PERBANDINGAN KINERJA FILTER DIGITAL IIR DAN FIR UNTUK MEREDUKSI DERAU INTERFERENSI JARINGAN LISTRIK 60 Hz PADA SINYAL EKG

A COMPARISON OF DIGITAL FILTER IIR AND FIR TO NOISE REDUCE 60 Hz POWER LINE INTERFERRENCE ON ECG SIGNAL

By

Elisabhet Yori Vitariasni

A comparison has been done on the work of IIR and FIR filter in reducing the interfference of 60 Hz power line on ECG signal. This research has been done to find out the work of IIR and FIR filter and to compare it both quantitatively and qualitatively. The ECG data is a secondary data that is taken from www.physionet.org . The ECG data contains noise was being filtered so that there is ECG data that is free of noise that can be used by the doctor to acknowledge the heart condition of a patient. IIR uses Pole Zero method while FIR uses Windowing Methods they are Rectangular Windowing, Bartlet Windowing and Hanning Windowing.The result of the research shows that quantitatively IIR filter has a better work compared to FIR filter in reducing the 60Hz noise powerline interfference. The work can be seen from the SNR score by IIR filter that reached 32.2008 dB on average and the SNR FIR filter Rectangular Windowing reached 15.6812 dB on average, SNR Bartlet Windowing methods reached 19.1354 dB and SNR Hanning Windowing methods reached 23,2296 dB on average.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan Penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

1. Rata-rata nilai SNR hasil reduksi derau interferensi jaringan listrik 60 Hz pada sinyal EKG menggunakan filter IIR metodePole Zeroadalah sebesar 32.2008 dB.

2. Rata-rata nilai SNR hasil reduksi derau interferensi jaringan listrik 60 Hz sinyal EKG menggunakan filter FIR dengan window Rectangular, BartletdanHanning masing-masing sebesar 15.6812 dB, 19.1354 dB, dan 22.2396 dB.

3. Kinerja filter IIR metode pole zero lebih baik dibandingkan dengan filter FIR windowRectangular, BartletdanHanningdalam mereduksi noise interferensi jaringan listrik 60 Hz.

4. Kinerja filter FIR window Hanning lebih baik dibandingkan filter Window Rectangulardan WindowBartlet.

B. Saran

Berdasarkan Penelitian yang telah dilakukan dapat disarankan beberapa hal sebagai berikut :

1. Perlu diaplikasikan filter IIR dan FIR dengan metode yang lain, untuk mengetahui perbandingan kinerja filter secara kulitatif dan kuantitatif. 2. Perlu diaplikasikan filter sinyal untuk file-file EKG yang lain.

3. Perlu diaplikasikan filter sinyal untuk noise-noise lain yang terkandung dalam EKG selain interferensi jaringan listrik AC 60 Hz.

A. Biolistrik

Biolistrik adalah energi yang dimiliki setiap manusia yang bersumber dari ATP (Adenosine Tri Posphate)dimana ATP ini di hasilkan oleh salah satu energi yang bernama mitchondria melalui proses respirasi sel. Biolistrik juga merupakan fenomena sel. Sel-sel jaringan tubuh manusia mampu menghasilkan potensial listrik yang merupakan lapisan tipis muatan positif pada permukaan luar dan lapisan tipis muatan negative pada permukaan dalam bidang batas/membrane (Carr, 1998). Di dalam sebuah sel terdapat ion Na+, K+, Cl-dan protein. Pada saat membran sel istirahat (tidak ada sinyal listrik) muatan di dalam sel lebih negative daripada di luar sel. Jika terdapat rangsangan maka ion Na+akan masuk dari luar menuju dalam sel dan membrane sel berada dalam keadaan depolarisasi. Terjadinya depolarisasi sel membrane secara tiba-tiba disebut potensial aksi. Kemampuan sel syaraf (neurons) menghantarkan isyarat biolistrik sangat penting. Transmisi sinyal biolistrik (TSB) mempunyai sebuah alat yang dinamakan Dendries yang berfungsi mentransmsikan isyarat dari sensor ke neuron. Stimulus untuk mentringer neuron dapat berupa tekanan, perubahaan temperature, dan isyarat listrik dari neuron lain. Aktifitasi biolistrik pada suatu otot dapat menyebar ke seluruh tubuh seperti gelombang pada permukaan air. Pengamatan pulsa listrik

tersebut dapat dilakukan dengan memasang beberapa elektroda pada permukaan kulit. Biolistrik juga terjadi di dalam organ jantung(Anonymous, 2011).

Jantung berdenyut secara berirama dengan urutan tertentu. Denyut jantung diakibatkan oleh depolarisasi sel membrane otot jantung dalam bentuk perambatan potensial aksi yang menghasilkan kontrkasi otot. Pada sel jantung, depolarisasi tidak membutuhkan rangsangan karena ion Na+ mudah bocor atau mudah bergerak. Empat bagian jantung yaitu atrium (dextra & sinistra) & ventrikel (dextra & sinistra). Sistem konduksi listrik pada jantung mempunyai urutan sebagai berikut, Sino Atrio Nodus, Atrio Ventrikuler Nodus Berkas Hisdan Serabut Purkinje,seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 1. Anatomi Fisiologi Jantung (Suarsana, 2011)

Nodus sinoatrium (SA node)

Nodus atrioventrikular (AV node)

Septum interventrikluar

Berkas Cabang kanan

Sistem Purkinje

Serabut Purkinje Junction AV Berkas HIS

Berkas cabang kiri Jalur Atrial

Sino Atrio(SA) node mengalami gelombang depolarisasi ke atrium kiri dari atrium kanan dalam 70 sekon terjadi kontraksi atrium. Gelombang depolarisasi berlanjut ke Atrio Ventrikuler (AV) node, AV node mengalami depolarisasi. Gelombang dari AV node melalui bundle of his (BH) dan diteruskan ke bundle branch (BB) BB mengalami depolarisasi. Diteruskan ke jaringan purkinye kemudian ke endokardium dan berakhir di epikardium menyebabkan terjadinya kontraksi otot jantung Setelah repolarisasi, keadaan miokardium menjadi relaksasi (Suarsana, 2011) .

B. Elektrokardiogram

Elektrokardiogram (EKG) adalah grafik rekaman aktivitas kelistrikan jantung oleh alat yang disebut elektrokardiografi. Karena tubuh manusia merupakan konduktor yang baik, maka impuls yang berasal dari jantung dapat merambat ke seluruh tubuh. Sinyal bioelektrik yang dipancarkan oleh jantung dapat direkam dengan menggunakan galvanometer dengan menggunakan elektroda-elektroda yang diletakkan pada berbagai posisi di permukaan tubuh (Karim,1996). Beda potensial listrik atau tegangan listrik muncul karena adanya proses depolarisasi dan repolarisasi serabut otot jantung(Meurs, 1990).

Pada dasarnya gelombang EKG terdiri dari banyak gelombang, yang tiap gelombangnya mewakilkan satu denyut jantung. Satu gelombang EKG berupa gelombang P, QRS kompleks dan gelombang T seperti pada gambar 2.

Gambar 2. Gelombang PQRS (Wikipedia.com)

Gelombang P, terjadi tepat sebelum kontraksi aurikel (depolarisasi atrium). Kompleks QRS, berhubungan dengan saat mulainya kontraksi ventrikel (depolarisasi ventrikel). Gelombang T, terjadi pada akhir kontraksi ventrikel (repolarisasi ventrikel, kembali kekondisi istirahat). PR-interval adalah periode waktu dari mulai depolarisasi atrium ke mulainya depolarisasi ventrikel. ST-interval : periode waktu diantara penyelesaian depolarisasi ventrikel dan mulainya repolarisasi ventrikel. Dalam beberapa hal dapat diamati sebuah gelombang kecil U yang mengikuti gelombang T, tetapi biasanya tidak jelas. Gelombang U menyatakan relaksasi ventrikel (Widjaja, 1990).

Gelombang sinyal EKG terdiri dari beberapa gelombang PQRS, gambar 2 merupakan contoh cuplikan sinyal EKG.

Sinyal EKG dipengaruhi oleh beberapa noise yang tidak diinginkan,

diantaranya adalah noise yang berasal dari kontraksi yang terjadi dibawah elektroda EKG, noise yang disebabkan karena kurangnya kontak elektroda dengan kulit, noise yang disebabakan karena pergerakan subyek selama perekaman serta interferensi jaringan listrik 60 Hz. Noise yang ada didalam sinyal EKG, dapat diketahui dengan melihat spektrum sinyal EKG (Cliford, 2007). Berikut ini ditunjukkan spketrum sinyal EKG, gambar a merupakan sinyal EKG murni yang masih mengandung derau (noise), dan gambar b merupakan gambar spektrum sinyal EKG yang telah difilter.

Gambar 3.a merupakan gambar EKG yang terinferensi jaringan listrik

PLN, derau atau noise terlihat jelas pada gambar tersebut. Noise berada pada frekuensi 60 Hz. Gelombang PQRS menjadi tidak jelas karena adanya gelombang lain yaitu noise. Noise ini akan mempengaruhi analisis dokter dalam menentukkan kondisi jantung. Gambar 3b merupakan contoh sinyal EKG yang sudah difilter sehingga tidak ada lagi interferensi jaringan listrik yang menyebabkan noise. Gambar 3b merupakan gambar yang siap untuk dianalisis oleh dokter. Gambar 3. menggunkan IIR comb filter (Wu,2008).

C. Filter

Filter analog adalah rangkaian elektronik yang digunakan untuk mengolah frekuensi suatu sinyal dengan cara diloloskan atau diredam. Berdasakan cara kerjanya filter dapat dibedakan menjadi 4 macam yaitu :

1. Bandpass filter (tapis lolos pita), membagi kedua komponen frekuensi atas maupun bawah.

2. Bandstop filter (tapis tengah pita), membuang frekuensi tengah, dan meneruskan komponen frekuensi atas dan bawah.

3. Highpass filter (tapis lolos atas), meneruskan komponen frekuensi atas pada keluaran, dan menghilangkan komponen frekwensi bawah.

4. Lowpass filter (tapis lolos bawah), meneruskan komponen frekuensi bawah sebagai keluaran dan mengurangi komponen frekuensi tinggi (Tanudjaja, 2007)

Secara umum terdapat 2 macam Filter (tapis) yaitu filter analog dan filter

digital. Filter analog menggunakan rangkaian elektronik yang terbuat dari resistor, kapasitor maupun op-amp untuk menghasilkan rangkaian filter, sedangkan filter digital menggunakan digital processor untuk melakukan kalkulasi numerik. Prosesor digital yang digunakan yaitu PC dan DSP Prosesor (Digital Signal Processing)(Haykin, 1991).

Pengolahan sinyal digital menggunakan transformasi diskrit, transformasi yang sering digunakan adalah transformasi z yang merupakan prosedur deret sinyal masukan x(n) menjadi deret sinyal keluaran y(n). Filter digital bekerja berdasarkan data masukan diskrit dari cuplikan-cuplikan sinyal kontinu, yang kemudian diubah oleh konverter analog ke digital menjadi data digital biner, data data digital inilah yang nanti dapat dimanipulasi kinerja dan spektrum sinyalnya dengan prosesor digital. Hasil dari data digital ini dikembalikan ke dalam bentuk analog bila diinginkan dengan konverter digital to analog . Penerapannya filter digital pada pengolahan sinyal dapat digunakan dalam noise reduction, image processing, antialiasing dan menghilangkan pseudoimages pada multirate processing, matched filtering, osilator digital. Proses tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 4. Proses pengolahan dalam filter digital

Beberapa keunggulan dari filter digital setelah melalui proses pengolahan sinyal adalah : (Gunawan, 2012)

1. Pengaturan frekuensi cuplikan sehingga daerah kerja yang dapat dipilih sangat lebar (meliputi frekuensi rendah dan frekuensi tinggi). Termasuk frekuensi sangat rendah sehingga dapat digunakan untuk aplikasi elektronika biomedis. 2. Respon fasa yang benar-benar linear.

3. Karena menggunakan programmable processor, respon frekuensi dapat dipilih secara langsung secara otomatis.

4. Beberapa sinyal masukan dapat disimpan untuk keperluan selanjutnya.

5. Berkembangnya teknologi pico memungkinkan penggunaan hardware yang lebih kecil, komsumsi daya yang kecil, menekan biaya produksi, dan single chip.

Secara umum, filter analog yang banyak digunakan sebagai filter dasar adalah filter Butterworth, filter Chebyshev, dan filter elliptic. Sedangkan filter digital dibedakan menjadi 2 macam yaitu filter IIR dan filter FIR.

Analog to Digital Corventer

ADC

Processor Digital

Digital to Analog Corventer

DAC

Interface _Interface

D. Filter Butterworth

Filter analog berfungsi sebagai filter dasar dalam membuat sebuah filter digital. Salah satu filter analog adalah filter Butterworth. Filter analog Butterworth didapatkan dengan cara mengetahui fungsi alih dari rangkaian low pass filter (LPF) analog. Butterworth menunjukkan suatu formula untuk menentukkan nilai pole-pole orde ke-n dari fungsi alih.

Filter Butterworth mempunyai persamaan umum :

(

) =

( )

( )

=

=

Sebagai perjanjian simbol untuk frekuensi analog yang digunakan adalah Ω , jadi simbol ωdigantiΩ sehingga persamaan 2.1 diganti menjadi:

( ) =

Magnitude dari filter Butterworth (persamaan 2.1) adalah :

| ( )| =

=

( )

=

( )

Persamaan 2.3 diubah kebentuk Laplace s = jΩ atau Ω = s/j, menjadi :

| ( )| =

( )

Berdasarkan persamaan 2.4, Butterworth memformulasikan untuk filter orde N dengan persamaan :

| ( )| = ( ) ( ) = 1 1 + ( )

2.1

2.2

2.3

2.4

Dimana N adalah orde filter. Besarnya orde (N) dari filter dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

=

Untuk mendapatkan fungsi alih filter Butterworth orde N digunakan Tabel polinomial Butterworth berikut ini.

Tabel 1. Polynomial Butterworth

a8 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 N

1 1 5.136 1 4.49 13.14 1 3.86 10.10 21.85 1 3.24 7.46 14.61 25.69 1 2.61 5.24 9.14 14.61 21.85 1 2 3.14 5.24 7.46 10.10 13.14 1 1.414 2 2.61 3.24 3.86 4.49 2.316 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6, a7,a8merupakan koefesien yang akan digunakan dalam fungsi alih sehingga dihasilkan fungsi alih takik (notch) filter 60 Hz.

E. Filter IIR

Filter IIR (Infinite Impulse Response) adalah filter yang menggunakan struktur feedback yang sering juga disebut denganrecursive structure. Secara umum filter IIR dapat digambarkan dengan diagram blok dan fungsi alih dibawah ini.

Gambar 5.Blok Diagram IIR(closed loop)

Dengan x(z) adalah masukkan, y(z) adalah keluaran, sedangkan a dan b adalah koefesien filter. Dalam domain z, fungsi alih filter IIR dapat dituliskan sebagai berikut :

( ) =

Filter IIR mempunyai beberapa metode, salah satunya adalah penempatan Pole Zero. Metode ini memanfaatkan sifat dari pole dan zero. Pole Zero filter dirumuskan dengan persamaan,

( ) =

Dengan a dan b merupakan koefesien yang membuat nol dari fungsi alih. Pada koefesien pembilang (zero) z dubah menjadi (Orfanidis, 2010)

X(z) Y(z)

2.7

2.8

-F. Filter FIR

Filter FIR (Finite Impulse Respons) adalah filter yang tidak menggunakan feedback yang sering disebut dengan non-recursive structure. Keluaran sinyal sebelumnya tidak dapat digunakan untuk memproses sinyal masukan.filter FIR kurang stabil dan memiliki fasa yang lebih linear, namun membutuhkan banyak memori atau perhitungan untuk mencapai karakteristik respon yang diinginkan.

Secara umum filter FIR dapat digambarkan dengan diagram blog dan fungsi alih dibawah ini

Gambar 6. Blog Diagram FIR(open loop)

Dengan x(z) adalah masukkan, y(z) adalah keluaran, sedangkan b adalah koefesien filter. Dalam domain z, fungsi alih filter FIR dapat dituliskan sebagai berikut :

Secara matematis proses filter FIR dapat dinyatakan sebagai berikut :

[ ] = [ ] [ ]

( ) =

X(z) Y(z)

2.9

Karena impluse respon terbatas maka (finite) sehingga persamaan diatas berubah menjadi :

[ ] = [ ]

Impulse respon h[m] terdiri atas koefesien-koefesien bm, yaitu h[m] = [b0 b1 b2 b3...bm]. Proses filter FIR dalam domain waktu merupakan konvolusi antara sinyal input digital x(n) dengan impulse respon FIR h(n) yang menghasilkan keluaran y(n).

Bentuk struktur filter FIR adalah sebagai berikut :

xo

Gambar 7. Bentuk Struktur filter FIR

Untuk membuat filter FIR sesuai spesifikasi yang diinginkan harus diketahui harga-harga koefesien-koefesien penyusun impulse respon.

Dalam bentuk spektrum frekuensi, impuls respon filter dinyatakan dengan persamaan :

( ) = = ( )

Hd(ejω) merupakan fungsi periodik dengan periode =2 π.

Untuk memperoleh kembali hd(n) maka persamaan 2.12 dinvers menjadi persamaan :

( ) = ( )

z

-1

z

-1

z

-1

X1 X2

X X X X

b0 _{b1 b2 b3}

+ + + Y0

2.11

2.12

Impulse respon filter terdiri dari 4 macam yaitu lowpass, highpass,

bandpass dan bandstop. Impulse respon didapatkan dengan menggunakan batas-batas integral yang disesuaikan dengan spesifikasinya.

Frekuensi respon untuk impulse respon bandstop filter adalah sebagai berikut:

[ ] =

( ( ))

(

( ( ))

( )

;

1

;

=

Pada filter FIR sangat diperlukan untuk menentukkan panjang filter yang memenuhi syarat yang artinya sinyal informasi yang difilter tidak bekerja pada daerah osilasi. Bila bekerja pada daerah osilasi, maka sinyal masukkan akan menjadi terosilasi. Supaya sinyal masukkan tidak terosilasi, impulse respon filter harus dikonvolusi dengan suatu fungsi yang disebut Window. Proses windowing dapat dirumuskan dengan persamaan :

( ) = ( ) ( )

dengan h(n) = impulse respon filter FIR windowing dan w(n) = fungsi window. Beberapa fungsi window yang dapat digunakan pada proses windowing :

1).Window Rectangular

Fungsi windownya : [ ] = 1, 0 ,

0,

2).Window Bartlet

Fungsi windownya : [ ] =

2 , 0 2 2 2 , 2

0,

3).Window Hanning

2.14

Fungsi windownya : [ ] = 0.5 0,5 cos(2 ), 0

0,

(Surtono, 2010).

Untuk mengetahui kinerja suatu filter digunakan sebuah besaran yang disebut dengan SNR (Signal Noise Ratio) yaitu perbandingan antara sinyal dengan noise, dirumuskan :

(

) =

log 10

[ ]

( [ ] [ ])

x[n] = Sinyal EKG awal

xdn[n]

=

Sinyal EKG setelah difilter (Alfaouri, 2008).

Dalam operasi filter, terdapat operasi konvolusi sinyal seperti pada persamaan 2.15. Proses konvolusi secara umum dapat dijelaskan dalam persamaan sebagai berikut.

( ) = ( ) ( ) = ( ) ( ) ( ) = ( ) ( )

= ( ) ( )

(Tanudjaja, 2007). 2.16

2.17

2.18

G. Bahasa Pemograman Matlab

MATLAB (Matrix Laboratory) adalah sebuah program untuk analisis dan komputasi numerik. Pada awalnya, program ini merupakan interface untuk koleksi rutin-rutin numerik dari proyek LINPACK dan EISPACK, namun sekarang merupakan produk komersial dari perusahaan Mathworks, Inc. MATLAB telah berkembang menjadi sebuah environment pemrograman yang canggih yang berisi fungsi-fungsi built-in untuk melakukan tugas pengolahan sinyal, aljabar linier, dan kalkulasi matematis lainnya. MATLAB juga berisi toolboxyang berisi fungsi-fungsi tambahan untuk aplikasi khusus.

MATLAB bersifat extensible, dalam arti bahwa seorang pengguna dapat menulis fungsi baru untuk ditambahkan pada library ketika fungsi-fungsi built-in yang tersedia tidak dapat melakukan tugas tertentu. Kemampuan pemrograman yang dibutuhkan tidak terlalu sulit bila memiliki pengalaman dalam pemrograman bahasa lain seperti C, PASCAL, atau FORTRAN.

Matlab sangat cocok digunakan dalam pengolahan sinyal digital karena menyediakan signal processing tools (Sptools). Sptools pada Matlab digunakan sebagai alat visualisasi untuk desain dan menganalisis filter digital. Sptool merupakan graphical user interface yang mampu menganalisis dan memanipulasi signal, filter dan spektrum frekuensi. Desain filter dengan Sptools memperbolehkan pengguna untuk memilih algoritma desain filter yang digunakan ketika membuat filter. Algoritma desain ini diantaranya terbagi untuk filter FIR dan filter IIR. Untuk filter FIR terbagi dalam equiripple, least squares, Kaiser

Windows dan untuk fiter IIR adalah butterworth, chebyshevtipe 1 dan 2,

serta elliptic. Pengguna juga diperbolehkan menspesifikasikan filter lowpass, bandpass, high pass atau bandstop . Desain dari sptools filter akan ditampilkan dalam respon besaran dan tampilan orde filter (Adrian, 1995).

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan dari bulan Agustus 2012 sampai dengan November 2012 dan dilakukan di Laboratorium Fisika Komputasi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

B. Alat dan Bahan

Dalam penelitian ini, menggunakan peralatan sebagai berikut :

1. Personal Computer (PC) : digunakan untuk melakukan pengolahan data.

2. Software Matlab : digunakan untuk membuat program filter EKG menggunakan IIR dan FIR. Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah data sekunder yaitu data EKG yang mengandung noise interferensi jaringan listrik 60 Hz yang diperoleh dari MIT BIH Database www.physionet.org.

C. Prosedur Penelitian

Langkah kerja penelitian ini dibagi menjadi 2 yaitu sebagai berikut : 1. Perancangan Penelitian

Perancangan Penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir penelitian berikut ini.

Gambar 8. Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dimulai dengan merancang konsep yang akan digunakan dalam penelitian. Setelah konsep terbentuk, dilakukan pengambilan data EKG yang mengandung noise 60 Hz, noise berasal dari interferensi jaringan listrik. Setelah mengambil data, dilanjutkan dengan pembuatan filter IIR dengan metode Pole Zero serta pembuatan filter FIR dengan 3 window yaitu Rectangular, Bartlet, dan Hanning. Kemudian proses pemfilteran dilakukan dengan program menggunakan software Matlab.

Hasil running program merupakan hasil penelitian, berupa grafik yang menunjukkan sinyal EKG sebelum dan sesudah difilter sesuai dengan masing-masing filter yang digunakan serta nilai SNR masing-masing-masing-masing filter.

Perancangan Konsep

Pengambilan data EKG

ber noise

Pembuatan Filter IIR dan

FIR

Pemfilteran Sinyal bernoise

2. Perancangan Perangkat Lunak

Perangakat lunak (software) pada penelitian ini menggunakan program Maltab. Sebelum membuat program, terlebih dulu ditentukkan karakteristik filter yang akan digunakan. Pada filter IIR berlaku karakteristik filter sebagai berikut.

Fs= 360 Hz (sesuai data Physionet), fc = 60 Hz, k1= -3 dB, k2= -15 dB, fu= 61 Hz, fl= 59 Hz,ω0= 2πfl/Fs,✄ ✁ , = 2 , = .

k1dan k2 merupakan atenuasi stopband filter. Ketentuan tersebut digunakan untuk merancang program dalam matlab.

Berikut ini merupakan diagram alir untuk program filter IIR .

Gambar 9. Diagram alir Filter IIR notch 60 Hz. Mulai

Selesai

Karakteristik Filter fs, f1, Q, ω0, k1, k2, fu,fc,fl,Ω u,Ω l,Ω r,Ω av,N

Low Pass Filter (LPF)

Band Stop Filter (BSF)

Metode Pole Zero

Filtering

Dengan fs= frekuensi sampling, fl= frekuensi bawah dari noise, fc= frekuensi cut off, fs= frekuensi sampling, Q = kualitas,Ω = frekuensi analog, k = faktor kekuatan, ω = frekuensi digital serta N = orde filter. Dalam flowchart, sinyal analog akan diubah menjadi sinyal digital dan setelah itu dilakukan filterisasi untuk menghilangkan noise. Berikut ini flowchart program secara terperinci.

Mulai

Penetapan Koefesien filter

f1=60;fs=360;Q=60;df=f1/Q; fu

W0=2*f1/fs:be=1/(1+tan(dW/2));W0=dW*Q;A=2*cos(W0);B=2*be *cos(W0);C=(2*be)-1b0=[1 -A 1];a=[1 -B C],b=be*b0

Panggil data EKG

Proses Filter

Perhitungan Nuis danSNR

Selesai

Gambar 10. Diagram alir Program IIR metode Pole Zero

Tampilkan respon Magnitudo

Tampilkan Spektrum EKG awal (EKGa)

Tampilkan Spektrum EKG akhir (EKG)

Tampilkan Sinyal EKG awal dan akhir

Tampilkan Sinyal dan Spektrum Nuiss

Untuk filter FIR berlaku karakteristik sebagai berikut.

Fs= 360 Hz, fc = 60 Hz, fp1 = 59 Hz, fp2 = 61 Hz, fs1 = fp1- 0.1 , fs2 = fp2+0.1,

= 2 _, = 2 _, = 2 , = 2 .

Berikut ini merupakan diagram alir untuk program filter FIR

Gambar 11. Diagram alir Filter FIR notch 60 Hz

Dengan ω = frekuensi digital, Ω = frekuensi analog, fp= frekuensi cutoff lowpass, fs = frekuensi stopband, Fs = frekuensi sampling. Pada filter FIR digunakan beberapa window untuk mencegah sinyal masukkan bekerja pada daerah osilasi,

Mulai

Selesai Karakteristik Filter Fs, fs1, ωs1, fp1, ωp1, fs1,

ωs2, fp2, ωp2

Band Stop Filter (BSF) Impulse Respon

Windowing

Filtering

sehingga sinyal yang difilter tepat pada frekuensi yang diinginkan. Berikut ini flowchart program secara terperinci.

Penetapan Koefesien filter Fs=360;fs1=59.5;ws1=2*pi* fs1/Fs;fp1=fs10.1;wp1=2*pi *fp1/Fs;fs2=60.5;ws2=2*pi* fs2/Fs;fp2=fs2+0.1;wp2=2*

Panggil data EKG

Proses Filter

Perhitungan Nuis dan SNR Penetapan fungsi window

Windowing Mulai

Selesai

Gambar 12. Diagam alir Program FIR metode Windowing

Tampilkan respon Magnitudo

Tampilkan Spektrum EKG akhir (EKG)

Tampilkan Spektrum EKG akhir (EKG)

Tampilkan Sinyal EKG awal dan akhir

Tampilkan Sinyal dan Spektrum Nuiss

D. Metode Analisis

Pada penelitian ini, analisis kinerja filter didasarkan hasil secara kualitatif dan kuantitatif. Secara kualitatif dapat diketahui dengan melihat sinyal serta spektrum EKG sedangkan secara kuantitatif berdasarkan pada kinerja filter yang dinyatakan dengan SNR. Nilai SNR akan menentukkan filter yang memilki kinerja paling baik secara kuanitatif. Running program yang berupa penilaian kualitatif akan dituangkan seperti gambar–gambar dibawah ini.

Gambar 13. Grafik Spektrum EKG

Gambar 14. Grafik Respon magnitude filter

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

-50 0 50

spektrum EKG arrhytmia, file=111m

m a g n it u d o (d B )

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

-50 0 50

spektrum EKG arrhytmia, file=112m

m a g n it u d o (d B ) frekuensi (Hz)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0

Respon Magnitudo Filter Notch 60 Hz)

M a g n it u d o ( d B ) Frekuensi (Hz) -3 dB

Gambar 15. Sinyal EKG setelah di download

Selain secara kualitatif, kinerja filter ditunjukkan secara kuantitatif. Perbandingan kinerja filter takik digital IIR metode pole Zero dan FIR metode windowing akan ditampilkan seperti tabel berikut ini .

Tabel 2. SNR dari masing-masing filter

No Sampel IIR Pole Zero FIR Rectangular FIR Bartlet FIR Hanning 1 2 3 4 5 Rata-rata SNR

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 ARhythmia EKG waktu (s) a m p lit u d o

INTERFERENSI JARINGAN LISTRIK 60 Hz PADA

SINYAL EKG

Oleh

Elisabhet Yori Vitariasni

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA SAINS

Pada Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

Interferensi Jaringan Listrik 60 Hz Pada Sinyal EKG

Nama Mahasiswa :Elisabhet Yori Vitariasni

Nomor Pokok Mahasiswa : 0517041006

Jurusan : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing

Arif Surtono, M. Si, M. Eng Gurum Ahmad Pauzi, S. Si, M. T

NIP. 197109092000121001 NIP. 198010102005011002

2. Mengetahui Ketua Jurusan Fisika

Dr. Yanti Yulianti, S. Si, M.Si

1. Tim Penguji

Ketua : Arif Surtono, M.Si, M.Eng

Sekretaris : Gurum Ahmad Pauzi, S. Si, M. T .

Penguji

Bukan Pembimbing : Sri Wahyu Suciyati, M. Si

2.Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof. Suharso, Ph. D

NIP. 19690530199512 1 001

SINYAL EKG (Skripsi)

Oleh :

Elisabhet Yori Vitariasni

0517041006

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2012

INTERFERENSI JARINGAN LISTRIK 60 Hz PADA SINYAL EKG

Nama Mahasiswa : Elisabhet Yori Vitariasni. No. Pokok Mahasiswa : 0517041006

Jurusan : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Menyetujui,

Pembimbing I, Pembimbing II,

Arif Surtono, M.Si, M. Eng Gurum Ahmad Pauzi, S.Si, M.T

Saya yang bertanda tangan dibawah ini, menyatakan bahwa skripsi saya yang

berjudul “Perbandingan Kinerja Filter Digital IIR dan FIR Untuk Mereduksi Derau Interferensi Jaringan Listrik 60 Hz Pada Sinyal EKG” merupakan

karya saya sendiri dan bukan merupakan hasil karya orang lain. Semua hasil tulisan yang tertuang dalam skripsi ini telah mengikuti kaidah penulisan karya ilmiah Universitas Lampung. Apabila dikemudian hari terbukti bahwa skripsi saya ini merupakan hasil penjiplakan atau dibuat orang lain, maka saya bersedia menerima sanksi berupa pencabutan gelar yang telah saya terima.

Bandar Lampung, 14 November 2012

Elisabhet Yori Vitariasni NPM. 0517041006

Dengan hati yang penuh sukacita karya kecil ini dipersembahkan untuk :

Jesus Kristus yang menciptakanku dan membuatku berkarya dalam segala hal. Dia Tuhan yang hebat membuat semua tepat pada waktunya

Bapak Trimo dan Mamak Nur tercinta yang menjadikanku manusia berguna, mendidikku, mendukungku serta selalu mendoakanku

Mas Aris, Mbak Nanik, Mas Yusuf, Mbak Ita, Mas Agus, Mbak Desi, Mas Dewa, Mba Ely, Kak Sales, beserta ponakan-ponakan tercinta (Yolan, Allent, Jesica, Levin,

Daniel,Raya, Arka, Vioy dan Vano) yang selalu mewarnai lembaran hidupku dan menguatkanku dengan segala kasihnya

My Lovely, yang telah menorehkan cerita dan semangat. ALMAMATER TERCINTA

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang MAha Esa karena kasihNya yang setia, rahmatNya yang selalu mengalir dan pertolongannya yang tidak pernah terlambat yang diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang

berjudul “Perbandingan Kinerja Filter Digital IIR dan FIR Untuk Mereduksi Derau Interferensi Jaringan Listrik 60 Hz Pada Sinyal EKG” sebagai salah satu syarat mencapai gelar sarjana pada jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.

Tidak ada gading yang tak retak. Penulis menyadari akan kekurangan dari skripsi ini, yang dikarenakan oleh keterbatasan penulis. Oleh karena itu, penulis senantiasa menerima dengan tangan dan hati terbuka kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan penulisan selanjutnya. Karena itu, dengan penuh sukacita semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Bandar Lampung, Desember 2012 Penulis,

Salam Damai Sejahtera.

Puji syukur dan terimakasih penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat, kasih setia, perlindungan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Arif Surtono, M. Si, M.Eng selaku pembimbing I, terima kasih atas bimbingan, arahan, ilmu, kebaikan, kesabaran dan waktu yang diberikan.

2. Bapak Gurum Ahmad Pauzi,S.Si, M.T selaku pembimbing II, terima kasih untuk saran, bimbingan dan waktu luangnya.

3. Ibu Sri Wahyu Suciyati M.Si sebagai dosen penguji, terima kasih atas kesedian dan waktu yang diberikan.

4. Ibu Dr. Yanti Yulianti, S.Si, M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

5. Seluruh dosen pengajar di Jurusan Fisika FMIPA atas ilmu yang diberikan. 6. Untuk semua teman-temanku seangkatan 2005, sahabat perjuanganku selama

menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Teman-teman kelompok instrumentasi’05 Maria, Agung dan Mas Prawoto kalian teman terbaikku. Beserta kakak tingkat dan adik-adik Fisika.

8. Teman-teman di Prigiskali, atas semua dukungan semangat dan doa.

9. Keluarga besar Bapak R. Sutrimo,semua anggota keluarga yang telah mendukung dan Ry untuk semua motivasi yang diberikan.

Bandar Lampung, Desember 2012 Penulis,

Penulis dilahirkan di Gumuk Rejo pada tanggal 16 november 1987 dan merupakan anak keenam dari enam bersaudara buah kasih pasangan suami istri Robertus Sutrimo dan Anastasia Nuryati. . Pendidikan sekolah dasar diselesaikan di SD Negeri 4 Gumuk Rejo pada tahun 1999, kemudian melanjutkan ke Sekolah Menengah Pertama Xaverius Pagelaran dan diselesaikan pada tahun 2001, sedangkan Pendidikan Menengah Atas diselesaikan di SMA Xaverius Pringsewu diselesaikan pada tahun 2005. Pada tahun yang sama penulis terdaftar di Universitas Lampung Fakultas Matematika dan Ilmu Pengeathuan Alam Jurusan Fisika melalui jalur PKAB (Penelusuran Kemampuan Akademik dan Bakat).

Selama menempuh pendidikan di Universitas Lampung, penulis aktif di organisasi dan kegiatan kemahasiswaan seperti Himafi (2006-2007). Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum untuk mata kuliah Fisika Dasar I dan Fisika Dasar II, Elektronika Dasar I dan II. Pada Tahun 2008 penulis melaksanakan Kerja Praktek di Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAB) Badan Tenaga Nuklir Nasional ( BATAN ) Yogyakarta dan melaksanakan Tugas Akhir (Skripsi) di Laboratorium Elektronika jurusan Fisika FMIPA UNILA.

PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini, menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Perbandingan Kinerja Filter Digital IIR dan FIR Untuk Mereduksi Derau Interferensi Jaringan Listrik 60 Hz Pada Sinyal EKG” merupakan karya saya sendiri dan bukan merupakan hasil karya orang lain. Semua hasil tulisan yang tertuang dalam skripsi ini telah mengikuti kaidah penulisan karya ilmiah Universitas Lampung. Apabila dikemudian hari terbukti bahwa skripsi saya ini merupakan hasil penjiplakan atau dibuat orang lain, maka saya bersedia menerima sanksi berupa pencabutan gelar yang telah saya terima.

Bandar Lampung, 14 November 2012

Elisabhet Yori Vitariasni NPM. 0517041006

PERSEMBAHAN

Dengan hati yang penuh sukacita karya kecil ini dipersembahkan untuk :

Jesus Kristus yang menciptakanku dan membuatku berkarya dalam segala hal. Dia Tuhan yang hebat membuat semua tepat pada waktunya

Bapak Trimo dan Mamak Nur tercinta yang menjadikanku manusia berguna, mendidikku, mendukungku serta selalu mendoakanku

Mas Aris, Mbak Nanik, Mas Yusuf, Mbak Ita, Mas Agus, Mbak Desi, Mas Dewa, Mba Ely, Kak Sales, beserta ponakan-ponakan tercinta (Yolan, Allent, Jesica, Levin,

Daniel,Raya, Arka, Vioy dan Vano) yang selalu mewarnai lembaran hidupku dan menguatkanku dengan segala kasihnya

My Lovely, yang telah menorehkan cerita dan semangat.

ALMAMATER TERCINTA UNIVERSITAS LAMPUNG

MOTTO

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang MAha Esa karena kasihNya yang setia, rahmatNya yang selalu mengalir dan pertolongannya yang tidak pernah terlambat yang diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Perbandingan Kinerja Filter Digital IIR dan FIR Untuk Mereduksi Derau Interferensi Jaringan Listrik 60 Hz Pada Sinyal EKG” sebagai salah satu syarat mencapai gelar sarjana pada jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.

Tidak ada gading yang tak retak. Penulis menyadari akan kekurangan dari skripsi ini, yang dikarenakan oleh keterbatasan penulis. Oleh karena itu, penulis senantiasa menerima dengan tangan dan hati terbuka kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan penulisan selanjutnya. Karena itu, dengan penuh sukacita semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Bandar Lampung, Desember 2012 Penulis,

SANWACANA Salam Damai Sejahtera.

Puji syukur dan terimakasih penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat, kasih setia, perlindungan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Arif Surtono, M. Si, M.Eng selaku pembimbing I, terima kasih atas bimbingan, arahan, ilmu, kebaikan, kesabaran dan waktu yang diberikan.

2. Bapak Gurum Ahmad Pauzi,S.Si, M.T selaku pembimbing II, terima kasih untuk saran, bimbingan dan waktu luangnya.

3. Ibu Sri Wahyu Suciyati M.Si sebagai dosen penguji, terima kasih atas kesedian dan waktu yang diberikan.

4. Ibu Dr. Yanti Yulianti, S.Si, M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

5. Seluruh dosen pengajar di Jurusan Fisika FMIPA atas ilmu yang diberikan. 6. Untuk semua teman-temanku seangkatan 2005, sahabat perjuanganku selama

menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Teman-teman kelompok instrumentasi’05 Maria, Agung dan Mas Prawoto kalian teman terbaikku. Beserta kakak tingkat dan adik-adik Fisika.

8. Teman-teman di Prigiskali, atas semua dukungan semangat dan doa.

9. Keluarga besar Bapak R. Sutrimo,semua anggota keluarga yang telah mendukung dan Ry untuk semua motivasi yang diberikan.

Bandar Lampung, Desember 2012 Penulis,

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Gumuk Rejo pada tanggal 16 november 1987 dan merupakan anak keenam dari enam bersaudara buah kasih pasangan suami istri Robertus Sutrimo dan Anastasia Nuryati. . Pendidikan sekolah dasar diselesaikan di SD Negeri 4 Gumuk Rejo pada tahun 1999, kemudian melanjutkan ke Sekolah Menengah Pertama Xaverius Pagelaran dan diselesaikan pada tahun 2001, sedangkan Pendidikan Menengah Atas diselesaikan di SMA Xaverius Pringsewu diselesaikan pada tahun 2005. Pada tahun yang sama penulis terdaftar di Universitas Lampung Fakultas Matematika dan Ilmu Pengeathuan Alam Jurusan Fisika melalui jalur PKAB (Penelusuran Kemampuan Akademik dan Bakat).

Selama menempuh pendidikan di Universitas Lampung, penulis aktif di organisasi dan kegiatan kemahasiswaan seperti Himafi (2006-2007). Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum untuk mata kuliah Fisika Dasar I dan Fisika Dasar II, Elektronika Dasar I dan II. Pada Tahun 2008 penulis melaksanakan Kerja Praktek di Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAB) Badan Tenaga Nuklir Nasional ( BATAN ) Yogyakarta dan melaksanakan Tugas Akhir (Skripsi) di Laboratorium Elektronika jurusan Fisika FMIPA UNILA.