O Pré-amplificador em Detalhes

É por meio do pré-amplificador, ou apenas “pré” ou “preamp”, que todo o processo de amplificação se inicia. Vamos falar das diversas funções do pré e como as peças desse circuito se encaixam para produzir o timbre espetacular que obtemos nos valvulados.

“Caráter” e voz do amplificador

Apesar do estágio de potência contribuir em grande parte para a formação do timbre do amplificador, a maior parte da “voz” do instrumento musical, incluindo a alteração da resposta a certas frequências (equalização), é modelada no pré-amplificador.

Controles de presença ou ressonância permitem alterações na resposta a frequências no estágio de potência – no entanto, tais controles são limitados, pois funcionam usando a retroalimentação negativa do sinal. A equalização do sinal original da guitarra acontece apenas no pré-amplificador – lá é formado o timbre que será amplificado e possivelmente retroalimentado a partir do transformador de saída.

Em amplificadores que possuem loop de efeito, é possível saltar o pré-amplificador por completo, e injetar o sinal recebido de um pedal de efeitos diretamente no amplificador de potência. Assim é possível aferir, usando o teste mais confiável que existe (aquele de nosso ouvido!) até onde o preamp é responsável pela formação do timbre.

Ganho e Distorção

O audiófilo deve, certamente, estranhar os textos que tratam de amplificadores para guitarra. Lê-se, como se fosse algo perfeitamente normal, que a “distorção” de tal tipo seria mais agradável que outra. E que a “clipagem” do sinal proporcionou uma “bela distorção”. De fato, é de se causar estranheza, visto que toda a evolução dos amplificadores de alta fidelidade se deu em torno da busca por menos distorção.

O trabalho de pesquisa de McIntosh, Hood, Baxandall, Leak, Mullard e outros inventores, girou em torno de possibilitar a construção de amplificadores mais potentes e que produzissem níveis de distorção cada vez menores.

Enquanto isso, no universo paralelo da guitarra elétrica, buscava-se mais distorção harmônica. De fato, o bom amplificador valvulado para guitarra distorce de forma mais agradável quando está no volume máximo!

A distorção que ocorre em altos volumes combina a voz introduzida pelo pré-amplificador com as características das válvulas de potência e do transformador de saída. A distorção que ocorre em altos níveis de volume incorpora, também, aquela originada no próprio alto-falante.

Este sistema completo, de pré-amplificador, potência e alto-falantes mostrou-se impossível de simular até os dias atuais. Nenhum emulador ou atenuador de potência foi capaz de reproduzir o timbre de um amplificador valvulado funcionando no limite.

Porém, só é possível amplificar sinais que tiverem sido previamente “condicionados” – ou seja, que já tenham sido modelados de acordo com o circuito equalizador e amplificados a um nível suficiente para excitar o amplificador de potência. Essa tarefa também cabe ao pré-amplificador. No preamp são inseridos os primeiros cortes (clipagem) na forma de onda, gerando o timbre que será levado adiante no circuito de amplificação.

O sinal de áudio chega ao final do pré-amplificador com grande amplitude, ou tensão AC. Porém, não possui potência suficiente (a qual depende, também, da corrente elétrica) para excitar os alto-falantes. Em termos práticos, pode-se dizer que o pré-amplificador “acrescenta voltagem ao sinal” e o amplificador de potência “acrescenta corrente”.

Existem várias formas de se obter distorção. Uma delas, a mais simples, consiste em empregar componentes que limitam o sinal acima de determinado nível, causando corte abrupto da forma de onda, característica que chamamos de “clipagem”, do verbo inglês “to clip”, ou “cortar”.

Diodos de silício são frequentemente usados para “clipar” (cortar) o sinal, porém é possível efetuar clipagem usando um triodo, a exemplo daqueles na 12AX7, configurado como diodo.

Outra forma de gerar distorção é por meio do excesso de excitação da válvula. Quando a grade da válvula é ajustada para encontrar-se a 1.5V negativos em relação ao catodo, um sinal de 2 V irá “saturar” a grade, e ultrapassar em 0.5V o potencial do catodo. Quando a grade se torna mais positiva que o catodo, deixa de ser um circuito de alta impedância, e permite a condução de corrente. A queda na impedância na região dos zero volts causa corte no sinal recebido de uma fonte de alta impedância. Nesse caso, a distorção é causada por excesso de sinal na grade, ou seja, excesso (over) de excitação (drive) de grade, daí a origem do termo “overdrive”.

Digamos, no entanto, que a grade esteja trabalhando dentro da região negativa, ou seja, não há overdrive. É possível, também, causar clipagem no anodo, ou placa, da válvula. Quando na grade aplicamos sinal suficientemente negativo, nos aproximamos da região de corte da válvula, neste momento a tensão de placa não consegue mais subir, pois encontra-se próxima a +B. Assim, mesmo que a grade se torne ainda mais negativa, a tensão de anodo permanecerá em corte superior, causando clipagem do sinal de entrada.

A distorção gerada por overdrive é, normalmente, considerada a mais desejada para guitarra. A distorção obtida usando diodos de corte abrupto costuma soar “áspera”, com excesso de conteúdo harmônico de ordem ímpar.

O excesso de clipagem leva à formação de onda quadrada. De fato, uma das formas de gerar-se sinal de onda quadrada para testes é aplicar sucessivos estágios de ganho em overdrive. Quando o sinal de áudio se aproxima da forma de onda quadrada, o timbre torna-se bastante desagradável ao ouvido. Os pedais de efeito de distorção de menor qualidade produzem esse tipo de resultado.

A onda quadrada (onda pulsada) é portadora mais energia que a onda senoidal de mesma frequência e amplitude. Assim, quando um amplificador alimenta as válvulas de potência com uma forma de onda quadrada, estará trabalhando além de sua capacidade máxima calculada para Watts RMS de uma portadora senoidal. É mais um fator que construtores de amplificadores para guitarra devem considerar, fato que raramente ocorre em aparelhos de som domésticos onde se evita, ao máximo, a distorção.

Algumas técnicas tornam possível obter-se distorção agradável por meio da clipagem de diodos. A mais popular delas, introduzida pela Ibanez no famoso pedal Tube Screamer, é aquela de empregar, em paralelo com o par de diodos de clipagem, um pequeno capacitor. Tal capacitor causa “arredondamento” das arestas da forma de onda clipada, buscando simular a clipagem suave causada pelo autêntico overdrive de válvulas. O resultado, é claro, não passa de uma simulação; porém o Tube Screamer oferece resultado satisfatório. Outro fator que popularizou o “TS” foi o seu emprego como pré-amplificador de sistemas totalmente valvulados. Empregando-se um TS na entrada de um amplificador totalmente valvulado, obtém-se o timbre valvulado adicionado na clipagem feita pelo pedal. Configuração tornada famosa principalmente por Stevie Ray Vaughan nos anos 1980 quando utilizava o Tube Screamer 808 em combinação com amplificadores Fender Bassman ou Dumble Overdrive Special. O timbre do amplificador é mantido limpo, e a clipagem é toda gerada no pedal TS.

Sensibilidade ao Toque

Chamamos de “sensibilidade ao toque” a capacidade que o músico têm de levar o amplificador desde tons limpos em baixos volumes a alto nível de distorção usando apenas sua técnica. Somente os amplificadores mais refinados são capazes de oferecer esta funcionalidade. A maioria dos amplificadores traz o timbre da distorção “pronto, de fábrica” – o músico apenas agride as cordas da guitarra. Esse tipo de “distorção pré-fabricada” encontra sucesso comercial no mercado, porém aqueles que ouvirem cuidadosamente os grandes instrumentistas notarão que eles manipulam o timbre do amplificador como parte do próprio instrumento.

O controle de volume do instrumento também passa a ser parte do instrumental do músico na procura por maior expressividade, fazendo com que a guitarra e o amplificador tenham interação maior que aquela que ocorre em amplificadores que reivindicam para si todo o trabalho de modelagem do timbre. Amplificadores que procuram fazer tudo normalmente o fazem em detrimento da “personalidade” da guitarra. Há certos processadores de efeitos que tornam o som de qualquer guitarra praticamente idêntico ao de qualquer outra, prejudicando a personalidade do instrumento. Nesses casos, o amplificador é, inclusive, dispensável, podendo a saída de efeitos ser ligada diretamente à mesa de som de um sistema de amplificação central. Não há sentido lógico em buscar o timbre perfeito em amplificadores minuciosamente construídos, quando a voz da guitarra e o talento do músico são colocados em segundo plano.

Na atualidade, pode-se notar que boa parte dos músicos ignora o controle de volume existente na guitarra, exceto nas pausas musicais. No entanto, ao observarmos cuidadosamente a técnica de alguns dos grandes instrumentistas, notaremos que utilizam exaustivamente o controle de volume do instrumento para dar ênfase à sua expressão, seja por meio do controle da guitarra ou de um pedal de controle de volume.

Equalização

Além de gerar distorção, o pré-amplificador para guitarra possui a difícil missão de possibilitar ao músico determinar as faixas de frequência que devem ser atenuadas ou amplificadas.

Oriundo do mundo de áudio de alta fidelidade, o termo “equalizar” refere-se ao procedimento de deixar as frequências de áudio relativamente homogêneas. Assim, gravações que por ventura estivessem sendo reproduzidas em seu aparelho de áudio com demasiados graves ou agudos, podiam ser corrigidas usando o controle de equalização.

Posteriormente, o desenvolvimento dos sistemas de áudio possibilitou a alteração de pequenas faixas de frequências, permitindo a amplificação ou atenuação de cada faixa. A tal tipo de equalizador damos o nome de equalizador paramétrico.

Os equalizadores que somente atenuam faixas de frequência são denominados passivos. Aqueles que permitem realçar ou amplificar faixas de frequência chamamos de equalizadores ativos.

Na vasta maioria dos amplificadores valvulados para guitarra, o equalizador é passivo. Ou seja, o sinal resultante possui menos energia que aquele de origem. O tradicional sistema composto por 3 a 5 capacitores e 3 potenciômetros pode ser encontrado nos amplificadores Vox, Marshall e Fender do fim dos anos 1950 à decada de 1960 (no caso da Marshall, de 1962 em diante, quando efetuaram cópia do Bassman 5F6-A e batizaram de JTM45).

A combinação mais tradicional é de 250 pF para os agudos, 22nF para médios e graves. Potenciômetros de 250K linear para agudos, 1Meg logarítmico para os graves, 25K linear para médios. Alterações nesses valores, mantendo o mesmo circuito, são encontradas em diversos modelos de amplificadores.

O equalizador causa atenuação no sinal de áudio e normalmente requer um estágio adicional de amplificação. Ou seja, é basicamente “perdido” um estágio de ganho devido ao equalizador, tornando necessário pelo menos um triodo adicional. Alguns circuitos utilizam amplificadores operacionais transistorizados para realizar essa função, economizando uma válvula.

Loop de efeitos

O loop de efeitos é um velho conhecido dos músicos e, assim como o reverb, permite haver a combinação de um sinal externo àquele proveniente do pré-amplificador.

O loop de efeitos tradicionalmente separa o pré-amplificador do amplificador de potência. Nesse caso dizemos que o loop está em série com o circuito. Esse tipo de loop é interessante pois permite desativar por completo o pré-amplificador interno para utilizar um sistema externo.

Outra arquitetura de loop de efeitos utiliza um circuito conectado em paralelo com o circuito de áudio principal, e permite a mixagem do áudio tratado no loop internamente no amplificador, enquanto que nos loops em série a mixagem dos sinais original e processado é externa.

Ambos os sistemas exigem experiência do músico para obter-se o melhor resultado no emprego de efeitos como delay e distorção. A ordem equivocada destes poderá causar resultados indesejáveis, como o emprego de delay antes da distorção externa, causando a clipagem dos ecos.

Consideramos o controle de volume master como parte do amplificador de potência, justamente porque o volume master deve permitir controlar o volume recebido do loop de efeitos. O volume master pode ser visto como o controle de volume do amplificador de potência, assim como cada canal normalmente possui seu próprio controle de volume.

Os loops de efeitos podem ser passivos ou ativos. O loop passivo simplesmente desvia o sinal que chega do pré-amplificador para um dispositivo externo, e o retorno do dispositivo externo é diretamente devolvido ao estágio de potência. A desvantagem desse sistema é que efeitos que não possuem amplificação sofrerão bastante atenuação.

Loops de efeitos ativos possuem “buffer” de entrada e de saída. Assim o sinal é desviado para o envio do loop de efeitos por meio uma válvula ou transistor. O ganho do buffer pode ser fixo ou regulado, alterando-se por meio de um potenciômetro de volume de envio e, em alguns casos, o volume de retorno. No caso dos loops transistorizados, são comuns os op-amps RC4558, TL072, LF411 e semelhantes, ou JFETs como o J201 e semelhantes.