Intro
Si te gusta tocar la guitarra, y ya has experimentado alguna vez con una guitarra eléctrica o con una guitarra acústica, y te has sentido un poco frustrado porque no podías sacarle ese sonido que escuchas en tus temas preferidos, ni podías hacerla gritar, aullar o llorar como estabas buscando; bueno entonces estaría bueno que sigas leyendo. Y si ya eres un gutarrista experimentado, y has pasado el límite de utilizar los pedales y distorsiones comerciales, y te gustaría experimentar un poco más, y tratar de encontrar tu propio sonido, algo realmente único. Bueno, entonces también estaría bueno que sigas leyendo. Al terminar este post, sabrás distinguir correctamente entre un Overdrive, un Fuzz y un Crunch y como se consiguen esos particulares efectos de distorsión, y con un poco de ingenio serás capaz de diseñar tu propia distorsión para utilizarla en tus ensayos, improvisaciones y quién te dice, quizás hasta en alguna presentación en vivo.
Bueno, sin más vueltas, vamos a ver de que se trata.
Historia de las Distorsiones
A mediados de los años 1950; cuando se hicieron populares las guitarras eléctricas, todos los amplificadores que se utilizaban estaban diseñados para amplificar voces, y realmente no eran capaces de entregar el sonido que los guitarristas estaban buscando. Para conseguir resaltar los sonidos agudos y prolongar el tiempo en que se sostenían las notas, la única forma era subiendo el volumen hasta catorce esperando que los tubos de vacío no se fundieran (o que los vecinos no llamaran a la policía). Pero esto además comenzó a aportar algo que al principio no esperaban, sonidos deformados: algo chillones en los agudos y algo rugientes en los graves, y estos guitarristas pioneros empezaron a sacar provecho de los primeros sonidos "Overdrive" (literalmente "Sobrecargados"
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Al comenzar la década de 1960, los guitarristas apuñalaban con navajas los conos de los altavoces de sus amplificadores de guitarra para obtener un sonido sucio, confuso o "Fuzz".
Hacia fines de los 60', las primeras cajas de efectos de distorsión se diseñaron para simular el sonido de los conos apuñalados y de los amplificadores "sobrecargados". Así fue como nacieron los primeros efectos Fuzz y Overdrive.
Actualmente la mayor parte de los amplificadores de guitarra poseen un control de distorsión, pero los efectos de distorsión vendidos como "pedales" o "boxes" aún siguen siendo populares.
En los próximos párrafos vamos a discutir cuales son los métodos para crear distorsión y cuales los tipos de distorsión que se obtienen.
Tipos de Distorsión
Cuando hablamos de distorsión, por lo general vas a escuchar las palabras "Overdrive", "Distortion", "Fuzz" y "Crunch". Estas son palabras que describen el tipo de distorsión que un amplificador o efecto es capaz de entregar.
Si yo conecto un micrófono a un osciloscopio (es un aparato que permite ver la forma de las señales eléctricas que viajan por un circuito) y pulso una cuerda de guitarra, obtengo una señal aproximadamente sinusoidal que tieneun aspecto similar a este:
Un "Overdrive" es una distorsión natural y suave, cálida a veces, que prolonga los sonidos agudos y le da mucho más cuerpo a los sonidos graves tornándolos un poco "roncos". Esta distorsión se consigue recortando en forma suave los extremos de la onda de sonido:
Un "Distortion" se obtiene en forma similar, pero el recorte es más intenso con deformación de los extremos de onda. Es un efecto más rudo: más chillón y más ronco, con mucho más cuerpo y donde los sonidos "octavados" y otras sobrefrecuencias aparecen en forma natural.
Un "Fuzz" es un efecto de distorsión que produce un sonido metálico, sucio y muy áspero que deforma totalmente los acordes y hace chillar los agudos, el recorte de las ondas es brusco, y tiene mucho ruido añadido. Algo típico de los Fuzz es que producen un fondo de ruido blanco parecido al que escuchas en una radio sintonizada en una frecuencia muerta: algo como un FFFFFFFFFFFFZZZZZZZZZZZZ.
Un "Crunch" no es un tipo específico de distorsión, ya que puede obtenerse de diferentes formas, pero se le suele llamar así a ese sonido que semeja al ruido que escuchas en tus oídos cuando estás masticando cereales pero combinado con el sonido de la guitarra.
Esto en líneas generales, lo que no necesariamente aplica a los nombres comerciales de algunos efectos en el mercado. Por ejemplo, Craig Anderton bautiza a casi todas sus distorsiones como "Fuzz", sin importar si en realidad son efectos "distortion", "overdrive" o verdaderos "fuzz". Por citar sólo uno, el Craig Anderton's Tube-sound Fuzz es de hecho una unidad "overdrive".
Bueno acá dejo un vídeo de un compatriota donde se pueden escuchar algunos de estos tipos de distorsión, para aprender a identificarlos.
Creando distorsión
El sonido definitivo, claro y distintivo de un "Overdrive" o "Distortion" es el "Valvular", es decir, proviene de las llamadas Válvulas o Tubos de Vacío "sobrecargadas" o "sobrealimentadas" con una ganancia que está por encima del punto de saturación del elemento amplificador; esto en las válvulas crea un sonido cálido, suave y musical. Nada puede imitar a las válvulas en esto; hay por ahí dando vueltas un millón de distorsiones que dicen tener "sonido valvular"; y aunque existen algunas muy buenas que suenan bastante bien, la verdad es que ninguna consigue el verdadero sonido de las válvulas.
Por lo general los efectos de distorsión hacen uso de circuitería de estado sólido, es decir: transistores, amplificadores operacionales y diodos; pero hay un par de efectos, muy exclusivos que hacen uso de verdaderas válvulas termoiónicas en su circuitería; por ejemplo el Chandler Tube Driver y el Matchless Hotbox.
La pregunta es obvia, si el sonido valvular es el mejor ¿por qué no todos los efectos hacen uso de válvulas?
La respuesta es más simple todavía.
Por el costo. Un transistor, un diodo e incluso un amplificador operacional cuestan fracciones de dólar.
Un tubo de vacío siempre cuesta más que un par de dólares, ocupa más espacio, requiere una fuente de poder más compleja y más costosa porque trabaja con altas tensiones y encima, es mucho más frágil. La verdad es que todo guitarrista sueña con amplificadores y efectos valvulares, pero no todos pueden permitírselos.
Bueno aquí vamos a ver como se consiguen los efectos de distorsión más comunes
1) Transistores sobrealimentados (Overdrive con transistores)
Al igual que con las válvulas sobrealimentadas, se puede llevar a los transistores hasta el estado "overdrive" obligándolos a funcionar al tope de su rango de amplificación. Con los transistores esto produce un sonido sucio, muy distorsionado. Por lo general los efectos Fuzz hacen uso de transistores "overdrive" o sobrealimentados.
Diferentes tipos de transistores, producen diferentes tipos de distorsión. Los transistores de silicio producen un sonido metálico, sucio, "nasty" como le dicen en inglés. Los transistores de germanio producen un sonido sucio, pero más "cremoso".
A finales de los años 1960, en el efecto conocido como Fuzz Face original, se usaron transistores de germanio.
Los transistores unipolares (como los jFET y MOSFET), cuando son forzados a trabajar en overdrive producen un sonido más suave y musical, un poco más parecido al sonido valvular.
2) Recorte “duro” con diodos (hard diode clipping)
En inglés un "clipper" es lo que nosotros llamamos "alicates" y también se les dice "clippers" a los cortauñas. Clipping es "Recortar". El "Clipping" es una forma muy común de crear distorsión. Se obtiene colocando dos diodos en paralelo opuesto, conectados a tierra en el camino de la señal.
Cuando la magnitud de la señal supera el valor de umbral del diodo, entra en conducción y deriva la punta de la señal a tierra. Esto produce el recorte de los picos de la señal y por lo tanto crea distorsión.
Hay muchas formas de distorsión que se pueden obtener haciendo un hard clipping con diodos, y entre ellas las hay simétricas y asimétricas.
Puedes buscar en Youtube el sonido de los efectos MXR DISTORTION +, y ProCo Rat para ver de que se trata. Por lo general este tipo de distorsión se hace con diodos de silicio.
3) Recorte "suave" con diodos (soft diode clipping)
Este es otro método muy común para crear distorsión. Esta implementación produce un sonido más parecido al "overdrive" que la distorsión por Hard Clipping.
En esta implementación se conectan dos diodos en el bucle de retroalimientación de un amplificador operacional o de un transistor.
Esto provoca un redondeo suave de los picos de la señal y produce un sonido un poco más parecido al que se obtiene con válvulas.
El Ibanez TubeScreamer usa este método.
4) Aplicaciones especiales
Existen además otros elementos que, dentro de las variantes antes expuestas, pueden ser usados para crear distorsión. Por mencionar un par, se puede hacer "clipping" con diodos zener e inversores CMOS. Ambos elementos discretos se han utilizado comúnmente para crear sonidos similares al de las válvulas.
La AMZ's Tube-like distortion utiliza el método de recorte suave haciendo uso de diodos zener en el bucle de retroalimentación.
Los inversores CMOS (por lo común CD4049) se utilizan en diseños tales como el MXR Hot Tubes Distortion y Craig Anderton’s Tube-sound fuzz
Opamps
Los operacionales (o amplificadores operacionales), son probablemente los componentes más comunmente utilizados para crear distorsión. en los párrafos siguientes vamos a discutir un par de conceptos básicos sobre como se utilizan estos elementos para crear distorsión.
Los operacionales pueden utilizarse en tres tipos diferentes de configuración amplificadora:
1) Inversora
2) No-Inversora
3) Diferencial
La configuración diferencial es muy rara en circuitos destinados a la distorsión (de hecho nunca he visto uno de estos). Realmente no ofrece ninguna ventaja y es mucho más complicado de diseñar, así que vamos a saltárnoslo.
Preamplificador inversor
Un preamplificador inversor es un circuito donde la entrada se encuentra conectada a la entrada inversora (-) del opamp a través de una resistencia. La entrada no inversora (+) se conecta a tierra, para dar la referencia del punto cero sobre el que está centrada la onda.
La ganancia de un operacional inversor se establece con las resistencias R1 y R2. Donde la ganancia es igual a R1/R2.
Para evitar la pérdida de tono, los amplificadores de guitarra deben tener una impedancia de entrada mayor a 100 Kohms; y por lo tanto, la R2 debería ser al menos de 100k. Esto significa que para tener una ganancia de 10 R1 debería ser de 1M o mayor.
Desafortunadamente, resistencias con altos valores introducen mucho ruido al circuito.
Preamplificador no inversor
Un preamplificador no inversor es un circuito donde la entrada se encuentra conectada a la entrada no inversora (+) de un amplificador operacional, y donde el bucle de retroalimentación se hace entre la salida y la entrada inversora (-)
La ganancia de un opamp no inversor se establece con los valores de las resistencias R1 y R2. La ganancia es igual a (R1 + R2)/R2.
Aquí es conveniente utilizar resistencias con valores de un par de Kiloohms. Algo particular de las configuraciones no inversoras es el condensador C1. Este condensador, junto con la resistencia R2 forman un filtro pasa-bajo (un poco más abajo se explica que es esto). Una desventaja del utilizar opamps en configuración no inversora es que nunca se puede obtener una ganancia menor que 1 con este tipo de diseños; lo que significa que no son capaces de atenuar la señal, pero como esto es algo inútil para el diseño de distorsiones, vamos a olvidarlo por ahora.
Filtros pasa-alto y pasa-bajo
Para funcionar en forma adecuada, un efecto tiene que tener filtros para reducir las frecuencias que van a ser amplificadas.
Los filtros descartan las frecuencias que no queremos amplificar. Dentro de estas frecuencias tenemos por ejemplo las frecuencias altas de radio y las frecuencias bajas de ruido eléctrico.
Un filtro simple (o de primer grado) se encuentra formado por una resistencia y un condensador con alguno de los dos conectados a tierra, mientras que el otro se encuentra en el camino de la señal.
Un filtro pasa alto permite que sólo las frecuencias mayores que el límite del filtro lo atraviesen, mientras que las frecuencias bajas se descartan. Un filtro pasa bajo hace justo lo contrario.
La frecuencia de corte de un filtro se calcula con la fórmula:
f = 1/(2 * π * R1 * C1)
Donde f es la frecuencia en Hertz (Hz); R1 es el valor de R1 en ohms, C1 es el valor de C1 en faradios (F) y π es el número Pi (3,141592...).
Si C1 se expresa en microfaradios (µF), R1 debe estar expresado en megaohms.
Unos buenos límites de frecuencia, que además son muy utilizados podrían ser 40Hz - 30 000 Hz (30 KHz). El límite de audición humana está entre los 20 y los 20 000 Hz.
Sin embargo es posible que quieras alterar el límite inferior de frecuencia si planeas tocar con afinaciones realmente bajas (por ejemplo las que se usan en Gnu Metal) o si utilizas cuerdas de calibre grueso (como las .013) o diseñas el efecto para un bajo más que para una guitarra. En ningún caso deberías irte por debajo de 20 Hz porque esta es la frecuencia más baja audible.
El cálculo del valor de C1 funciona de la misma forma:
C1 = 1/(2 * π * R1 * f)
Ganancia = (10k + 1k)/1k = 11 (la ganancia de una distorsión usualmente se encuentra comprendida entre 100 y 200)
C1 = 1/(2 * PI * 0.001M * 40Hz) = 0,039µF = 39nF
El valor de 39nF no es un valor estándar, por lo que en su lugar podemos utilizar uno de 50nF o de 1µF. Un condensador de 22nF produce una frecuencia límite de 72Hz, la cual es demasiado alta para una guitarra con una afinación baja (un E bajo es de 82Hz). De misma forma, si fuese a utilizar un bajo, elegiría el condensador de 1µF el cual tiene una frecuencia de corte de 15Hz, en caso contrario elegiría uno de 50nF con una frecuencia de corte de 31Hz.
C2 = 1/(2 * PI * 0.01M * 30,000Hz) = 0,00053µF = 530pF
De nuevo, el de 530pF no es un valor estándar, pero el de 470pF si lo es. Este otorga una frecuencia de corte de 33 863 Hz (o 33 KHz).
Fuente de poder
El suministrar energía a los operacionales no es algo tan simple como podrías pensar. No es suficiente con conectar una batería de 9V a los pines V+ y V- del operacional, sino que un operacional requiere ser conectado a una fuente de energía bipolar con un punto "neutro" de tierra o masa para tomar la referencia en torno a la cual va a oscilar la onda de salida; o en su defecto requiere dividir a la mitad el voltaje de entrada.
Fuentes bipolares
Las fuentes de poder se pueden dividir en dos grandes tipos, bipolares y unipolares. Una batería común y corriente o un transformador (fuente) comercial ofrece un suministro unipolar. Muchos circuitos transformadores de corriente alterna hacen uso de fuentes bipolares. Sin embargo si es posible hacer una fuente bipolar con baterías.
Fuente unipolar y bipolar con baterías
Las fuentes de dos baterías son muy poco comunes en los pedales de efectos, y las fuentes bipolares, también se utilizan muy raramente, aunque es un poco más común en estos diseños prácticos de pequeño tamaño.
Una fuente bipolar con una sola batería se construiría como se ve a continuación:
Este tipo de fuentes crea una "tierra virtual" a la mitad del voltaje nominal de la batería.
Los dos tipos pueden ser utilizados para energizar un operacional si no quieres hacer uso del "biasing" que se describe un poco más abajo.
Biasing
El Biasing es una forma común de energizar operacionales utilizando fuentes unipolares tales como baterías o "transformadores" comerciales.
Básicamente el biasing es la creación de una fuente bipolar como la descrita un poco más arriba, dentro del propio circuito de alimentación del operacional. Se consigue conectando dos resistencias entre el +VCC y la "tierra" para conseguir dividir en dos el voltaje que se utiliza como referencia para el operacional.
El circuito de arriba es un ejemplo simple de hacer un bias con un operacional. Este circuito tiene dos resistencias conectadas desde el positivo al negativo de la batería y un condensador electrolítico para reducir el ruido.
Uno puede encontrar este tipo de biasing en casi todos los efectos de distorsión. Para mencionar un par, por ejemplo en el Ibanez TubeScreamer, MXR Distortion+ y ProCo Rat.
Eligiendo el operacional
Hay tantos tipos de operacionales en el mercado que elegir el correcto para ti, es cualquier cosa menos una tarea fácil. Sin embargo, el experimentar con diferentes operacionales, no es difícil. La mayor parte de los operacionales hacen uso de un conexionado de patillas estándar tipo 741 (es el nombre de un antiguo operacional muy utilizado en su tiempo)
Experimentar con diferentes operacionales es tan fácil como soldar un zócalo en un circuito impreso y cambiar a gusto entre diferentes operacionales.
Puedes experimentar con operacionales bifet como el LF351 (de bajo consumo) o LF356 (bajo ruido); o con jfet como el TL071 (bajo ruido) o TL081 (bajo consumo); el RC4558 muy utilizado en viejos amplificadores Marshall.
O si quieres experimentar con diseños más complejos puedes hacer uso de operacionales dobles como el TL072; TL082; o si quieres sonidos realmente exquisitos con operacionales Rail-To-Rail como el TLC 2262 que comparten todos el mismo patillado:
Perillas y Controles
Los efectos de distorsión por lo general poseen tres controles: Drive, Volume y Tone.
El control "Drive" ajusta la cantidad de distorsión que el efecto entrega. El control de Volumen ajusta el nivel de la señal de salida, mientras que el control "Tone" ajusta el color del sonido que sale del efecto.
El control de tono es por lo general un filtro pasa-bajo ajustable.
Aquí se muestran dos formas de ajustar el nivel de "Drive":
Estos circuitos de más arriba hacen uso de dos estrategias diferentes para controlar la cantidad de distorsión que entrega el efecto.
La primera forma es ajustando la señal que ingresa al operacional. Una señal más alta al ingreso, causa mayor nivel a la salida, hasta que se alcanza la de saturación del elemento amplificador y comienza a aparecer el "Overdrive".
La segunda forma es reemplazar la resistencia en el bucle de retroalimentación por un potenciómetro. Al girar el potenciómetro se altera la ganancia del operacional, y por encima de cierto nivel de ganancia, el operacional empieza a saturar y genera el "Overdrive".
La desventaja (o no) de este segundo método es que esto modifica la frecuencia de corte del filtro pasa alto que rodea al operacional.
Control Volume
El de arriba es un circuito de control de volumen. Es prácticamente el mismo en todos los tipos de distorsiones. El capacitor a la salida sirve para proteger al amplificador de potencia de cualquier corriente continua que pudiera salir del operacional.
Es de notar que este diseño puede funcionar también como un control de tonos, por lo que es recomendable utilizar un capacitor lo más grande que sea posible para no afectar el tono de la señal. Un condensador de 10µF sería una buena elección.
Control Tone
Este diseño representa a un circuito de control de tonos muy común. Se trata de un filtro pasa-bajo variable. Puedes encontrar un buen valor para este condensador en la forma en que lo hicimos antes para los filtros pasa bajo. Un buen valor del potenciómetro estaría en el rango entre los 100K y los 500K.
Este segundo diseño es un poco más sofisticado, y es del tipo que originalmente se encontraba en un efecto llamado Big Muff. Posee un pasa-bajo (R1 y C1) y un pasa-alto (R2 y C2); además de un potenciómetro lineal (R3) que se utiliza para controlar los filtros.
Cuando necesites un pequeño cambio en el tono, es mejor que utilices el control de tonos simple. Si necesitas un control de tonos más versatil, entonces podrías optar por el control de tonos tipo Big Muff
Eligiendo los diodos
Elegir los diodos para hacer el recorte de señal en tu distorsión puede que sea la parte más divertida de todo el proceso de diseño. Los diodos de recorte son como el helado, algunos tienen un sabor como a fresas y otros parece que tuvieran chispas de chocolate.
En el esquema de arriba puedes ver diodos de recorte suave y duro. Los calificativos de "suave" y "duro" describen bastante bien el sonido que producen.
Los diodos de recorte suave redondean suavemente los picos de la señal de salida; mientras que los diodos de recorte duro cortan bruscamente los picos de la señal.
Como puedes ver, la onda recortada suavemente tiene una forma más redondeada que la que está recortada en forma dura.
El recorte suave se hace con la combinación de diodos de Silicio y Germanio 1N4001 y 1N34; mientras que el recorte duro con dos diodos de silicio 1N914.
Existen muchas opciones para los diodos de recorte puedes probar con 1N4001 (Si), 1N34 (Ge), 1N270 (Ge), 1N914 (Si), LEDs; etc.
Clipping asimétrico
Sobre estas líneas puedes ver un diseño especial con diodos de recorte. Este diseño tiene dos diodos en un lado y uno solo diodo en el otro. Este diseño recorta la onda en el pico positivo o negativo (dependiendo de como pongas los diodos), más que en el otro pico. Esto brinda un sonido bastante especial con tendencia a producir sobretonos y sonidos octavados bastante musicales.
Este segundo diseño proviene del Shaka Braddah III de Jack A, Orman y Aaron Nelson. Este diseño hace uso de diodos y MOSFET para crear el recorte. Esto produce un recorte suave muy dulce, agradable y blusero. Los diodos originales eran de germanio 1N34 y los MOSFET eran IRF520.
Ahora que ya conoces los fundamentos básicos de la distorsión con operacionales, y el recorte con diodos, puedes empezar a jugar con tus propios diseños.
Un poco más abajo verás un diseño de Rikupetteri Salminen, donde se aprovechan todas las técnicas descritas un poco más arriba.
Integrando elementos: Distortion/Overdrive de Rikupetteri Salminen
Este diseño hace uso de todas las técnicas explicadas anteriormente en este post.
Vamos a hacer una pequeña revisión del circuito.
R1 actúa como un filtro previniendo el ruido de click cuando se enchufa o desenchufa el plug de la guitarra. C2 actúa también como filtro, previniendo que se derive voltaje continuo hacia la guitarra.
La combinación de R1 y C2 también actúa como filtro pasa alto. R2 y C1 forman un filtro pasa-bajo, que descarta las radiofrecuencias.
La entrada se encuentra aterrizada a través de R3, R4 y R5 establece la ganancia. Debido a que R4 es un potenciómetro, la ganancia puede ajustarse desde 1 a 101.
R5 y C4 forman otro filtro pasa bajo. R4 y C3 forman el filtro pasa alto, y debido a que R4 es un potenciómetro, la frecuencia de corte varía mientras ajustas el potenciómetro.
D1 y D2 forman el circuito de recorte suave que puede ser encendido o apagado por medio del interruptor S1.
C5 evita que se derive corriente continua hacia el amplificador. Ya que C5 y el control de volumen R7 forman un filtro pasa alto, el valor de C5 tiene que ser lo suficientemente alto como para prevenir que haya una frecuencia de corte audible (uno de 10 µF debería ser suficiente)
D3 y D4 forman el circuito de recorte duro que puede ser encendido o apagado con el interruptor S2.
Utilizar simultaneamente las dos distorsiones dura y suave, producirá un recorte radical en la señal, y puede que no sea una buena idea, por lo que es posible que S1 y S2 formen parte de un único interruptor inversor de dos circuitos (DPDT). Pero puedes probar a ver que tal.
R6 y C6 forman un filtro pasa bajo variable, que se utiliza como control de tonos. R7 es el control de volumen el cual, afortunadamente no necesita mayores explicaciones.
Puedes añadirle al circuito un control de tonos tipo Big Muff, o un recorte asimétrico con diodos. Puedes experimentar con un clipping al estilo Shaka Braddah, y otras técnicas.
Este es simplemente un circuito base
Experimenta con diferentes operacionales, diferentes diodos y diferentes valores. Existen tantas posibilidades, que puede que te lleve un tiempo encontrar la que mejor te queda a tí.
En post posteriores probablemente tratemos algunos efectos clásicos, y hagamos un análisis de los mismos.
Por las dudas, quédate en sintonía.
Hasta la próxima
