Entendendo os conceitos de Clipping nos efeitos de Distorção/Overdriver

Por Alexandre Augusto Berni

Olá pessoal! Como nos foi sugerido por um leitor deste Blog, iniciamos no último post uma conversa sobre efeitos de guitarras que, apesar de ser escrito de maneira mais simples, o artigo foi bem aceito por todos. No entanto, para aqueles que acreditam que copiamos os que os outros fazem ou fabricam, iremos mais “fundo” nesse tema a fim de entendermos mais  sobre o efeito mais desejado e procurado dentre todos os efeitos para guitarras: o Overdrive ou Distorção.

Eu perdi a conta de quantos pedais já experimentei em busca do meu timbre preferido. Ate agora só encontrei meu timbre temporário (rs), mas mesmo assim continuo experimentando. Ou seja, continuo aprendendo e para adicionar mais conteúdo aos posts, convidei meu amigo, engenheiro eletrônico, André Corales para escrevermos juntos um texto mais esclarecedor e simplificado ao mesmo tempo. Guardem esse nome porque vocês ouvirão muito falar sobre ele, principalmente nos próximos produtos que serão lançados pela SANTO ANGELO em 2014 e nos próximos anos.

Quando a guitarra elétrica foi criada, os fabricantes de amplificadores jamais imaginariam que seus produtos algum dia seriam utilizados no volume máximo pelos guitarristas. Mesmo porque, no volume máximo, o amplificador entra em operação crítica e trabalha em regime de não linearidade. Isso significa que os circuitos do amplificador passam a modificar o sinal original da guitarra de uma tal forma que soa como se fosse outro instrumento sendo tocado. Adivinhem: o Rock’n’Roll e o Blues fizeram com que os guitarristas e público adorassem esse novo tipo de timbre. Estava criada a Distorção que nunca mais nos abandonaria. Em outras palavras, a má operação dos amplificadores pelos guitarristas mais carentes de novos timbres acabou gerando  um efeito que se procurava evitar a todo custo, tal como ainda se continua fazendo em amplificação de audio Hi End.

Uma vez aceita por todos, a Distorção de guitarra começou a ganhar variadas formas. Na verdade, tipos de captadores e regulagens diversas da equalização dos amplificadores (basicamente graves, médios e agudos) fizeram com que uma infinidade enorme de timbres fosse criada. Mas no fundo tratava-se sempre do mesmo efeito: o amplificador trabalhando em clipping, achatando o sinal por incapacidade de amplificá-lo mais um pouco gerando distorção. Ate aqui, o efeito de Distorcao era gerado somente somente nos amplificadores.

Não demorou muito para que os fabricantes lançassem caixinhas de distorção (transistorizadas)  tentando repetir o timbre dos amplificadores valvulados em regimes de alto volume. Pronto! Vocês podem falar… foram criado mais efeitos de Distorcao, mas com timbres diferentes que agradaram a muitos guitarristas criativos que passaram a ter novos recursos em seu arsenal de timbres.

Essas caixinhas ou pedais sofreram poucas modificações até hoje. Basicamente trabalha-se com dois estágios pré-amplificadores e um estágio clippador ou achatador. Primeiramente amplifica-se brutalmente o sinal da guitarra e aplica-se num estágio seguinte que irá ficar saturado, achatando o sinal e gerando Distorção. Mais achatamento ainda é obtido por um par de diodos de Silício ou Germânio em anti-paralelo entre o sinal do segundo estágio e o Terra. Essa é a receita básica de um Fuzz, Overdrive ou Distortion. Pequenas nuances como nível de ganho entre os estágios, tipos de diodos e, principalmente, equalização, fazem com que cada pedal tenha seu timbre característico.

Mas logo, como sempre acontece, surgiram os puristas afirmando que esses não eram o timbre de um valvulado saturado e, portanto, não prestavam. Legiões de guitarristas passaram, então, a só valorizar pedais valvulados de Distorção, ainda que as características fossem as mesmas. Quando trabalhamos com baixos sinais, em nível de pré-amplificador, transistores e válvulas comportam-se de maneira semelhante: ambos criam harmônicos de ordem par e ímpar.

A operação diferente de válvulas e transistores é que cria distinção entre os timbres. Portanto é possível, teoricamente, criar pedais equivalentes para distorçoes fortes, tanto valvulados quanto transistorizados. No entanto, para recriar a atuação mais ou menos suave de uma válvula deveremos utilizar muitos transistores e isso pode complicar o circuito.

Com o advento dos amplificadores operacionais, com dezenas e até mesmo centenas de transistores embutidos num único invólucro, a simulacao ficou mais fácil mas, ainda assim, teríamos que lidar com muitos componentes passivos e redes de equalização. Assim, fica mais fácil utilizar as válvulas, ainda que o custo final seja mais alto.

De qualquer forma, a Distorção de pré é utilizada, basicamente, em três modalidades: crunch, high gain e, finalmente, ultra high gain. Vale notar que em ultra-high gain a forma de onda da guitarra já está quadrada e sucessivas distorções posteriores são inúteis porque atuarao, apenas, as sucessivas redes de equalizações aplicadas.

Desde o fim dos anos 90 existe a tendência de embutir essas sucessivas etapas de distorção dentro dos próprios amplificadores valvulados. Surgiram, então amplificadores como os Peavey 5150, Soldano, Marshall JCM900, Marshal JCM2000 e os surpreendentes Mesa Boogie Dual Rectifier, Road King e Triple Rectifier. Todos esses amplificadores, sem exceção, utilizam diversos estágios pré-amplificadores seguidos de etapas equalizadoras fixas ou variáveis para saturar pesadamente o sinal da guitarra antes de ser entregue à próxima etapa de potência, como ilustrado na figura abaixo:

Muitos guitarristas famosos se valeram de experiências com a ligações de diversos amplificadores em cascata para obter mais Distorção. O Brian May foi notório nesse aspecto porque utilizava dois ou três amplificadores Vox em série, sem usar a etapa de potência deles, exceto no último. Assim ele ligava a guitarra no primeiro amplificador, retirava o sinal do pré-amplificador do primeiro e injetava no amplificador seguinte e repetia o processo mais uma ou duas vezes. Regulagens de ganho excessivo eram feitas pelos respectivos controle de volume de cada amplificador e, em conjunto, com a sucessiva rede de equalizações (graves, médios e agudos de cada amplificador), resultando um timbre final bastante interessante para certos solos e bases.

Explicando um pouco mais sobre Clipping

Amplificadores Mesa Boogie não utilizam diodos clipadores. Nos, pelo menos, desconhecemos algum esquema deles que faça isso, exceto o pedal / pré V-Twin. Por outro lado, já vimos diversos pedais valvulados de outros fabricantes que o utilizam e até mesmo os Marshall. O 2550 com sua deliciosa Distorção “cremosa”, se valem desse recurso.

Os puristas afirmam que um estágio deixa de ser valvulado quando se utilizam diodos clipadores porque eles são de Silício, Germânio ou ainda de LEDs. Portanto, todos componentes de estado sólido. O importante é que eles podem eliminar um ou dois estágios de amplificação ao serem ligados entre a saída de algum estágio de ganho e o terra, conforme o diagrama mostrado a seguir.

Apos uma brutal amplificação do sinal de entrada, temos uma etapa logo na saida do Amplificador Operacional composta por dois diodos em anti paralelo ao terra.

Passando por este estagio, o sinal “senoidal” sofre um recorte em seus picos. Para efeito de simplificação, tratamos o sinal como senoidal para efeito de testes e por se tratar de um sinal continuo e de facil analise em termos de áudio. Mas lembre-se que o sinal da guitarra não é composto de uma senoide propriamente dita, mas de uma sequencia de sinais senoidais compostos, devido as variações causadas pelo efeito da palhetada nas cordas e pelas proprias caracteristicas elétricas dos captadores.

Este recorte é que vai determinar o tipo de distorção que vamos ter  como: recorte menos acentuado (soft Clipp) determina as caracteristicas de um Overdrive e um recorte com maior intensidade determina caracteristicas de Distorcao. Lembre-se que um Overdrive nao se difere de uma Distorcao somente pelo recorte da onda, mas por uma serie de outros fatores que serão abordados em outros artigos, pois o foco deste post é o Clipping propriamente dito.

Abaixo temos outra forma de onda com um soft clipping .

Uma vez entendido o conceito do Clipping , vamos falar um pouco mais sobre os componentes que atuam diretamente nesse fenômeno: os Diodos que podem ser divididos basicamente em 3 tipos de  que se aplicam em Clipping de sinais de áudio e ja mencionados anteriormente:

1-      Diodos de Silicio

2-      Diodos de Germanio

3-      Diodos LED

Os diodos de Silicio possuem algumas caracteristicas interessantes no aspecto eletrico , tais como serem muito rapidos em sentido de condução e corte. Possuem uma queda de tensão fixa em sua junção PN de precisos 0,7V (ponto inicial de clipp). Com estas caracteristicas se consegue uma clipagem mais dura  e rapida , tendo como efeito um drive mais intenso e comprimido, consequentemente mais pesado.

Os diodos de Germanio , foram um dos primeiros semi-condutores que surgiram no mercado eletronico. Possuem caracteristicas unicas como, sob altas temperaturas, comportarem-se como sensores de temperatura (termometros). Estes componentes possuem uma queda de tensão situada na faixa dos 0,3 a 0,5 V variavel de acordo com os niveis impostos. Esta caracteristica gera uma clipagem muito soft , resultando um Drive muito agradavel e leve , bem parecido (guardada as devidas proporções) a saturação dos Fenders Tweed. Pelo fato de serem bastante antigos, são bem dificeis de se encontrar no mercado.

Os Diodos LED tem uma caracteristica interessante , pois a queda de tensão esta situada na faixa dos 0,9V (dependendo da cor do Substrato). E esta caracteristica provoca um Hard Clip porem sem a compressão dos diodos de Silicio, gerando um efeito bem Vintage (que mais uma vez guardadas as proporções) e soando como os PLEXI antigos.

Enfim , estas são algumas maneiras de entendermos tecnicamente como se realizam os famosos efeitos de Overdrive e Distortion (Distorcao), utilizadas tanto em pedais , quanto em pre-amps de estados solido ou valvulados.  Acreditamos que este post, embora difícil de entender, tenha sido uma ótima oportunidade para as pessoas curiosas que gostam de entender mais sobre o que procuram e gostam. E ja sabem: dúvidas e sugestões sao sempre bem aceitas.

Um Grande abraço à todos

Dr. Santo Angelo