Análise: Delay Analógico e Digital

Depois de ver muitos vendedores passando delays digitais como analógicos (as vezes sem saber e as vezes intencionalmente) eu resolvi escrever um artigo sobre a diferença entre os dois, como você pode diferencia-los antes de comprar e listar alguns efeitos na categoria em que se encaixam.
Uma terceira categoria são os pedais analógicos com controle digital, onde o timbre continua sendo analógico mas o pedal ganha possibilidades adicionais.



Introdução ao delay:
Como o nome sugere, um pedal de delay cria uma linha de atraso no som que chega ao dispositivo para ser reproduzido posteriormente, junto ao som original em uma proporção dada pelo controle "MIX". O controle "Feedback" controla quanto do som atrasado é realimentado na entrada do delay, criando repetições adicionais que vão decaindo em volume até cessarem. No caso de feedback exagerado a repetição é virtualmente infinita, o sinal é realimentado em uma proporção crescente e o pedal cria um efeito de puro ruido e oscilação.
Alguns delays conseguem efeitos adicionais como chorus ou flanging modulando o tempo de atraso durante o funcionamento do efeito, mas o mecanismo será explicado mais adiante.



Como atrasar o som analogicamente?

Através de circuitos integrados chamados BBDs (Bucket Brigade Devices) ou "dispositivos de brigada de baldes", que fazem uma analogia a várias pessoas combatendo um incêndio enfileiradas, onde a primeira recebe um balde de água (o som) e vai repassando até o final da linha, para a última pessoa jogar a água no incêndio.
No caso dos circuitos integrados as pessoas são transístores, que são dispostos em estágios que atrasam ligeiramente o som. BBDs de 512 estágios como o MN3204 são capazes de delays de até 25,6 ms enquanto BBDs de 4096 estágios como o MN3205 produzem delays de 20,48 a 204,8 ms. Isso significa que pedais analógicos de 600ms tem 3 unidades de 4096 estágios ligadas em série para possibilitar essa duração.
Um oscilador dita a velocidade de transição do sinal de um estágio para o próximo, e o tempo máximo de delay sugerido pelo fabricante significa que acima disso a degradação do audio será alta demais. Quanto menor o delay, maior a qualidade dos "samples" atravessando os BBDs no final.

Como atrasar o som digitalmente?
Nos BBDs temos "amostras" capturadas a partir do som analógico, sem nenhuma conversão e eles passam por vários estágios de atraso. Nos delays digitais o sinal analógico é convertido para digital e armazenado em uma memória, para ser convertido em sinal analógico novamente e reproduzido depois de algum tempo, sem a mesma degradação sofrida nos BBDs. Memórias longas também são mais fáceis de conseguir e baratas do que BBDs de muitos estágios, tornando comuns delays digitais de 3 a 10 segundos e até loopers e samplers a preços convidativos.
A qualidade do delay aqui é dada pela qualidade dos conversores A/D e D/A e a única dificuldade adicional é o uso de um microcontrolador dedicado para a função de coordenar os conversores e registradores de memória.




Distorção Digital em BBDs?

Anteriormente falamos sobre a qualidade do audio em BBDs, e a fórmula para estipular o máximo de delay por estágios vem do mesmo teorema Nyquist-Shannon (explicado em A Tecnologia do Processamento Digital), apesar dos "samples" serem tirados de maneira analógica, o audio ainda é quebrado e reconstruído com uma taxa de amostragem diretamente proporcional ao delay. Se a amostragem cair abaixo de 40Khz o BBD começa a perder a capacidade de reproduzir frequências audíveis.
Também é possível notar no design de delays, chorus e flangers analógicos o uso de dois filtros: O primeiro serve para barrar frequências abaixo de um ponto, reduzindo os efeitos de "click" do oscilador que venham a passar para o audio na saída do BBD. O segundo barra frequências acima de um ponto, para diminuir o ripple dos samples na saída do BBD, como se faria em qualquer conversor D/A em um módulo digital.
Como curiosidade adicional, para compensar a equalização posterior, é possível encontrar em alguns projetos dois estágios anteriores ao BBD que dão "ênfase" nas frequências que serão cortadas posteriormente, para equilibrar.

Degradação analógica.
Se você estiver se perguntando do que se trata aquele efeito clássico de delays analógicos onde o som vai se tornando mais opaco a cada repetição e se degradando, isso é culpa dos filtros citados anteriormente, o sinal que é reinjetado no BBD sofre os cortes dos filtros a cada nova passagem, até se tornar irreconhecível, e a distorção em cada estágio certamente também soma ao efeito. A degradação se intensifica com maior tempo de delay e com maior nível de feedback.

O "falso-analógico":

Tem muita gente vendendo delays baseados no PT2399 como delays analógicos, seja por desinformação ou por má fé. Se trata de um dos CIs mais amplamente usados nos delays handmade como "Rebote Delay", "EchoBase", "LPD White Rabbit" e outros.
Esse CI foi feito originalmente pela Holtek para máquinas de karaoke e outros dispositivos similares e as vantagens são o preço baixo e o fato de ser possível montar um projeto funcional com um número muito reduzido de componentes externos.
Ao lado é possível ver o bloco lógico do componente, ele contém amplificadores operacionais para criar o filtro de ênfase e de corte (citados anteriormente), conversores analógico-digital e digital-analógico, um banco de memória digital, um oscilador e um regulador interno de referencial de tensão. Tudo isso em um único encapsulamento, prático e barato.

Delays Analógicos:
Como referência vou deixar uma lista de delays analógicos com fabricante, modelo, tempo máximo de delay e qual modelo de BBD utiliza no projeto:

Boss DM2 - 300 ms - (1x MN3005)
Boss DM3 - 300 ms - (1x MN3205)
DOD585 - 300ms - (1x MN3005)
DOD FX90 - 300ms - (1x MN3005)
DOD FX96 - 300 ms - (1x MN3005)
Way Huge Aqua Puss - 300 ms - (1x MN3205)
Ibanez CD10 -  300 ms - (1x MN3205)
Maxon AD80 - 300 ms - (1x MN3205)
Maxon AD9 - 450ms - (4x MC4107D)
Maxon AD999 - 900 ms - (8x MC4107D)
EHX Slap Back Echo - 340ms - (1x SAD1024)
EHX Stereo Slap Back Echo - 340ms - (SAD1024)
EHX Deluxe Memory Man - 550ms - (2x MN3005)
EHX Economy Memory Man - 300ms - (MN3005)
ROSS Stereo Delay R-80 - 500ms - (1x SAD1024)
Stinger Analog Delay DE80 - 300ms - (1x MN3005)
BYOC Analog Delay - 800ms - (4x MN3205)

Como saber?
Pesquise! A internet tem muitas informações sobre pedais, é só procurar. E se você vai comprar um pedal handmade, pergunte ao fabricante em qual CI o projeto é baseado. Se a resposta for um dos MNs, SADs ou outros BBDs listados aqui ele é um delay analógico. Se for baseado em DSP ele é digital, e se for baseado no PT2399 ele é digital mas com características de degradação que lembram um pouco os analógicos.