Perambatan Bunyi pada Media

2.2 Perambatan Bunyi pada Media

Bunyi dapat merambat pada tiga media. 1. Udaragas 2. Aircairan 3. Benda Padat Laju Bunyi pada beberapa Material pada 20 C 1 Atm Tabel 2.1 Kelajuan Bunyi pada Material No Material Laju Bunyi ms 1 Udara 343 2 Udara 0 C 331 3 Helium 1005 4 Hydrogen 1300 5 Air 1440 6 Air Laut 1560 7 Besi Baja ≈5000 8 Kaca ≈4500 9 Aluminium ≈5100 10 Kayu Keras ≈4000 Sumber : Giancolli, Douglas. Physiscs Third Edition. New Jersey : Prentice Hall Englewood Cliffs Dari tabel 2.1 kita dapat melihat bahwa kelajuan bunyi pada setiap material berbeda. Pada udara sangar ditentukan oleh kelembaman, meskipun pada material lainnya suhu cukup menentukan namun pada udara sangat mempengaruhi. Khususnya pada material padat laju bunyi lebih tinggi ini dipengaruhi oleh ikatan kimia setiap material yang cukup menetukan kelajuan bunyi. Diketahui Aluminium adalah salah satu material yang menjadi media kelajuan bunyi cukup tinggi. Tabel 2.2 Kuat Bunyi pada bermacam suara Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 No Sumber Suara Intensity dB Intensity Wm 2 1 Jet Plane pada 30 m 140 100 2 Ambang Sakit 120 1 3 Kekuatan konser Rock di udara terbuka 120 1 4 Sirene pada 30 m 100 1x10e-2 5 Auto Interior, bergerak pada 90 kmjam 75 3x10e-5 6 Kesibukan kemacetan jalan 70 1x10e-5 7 Percakapan biasa pada 50 cm 65 3x10e-6 8 Radio tenang 40 1x10e-8 9 Bisikan 20 1x10e-10 10 Desir Daun 10 1x10e-11 11 Ambang Pendengaran 1x10e-12 Sumber : Giancolli, Douglas. Physiscs Third Edition. New Jersey : Prentice Hall Englewood Cliffs 2.2.1 Aktif Kendali Kebisingan Untuk Aktif Kendali Kebisingan bahasa awamnya adalah suara melawan suara yaitu penjelasannya adalah dengan metode sinyal yang telah kita dapatkan harus kita cari anti sinyalnya yaitu yang serupa dengan sinyal awal tapi berlawanan fasa. Dapat kita lihat contoh pada uraian gambar 2.7 dijelaskan sinyal Tegak Amplitudo rendah dengan kondisi tanpa suara. Gambar 2.7 Gelombang Tegak Low Amplitudo diam [7] Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.8 Gelombang Tegak High Amplitudo [7] Dari perbandingan gambar 2.7 dan 2.8 dapat dilihat bahwa amplitudo dalam keadaan diam dengan keadaan amplitudo rendah dan tinggi. Dan terlihat pada amplitude rendah tidak mempunyai bunyi untuk amplitude tinggi bunyi nyaring. Gambar 2.9 Gelombang Tegak pada pergeseran fasa [7] Pada gambar 2.9 diperlihatkan pergeseran fasa yang berfluktuasi terhadapat waktu. Dimana dengan pergeseran fasa tersebut akan terjadi interferensi bunyi yang bertujuan mencapai propagasi sehingga terjadi reduksi. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.10 Dua buah gelombang tegak dengan perbedaan fasa 180 saling meniadakan [7] Pada gambar 2.10 diperlihatkan dua bunyi yang berbeda fasa 180 yang saling meniadakan yang akan menuju kuadran tidak ada bunyi sama sekali. t ω Gambar 2.11 Sinyal Sumber atau Sinyal 1 Pada gambar 2.11 diperlihatkan sebuah sinyal sumber atau sinyal 1 dalam suatu sistem Aktif Kendali Kebisingan. Dimana persamaan yang ditunjukan adalah : t sin A y 1 ϖ = 2.10 Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 t ω Gambar 2.12 Sinyal Lawan atau Sinyal 2 Pada gambar 2.12 ditunjukan sinyal lawan atau sinyal 2 dari suatu sistem Aktif Kendali Kebisingan. Dimana persamaan yang ditunjukan adalah : t sin A y 2 ϖ − = 2.11 t ω Gambar 2.13 Aktif sinyal Pada gambar 2.13 adalah merupakan Aktif Sinyal, dimana sinyal 1 dan sinyal 2 tergabung dengan fasa yang berlawanan 180 dan sinyal saling meniadakan. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Maka persamaan dari penggabungan Sinyal AwalSinyal 1 dengan Sinyal LawanSinyal 2 adalah : 2 1 noise aktif y y Y + = 2.12 t sin A t sin A Y noise aktif = − = ϖ ϖ Sinyal suara mempunyai bentuk kontur yang sangat rumit dan sangat acak. Itu terjadi karena pergeseran fasa yang sangat rapat sehingga menyulitkan pendeteksian jika hanya memakai peralatan yang sederhana. Dasar dari pergeseran phasa pada sinyal bunyi dapat kita lihat pada gambar 2.14 yaitu dari langkah I sampai IX perioda T mengalami perubahan dari ¼ T pertama sampai dengan ¼ T ke sembilan. Pada perubahan yang terjadi inilah pergesaran fasa tersebut bergerak. Dari gambar 2.14 dapat dilihat pada step I ¼ T kemudian amplitude pada posisi 2. Pada step II ¼ T kemudian amplitude bergeser pada posisi 2. Pada step III ¼ T kemudian amplitude bergeser pada posisi 4. Pada sep IV ¼ T kemudian amplitude berada pada posisi 5. Pada step V ¼ T kemudian amplitude berada kembali pada posisi 2 namun pada posisi 12 amplitudo negative lebih negative jika dibandingkan pada step 2. Pada step VI ¼ T kemudian amplitude kembali pada posisi 3 namun pada posisi 10 ke 15 sinyal datar atau flat. Pada step VII ¼ T kemudian amplitude sama dengan step 3 kembali pada posisi 4 namun pada posisi 12 amplitudo naik tajam. Pada step VIII ¼ T kemudian amplitude kembali sama dengan step 4 berada Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 pada posisi 5 namun pada posisi 8 sampai 15 sinyal datar atau flat. Pada step IX ¼ T kemudian amplitude sama dengan step 2 dan 5 pada posisi 2 namun pada posisi 8 amplitudo negatif curam dan amplitudo pada posisi 11 tinggi. Begitulah fluktuasi sinyal yang bergerak. Sangat rumit dan acak sehingga untuk mendeteksinya diperlukan pendekatan perhitungan yang baik untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Gambar 2.14 Pergeseran fasa pada sinyal suara [8] Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Uraian Aktif Kebisingan juga dapat kita lihat dari tampilan sinyal yang telah berfluktuasi pada gambar 2.15, 2.16, dan 2.17. Gambar 2.15 Sinyal Aktif Kebisingan [9] Gambar 2.15 memperlihatkan flukstuasi SPL terhadap frekuensi, dan fluktuasi sinyal suara ini adalah perbesaran dari sinyal realnya. Dikarenakan sinyal real dari suatu bunyi sangat bersifat acak. Dan gambar 2.15 adalah salah satu teknik untuk bisa mendapatkan sinyal secara lebih jelas dari keacakan sinyal bunyi yang begitu rumit. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.16 Sinyal Aktif Kebisingan dengan gradasi warna [9] Gambar 2.16 menunjukan bagaimana Secondary Sound atau Sinyal Lawan mereduksi noise yang ada pada Primary atau Sinyal Sumber plus Secondary Sound. Terlihat warna mendekati 0 atau telah tereduksi. Disini Secondary Sound tidak ditampilkan oleh ISVR Institut of Sound and Vibration Research karena boleh jadi itu merupakan kode etik rahasia yang tidak boleh di publikasikan. ISVR Institut of Sound and Vibration Research adalah merupakan salath satu Institut Sound and Vibration terbaik di dunia, yang mana telah banyak melakukan riset mengenai sound and vibration. Namun untuk Active Nosie Control masih merupakan riset terbaru yang masih terus berlangsung hingga sekarang. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.17 Sinyal Aktif Kendali Kebisingan yang sangat acak [10] Gambar 2.17 adalah ilustrasi dari kerumitan atau keacakan sinyal bunyi yang begitu dinamis. Beberapa referensi dari penelitian yang telah diteliti oleh banyak orang tentang Aktif Kendali Kebisingan Active Noise Control, seperti penelitian tentang pengurangan kebisingan dengan menggunakan Active Noise Control System. Sinyal pada satu chanel Aktif Kendali Kebisingan telah mengurangi noise pada frekuensi rendah dengan nilai -10,72 dB. Sistem ini tidak stabil ketika sinyal noise terus menerus berubah. Frekuensi Noise ini bervariasi pada perpindahan objek dalam suatu posisi. Sinyal Aktif Kendali Kebisingan kurang dari maksimal selama zona diam Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 dihasilkan juga sangat relative untuk menghasilkan area perubahan yang besar. Dilihat dari set up alatnya pada gambar 2.18 [10]. Gambar 2.18 Konfigurasi Hardware pada Aktif Kendali Kebisingan [10] Dapat dilihat pada gambar 2.18 letak posisi dari sumber bising yang digantung dimana kemudian diberikan anti noise dari suara yang di sesuaikan dengan suara dari sumber bising. Gambar 2.19 Propagasi pada dua sinyal yang menuju pada zona diam [10] Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Juga dapat dilihat pada gambar 2.19 bentuk propagasi dua sinyal yaitu sinyal sumber noise dan sinyal lawan, dimana kemudian kedua sinyal itu saling berpropagasi yang akhirnya saling meniadakan atau minimal tereduksi. Gambar 2.20 Blok Diagram Single Chanel Sistem Aktif Kendali Kebisingan [10] Pada gambar 2.20 dapat dilihat blok diagram dari single chanel Aktif Kendali Kebisingan, kita dapat melihat input dan output dari sinyal yang juga menggunakan feedback untuk memperjelas dan memperkuat sinyal. Pada penelitian tentang Aktif Kendali Kebisingan terhadap vacum cleaner sasaran kuat bunyi yang terbaik dalam pencapaian prototip Aktif Kendali Kebisingan system adalah 4.2477 dB. Sedangkan pada simulasi reduksi sinyal yang dihasilkan optimalnya dibawah 6 dB. Radiasi bising pada vacum cleaner adalah langsung dari sumber. Hal ini yang membuat kesulitan pada penelitian dalam menset up mikropone untuk mendapatkan korelasi sinyal yang baik dengan noise. [12] Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.21 Aktif pelindung telinga dari sumber kedua [11] Pada gambar 2.21 terlihat bagaimana cara melindungi telinga dari sumber yang merupakan sinyal sumber. Gambar 2.22 Blok Diagram Sistem satu chanel Aktif Kendali Kebisingan [11] Pada gambar 2.22 ditunjukan blok diagram sistem satu chanel Aktif Kendali Kebisingan yang secondary sourcenya dikontrol oleh sebuah blok filter. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Pada penelitian penekanan frekuensi rendah kebisingan atau getaran pasif mempunyai banyak kerugian, sebagian besar oleh karena menyangkut volume peredam tersebut. Dengan menggunakan metode pengolah sinyal kemungkinan untuk menggunakan Aktif Kendali Kebisingan bisa tercapai. Kebisingan sekunder yang buatan harus dihasilkan, yang akan melemahkan kebisingan yang primer yang sesungguhnya ini dapat dilihat pada gambar 2.23. [12]. Terlihat bahwa kebisingan sekunder mengcounter kebisingan primer yang sesungguhnya. Dimana kebisingan sekunder adalah diwakili oleh loudspeaker sementara kebisingan primer diwakili oleh jam beker. Sinyal dari sekunder loudspeaker dipancarkan kemudian ditangkap oleh mikropon dimana dengan bersamaan sinyal dari primer jam beker dipancarkan juga kemudian ditangkap oleh mikropon juga. Gambar 2.23 Setting Sistem Aktif Kendali Kebisingan [12] Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.24 Sistem Kerja Aktif Kendali Kebisingan [12] Gambar 2.24 Menjelaskan tentang Sistem Aktif Kendali Kebisingan bekerja dengan menggunakan Analoge Digital Converter dan Digital Analoge Converter. Modeling dan disain pengontrol dirancang dengan prosedur untuk suatu FB- sistem bunyi Aktif Kendali Kebisingan. Sinyal akustik diperagakan sebagai gelombang bunyi yang dikendalikan dengan singkat. Suatu umpan balik pengontrol dirancang yang kemudian untuk mengurangi noise yang ada di sekitar, dengan menggunakan sensor kesalahan yaitu H8 untuk mengendalikan teori berdasar pada IIR model. Efektivitas prosedur disain yang diusulkan dipertunjukkan dalam test percobaan. Suatu bidang bunyi telah diasumsikan dalam studi ini. Kemudian didisain suatu pengontrol dan modeling sistematis untuk memeriksa prosedur suatu bidang sinyal akustik dengan gema yang akan menjadi pokok lebih lanjut dari studi [13]. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.25 Konfigurasi SISOSE FF- Sistem Aktif Kendali Kebisingan [13] Pada gambar 2.25 menjelaskan bagaimana suatu Aktif Kendali Kebisingan dengan menggunakan sensor sinyal. Gambar 2.26 Konfigurasi Percobaan Aparatus [13] Pada gambar 2.26 menjelaskan konfigurasi atau set up dari Aktif Kendali Kebisingan yang menggunakan software control. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Kontribusi penelitian ini menunjukkan asal usul FXLMS struktur untuk implementasi pada suatu titik yang tetap menjalankan pada tekanan induksi rata-rata pada sebuah suara. Implementasi dievaluasi dengan keadaan online dan dicapai pada titik tetap FXLMS adalah 20dB ke 30dB pada interval frekwensi 100Hz ke 375Hz karena lebar bandwith kebisingan 60dB dan distorsi suara sinusoidal 200Hz. Implementasi alat ini layak digunakan untuk mengatasi tekanan suara tinggi. Penerapan algoritma dilakukan dalam Aktif Kendali Kebisingan akustik. Kemudian diperoleh dari aplikasi untuk Aktif Kendali Kebisingan tentang kebisingan dan getaran pada suatu mesin bubut. Di dalam adaptip feedback alat ini tetap pada titik FXLMS Filtered-X LMS. Penelitian ini juga menarik untuk lebih lanjut diuraikan dengan menggunakan kombinasai digital dan analog pada pengendalian kedua daerah yang utama [14]. Gambar 2.27 Aktif Kendali Kebisingan [14] Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Pada gambar 2.27 menjelaskan bagaimana mengolah Aktif Kendali Kebisingan dengan proses Digital Signal Processing. Untuk pelindung pada telinga digunakan Low Power Fixed Point Digital Signal Processor. Active Control Of Noise Using FXLMS Gambar 2.28 Aktif Kendali Kebisingan pada telinga ditempatkan pada primary path and forward path [14] Pada gambar 2.28 merupakan blok diagram Aktif Kendali Kebisingan yang menggunakan Digital Signal Processor sebagai pengontrol guna melawan Primary Path. Di dalam aplikasi praktis, metoda Aktif Kendali Kebisingan saling mempengaruhi dengan nonlinear. Nonlinear pengontrol berdasar pada Volterra penyaringan yang diterapkan dalam wujud multichannel untuk menyaring data agar dapat digunakan dan dapat dimanfaatkan pada lingkungan. Salah satu dari aspek yang rumit adalah tentang algoritma adaptasi efisien. Yang pada umumnya, yang disebut filtered-X LMS atau NLMS adalah merupakan algoritma. Di dalam penelitian ini kita mengusulkan penggunaan affine proyeksi teknik, dan kita memperoleh secara detail Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 yang disebut FILTERED-X AP algoritma untuk di gunakan penyaringan kwadrat homogen. Menurut multichannel pendekatan, asal usul ini dapat dengan mudah diperluas untuk penyaringan Volterra umum. Eksperimen yang lebih jauh kita laporkan untuk mengkonfirmasikan AP dibandingkan teknik klasik LMS dan NLMS algoritma dengan suatu peningkatan yang terbatas. Semua ini menyangkut computational complexity dibandingkan dengan Aktif Kendali Kebisingan akustis. Ini merupakan salah satu aplikasi untuk kendali aktip tentang kebisingan dan getaran di dalam suatu mesin bubut. Di dalam adaptip kontrol umpan balik getaran di titik tetap pada FXLMS agar dapat mengontrol tampilan yang sesuai. Penelitian ini juga menarik untuk ditindaklanjutkan menggunakan penjabaran tentang digital dan analog [15]. Gambar 2.29 Single Channel Adaptive Kontrol [15] Gambar 2.29 Adaptive Kontrol adalah menjelaskan bahwa menggunakan satu system tersendiri dengan menggunakan adaptive controller. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.30 F-X AP adaptive nonlinear control [15] Pada gambar 2.30 ditunjukan proses control dengan menggunakan penyesuaian F-X AP non linear. Dimana F-X AP merupakan pengontrol umpan balik. Penelitian ini memperkenalkan suatu aplikasi kendali tanpa kawat pengulangan tertutup berdasar pada Berkeley Micaz partikel debu dan Alat Analog AD21061 EZ-KIT LITE. Sistem merealisasikan Aktif Kendali Kebisingan yang mana merupakan suatu aplikasi rumit dari alur sinyal. Suatu Pll-Likemechanismtakes dengan alamat sinkronisasi, dipakai linier sesuai dengan data pengukuran yang tanpa kawat wire less system untuk pengolahan DSP Digital Signal Processing. Kebisingan dasar pengontrol resonator telah membuktikan efisiensinya di dalam lingkungan ini. Yang utama adalah untuk menginstal jauh lebih unsur-unsur yaitu. mikropon di dalam sistem adaptitive nonlinear control [16]. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.31 Blok Diagram Sistem Wire Less Aktif Kendali Kebisingan [16] Pada gambar 2.31 ditunjukan blok diagram sistem wire less Aktif Kendali Kebisingan, yang mana proses sistem menggunakan Digital Signal Processing. Gambar 2.32 Aktif Kendali Kebisingan problem [16] Pada gambar 2.32 ditunjukan permsalahan Aktif Kendali Kebisingan yang mana untuk mengontrol dibutuhkan Filter dengan proses transformasi Z untuk menghasilkan output yang maksimal. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.33 Periodik perencanaan Aktif Kendali Kebisingan [16] Pada gambar 2.33 ditunjukan bagaimana periodik Aktif Kendali Kebisingan berproses dengan menggunakan resonators, dimana primary noise dan secondary noise di inputkan dengan menggunakan referensi sinyal. Gambar 2.34 Periodik Aktif Kendali Kebisingan diagram [16] Pada gambar 2.34 adalah merupakan blok diagram Aktif Kendali Kebisingan dengan proses transformasi z yang di umpan balikkan. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Pemrosesan Sinyal Gambar 2.35 Sinkronisasi blok diagram pemrosesan sinyal Aktif Kendali Bising [16] Pada gambar 2.35 ditunjukan blok diagram pemrosesan sinyal Aktif Kendali Kebisingan yang menggunakan controller dan adjustable timer. Dapat dilihat sinyal referensi memasuki SH kemudian menuju controller dan di adjustable timer. Dimana outputnya masih merupakan sinyal yang sama. Namun umpan balik adjustable timer merubah bentuk sinyal menjadi gigi gergaji.

2.3 Fourier Series