24
BAB III PERANCANGAN SISTEM
3.1 Gambaran Perancangan Filter Anti Aliasing
Tugas Akhir ini merancang sebuah filter yang dapat meminimalisir munculnya sinyal baru yang berbeda dengan frekuensi sinyal aslinya. Filter yang akan rancang
adalah filter low pass chebyshev dengan rentang frekuensi yang dilewatkan dibawah 5 kHz. Dalam perancangan hardware terdiri penguat mikropon dan anti aliasing filter.
Tahap pertama dalam proses perekaman adalah mengubah gelombang akustik suara menjadi sinyal analog menggunakan mikropon. Sinyal analog yang masih lemah ini
perlu dikuatkan. Sebagai penguat dibutuhkan IC LM567. Selanjutnya data pengolahan suara akan dimasukkan kedalam pin ADC arduino UNO untuk diubah menjadi data
digital yang akan di olah kembali oleh software matlab. Perangkat lunak yang akan digunakan untuk mengolah data analog menjadi data digital adalah sketch arduino versi
1.0.5 dimana bahasa yang digunakan adalah mirip seperti bahasa C. Data yang telah diolah akan disimpan dalam bentuk format file excel xls yang kemudian akan diubah
menggunakan konsep FFT dengan parameter yang telah ditentunkan menggunakan software MATLAB dan hasil akhirnya akan berupa grafik gelombang suara.
3.2 Blok Diagram Sistem
Pada bab ini akan dibahas mengenai cara kerja alat secara garis besar. Hal ini dilakukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja masing
– masing perangkat keras dan rangkaian alat, karena dalam pembuatan alat atau sistem maka
seluruh rangkaian saling mendukung, terhubung dan saling mempengaruhi kinerja sistem. Hal ini akan mempengaruhi setiap bagian komponen utama maupun pendukung
Universitas Sumatera Utara
25
dalam saat dijalankan selama proses berlangsung. Untuk itu diperlukan sebuah blok diagram yang akan membantu penulis dan pembaca dalam memahami sistem secara
keseluruhan. Adapun blok diagram sistem secara keseluruhan yang menjadi garis besar tentang cara kerja alat ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Block diagram sistem secara keseluruhan
Blok diagram yang dijelaskan pada penelitian ini mencakup blok diagram mengenai perangkat keras yang digunakan baik pada keseluruhan sistem. Berdasarkan gambar
blok diagram diatas, fungsi kerja dari masing – masing blok, adalah sebagai berikut.
1. Suara
Suara adalah sinyal atau gelombang yang merambat dengan frekuensi dan amplitude tertentu melalui media perantara yang dihantarkannya seperti media
air, udara maupun benda padat. Manusia dapat berkomunikasi dengan manusia lainnya dengan suara. Pembangkitan ucapan manusia dimulai dengan awal
konsep dari gagasan yang ingin disampaikan pada pendengar. Pengucap mengubah gagasan tadi dalam struktur linguistik dengan memilih kata atau frasa
yang secara tepat dapat mewakili dan membawakannya dengan tata bahasa yang dimengerti antara pengucap dan pendengar. Ucapan yang diucapkan memiliki
Universitas Sumatera Utara
26
tujuan tertentu dengan asumsi bahwa ucapan tersebut diucapkan secara benar, dapat diterima, dan dipahami oleh pendengar yang dituju. Suara atau bunyi
merupakan akibat dari suatu getaran yang menghasilkan gelombang, karena perubahan tekanan udara secara cepat. Gambar 3.2 memperlihatkan getaran
yang terjadi mempunyai pola gelombang tertentu yang sering disebut dengan istilah waveform.
Gambar 3.2 Wavefrom
2. Mikropon
Pada perancangan sistem ini mikropon berfungsi sebagai alat yang menangkap getaran suara yang masuk yang mengakibatkan terjadinya menggetarkan
membran. Getaran membran ini mengakibatkan gerakan maju dan mundur lempengan penghantar pada kondensator. Dengan perubahan ini, nilai
kondensatorpun berubah seiring dengan perubahan getaran. Perubahan kapasitansi ini menyebabkan terjadinya getaran listrik. Selanjutnya getaran
listrik ini diperkuat oleh Preamp. Pada mikropon jenis ini memerlukan tegangan phantom dari preamp sebesar 48 volt, tetapi untuk aplikasi sehari hari biasanya
mikropon kondensor cukup menggunakan baterai 1,5 volt. Adapun perangkat mikropon yang pergunakan dapat dilihat Gambar 3.3.
Universitas Sumatera Utara
27
Gambar 3.3 Mikropon
3. Pengkondisi Sinyal Analog
Karakteristik suatu sensor terhadap variabel masukan sangatlah terbatas, sehingga diperlukan adanya suatu pengkondisian sinyal. Pengkondisian sinyal
ini berkaitan dengan operasi-operasi yang dikenakan pada sinyal guna mengkonversi sinyal tersebut ke bentuk yang sesuai dengan yang diperlukan
untuk interface dengan elemen-elemen lain dalam sistem pengukuran. Pengaruh pengkondisian sinyal pada sinyal masukan sering dinyatakan dalam bentuk
fungsi alih. Pengkondisian sinyal dapat dikelompokkan dalam beberapa kategori, yaitu : pengubahan level sinyal, linierisasi, konversi, filter dan
penyesuai impedansi serta konsep pembebanan.
4. LM567
LM567 pada umumnya merupakan sebuah decoder nada yang dirancang untuk memberikan saklar transistor jenuh ke ground ketika sinyal input datang
melewati pass band filter. Rangkaian tersebut terdiri dari sebuah detektor I dan Q detektor yang dikendalikan oleh voltage control osilator yang menentukan
pusat frekuensi decoder. Komponen eksternal digunakan untuk bebas mengatur
Universitas Sumatera Utara
28
secara bebas pusat frekuensi, bandwidth dan output delay. Untuk menghilangkan sinyal yang tidak diinginkan yang bisa memicu tahap output, filter ini dapat
mendeteksi sinyal yang ingin ditampilkan. Filter ini terdiri dari resistor internal sebesar 4.7 KΩ dan kapasitor eksternal. Meskipun nilai kapasitor eksternal
biasanya tidak diperlukan disarankan untuk menggunakan nilai yang besarnya dua kali nilai loop filter kapasitor. Jika nilai kapasitor filter output terlalu besar,
maka alat tersebut akan mematikan waktu output yang akan menyajikan penundaan sampai tegangan kapasitor ini mencapai ambang batas. Gambar 3.4
memperlilihatkan skematik rangkaian IC LM567.
Gambar 3.4 Skematik rangkaian IC LM567
5. Mikrokontroler Arduino
Pada sistem ini menggunakan Mikrokontroler Arduino. Mikrokontroler ini merupakan chip yang didalamnya tertanam program penulis yang dibuat. Peran
penting Mikrokontroller Arduino dalam sistem pengukuran adalah sebagai tempat pengolahan data untuk sinyal analog yang masuk pin ADC
mikrokontroler Arduino UNO. Analog Digital Converter merupakan teknik
Universitas Sumatera Utara
29
untuk merubah masukan sinyal analog menjadi keluaran sinyal digital, proses ini diperlukan untuk mempermudah dalam hal pengolahan data. Dalam hal ini,
untuk merubah sinyal analog menjadi sinyal digital diperlukan 3 prosos, diantaranya adalah proses sampling data, proses kuantisasi, proses pengkodean
dimana data tersebut diproses dalam mikrokontroller sehingga nantinya data yang ditampilkan sudah merupakan data hasil pembacaan sensor. Tentunya
terlebih dahulu alat telah dikalibrasi dengan alat ukur yang sudah standard agar sistem bekerja dengan semestinya. Gambar 3.5 merupakan mikroprosesor
Arduino yang digunakan dalam sistem.
Gambar 3.5 Arduino UNO
6. Komunikasi Serial
Pada sistem ini komunikasi serial adalah komunikasi yang pengiriman datanya per-bit secara berurutan dan bergantian. Komunikasi ini mempunyai suatu
kelebihan yaitu hanya membutuhkan satu jalur dan kabel yang sedikit dibandingkan dengan komunikasi paralel. Pada prinsipnya komunikasi serial
merupakan komunikasi dimana pengiriman data dilakukan per bit sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi paralel, dengan kata lain komunikasi serial
merupakan salah satu metode komunikasi data di mana hanya satu bit data yang dikirimkan melalui seuntai kabel pada suatu waktu tertentu. Komunikasi serial
Universitas Sumatera Utara
30
pada perangkat ini menggunakan fitur yang terdapat pada arduino tersebut yang berupa komikasi serial to USB yang dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Komunikasi serial to USB
7. Matlab
Pada perancangan sistem ini software matlab digunakan untuk mengolah data digital yang dikirimkan oleh arduino dan akan di konversi kembali ke sebuah
file suara dalam format wav yang kemudian akan di tampilkan dalam bentuk grafik. Matlab adalah suatu bahasa tingkat tinggi yang digunakan untuk
komputasi teknik. Bahasa ini mengintegrasikan proses komputasi, visualisasi, dan pemrograman dengan environment yang mudah digunakan dengan
mengekspresikan masalah dan solusi ke dalam notasi-notasi matematika. Matlab yang digunakan adalah Matlab R2012a yang ditunjukkan Gambar 3.7.
Universitas Sumatera Utara
31
Gambar 3.7 Matlab
3.3 Rancangan Sistem Secara Hardware