos una señal envolvente sinusoidal con los parámetros:

• Amplitud = 1
• Frecuencia = 1.5 Hz
• Fase = 0

Código:

>> t=0:1/fs:4.99999999;  
>> t=t(:);  
>> w=2*pi*1.5*t;  
>> q=cos(w);  
>> plot(q);

Nota: al crear el vector de tiempo, MATLAB/Octave genera por defecto una fila. Para multiplicar elemento a elemento con la señal (columna) convertimos el vector en columna mediante t=t(:).

Multiplicamos la envolvente por la señal y guardamos el resultado:

>> tremolo='tremolo.ogg';  
>> audiowrite(tremolo, q.*y,fs);

El resultado muestra la voz con una envolvente periódica de amplitud que atenúa y refuerza la señal a 1.5 ciclos por segundo.

Variación de frecuencia

Variar la frecuencia produce efectos musicales interesantes: chorus, vibrato extremo, distorsiones y efectos especiales para cine o videojuegos. En audio digital se suele usar la modulación de frecuencia (FM) o técnicas de warping de fase.

Efecto de modulación sinusoidal de frecuencia

Un ejemplo sencillo de FM con modulador sinusoidal sigue la fórmula aproximada:

Y = Ac cos(wo cos(wo / k))

Donde:

• Ac = Amplitud
• wo = frecuencia angular fundamental
• k = divisor escalar que controla la profundidad de la modulación

Código de ejemplo:

>> fm='fm.ogg';  
>> fs=44100;  
>> t=0:1/fs:10;  
>> w=2*pi*442*t;  
>> audiowrite(fm, cos(cos(w/1500).*w), fs);  
>> [y,fs]=audioread('fm.ogg');  
>> figure (); plot (y);

Puedes emplear casi cualquier función periódica como modulador de frecuencia: seno, diente de sierra, cuadrada o combinaciones. Cambiar las frecuencias relativas y mezclar funciones da lugar a una amplia paleta de timbres.

Buenas prácticas y metodología mínima

Sigue este mini-procedimiento cuando apliques tremolo o FM a señales reales:

1. Normaliza la señal de entrada para evitar clipping al modular.
2. Elige la tasa del LFO: típicamente entre 0.1 y 20 Hz para tremolo perceptible. Menos de 0.5 Hz suena como pulsación muy lenta; por encima de 8–12 Hz empieza a percibirse como timbre (tremolo → ring modulation/AM audible).
3. Ajusta profundidad (depth) de la modulación entre 0 (sin efecto) y 1 (amplitud máxima del modulador). Para voz y música, valores entre 0.2 y 0.7 suelen ser musicales.
4. Para FM, controla la relación portador/modulador y el índice de modulación para evitar artefactos indeseados.
5. Escucha en mono y en estéreo: algunos efectos que suenan bien en estéreo pueden colapsar en mono.
6. Si procesas diálogo, reduce la profundidad y evita LFOs no sincronizados con el tempo.

Checklist rápido antes de renderizar:

• Señal limpia y sin clipping
• Envolvente normalizada
• Profundidad de efecto comprobada en contexto de mezcla
• Prueba en sistemas de reproducción objetivo (auriculares, monitores, móvil)

Cuándo falla la modulación de amplitud o el tremolo

• Señales con contenido muy bajo (muy silenciosas) pueden quedar enterradas por el modulador si éste no está ajustado.
• LFOs muy rápidos convierten tremolo en cambios de timbre (AM/Ring modulation) — puede ser indeseado.
• Procesamiento en punto flaco de la cadena (por ejemplo un compresor antes de la modulación) puede anular el efecto esperado.
• En grabaciones de voz para difusión, modulación fuerte puede dificultar la inteligibilidad.

Enfoques alternativos y complementarios

• Chorus/Flanger: usan variaciones de tiempo y/o pequeñas desviaciones de frecuencia más que simple AM.
• Ring modulation: multiplicación por una portadora centrada en cero que puede generar tonos no armónicos; útil para efectos industriales.
• Vibrato: modula la frecuencia (FM) a baja profundidad para variar el tono sin cambiar la amplitud.
• Auto-pan: LFO aplicado al paneo en lugar de la amplitud para movimiento espacial.

Caja de datos y heurísticos

• Sample rate común: 44100 Hz o 48000 Hz.
• LFO típico para tremolo: 0.1–20 Hz.
• Profundidad típica: 0.2–0.7 para música; <0.2 para diálogo.
• FM profundo y relaciones no enteras crean timbres complejos y metálicos.

Roles: lista de verificación por perfil

Productor musical:

• Verifica la musicalidad del LFO con el tempo.
• Busca sincronizar LFO con compases si es necesario.

Ingeniero de mezcla:

• Ajusta la profundidad para que el efecto no compita con la voz principal.
• Inserta compresión/limiting si la dinámica resultante es excesiva.

Diseñador de sonido para juegos/cine:

• Reserva versiones con distintas profundidades para contextos dinámicos.
• Crea LFOs no periódicos para evitar artefactos repetitivos.

Pequeña galería de contraejemplos (cuando evitarlo)

• Música orquestal sin efectos modernos: el tremolo digital puede sonar artificial.
• Diálogos narrativos: evita LFOs rápidos que distraigan la inteligibilidad.
• Material con mucho ruido de fondo: la modulación puede exagerar el ruido.

Glosario rápido

• LFO: oscilador de baja frecuencia usado como modulador.
• Profundidad (Depth): cuánto afecta el modulador a la señal original.
• Índice de modulación: en FM, controla la desviación de frecuencia.

Resumen

El tremolo y la variación de frecuencia son técnicas de modulación útiles tanto para transmisión como para creación de efectos musicales. Practica con LFOs de distintas formas, controla la profundidad y prueba en el contexto final de mezcla. Para aplicaciones en transmisión, recuerda las ventajas de desplazar la información a una portadora de mayor frecuencia.

Importante: escucha siempre en el sistema final (auriculares, altavoces, móvil) y ajusta la modulación para mantener la inteligibilidad y la musicalidad.

Критерии приёмки

• El efecto debe aplicarse sin clipping ni distorsión no deseada.
• El efecto debe mantenerse coherente en mono y estéreo.
• Para diálogo, la inteligibilidad no debe reducirse significativamente.