Soft Clipping e Hard Clipping

Soft Clipping e Hard Clipping são termos bem subjetivos relacionados à forma com que o sinal da guitarra é tratado em pedais de distorção. Trata-se de um aspecto técnico na construção de uma etapa importante nos pedais de distorção leve, como o Tube Screamer ou o Overdrive, quanto os pedais de distorção mais acentuada, como os Distortion ou até os Fuzz, e pode servir como parâmetro na classificação dos pedais. Neste artigo serão demonstradas as diferenças técnicas entre os dois tipos de distorção e como alteram o timbre do instrumento.

Circuito Ceifador

O circuito ceifador é um circuito com diodos, utilizado geralmente para retificar uma onda senoidal e transformá-la em corrente contínua. Conforme a figura abaixo, o diodo deixa passar o semiciclo positivo, enquanto “ceifa” o semiciclo negativo, daí o nome do circuito. Podem ser acrescentados detalhes ao circuito como, por exemplo, polarizar o circuito com uma fonte de tensão, para que o ceifamento passe a ser feito não em zero volts e a tensão máxima fornecida pelo gerador AC, mas em quaisquer tensões entre essas. Porém, para nossa demonstração, basta entender que a forma de onda será alterada da entrada para a saída.

Diodo Ideal x Diodo Real

Um dos problemas dos diodos reais é que eles não passam a conduzir corrente exatamente quando a tensão passa dos 0 V. Ao invés disso, eles requerem uma pequena tensão, chamada de tensão de polarização, para começarem a conduzir. Esta tensão situa-se por volta de 0,2 V para diodos de germânio, como o 1N34 ou o 1N60, 0,7 V para diodos de silício, como o 1N4004 ou o 1N4148, e entre 1,8 V a 3 V para LEDs.

Portanto, um circuito ceifador utilizando um diodo de silício, como o 1N4004 apresentaria a seguinte forma de onda em sua saída:

Já com um diodo de germânio, como o 1N34, a forma de onda seria outra:

 

Diodos Back to Back

A configuração mostrada na figura abaixo é popularmente conhecida como diodos back to back. Devido a tensão necessária à polarização dos diodos, esta configuração é muito eficiente em limitar o sinal de entrada às tensões de queda dos dois diodos. Se forem utilizados dois diodos de silício, com queda de tensão de 0,7 V, é esta tensão máxima que aparecerá na carga, aqui representada pelo diodo Rl, mas que poderia ser a entrada do amplificador de áudio. Como são utilizados dois diodos, ambas fases do sinal de entrada são limitados, e ambas aparecem na saída. Notar que, diferentemente dos circuitos dos ceifadores anteriores, a tensão que cai sobre os diodos é a mesma que cai sobre Rl.

 

Similarmente ao que foi demonstrado anteriormente nos circuitos ceifadores, aqui também a forma de onda é alterada se utilizarmos circuitos ceifadores com diodos de germânio.

Circuitos Ceifadores em Distorcedores

Os circuitos ceifadores com diodos back to back são amplamente utilizados para alterar o timbre de guitarras. Alterar a forma de onda produzida por um instrumento acrescenta harmônicos, e quanto mais distorcida a forma de onda, mais harmônicos foram introduzidos. Visualmente, distorcer um sinal senoidal através de hard clipping faz com que a forma de onda se aproxime de uma forma de onda quadrada. Para quem tem curiosidade, e bons conhecimentos em matemática, pode dar uma olhada no artigo https://pt.wikipedia.org/wiki/Série_de_Fourier da Wikipédia. A série de explica como uma forma de onda quadrada pode ser decomposta em uma série de senoides. Cada uma destas senoides corresponde, musicalmente, a um harmônico.

Eletronicamente falando, um circuito de hard clipping produz uma forma de onda mais parecida com a onda quadrada, enquanto que um circuito de soft clipping apenas ceifa o topo da onda senoidal, modificando pouco o timbre.

Quanto mais Distorcida a Forma de Onda é Melhor?

Não é bem assim. Um distorcedor que altera a forma de onda sem filtrar os harmônicos produzidos soa como um Fuzz. Para quem já tocou com um Fuzz já sabe que é até um efeito bom para executar solos, ou melhor, tocar uma nota por vez, porém, ao tentar executar algum acorde, o som fica confuso,embrulhado. Isto devido ao fato que os harmônicos podem ou não fazer parte do campo harmônico que se está executando. Um circuito de distorcedor moderno leva em consideração este aspecto do Hard Clipping e filtra este excesso de harmônicos.

E é essa filtragem que é fornecida por distorcedores mais suaves, como o Tube Screamer, ou Overdrive, o que faz com que estes circuitos possam ser utilizados em solos ou na execução de acordes.

Clipping com LEDs

Alguns circuitos de distorção utilizam LEDs no lugar do diodo no circuito do limitador. Isto faz com que teoricamente a distorção seja a mais suave de todas, em comparação com os circuitos com diodos de germânio e silício. A queda de tensão em um LED raramente fica abaixo de 1,8 V, e em alguns LEDs possuem queda de tensão maior que 4 V. Abaixo está uma tabela com os valores aproximados de queda de tensão por cor emitida pelo LED.

 

 

Porém substituir os diodos limitadores de silício por LEDs em algum circuito não fará automaticamente um fuzz se transformar em um overdrive. É necessário avaliar outras partes do circuito. A principal forma de produzir soft clipping é colocar os diodos limitadores nas redes de realimentação dos amplificadores operacionais.

Clipping com combinação de Diodos

Após a construção de alguns pedais de distorção, uma das primeiras alterações que o construtor pode tentar é mudar a rede dos diodos do circuito ceifador. E pode-se tentar várias alterações: acrescentar diodos de silício ou germânio, substituir um ou mais diodos por LEDs de diferentes cores. As combinações aqui são quase que ilimitadas, se bem que não é somente aqui que o timbre do pedal é construído.

Também se pode utilizar clipping assimétrico, no qual a forma de onda pode sofrer alteração por um conjunto de diodos em uma fase e outra alteração, por outro conjunto de diodos, na outra fase.

Conclusão

Este arquivo apresentou informações genéricas a respeito de hard clipping e soft clipping. Os circuitos mostrados não correspondem especificamente a nenhum distorcedor comercial. Em circuitos práticos, os diodos back to back apresentam-se geralmente na malha de realimentação de algum circuito amplificador, em vez de em paralelo com a carga, porém a ideia de hard clipping e soft clipping será sempre a mesma: quanto mais distorcida for a forma de onda e mais se assemelhar a uma forma de onda quadrada, dizemos que houve hard clipping. Porém, como foi escrito na introdução do artigo, estes termos não possuem uma definição técnica específica e a análise será sempre subjetiva.

Bibliografia

http://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/leds-light-emitting-diodes/characteristics.php     Queda de tensão em diversos tipos de diodos