Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot (Noise Silencer)

SIMULASI PEMROSESAN SINYAL SUARA UNTUK SISTEM AKTIF KENDALI KEBISINGAN PADA KNALPOT (NOISE SILENCER)

TESIS

OLEH

ALFISYAHRIN 057015006/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2008

Judul Tesis : SIMULASI PEMROSESAN SINYAL SUARA UNTUK SISTEM AKTIF KENDALI KEBISINGAN

PADA KNALPOT (NOISE SILENCER)

Nama Mahasiswa : Alfisyahrin

Nomor Pokok : 057015006

Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri) Ketua

(Dr. Ir. M. Dirhamsyah, MT) (Ir. Nasrul Abdi, M.Sc)

Anggota Anggota

Ketua Program Studi, Direktur

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc)

Telah diuji pada

Tanggal: 16 Februari 2008

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Dr. –Ing. Ikhwansyah Isranuri Anggota : 1. Dr. Ir. M. Dirhamsyah, MT

2. Ir. Nasrul Abdi, M.Sc

3. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME 4. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

ABSTRAK

Aktif Kendali Kebisingan adalah teknik mengatasi bising dengan bising atau suara dilawan dengan suara. Teknik ini ditujukan untuk meredam kebisingan seminimal mungkin atau bahkan dapat menghilangkan kebisingan tersebut jika pelemahan (pereduksian) sinyal bisa dilakukan dengan sempurna. Pemrosesan sinyal tersebut adalah dengan membuat amplitudo sinyal dan frekuensi sinyal lawan (anti signal) berbalik fasa 1800 dari sinyal sumber untuk menghasilkan suatu pelemahan (reduksi) sinyal. Pelemahan kebisingan (noise reduction) ini di proses dengan metoda pemrosesan sinyal. Pada penelitian ini peneliti menggunakan Pembangkit Sinyal Bising dan Penggeser Fasa sebagai Anti Noise atau Sinyal Lawan. Anti Noise inilah yang akan menghasilkan sinyal lawan yaitu dengan membalikkan fasa sinyal 1800 yang fungsinya adalah untuk melawan sinyal sumber (Sound Source) yaitu Knalpot (Silencer). Dalam penelitian ini, dirancang dan dilakukan penganalisaan sebuah pemrosesan sinyal bising sesederhana mungkin dari keacakan sinyal bising yang selama ini diketahui sangat rumit dengan tujuan agar perhitungan pemrosesan sinyal dapat lebih sederhana. Dari hasil riset terlihat bahwa pergeseran fasa yang merupakan frekuensi dan amplitude memiliki selisih pergeseran sebesar 33,3%. Nilai ini diketahui dari hasil perbandingan sinyal sumber dengan sinyal pembangkit. Maka disimpulkanlah bahwa sinyal kebisingan telah dapat direduksi sebesar 33,3%. Penyelesaiannya adalah dengan menggeser fasa sebesar 66,7% untuk mencapai nilai 0%, yang berarti reduksi mencapai nilai sempurna. Namun penghilangan bunyi merupakan suatu kemungkinan yang sulit sekali bahkan tidak mungkin, oleh karenanya penelitian ini salah satu cara dengan pendekatan aktif kendali kebisingan untuk mencapai reduksi bising dengan persentase sebesar mungkin dengan maksud untuk mendapatkan kenyamanan bunyi dari sekian banyak bentuk variasi bunyi.

Kata kunci: sinyal, kebisingan, penggeser fasa, pelemahan (reduksi), knalpot (noise silencer),pembangkit sinyal bising.

ABSTRACT

Active Noise Control is a technique to overcome noise through noise versus noise method. This technique is intended to reduce the noise as minimal as possible and, moreover, it can eliminate the noise if signal reduction can be perfectly done. The signal processing is by making signal amplitude and opponent signal frequency (anti signal) turn the phase around 180° of the signal source to produce a signal reduction. This noise reduction is processed by means of signal processing method. In this research, the researcher used a Noise Signal Generator and Phase Shifter as anti noise or anti signal. This anti noise will produce anti signal by reversing the signal phase 180° that functions to counter the sound source that is silencer. In this research, a noise signal processor was designed as simple as possible and it's very complicated noise signal randomness was analyzed that the signal processing calculation can be simpler. The result of the research shows that the displacement of phase in the form of frequency and amplitude has the difference of 33.3%. This value was obtained from the result of the comparison between source signal and generator signal. It can be concluded from the result of the research that noise signal has been reduced for 33.3%. To obtain the value of 0% in order to reach perfect reduction, the phase must be shifted for 66.7%. Yet, the elimination of noise is likely hard or even impossible to do. For that reason, this research is one of the ways to obtain a bigger percentage of noise reduction through active noise control approach to achieve the comfort of sound.

Key words: signal, noise, phase shifter, reduction, noise silencer, noise signal generator

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah puji syukur saya panjatkan kepada Allah S.W.T yang telah melapangkan saya untuk menulis tesis ini. Dimana diketahui bahwa langkah untuk melanjutkan kepada tesis adalah telah mengajukan proposal dan itu merupakan suatu persyaratan.

Sebagaimana yang telah saya pelajari tentang Bunyi (Sound) dan Kebisingan (Noise) juga Getaran (Vibrasi) maka dapatlah saya susun tesis saya ini untuk di ajukan.

Dan untuk selanjutnya penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung atau pun tidak langsung:

Kepada Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Sekretaris Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Dr. Ir. M. Dirhamsyah, MT, selaku Anggota Komisi Pembimbing. Ir. Nasrul Abdi, M.Sc, selaku Anggota Komisi Pembimbing. Direktur Program Pascasarjana Prof. Dr. T. Chairun Nisa B, M.Sc. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin SPs-USU dan seluruh rekan-rekan mahasiswa yang juga banyak membantu.

Demikianlah kata pengantar dari penulis, kemudian penulis juga memohon sangat kritik dan saran yang dapat membantu dalam rangka memperbaiki tesis ini untuk mencapai hasil yang diharapkan. Terimakasih

Medan, Februari 2008 Penulis

Alfisyahrin

RIWAYAT HIDUP

Alfisyahrin

Data Diri _{Tempat/Tgl. Lahir : Banda Aceh, 30 Juli 1970}

Jenis Kelamin : Laki-laki Status : Belum Kawin

Alamat : Jl. Hamzah Fansuri No.7 Darussalam

Banda Aceh

Telepon : +62 - 0651- 7552328

E-mail : alfisyahrin@yahoo.com

Warga Negara : Indonesia

Latar Belakang Pendidikan

1977-1983 : SD Negeri 1, Takengon 1983-1986 : SMP Negeri 1, Banda Aceh 1986-1989 : SMA Negeri 1, Banda Aceh

1989-1990 : Institut Teknologi Indonesia, Jurusan Planologi 1990-1996 : Universitas Muhammadiyah Jakarta,

Fakultas Teknik Elektro

Pengalaman Kerja _{November 1994}

Kerja Praktek di PT. ASTRA MOTOR DAIHATSU STAMPLING PLAN

Industri.

12 Oktober 1998 – 12 Januari 1999

Pengalaman Kerja di PT. AUTOCHEM INDUSTRY posisi

Junior Project Engineer :

Mengatur sistem preventive maintenance dan pengembangan alat atau mesin.

- Menindak lanjuti jadwal tentang trouble shooting pada mesin.

- Membuat sistem kinerja mesin.

May – September 2000, Sebagai Staff Electrical Engineering pada PCI (Pacific Consultan International) di Banda Aceh.

1999 – Saat ini,

Staff pengajar pada Fakultas Teknik Elektro Universitas Syiah Kuala.

2001,

Mahasiswa di Institut Teknologi Bandung Pada Jurusan Electromedik, 1 Semester

2002-2004,

Mahasiswa di Universiti Kebangsaan Malaysia

Pada Jurusan Electronic Design and System, 3 Semester melakukan penelitian

Pengalaman Mengajar (1999/2000) Dasar Elektronik _{(2000/2001) Rangkaian Listrik}

(1999/2000) Elektronika Analog (1999/2000) Statistik

(1999/2001) Stokastik

Pelatihan/Training/Se

minar 1. 1 – 5 Februari 2000, _{Kerjasama HEDS-JICA-UNSYIAH}Pelatihan PABX Mikrokomputer, _{. Sebagai Pemakalah}

2. 1 – 7 Februari 2000, Pelatihan Internetworking,

Kerjasama HEDS-JICA-UNSYIAH. Sebagai Peserta 3. 31 Juli – 5 Agustus 2000 Pelatihan PEKERTI (Program

Pengembangan Keterampilan Dasar Teknik Instruksional) pada Pusat Antar Universitas untuk Peningkatan dan Pengembangan Aktivitas Instruksional – Universitas Terbuka untuk Dosen Muda

4. 9 – 11 Agustus 2000, Aplikasi PLC Untuk Penelitian & Industri, Kerjasama HEDS - JICA – UNSYIAH. Sebagai Peserta

5. 9 – 14 Oktober 2000 Lokakarya Manajemen Mutu

Terpadu Dosen Yunior Fakultas Teknik Unsyiah, Kerjasama HEDS – JICA – UNSYIAH. Sebagai Peserta

6. 18 – 23 Nopember 2000, Training Program Acoustic

Sebagai Staff Electrical Engineering.

7. 16 – 18 Nopember 2000, Training Basic Acoustic dan Acoustic Instrumetation Training Program. Sebagai Peserta

8. 20 – 25 Nopember 2000, Lokakarya GIS & Remote

Sensing Dalam Pemetaan, Kerjasama HEDS- JICA – UNSYIAH. Sebagai Peserta

9. 27 - 29 Agustus 2001 Lokakarya Penyusunan Pedoman

Penulisan TGA & Panduan Pemberian Bimbingan.

Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA Sebagai Peserta

10.19-21 Juni 2001 Lokakarya Perancangan Sistem

Informasi Manajemen Akademik, Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta

11.22 – 25 Juni 2001 Lokakarya Pemanfaatan

Intranet/Internet Untuk Sistem Informasi Akademik, Kerjasama UNSIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta

12.6 – 8 Agustus 2001 Lokakarya Penerapan Teknologi

Pendidikan Dalam Proses Pembelajaran, Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta

13.28 – 30 Mei 2001 Lokakarya Penyempurnaan Silabus & Kurikulum, Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta

14.27 – 29 Juni 2001 Lokakarya Penyusunan Sistem

Manajemen, Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA.

Sebagai Peserta.

15.12 Maret 2001 Rapat Kerja Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala Tahun 2001. Sebagai Peserta

16.17 - 20 Juli 2001 Pelatihan Penulisan Artikel Ilmiah. Sebagai Peserta

17.06 – 07 September 2005, Pre Program of Information Technology, Magister Program of Mechanical Engineering, Graduate School USU. Sebagai Peserta

Hobbi Membaca _Travelling

Musik : Guitar

Sport : Badminton, Hiking, Table Tennis.

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR... iii

RIWAYAT HIDUP... iv

DAFTAR ISI... vii

DAFTAR TABEL... ix

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR LAMPIRAN... xix

DAFTAR ISTILAH... xx

1. PENDAHULUAN... 1

1.1. Latar Belakang Masalah... 1

1.2. Perumusan Masalah... 10

1.3. Tujuan Penelitian... 11

1.3.1. Tujuan Umum ... 11

1.3.2. Tujuan Khusus... 11

1.4. Manfaat Penelitian... 12

2. TINJAUAN PUSTAKA... 13

2.1. Asal Perambatan dan Kecepatan Bunyi... 13

2.2. Perambatan Bunyi pada Media... 24

2.2.1. Aktif Kendali Kebisingan... 25

2.3. Fourier Series ... 46

2.4. Uraian Aktif Kendali Kebisingan... 51

2.4.1. Mekanisme kerja dan cara kerja... 51

2.5. Aplikasi Aktif Kendali Kebisingan... 52

2.5.1. Pembangkit Sinyal Bising... 53

2.5.2. Penggeser Fasa... 54

2.5.3. Penggeser Fasa (Phase Shift) pada rangkaian input RC... 57

3.1. Waktu dan Tempat... 64

3.2. Variabel yang diamati... 64

3.3. Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data... 64

3.4. Bahan dan Alat... 65

3.5. Pelaksanaan Penelitian... 65

4. PEMBAHASAN... 66

4.1. Pengambilan data kebisingan dari Sumber Bising Knalpot (Noise Silencer)... 66 4.1.1. Persiapan dinding kedap suara... 66

4.1.2. Setting dinding kedap suara pada belakang mobil... 68

4.1.3. Persiapan pengukuran Knalpot (Noise Silencer) ... 69

4.1.4. Setting alat pengukuran Knalpot (Noise Silencer) dan Proses Pengukuran... 70 4.2. Pengambilan data Kebisingan dari Pembangkit Sinyal Bising... 79

4.2.1. Hasil dari pengambilan data Pembangkit Sinyal Bising dengan Oscilloscope ... 84 4.3. Pengambilan data Sinyal Penggeser Fasa... 89

4.4. Pada bagian potongan rangkaian tahap pertama output Signal Generator... 96 4.4.1. Titik pada input Transistor 1... 97

4.4.2. Tititk output Kolektor Transistor 1... 99

4.4.3. Titik pada keluaran Emitor ke by pass RC... 101

4.4.4. Titik pada Emitor by pass C... 103

4.4.5. Titik pada input Transistor 2... 105

4.4.6. Titik output Kolektor pada Transistor 2... 107

4.4.7. Titik Emitor pada Transistor 2... 109

4.4.8. Titik Input pada Transistor 3... 111

4.4.9. Titik ouput Kolektor pada Transistor 3... 113

4.4.10. Titik Emitor pada Transistor 3... 115

4.4.11. Titik input pada Transistor 4... 117

4.4.12. Titik output Emitor pada Transistor 4... 119

4.5. Perhitungan Sinyal Knalpot dan Sinyal Pembangkit Sinyal Bising... 121

4.5.1. Sound Power Level... 121

4.5.2. Sound Pressure Level... 123

4.5.3. Frekuensi... 125

5. KESIMPULAN... 134

5.1. Kesimpulan... 134

5.2. Saran... 140

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Kelajuan Bunyi pada Material... 24

2.2 Kuat Bunyi pada bermacam suara... 25

2.3 Transformasi Fourier... 50

3.1 Bahan dan Peralatan... 65

4.1 Pengukuran kebisingan pada Knalpot (Noise Silencer) ... 75

4.2 Hasil Pengambilan data Sinyal dari Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising... 88 4.3 Sumber Sound Power Level dan SoundPower... 123

4.4 Bagian dari Transformasi Fourier... 127

4.5 Pengukuran Kanlpot pada Tiga titik X-, Z+, Z-... 132

5.1 Perbandingan Amplitudo dan SPL pada variasi 1... 138

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Garpu tala yang dipukul menghasilkan perubahan tekanan udara

karena getarannya dan menghasilkan bunyi... 13

2.2 Konstruksi Telinga manusia dalam menangkap bunyi... 14

2.3 Sinyal suara dan sinyal diskret atau dalam istilah pemrosesan sinyal di samplingkan... 17 2.4 Sinyal tegak... 18

2.5 Sinyal tegak dengan panjang gelombangnya pada perbedaan frekuensi... 19 2.6 Sinyal tegak dengan panjang gelombang pada perbedaan kecepatannya... 20 2.7 Gelombang Tegak Low Amplitudo Diam... 25

2.8 Gelombang Tegak HighAmplitudo... 26

2.9 Gelombang Tegak pada pergeseran Fasa... 26

2.10 Dua buah gelombang tegak dengan perbedaan fasa1800 saling meniadakan. ... 27 2.11 Sinyal Sumber atau Sinyal 1... 27

2.12 Sinyal Lawan atau Sinyal 2... 28

2.13 Aktif sinyal... 28

2.14 Pergeseran fasa pada sinyal suara... 30

2.15 Sinyal Aktif Kebisingan... 31

2.16 Sinyal Aktif Kebisingan dengan gradasi warna... 32

2.18 Konfigurasi Hardware pada Aktif Kendali Kebisingan... 34

2.19 Propagasi pada dua sinyal... 34

2.20 Blok Diagram Single Chanel Sistem Aktif Kendali Kebisingan... 35

2.21 Aktif pelindung telinga dari sumber kedua... 36

2.22 Blok Diagram Sistem satu Chanel Aktif Kendali Kebisingan... 36

2.23 Setting Sistem Aktif Kendali Kebisingan... 37

2.24 Sistem Kerja Aktif Kendali Kebisingan... 38

2.25 Konfigurasi SISOSE FF- Sistem Aktif Kendali Kebisingan... 39

2.26 Konfigurasi Percobaan Aparatus... 39

2.27 Aktif Kendali Kebisingan... 40

2.28 Aktif Kendali Kebisingan pada telinga ditempatkan pada primari path and forward path... 41 2.29 Single Channel Adaptive Control... 42

2.30. F-X AP Adaptive Nonlinear Control... 43

2.31 Blok Diagram Sistem Wire Less Aktif Kendali Kebisingan... 44

2.32 Aktif Kendali Kebisingan Control Problem... 44

2.33 Periodik perencanaan Aktif Kendali Kebisingan... 45

2.34 Periodik Aktif Kendali Kebisingan diagram... 45

2.35 Sinkronisasi blok diagram pemrosesan Sinyal Aktif Kendali Kebisingan... 46 2.36 Fungsi dari suatu sinyal dengan perioda... 47

2.38 Knalpot (noise silencer) Mobil... 52

2.39 Rangkaian Pembagi Tegangan... 53

2.40 Proses input dan output dari pergeseran fasa... 55

2.41 Input pada Basis Transistor... 55

2.42 Sudut fasa versus frekuensi pada input rangkaian RC... 58

2.43 Input pada rangkaian RC disebabkan tegangan basis mendahului tegangan input dibawah frekuensi menengah pada sudut fasa... 58 3.1 Prinsip Aktif Kendali Kebisingan... 61

3.2 Kerangka Konsep... 62

3.3 Blok Diagram... 63

4.1 Pengukuran Dan Pemotongan ... 67

4.2 Mengatur Dinding... 67

4.3 Menyekat Belakang Mobil dengan dinding kedap suara... 68

4.4 Tampak sisi lain dari penyekatan belakang mobil dengan dinding kedap suara... 68 4.5 Skala Alat Ukur Sound Analyzer... 69

4.6 Bentuk fisik Alat Ukur Sound Analyzer... 69

4.7 Mikropon Merk Norsonic yang akan digunakan untuk pengukuran Knalpot... 70 4.8 Teknisi sedang memasang Mikropon... 70

4.9 Setting Selesai... 71

4.11 Proses pengukuran dan pengambilan data... 71

4.12 Posisi pengukuran Knalpot (Noise Silencer) ... 72

4.13 Kondisi pengukuran Bola... 73

4.14 Kondisi pengukuran Setengah Bola... 74

4.15 Sinyal Titik 1 Aksis X-... 76

4.16 Sinyal Titik 2 Aksis Z+... 77

4.17 Sinyal Titik 3 Aksis Z-... 77

4.18 Sinyal 3 Titik Aksis X-, Z+, Z-... 78

4.19 Blok Diagram dan Pembangkit Sinyal Bising yang telah dirancang... 79

4.20 Prototipe Pembangkit Sinyal Bising yang telah dirancang... 79

4.21 Rangkaian Pembagi Tegangan... 80

4.22 Bagian 1 Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising... 81

4.23 Bagian 2 Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising... 82

4.24 Bagian 3 Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising... 83 4.25 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuesni input 315

Hz... 84

4.26 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuensi input 400 Hz...

85

4.27 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuesni input 500...

85

4.28 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuesni input 630 Hz...

86

4.29 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuesni input 800 Hz...

4.30 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuesni input 1000 Hz...

87

4.31 Grafik Pembangkit Sinyal Bising... 89

4.32 Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising dan Penggeser Fasa... 89

4.33 Blok Diagram Penggeser Fasa... 90

4.34 Pengoperasian dan pengambilan data Rangkaian Penggeser Fasa... 90 4.35 Hasil dari pengambilan data Rangkaian Penggese Fasa dimana sinyal dari kiri bergerak... 91 4.36 Hasil dari pengambilan data Rangkaian Penggese Fasa dimana sinyal sudah bergerak ke kanan... 91 4.37 Rangkaian Voltage Devider... 92

4.38 Rangkaian Voltage Devider Bias Circuit... 93

4.39 Rangkaian Voltage Devider Bias Circuit dengan Rangkaian RC... 95

4.40 Rangkaian RC pasif filter... 95

4.41 Rangkaian tahap 1 Penggeser Fasa... 96

4.42 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 96

4.43 Dari output Signal/Function Generator dapat dilihat sinyal sinusoidal untuk input pada Rangkaian Penggeser Fasa... 97 4.44 Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, input pada Transistor 1... 97

4.45 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 97

4.46 Merupakan grafik Tegangan pada input Transistor 1... 98

4.47 Merupakan grafik Arus pada input Transistor 1... 98

4.49 Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Kolektor pada Transistor 1.. 99

4.50 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 100

4.51 Merupakan grafik Tegangan pada output Kolektor Transistor... 100

4.52 Merupakan grafik Arus pada output Kolektor Transistor... 100

4.53 Merupakan grafik Daya pada output Kolektor Transistor... 101

4.54 Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Emitor pada Transistor 1... 101

4.55 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 102

4.56 Merupakan grafik Tegangan pada keluaran emitor ke by pass RC... 102

4.57 Merupakan grafik Arus pada keluaran emitor ke by pass RC... 102

4.58 Merupakan grafik Daya pada keluaran emitor ke by pass RC... 103

4.59 Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Emitor by pass Kapasitor pada Transistor 1... 103 4.60 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 104

4.61 Merupakan grafik Tegangan pada keluaran pada Emitor by pass C pada Transistor 1... 104 4.62 Merupakan grafik Arus pada keluaran pada Emitor by pass C pada Transistor 1... 104 4.63 Merupakan grafik Daya pada keluaran pada Emitor by pass C pada Transistor 1... 105 4.64 Rangkaian tahap 3 Penggeser Fasa, iput pada Transistor 2... 105

4.65 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 106

4.66 Merupakan grafik Tegangan pada input Transistor 2... 106

4.68 Merupakan grafik Daya pada input Transistor 2... 107

4.69 Rangkaian tahap 3 Penggeser Fasa, output Kolektor pada Transistor 2.. 107

4.70 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 108

4.71 Merupakan grafik Tegangan pada out put Kolektor pada Transistor 2.. 108

4.72 Merupakan grafik Arus pada out put Kolektor pada Transistor 2... 108

4.73 Merupakan grafik Daya pada out put Kolektor pada Transistor 2... 109

4.74 Rangkaian tahap 3 Penggeser Fasa, output Emitor pada Transistor 2... 109

4.75 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 110

4.76 Merupakan grafik Tegangan pada out put Emitor pada Transistor 2... 110

4.77 Merupakan grafik Arus pada out put Emitor pada Transistor 2... 110

4.78 Merupakan grafik Daya pada out put Emitor pada Transistor 2... 111

4.79 Rangkaian tahap 4 Penggeser Fasa, input pada Transistor 3... 111

4.80 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 112

4.81 Merupakan grafik Tegangan pada input pada Transistor 3... 112

4.82 Merupakan grafik Arus pada input pada Transistor 3... 112

4.83 Merupakan grafik Daya pada input pada Transistor 3... 113

4.84 Rangkaian tahap 4 Penggeser Fasa, output Kolektor pada Transistor 3.. 113

4.85 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 114

4.86 Merupakan grafik Tegangan pada ouput Kolektor pada Transistor 3.... 114

4.87 Merupakan grafik Arus pada ouput Kolektor pada Transistor 3... 114

4.89 Rangkaian tahap 4 Penggeser Fasa, output Kolektor pada Transistor 3.. 115

4.90 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 115

4.91 Merupakan grafik Tegangan pada ouput Emitor pada Transistor 3... 116

4.92 Merupakan grafik Arus pada ouput Emitor pada Transistor 3... 116

4.93 Merupakan grafik Daya pada ouput Emitor pada Transistor 3... 116

4.94 Rangkaian tahap 5 Penggeser Fasa, input pada Transistor 4... 117

4.95 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 117

4.96 Merupakan grafik Tegangan pada input pada Transistor 4... 118

4.97 Merupakan grafik Arus pada input pada Transistor 4... 118

4.98 Merupakan grafik Daya pada input pada Transistor 4... 118

4.99 Rangkaian tahap 5 Penggeser Fasa, output Emitor pada Transistor 4... 119

4.100 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian... 119

4.101 Merupakan grafik Tegangan pada output Emitor pada Transistor 4... 120

4.102 Merupakan grafik Arus pada output Emitor pada Transistor 4... 120

4.103 Merupakan grafik Tegangan pada output Emitor pada Transistor 4... 121

4.104 Mesin atau sumber suara... 122

4.105 Sound Pressure pada tekanan 1 ATM... 124

4.106 Gelombang Sinusoidal dari berbagai variasi frekuensi... 125

4.107 Potongan dari grafik X- Aksis yang akan di hitung... 128

4.108 Potongan dari grafik Z+ Aksis yang akan di hitung... 129

4.110 Grafik Pembangkit Sinyal Bising yang akan di hitung... 132 5.1 Proses Pelemahan Sinyal... 135

5.2 Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa juga perubahan

Aplitudo... 136

5.3 Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa pada variasi 1... 137 5.4 Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa pada variasi 2... 138

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1. Skematik Pembangkit Sinyal Bising... 146 2. Skematik Penggeser Fasa... 147 3. Tabel Transformasi Fourier... 148 4. Diagram Alir Proses Penulisan Tesis... 156

DAFTAR ISTILAH

Satuan

a Amplitude (m)

c Speed of sound (m/s)

d Depth (m)

f Frequency (Hz)

g Gravity acceleration (m/s2)

l Length (m)

m Surface weight (kg/m2)

n Attenuation coefficient

p Sound pressure (dB)

s Stiffness (N/m)

t Time (s)

x Static deflection (m)

A Total absorption (m2

-Sabin)

B Bending stiffness (Nm)

C Correction factor (dB)

D Sound energy density

(W-/m3)

E Young’s modulus (Pa)

Lp Sound pressure level (dB)

M Total weight (kg)

NR Noise reduction (dB)

PWL Sound power level (dB)

S Area (m2)

Tc Celsius temperature (0C)

TK Kelvin temperature (0K)

TR Rankine temperature (0R)

TL transmission loss (dB)

V Volume (m3)

W Sound power (W)

g Absorption coefficient

h Path length difference (m)

i Transmissibility Loss factor

Geometric angle

Wavelength (m)

Damping coefficient (kg

rad/s)

Density (kg/m3)

j Poisson’s ratio

Angular frequency (rad/s)

Noise reduction (dB)

4m Air absorption (1/m or

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebisingan dalam abad ini sudah merupakan problem cukup besar pada keseluruhan masyarakat maju. Dimana faktor kebisingan ini semakin meningkat hampir menyeluruh di berbagai sektor, diantaranya lingkungan dan tempat-tempat industri. Penyebab semua ini adalah kemajuan teknologi yang semakin meningkat sejak dimulainya Revolusi Industri pada abad 17 terciptanya mesin-mesin industri yang hampir rata-rata menimbulkan kebisingan.

Oleh karena itu untuk mengatasi kebisingan tersebut maka perlu dikaji dan di teliti lebih lanjut tentang faktor kebisingan melalui ilmu suara atau akustik yang lebih dikembangkan kepada ilmu Kendali Kebisingan (Noise Control). Ilmu ini berawal dari ilmu Fisika Akustik dimana kemudian berkembang kepada berbagai disiplin ilmu seperti pada Teknik Mesin, Arsitektur, Elektro, bahkan Kimia. Namun pembahasan pada tulisan ini meliputi ruang lingkup Teknik Mesin dan Elektro yaitu ilmu Aktif Kendali Kebisingan (Active Noise Control).

Dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan serta didukung dengan fasilitas dalam melaksanakan penelitian, maka para pakar ilmu terus mencoba mengembangkan berbagai metode untuk mendapatkan hasil yang akurat guna mengatasi kebisingan.

Dalam teorinya suatu bunyi dengan melakukan perlawanan terhadap bunyi sumber maka bunyi tersebut dapat dihilangkan. Namun semua pakar maklum dalam praktisinya tidak ada kondisi ideal, artinya tidak mungkin kondisi nol dapat dicapai. Oleh karena itu para peneliti menetapkan melakukan pendekatan dengan cara mengambil nilai minimal dalam mengambil kesimpulan pada penelitian. Pendekatan solusi ini tentu dengan teknik untuk mendapatkan nilai sekecil mungkin yaitu bertujuan untuk mereduksi bunyi atau kebisingan tersebut.

Pada penelitian yang dilakukan dalam tesis ini, peneliti mencoba melakukan pendekatan minimal tersebut dan juga bertujuan untuk mendapatkan hasil suatu kenyamanan bunyi. Sebab pada saat peneliti mendefinisikan bunyi muncul asumsi-asumsi lain mengenai pemahaman tentang bunyi, yaitu telah dapat diasumsi-asumsikan bahwa suatu bunyi tergantung menurut selera pendengar bunyi tersebut. Dalam hal ini lebih difokuskan kepada tingkat kebisingan bunyi tersebut.

Asumsi ini telah dianalisa dikarenakan standar manusia pada saat mendengarkan bunyi atau bising itu berbeda-beda, contohnya ada yang manusia telah mencapai tingkat merasa bising pada suatu bunyi sementara manusia lain belum merasakan bunyi tersebut sebagai suatu kebisingan. Oleh karena itu peneliti mencoba menggunakan pendekatan normal atau standar kebisingan yang dirasakan oleh setiap manusia pada saat mendengarkan bunyi. Standar ini lebih mengacu kepada kenyamanan dalam mendengarkan bunyi tersebut.

Dalam mengklasifikasikan bunyi atau bising kita dapat mengambil sampel pada saat manusia mendengarkan musik. Jelas telah nyata diketahui bahwa selera

setiap manusia berbeda, apalagi jika selera musik mengarah kepada musik Rock yang memiliki kecenderungan kepada hingar bingar. Maka untuk manusia seperti ini standar kebisingan boleh jadi tidak begitu bermasalah bagi manusia tersebut. Namun bagi manusia yang mempunyai selera musik Melankolis atau Slow, Sweet, Classic

bahkan Romantis tentu musik beraliran Rock merupakan musik yang hingar bingar. Pada musik Rock ini juga dapat dispesifikasi lagi tentang kuat bunyinya, ini diketahui dari berbagai aliran musik Rock yang juga tingkat kebisingannya berbeda-beda misal

Sweet Rock, Slow Rock, Hard Rock, Heavy Metal, Speed Metal, Trash Metal sampai dengan Hard Core. Tingkatan kebisingan spesifikasi musik tersebut begitu bervariasi sehingga manusia yang mendengarkannya pun bervariasi. Contoh kasus lain yang bisa diidentikan dengan musik rock adalah manusia yang biasa bekerja di pabrik yang mayoritas berada dalam lingkungan bising, jika dibandingkan dengan manusia yang bekerja di ladang pegunungan tentu mereka memiliki persepsi masing-msing mengenai kebisingan tersebut. Atau dengan kata lain standar kebisingan mereka berbeda.

Dari pengamatan global ini peneliti mencoba mengambil standar atau jalan tengah bahwa untuk mengatasi kebisingan adalah dengan cara mencari hasil bunyi yang membuat para pendengar bunyi bukan tidak merasa bising melainkan para pendengar bunyi merasakan suatu kenyamanan ketika mendengar bunyi tersebut. Tentu jika dikembangkan dan diuraikan penelitian ini akan menjadi sangat luas dan permasalahan akan melebar dikarenakan faktor kejiwaan dalam hal kenyamanan seseorang dalam mendengar atau menikmati bunyi itu sangatlah relatif. Oleh karena

itu peneliti hanya membatasi penelitian ini untuk mengatasi kebisingan pada tahapan awal dahulu yaitu mencari hasil kenyamanan bunyi dalam menganalisa bunyi knalpot mobil dalam kondisi idle. Telah diketahui bahwa bunyi knalpot juga sangat bervariasi baik itu knalpot sepeda motor atau knalpot mobil. Dapat diambil beberapa contoh variasi knalpot sepeda motor contoh suara knalpot Yamaha RX King, Honda GL Pro, Tiger, Supra atau Zukuki Satria sangatlah berbeda. Tingkat kebisingannya bervariasi dari kondisi idle sampai dengan putaran tinggi. Sedangkan untuk mobil misal, knalpot mobil Kijang, Mazda, BMW, Mercedes, Peagueot, Altis dan lain sebagainya. Semua mobil ini mempunyai variasi bunyi yang berbeda-beda baik dalam keadaan idle maupun dalam keadaan putaran tinggi.

Khususnya pada penelitian ini peneliti mengambil sampel suara knalpot mobil Toyota Kijang. Suara knalpot mobil ini yang dianalisa dengan teknik kondisi idle

yang kemudian bunyi tersebut diminimalisir atau direduksi.

Penelitian Aktif Kendali Kebisingan dengan objek Knalpot masih tergolong jarang diteliti sebelumnya. Oleh karena itu pada penelitian ini peneliti mencoba melakukan terobosan baru pada penelitian Aktif Kendali Kebisingan ini dengan objek Knalpot. Penelitian mengenai Aktif Kendali Kebisingan sebelumnya banyak mengarah kepada Aktif Kendali Kebisingan yang masih bersifat umum.

Antara lain dari penelitian Aktif Kendali Kebisingan yang bersifat umum adalah A Local Active Noise Control System Based On A Virtual-Microphone Technique For Railway Sleeping Vehicle Applications [1].

Gambar 1.1 Ilustrasi kebisingan pada roda kereta api yang akan di deteksi kebisingannya dengan kondisi penempatan mikropon maya

[1]

Pada gambar 1.1 menunjukan ilustrasi penempatan mikropone maya di roda kereta api untuk mendeteksi kebisingan yang terdapat pada roda kereta tersebut.

Gambar 1.2 Lingkup batasan pada penempatan loudspeaker pada lantai dalam jarak centimeter [1]

Pada gambar 1.2 adalah lingkup batasan pada penempatan loudspeaker yang ditentukan jaraknya guna mempropagasi sinyal suara yang telah dideteksi oleh mikropone yang telah di letakkan pada roda kereta api.

Gambar 1.3 Ruang Kontrol pendeteksian kebisingan roda kereta api [1]

Pada gambar 1.3 merupakan ruang kontrol untuk proses pengambilan data kebisingan yang terjadi pada roda kereta api. Ruang kontrol ini adalah sebuah ruangan yang kedap suara yang berfungsi agar tidak ada interferensi suara dari luar yang mana jika terjadi interferensi suara sangat mempernagaruhi pemrosesan sinyal bising yang akan di proses.

Gambar 1.4 Sumber kedua (secondary source) dan penembatan mikropon untuk pendeteksian pengukuran [1]

Gambar 1.4 memperlihatkan bagaimana sumber utama yaitu roda kereta api di lawan dengan secondary source yang merupakan suara dari pembagkit yang kemudian tangkap oleh mikropon sebagai sensor untuk di ukur dan di proses pada ruang kontrol yang terlihat pada gambar 1.3.

Pada gambar 1.5 bagian control dan speaker berfungsi sebagai anti signal

yang pancarkan oleh noise referensi yang kemudian dikuatkan oleh amplifier kemudian didistribusikan ke LPF (Low Pass Filter), selanjutnya di ubah oleh ADC (Analog Digital Converter) yang kemudian di olah dengan PC (Personal Computer) dimana dari komputer di ubah lagi ke DAC (Digital Analog Converter) yang dikuatkan oleh ampplifier lagi yang berfungsi sebagai counternoise reference.

Proses pada ruang kontrol tersebut adalah merupakan proses pereduksian sinyal kebisingan yang terjadi pada roda kereta api. Teknik Aktif Kendali Kebisingan sistem mikropon maya ini adalah tetap memproses propagasi dua sinyal yaitu

primary dan secondary yang bertujuan dengan propagasi dua sinyal tersebut akan menuju pada quite zone. Dimana dengan sinyal yang akan dihasilkan mendekati quite zone maka reduksi noise akan didapatkan.

Penelitian lainnya mengenai Aktif Kendali Kebisingan adalah New FIR filter-based adaptive algorithms incorporating with commutationerror to improve active noise control performance [2]. Studi ini mempertimbangkan suatu kesalahan kaedah umpan balik (CE/Commutation Error) yang diakibatkan oleh suatu rangkaian pada Aktif Kendali Kebisingan yang nyata, yang kemudian dibandingkan dengan tahapan derivasi. Tahapan itu adalah penyesuaian algoritma-algoritma baru yang dikembangkan sebagai fungsi FxLMS/CE (filtered-x least mean square ), dimana FxNLMS/CE bertujuan untuk menghapuskan gangguan kesalahan kaedah umpan balik agar dapat menyesuaikan dengan algoritma pada aplikasi Aktif Kendali Kebisingan. Penyesuaian algoritma ini di simulasikan pada komputer yang

menunjukan ke konvergenan dengan tujuan memeperoleh penyesuaian algorima baru ketika dibandingkan dengan algoritma lama. Hasil terbaik dari algoritma FxRLS/CE adalah dapat memperoleh 2 s sampai kepada rentang konvergen 34 dB, rentang ini adalah reduksi yang diperoleh melalui Sound Pressure Level dengan menggunakan white nois. Data penelitian ini meliputi kesalahan kaedah umpan balik (CE/Commutation Error) menuju FIR (finite-impulse-response) sebagai penyesuaian algoritma yang menyeluruh pada Aktif Kendali Kebisingan yang akan di capai melalui kecepatan konvergen dan tingkatan reduksi.

Gambar 1.6 Blok Diagram Sistem Aktif Kendali Kebisingan [2]

Pada gambar 1.6 dapat kita amati bahwa sinyal input yang dihasilkan oleh

Primary-Path akan di propagasikan dengan sinyal input yang di hasilkan oleh

Secondary-Path yang mana sinyal Secondary-Path ini disesuaikan oleh FIR (finite-impulse-response) filter. Propagasi ini yang mereduksi sinyal kebisingan.

Gambar 1.7 Blok Diagram algoritma FxLMS/CE (switch on) dan FxLMS (switch off) [2]

Pada gambar 1.7 adalah proses algoritma bagian Secondary-Path, dimana pada proses Secondary-Path inilah fungsi untuk mereduksi dengan teknik Aktif Kendali Kebisingan. Algoritma ini dengan menggunakan FxLMS/CE (filtered-x least mean square ) dengan switch on dan switch off. On dan off inilah yang mengatur FxLMS/CE (filtered-x least mean square ) sehingga Secondary-Path dapat menghasilkan anti signal guna mereduksi kebisingan.

1.2 Perumusan Masalah

Kajian tulisan ini adalah Aktif Kendali Kebisingan, dimana dalam bahasa awamnya suara dilawan dengan suara sehingga faktor kebisingan dapat diminimalisir. Dalam hal ini peneliti merancang sebuah alat Pembangkit Sinyal Bising (Noise

Generator) dan alat Penggeser Fasa (Phase Shifter) yang berfungsi sebagai pelawan Sinyal Bising Sumber .

1.3 Tujuan Penelitian

1.3.1 Tujuan Umum

Simulasi pemrosesan sinyal Aktif Kendali Kebisingan (Active Noise Control) pada Knalpot (noise silencer).

1.3.2 Tujuan Khusus

1. Merancang prototipe dari Pembangkit Sinyal Bising yang dapat

menghasilkan sinyal tegak (standing wave) dari suatu sinyal bising. Sinyal tegak (standing wave) tersebut dapat diatur frekuensi dan amplitudonya dengan menggunakan potensio meter yang dihasilkan oleh rangkaian Pembangkit Bising.

2. Merancang prototipe pemrosesan sinyal yang dapat menggeser fasa (Phase Shifter) dimana dengan pergeseran fasa ini maka sinyal dapat di-tuning frekuensinya agar dapat membalikkan fasa 1800. sehingga menghasilkan sinyal lawan dan anti sinyal di dapatkan. Dimana tujuannya adalah untuk melawan sinyal bising knalpot agar kebisingan dapat tereduksi.

3. Simulasi Sinyal Aktif Kendali Kebisingan sistem untuk meredam

perhitungan Transformasi Fourier yang membandingkan hasil data bising dari Knalpot dengan data rangkaian Pembangkit Sinyal Bising.

1.4 Manfaat Penelitian

Dapat berguna untuk automotive, industri, bangunan (tata ruang), bidang kedokteran dan lingkungan (untuk mengatasi polusi suara).

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA.

2.1 Asal Perambatan dan Kecepatan Bunyi

Kata bunyi mempunyai dua definisi: (1) Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam medium elastik seperti udara. Ini adalah bunyi-obyektif. (2) Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan penyimpangan fisis yang digambarkan. Ini adalah bunyi subyektif.

Gambar 2.1 Garpu tala yang dipukul menghasilkan perubahan tekanan udarakarena getarannya dan menghasilkan bunyi[3]

Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan partikel-partikel udara yang bergerak ke arah luar, yaitu karena penyimpangan tekanan dan getaran yang terjadi pada subjek yang di pukul (lihat gambar 2.1). Ini sama dengan penyebaran gelombang air pada permukaan suatu kolam dari titik di mana batu dijatuhkan.

Partikel-partikel udara yang meneruskan gelombang bunyi tidak berubah posisi normalnya; mereka hanya bergetar sekitar posisi kesetimbangannya, yaitu posisi partikel bila tak ada gelombang bunyi yang diteruskan. Penyimpangan tekanan ditambahkan pada tekanan atmosfir yang kira-kira tunak' (steady) dan ditangkap oleh telinga.

Gambar 2.2 Konstruksi Telinga manusia dalam menangkap bunyi [4]

Pada gambar 2.2 adalah merupakan ilustrasi bagaimana telinga manusia menangkap bunyi dari sumber suara, telihat proses dari Eardum menuju Cochlea yang berakhir pada Brain sebagai pengolah bunyi yang telah di dengar.

Suara nyanyian atau instrumen musik memancarkan beberapa ratus atau bahkan ribu mikrowatt daya akustik. Hal ini menjelaskan bagaimana mudahnya seorang penyanyi atau pemusik mengisi volume suatu auditorium yang terlampau besar untuk pembicaraan yang tidak diperkuat.

Jika tekanan gelombang bunyi yang berubah mencapai telinga luar, getaran yang diterima gendang telinga diperbesar oleh tulang-tulang kecil di telinga tengah dan diteruskan lewat cairan ke ujung-ujung saraf yang berada di telinga dalam. Saraf akhirnya meneruskan impuls ini ke otak, di mana proses mendengar tahap terakhir terjadi dari sensasi bunyi tercipta.

Tingkat tekanan bunyi minimum yang mampu membangkitkan sensasi pendengaran di telinga pengamat disebut ambang kemampuan mendengar. Bila tekanan bunyi ditambah dan bunyi menjadi lebih keras, akhirnya ia mencapai suatu tingkat dimana sensasi pendengaran menjadi tidak nyaman. Tingkat tekanan bunyi minimum yang merangsang telinga sampai suatu keadaan di mana rasa tidak nyaman menyebabkan rasa sakit tertentu disebut ambang rasa sakit. Antara kemampuan didengar dan rasa sakit tekanan bertambah sejuta kali. Ini menunjukkan jangkauan tekanan bunyi yang ditanggapi telinga sangat lebar.

Jelas bahwa kepekaan telinga berubah dengan nyata bila bunyi berbeda frekuensinya. Dari kurva ambang kemampuan dengar dapat dilihat bahwa pada 1000 Hz tingkat tekanan bunyi minimum sekitar 4 dB diperlukan untuk hampir tidak didengar telinga sedangkan pada 63 Hz telinga tidak akan bereaksi terhadap bunyi apapun kecuali bila tekanannya mencapai tingkat minimum kira-kira 35 dB. Sampai tingkat tertentu kita tuli terhadap bunyi frekuensi rendah. Kepekaan telinga kita yang berkurang dalam jangkauan frekuensi rendah menguntungkan, karena hal ini menghindarkan kita dari gangguan yang disebabkan bunyi frekuensi rendah di dalam dan sekitar kita. Sebaliknya, adalah menguntungkan bahwa telinga lebih peka

ter-hadap bunyi dalam jangkauan sekitar 400 sampai 5000 Hz, yaitu frekuensi yang penting untuk inteligibilitas pembicaraan dan kenikmatan musik yang sempurna.

Kecepatan rambat gelombang bunyi pada temperatur ruang 68°F (20°C) adalah sekitar 1.130 ft per sekon (344 m per sekon). Dalam pembahasan telah ditunjukkan bahwa kecepatan bunyi yang relatif rendah inilah yang menyebabkan cacat akustik seperti gaung (pemantulan yang berkepanjangan), gema dan dengung yang berlebihan [3].

Bunyi merupakan gelombang atau dalam istilah tekniknya kita menyebutkan sinyal. Sinyal bunyi tersebut dapat kita lihat seperti gambar 2.3 Sinyal bunyi merupakan gelombang sinusoidal. Kemudian jika sinyal bunyi itu didiskritkan maka tampaklah sinyal tersebut seperti yang tertera pada gambar 2.3 sebelah kanan dimana terlihat sinyal sudah berupa garis-garis dan ini yang dinamakan pengolahan sinyal bunyi yaitu dengan mendiskretkan sinyal tersebut.

Tahapan diskret sinyal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.3 terlihat bahwa tahapan pertama adalah sinyal berbentuk sinusoidal yang kemudian beralih kepada sinyal berbentuk eksponensial dan dilanjutkan kepada sinyal square dan diakhiri dengan sinyal sinusoidal yang tereksponensial yang begitu berfluktuasi dengan amplitudo yang sangat acak.

Dari semua sinyal tersebut dapat dicuplik atau disamplingkan atau dalam istilah matematikanya pendiskretan sinyal. Pendiskretan ini bertujuan untuk mempermudah pemrosesan sinyal tersebut.

Gambar 2.3 Sinyal suara dan sinyal diskret atau dalam istilah pemrosesan sinyal di samplingkan [5]

Sinyal yang paling sederhana adalah standing wave. Yaitu sinyal yang berbentuk sinussoidal, dapat dilihat pada gambar 2.4, 2.5, dan 2.6.

Gambar 2.4 Sinyal tegak [6]

Gambar 2.4 menunjukan bagaimana kerapatan gelombang berjalan dan bagaimana Sound Pressure yang terjadi pada standing wave. Dapat dilihat juga dari simulasi tentang kerapatan frekuensi pada proses terjadinya Sound Pressure tersebut.

Proses ini telah disimulasikan oleh ISVR (Institut of Sound and Vibration Research). Dan menjadi acuan sebagai simulasi penjalaran sinyal untuk Sound Pressure.

Gambar 2.5 Sinyal tegak dengan panjang gelombangnya pada perbedaan frekuensi [6]

Pada gambar 2.5 dapat dilihat panjang gelombang pada frekuensi tinggi dan panjang gelombang pada frekuensi rendah berbeda. Pada panjang gelombang frekuensi rendah kerapatan medianya lebih jarang sehingga jarak antara satu puncak gelombang ke puncak gelombang lain lebih jauh jika dibandingkan dengan panjang gelombang pada frekuensi tinggi. Pada frekuensi tinggi jarak antara satu puncak dengan puncak lainnya lebih dekat dikarenakan kerapatannya yang lebih.

Dengan Sound Pressure Level yang sama namun frekuensi yang berbeda maka terlihatlah perbedaan kerapatan gelombang, yang sebutkan dengan long wavelength dan short wavelength.

.

Gambar 2.6 Sinyal tegak dengan panjang gelombang pada perbedaan kecepatannya [6]

Pada gambar 2.6 dapat dilihat persamaan frekuensi dan perbedaan percepatan pada Sound Pressure Level yang terjadi pada Long Wavelength dan Short Wavelength.

Frekuensi dan kecepatan rambatan bunyi

(detik) waktu

t

(2.1) (Hz)

frekuensi f

Hz t

1 f

= = =

Pergerakan kecepatan gelombang bunyi berbeda pada tiap media, seperti pada udara, gas atau air. Cepat rambat bunyi bergantung pada kerapatan, suhu dan tekanan media udara. ) 2 . 2 ( detik m P

cg= a

atau (K) Suhu T ) (Kg/m Kerapatan (Pa) Atmosfer Tekanan Pa 1.41) udara (untuk spesifik panas Rasio (m/det) bunyi rambat Cepat cg : dimana (2.3) det m T 20.05 cg 3 = = = = = = =

Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan, sedangkan pada media tidak padat bergantung pada modulus Bulk dan kerapatan.

(2.4) Pa E cs= ) (Kg/m Kerapatan (Pa) Young Modulus E : dimana 3 = =

Intensitas dan Kecepatan Partikel Bunyi di udara (2.5) m W A W

I= ₂

) (m Area Luas A (Watt) Akustik Daya W ) m W ( Bunyi Intensitas I : dimana 2 2 = = =

Intensitas bunyi yang dapat dideteksi manusia adalah 10-6 W/cm2, maksimum yang dapat diterima tanpa menyebabkan kerusakan adalah sekitar 10-3 W/cm2.

Kecepatan partikel adalah radiasi bunyi yang dihasilkan sumber bunyi akan mengelilingi udara sekitarnya.

Kecepatan partikel: (2.6) m/det c . P V= (m/det) gelombang rambat Kecepatan c ) (kg/m bahan jenis Massa (Pa) Tekanan P (m/det) partikel Kecepatan V : dimana 3 = = = =

Untuk menghitung panjang gelombang dapat dicari dengan persamaan : (2.7) meter f c ₌ = ft) (1128 340m/det udara di bunyi rambat Kecepatan c (1/det) Frekuensi f (m) gelombang rambat Panjang : dimana = = =

Maka panjang gelombang akustik adalah:

) 8 . 2 ( ft f 1128 =

Tingkat kebisingan suara yang terlalu besar disebutkan directivity. Ini terjadi karena penjalaran media yang bebas. Ini dapat di tunjukan pada gambar dibawah, terlihat bagaimana penjalaran SPL (Sound Pressure Level).

Kemudian kita dapat melihat sumber suara pada suatu ruangan dengan beberapa variasi.

Diketahui perambatan Sound Pressure Level adalah:

dB 4x10 (atm) P 10log ref P (atm) P 10log m N 2x10 P P P(atm) 20log SPL 5 2 10 2 2 10 2 5 ref ref 10 S − − = = = = = (2.9) (Pa) 101300 P (Pa) 0.00002 P : dimana atm ref = =

2.2 Perambatan Bunyi pada Media

Bunyi dapat merambat pada tiga media. 1. Udara/gas

2. Air/cairan 3. Benda Padat

Laju Bunyi pada beberapa Material pada 200C & 1 Atm

Tabel 2.1 Kelajuan Bunyi pada Material

No Material Laju Bunyi (m/s)

1 Udara 343

2 Udara (00 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.

No Sumber Suara Intensity (dB)

Intensity (W/m2)

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 km/jam 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 0 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 2.8 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.

Gambar 2.10 Dua buah gelombang tegak dengan perbedaan fasa 1800 saling meniadakan [7]

Pada gambar 2.10 diperlihatkan dua bunyi yang berbeda fasa 1800 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

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

y₂ =− 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 1800 dan sinyal saling meniadakan.

Maka persamaan dari penggabungan Sinyal Awal/Sinyal 1 dengan Sinyal Lawan/Sinyal 2 adalah :

2 1 noise

aktif

y

y

Y

=

+

(2.12)

0

t

sin

A

t

sin

A

Y

_aktifnoise

=

−

=

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

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.

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.

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.

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

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.

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]

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.

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 2.24 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].

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.

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].

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

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.

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].

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.

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.

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 S/H 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

Teori mengenai FFT (Fast Fourier Transform) yang akan digunakan dalam Pemrosesan Sinyal ini adalah sebagai berikut:

Fungsi f(x) adalah merupakan fungsi periodik jika nilai fungsinya berulang pada waktu yang tertentu dengan variabel tunggal. Pengulangan waktu tertentu ini merupakan perioda dalam suatu getaran dapat dilhat pada gambar 2.36.

Gambar 2.36 Fungsi dari suatu sinyal dengan perioda [17]

Nyatalah bahwa y = sin nx adalah merupakan fungsi periodik, dimana jarak nilai x naik dari 00 sampai 3600. Periode 3600 dikatakan 2 radians dan maksimum pergeseran amplitudo dari posisi sandaran, lihat gambar 2.37

Definisi Deret Fourier:

Fungsi f (x) yang dapat ditentukan pada interval (-L,L) dan di luar interval dan diluar interval ii ditentukan pleh f(x + 2L), yaitu dianggap bahwa f(x) mempunyai periode 2L. Deret Fourier atau ekspansi fourier yang sehubungan dengan f(x) tadi didefinisikan sebagai:

) L n sin b L n cos a ( 2 a n n 1 n

0 +

∑

+

∞ =

(2.13)

Dengan harga-harga koefisien Fourier an dan bn ditentukan oleh:

. ... 0,1,2,.... n dx L n f(x)sin L 1 b dx L n f(x)cos L 1 L L n L L n = = =

∫

∫

− − a (2.14)

Deret Fourier juga merupakan penurunan persamaan matematik bentuk gelombang tegangan dan menentukan besar amplitude .

Setiap fungsi periodik f( t) dapat diuraikan menjadi deret trigonometri tak terhingga dan disebut deret Fourier. Supaya dapat diuraikan menjadi deret Fourier, fungsi tersebut harus memenuhi kondisi sebagai berikut:

Fungsi tersebut merupakan fungsi periodik dan memenuhi relasi f ( t ) = f ( t+2 ) dengan periode 2 .

Ambil suatu fungsi periodik f ( t) maka deret Fourier untuk fungsi tersebut pada rumusan :

[

]

∑

∞ = + + = + + + + + + + + = 1 n n n 0 3 2 1 3 2 1 0 sin(n in B t) cos(n A A t) f( (2.15) ... t) sin(3 B t) sin(2 B t) sin( B ... cos(3 os A cos(2 os A cos( os A A t) f( ω ω ω ω ω ω

A0, An, dan Bn disebut koefisien Fourier dan ditentukan dengan

rumus :

∫

= 2 0

0 f( t) d( t)

2 1

A ϖ ϖ (2.16)

∫

= 2 0

n f( t)cos(n t)d( t)

2 1

A ϖ ϖ ϖ (2.17)

∫

= 2 0

n f( t)sin(n t)d( t)

2 1

B ϖ ϖ ϖ (2.18)

.. 1,2,3... n : dimana =

Untuk menyederhanakan perhitungan Deret Fourier, adalah dengan menggunakan tabel Transformasi Fourier. Tabel Tranformasi Fourier ini beragam bentuk, namun peneliti mengambil bentuk yang paling sederhana dari sinyal yang akan di proses.

Betuk ini masih merupakan bentuk sinusoidal, yaitu dengan memotong perbagian dari keacakan sinyal yang sangat rumit.

Tabel 2.3 Transformasi Fourier ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = = +∞ + ∞ − +

∫

( ) { ( )} ) 2 1 ( ) ( ) ( y F FT dy e y F x f x f ixy

π ⎢_⎣⎡ = = − ⎥_⎦⎤

∞ + ∞ − −

∫

( ) { ( )} ) 2 1 ( ) ( ) ( y F FT dy e x F y f y f ixy π

[Gaussian]

x a A exp(− 2 2)

1/a _A

2a a A π

[Gaussian]

a y a A ) 4 exp( 2 2 − π

Sumber: Champeney, D.C. Fourier Transform and Their Physical Application: Academic Press, Inc.

Pada penelitian ini perhitungan Fourier yang gunakan adalah Transformasi Fourier dengan menggunakan tabel diatas yaitu dengan persamaan dari tabel:

{ }

F(y)

(

2

.

19

)

FT

dy

e

F(y)

2

1

f(x)

ixy

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

₌

∞

₌

+ ∞ − +

∫

Yang kemudian kita gunakan persamaan sinyalnya untuk meghitung adalah:

) x a

Aexp(− 2 2 _(2.20)

fungsi nilai x constan real a Amplitudo A : Dimana = = =

2.4 Uraian Aktif Kendali Kebisingan

Ada beberapa cara untuk mengurangi kebisingan yang dipancarkan oleh suatu sumber bunyi di dalam suatu ruang. Satu pendekatan baku terdiri dari penyerapan suara bising pasif, yaitu mencakup dinding dengan material seperti glassfibre mantel. Material ini menyerap energi akustik ke dalam panas dan demikian berperan untuk pengurangan kebisingan, tetapi material ini bekerja terbaik pada frekuensi tinggi (diatas 5000 Hz). Aktif Kendali Kebisingan Sistem telah dikembangkan untuk mengatasi strategi pasif pada frekuensi rendah (di bawah 1000 Hz).

2.4.1 Mekanisme dan Cara kerja

Aktif Kendali Kebisingan adalah dengan cara menambahkan bunyi kebalikan yang tepat untuk menghilangkan kebisingan tersebut (anti sound). Kita dapat melihat gelombang dengan amplitudo yang awal kemudian kita berikan amplitudo yang berlawanan (berbeda fasa 180o). Pada sisi lain, dua gelombang dengan fasa berlawanan dan amplitudo sama digabungkan maka akan menghapuskan keseluruhan amplitudo.

Dengan pendeteksian bunyi melalui mikropon, Aktif Kendali Kebisingan dapat secara otomatis menghasilkan isyarat yang benar untuk mengirim kepada pengeras suara yang akan menghasilkan anti sound untuk mengilangkan bunyi yang

asli. Ukuran daerah kesunyian yang diciptakan tergantung pada panjang gelombang bunyi. Efektivitas sistem akan tergantung pada ukuran dan bentuk ruang di mana diterapkan, ukuran sumber bunyi yang tak dikehendaki dan nomor jumlah dan posisi pengeras suara yang digunakan untuk menghasilkan anti sound.

2.5 Aplikasi Aktif Kendali Kebisingan

Pada penelitian ini Aktif Kendali Kebisingan di gunakan untuk mendeteksi sinyal redaman di knalpot (silencer) mobil. Sinyal bunyi yang akan dihasilkan adalah diusahakan tereduksi seminimal mungkin untuk mendapatkan kenyamanan bunyi.

Gambar 2.38 Knalpot (noise silencer)Mobil

Dari sumber bising yang dihasilkan oleh knalpot seperti pada gambar 2.38 penliti akan menangkap bunyi tersebut yang mana kemudian bunyi tersebut dilakukan pelawanan dengan bunyi yang dihasilkan oleh Pembangkit Sinyal Bising, dimana

bunyi lawan ini berbeda fasa 1800 dengan menggunakan Penggeser Fasa sebagai pembalik fasanya.

2.5.1 Pembangkit Sinyal Bising

Noise generator adalah pembangkit kebisingan (noise) untuk menghasilkan sinyal lawan (secondary) sinyal. Sehingga frekuensi dan amplitudo yang dipancarkan dapat diimbangi dengan sinyal lawan (secondary) ini guna mendapatkan Aktif Kendali Kebisingan dan dapat melemahkan (reduction) keibisingan tersebut (lihat lampiran 1 halaman 146)

Perhitungan Rangkaian dasar dari Pembagi Tegangan yang masuk ke IC 555 sebagai Oscilator adalah gambar 2.39.

V V K K V K K K V R R R unloaded

Vout _S 9 2.25

40 10 9 10 30 10 ) ( 2 1

2 _⎟ =

⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + =

Pada IC 555 sebagai timer atau juga sebagai model Osilator terdapat rumus untuk frekuensi dan duty cycle adalah:

ext 2 1 r )C 2R (R 1.44 f +

= (2.21)

Dan untuk duty cycle adalah :

100% 2R R R R cycle Duty 2 1 2 1 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + +

= (2.22)

2.5.2 Penggeser Fasa

Penggeser fasa adalah suatu alat untuk menggseser fasa pada sinyal. Teknik ini digunakan dengan tujuan untuk membalik fasa 1800 yang sasarannya adalah untuk membuat anti sound pada penelititan ini, sehingga dapat menghasilkan pemrosesan sinyal Aktif Kendali Kebisingan (lihat lampiran 2 halaman 147)

Teori dari proses Penggeser fasa ini adalah melalaui masukan pada Transistor yang kemudian di keluarkan pada kaki Kolektor dan Emitor dengan

resistan tertentu sehingga sinyal keluaran bisa diatur pergeseran fasanya, dapat dilihat pada gambar 2.40.

Gambar 2.40 Proses input dan output dari pergeseran fasa

Sinyal kolektor terputar 1800 terhadap sinyal input dan terhadap sinyal emitor. Analisa ini didapat dari Tanggapan Penguat Frekuensi Rendah dapat dilihat pada gambar 2.41.

Gambar 2.41 Frekuensi rendah AC dengan Kopling dan by pass Kapasitor high-pass rangkaian RC

Arus input basis adalah: RC rangkaian Input L R || C R C R Dimana = in V 1 C 2 X in 2 R in R base V ⎟⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +

= (2.23)

Kondisi ini terjadi pada input rangkaian RC ketika RC1 = Rin

in in in in 2 in 2 in in 2 2 in base 0.707V V 2R 1 V in 2R R Vin in 2R R V in R in R R V = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = in 1 1 R 2 fc 1 Xc : dihitung dapat rendah frekuensi =

= (2.24)

1 inC 2

1 fc=

(

Rs Rin

)

C1 2 1 fc : dihitung dapat sumber input tahanan maka + =

2.5.3.Penggeser Fasa (Phase Shift) pada input rangkaian RC

Pada frekuensi rendah, nilai tertinggi C1 menyesebabkan pergeseran fasa dan

tegangan output pada rangkaian RC mendahului tegangan input. Dimana dari proses pergeseran sudut fasa dapat diatur derajat yang terjadi pada perjalanan sinyal yang akan ditampilkan. Perolehan derajat ini adalah dengan langkah demi langkah dalam mengeset sudut fasa yang mana ada merupakan frekuensi menengah dan frekuensi kritis. Dengan mengeset dua frekuensi ini maka derajat perputaran sinyal dapat diperoleh. Jadi sudut fasa pada input rangkaian RC di rumuskan dengan frekuensi menengah dan frekuensi kritis.

Rumusannya: ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = − in 1 1 R Xc

tan (2.25)

( )

0 1 in 1 1 0 0 tan R 0 tan jadi 0 Xc menengah, frekuensi Pada = = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = = − −

( )

0

1 in in in 1 45 1 tan R R jadi R Xc kritis, frekuensi Pada = = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = = −

( )

0

1 in in 1 in 1 84.3 10 tan R 10R tan jadi 10R Xc kritis, frekuensi dibawah dekade satu Untuk = = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = = − −

Gambar 2.42 Sudut fasa versus frekuensi pada input rangkaian RC [18] Pada gambar 2.42 menunjukan bahwa frekuensi cutoff pada pergeseran fasa terletak pada nilai 450. Proses tersebut menunjukan bahwa nilai 900 bahkan sampai 1800 yang peneliti kehendaki akan dapat di capai dengan rangkaian RC ini.

Langkah berikutnya dalam proses pencapaian pergeseran fasa 1800 dapat dilihat pada gambar 2.43.

Gambar 2.43 Input pada rangkaian RC disebabkan tegangan basis mendahului tegangan input dibawah frekuensi menengah pada sudut fasa [18]

Gambar 2.43 menunjukkan bahwa dengan tegangan basis mendahului tegangan input maka proses pergeseran fasa dapat dilakukan dengan langkah menggunakan rangkaian RC.

Dari acuan rangkaian RC peneliti dapat melangkah kepada Penggeser Fasa sebagai pembalik fasa 1800 yang menggunakan metode justifikasi potensiometer guna menggeser fasa, tujuannya adalah untuk membuat sinyal lawan sehingga Aktif Kendali Kebisingan dapat tercapai dan reduksi dapat dihasilkan. Untuk sinyal yang demikian acak kita perlu meramu rangkaian anti sound yang lebih rumit.

BAB 3

METODE PENELITIAN

Metode pada penelitian ini adalah dengan membangkitkan sinyal bising dari pembangkit sinyal yang kemudian sinyal tersebut di deteksi oleh oscilloscope. Kemudian hasil data pembangkit sinyal bising di olah dengan mengacu kepada sinyal bising dari sumber (knalpot) yang telah diukur, kemudian datanya diperoleh maka data dari sinyal sumber tersebut di hitung untuk kemudian mengarah kepada pendekatan reduksi bunyi dengan melalui proses perhitungan Pemrosesan Sinyal yang menggunakan Tansformasi Fourier. Reduksi ini terlihat di hasil perhitungan pada perbandingan persentasi error sinyal sumber yang dibandingkan dengan sinyal yang dibangkitkan oleh rangkaian pembangkit sinyal.

Pada perhitungan analisis rangkaian Pembangkit Sinyal Bising metoda yang digunakan untuk perhitungan rangkaian adalah dengan menghitung perbagian rangkaian dengan menggunakan software Orcad 9.1.

Sedangkan untuk analisis rangkaian Penggeser Fasa metoda yang digunakan untuk perhitungan rangkaian adalah dengan menghitung perbagian rangkaian dengan menggunakan software Circuit Maker 6.

Metoda perhitungan rangkaian dengan menggunakan software ini lebih efissien, cepat dan juga lebih cermat.

Prinsip dasarAktif Kendali Kebisingan dapat dilihat pada blok diagram gambar 3.1. Terlihat dua sumber suara yaitu sumber suara yang ditimbulkan oleh sumber aslinya dilawan dengan sumber suara dari pembangkit suara. Kemudian dua suara itu ditangkap oleh mikropon yang kemudian ditransfer ke komputer untuk diolah sinyalnya guna mendeteksi hasil reduksi yang terjadi.

Blok diagram pada gambar 3.1 ini adalah prinsip umum untuk sebuah teknik Aktif Kendali Kebisingan. Hanya kemudian para peneliti mengembangkan metodologi-metodologi teknik-teknik terbaru dengan konfigurasi yang lebih bervariasi dengan tujuan mendapatkan hasil penelitian yang semakin akurat.

Penggeser Fasa adalah untuk men-tuning agar mendapatkan fasa yang terbalik 1800 sehingga anti sinyal dapat diperoleh dengan tujuan melawan sinyal sumber.

Pada percobaan alat maka penyelesaiannya adalah dengan meninjau ulang nilai-nilai komponen rangkaian Pembangkit Sinyal Bising dan rangkaian Penggeser Fasa untuk dapat kemudian menghitung kembali agar hasil sinyal yang di diperoleh dapat mencapai data sinyal yang lebih baik dengan persentase yang lebih akurat.

5.2. Saran

Fenomena yang menarik dari penelitian ini adalah:

1. Untuk pengembangan Aktif Kendali Kebisingan pada knalpot (noise silencer) teknik ini dapat digunakan pada berbagai jenis knalpot dengan mengatur konfigurasi penempatan mikropon sebagai sumber anti sinyal yang berfungsi mereduksi kebisingan knalpot tersebut. Setting mikropon ini dapat disesuaikan dengan konfigurasi knalpot. Konfigurasi ini merupakan teknik untuk mempermudah dalam hal penempatan instrument Aktif Kendali Kebisingan. Tentu dengan pengkajian instrumen yang diletakkan pada ruangan kedua tersebut harus tahan terhadap temperatur tinggi. Misal kita menggunakan mikropon sebagai pelawan sinyal noise knalpot, maka mikropon yang kita gunakan harus mikropon yang tahan terhadap temperatur tinggi. Dan memungkinkan juga membuat Inteligent Active Noise Control System/Automatic Control (sistem cerdas) pada knalpot.

2. Teknik Aktif Kendali Kebisingan ini juga dapat dipergunakan untuk design knalpot dalam bentuk fisik dengan konfigurasi dua ruangan, ruangan pertama digunakan sebagai exhause dan ruangan kedua digunakan sebagai anti noise untuk melawab noise exhause. Konfigurasi ini juga bisa dikembangkan dengan kajian tekstur sekat-sekat yang ada di dalam knalpot yaitu dengan mengembangkan teknik akustik pada tabung knalpot. Jadi untuk teknik ini lebih mengarah kepada tekstur (bentuk) sekat dan material knalpot tanpa harus menggunakan sistem elektronik. Yaitu tetap dengan menggunakan teknik dua ruangan dengan menganalisa ruangan pertama sebagai exhause yang menghasilkan noise dan ruangan kedua sebagai pelawan noise atau anti noise. Kajian tentang knalpot juga bisa lanjutkan dengan menambah variabel untuk SIL (Sound Intensity Level) vs Frekuensi.

3. Alat Aktif Kendali Kebisingan ini dapat digunakan pada pabrik yang memiliki tingkat kebisingan tinggi, yaitu dengan membuat suatu alat Inteligent Active Noise Control System/Automatic Control (sistem cerdas). 4. Alat Aktif Kendali Kebisingan ini juga bisa digunakan pada pengobatan

alternative yaitu dengan konsep pelemahan (reduksi) frekuensi sumber penyakit. Karena setiap penyakit memiliki sinyal frekuensi sumber. Dengan membuat sinyal frekuensi lawan maka penyakit dapat di lemahkan (reduksi) atau lebih tepatnya dapat disembuhkan, yaitu dengan membuat alat Elektromedik pembangkit sinyal yang merupakan Anti Signal dari sinyal penyakit pada tubuh pasien.

5. Teknik ini dapat diterapkan pada banyak kondisi misalnya seperti kabin pesawat, industri bahkan lingkungan. Kemudian dari perkembangan teori frekuensi terhadap bunyi ini dapat dikembangkan perhitungan tentang frekuensi atom juga dan ini telah di kembangkan oleh seorang insinyur Canada Robert Loyd. Selama tiga puluh lima tahun ia dedikasikan waktunya untuk mempelajari masalah ini. Ia dibantu seorang ahli matematika untuk membuat rumus matematika yang dapat menghitung frekuensi atom. Dengan rumus ini, ditemukan bahwa sebuah bunyi dapat memperbaiki frekuensi yang terganggu.[25].

6. Saran no 3 merupakan inti dari pembahasan Anti Signal dikarenakan dengan mengetahui frekuensi atom dan juga dengan perhitungan secara detail maka rancangan Anti Signal semakin mudah di lakukan untuk direalisasikan pada berbagai aplikasi bidang ilmu.

DAFTAR PUSTAKA

[1] J. Diaz, J.M. Egan a, J. Vinolas, A Local Active Noise Control System Based On A Virtual-Microphone Technique For Railway Sleeping Vehicle Applications

[2] Ching-Wen Liao, Jong-Yih Lin, New FIR filter-based adaptive algorithms incorporating with commutationerror to improve active noise control performance

[3] Doelle, Leslie L. Akustik Lingkungan. Montreal: Erlangga, 1986. [4] Encarta Ensiklopedi. 2006

[5] Foremen, John E. K. Sound Analysis and Noise Control. New York: Van Nostrand Reinhold, 1990.

[6] Animation and Acoustic Wave. ISVR (Institut of Sound and Vibration Research). 27 Desember 2006

<http://www.isvr.soton.ac.uk/SPCG/Tutorial/Tutorial/Tutorial_files /Web-interaction.htm>

[7] Thom, Jadine; Peters, Cheryl; McIntyre, Elaina; Winters, Meghan;

Teschke, Kay; Hugh Davies. Active Noise Control Communication Headsets For The Entertainment Industry.

[8] Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Energi Gelombang dan Medan. Balai Pustaka 1981.

[9] Animation and Acoustic Wave. ISVR (Institut of Sound and Vibration Research). 27 Desember 2006

<http://www.isvr.soton.ac.uk/SPCG/Tutorial/Tutorial/Tutorial_files /Web-interaction.htm

[10] Handaga, Bana; Suryawan, Fajar. Noise Cancelletion Using ANC System. 17 No.1 (2006): 9-16

[11] Rybing, Peter. “Active Noise Control in Home Environment.” Diss. Royal

Institut of Technology. 2003 [12]] Active Noise Control.

[13] Adachi, Shuichi; Sano, Hisashi. Modeling, Modeling, Control and Experiment of a Feedback Active Noise Control System for Free Sound Fields

[14] S¨allberg, Benny; H°akansson, Lars; Claesson, Ingvar. Active Noise Control

For Hearing Protection Using A Low Power Fixed Point Digital Signal Processor

[15] Carini, Alberto; Sicuranza, Giovanni L. Filtered-X Affine Projection

Algorithms for Active Noise Control Using Volterra Filters

[16] Sujbert, L; Moln´ar, K.; Orosz, Gy; Lajk´o, L. Wireless Sensing for Active

Noise Control

[17] Stroud, K.A. Further Engineering Mathematics

[18] Floyd, Electronic Device: Prentice-Hall

[19] Frekuensi http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency

[20] Wilson, Charles E. Noise Control Measurement, Analysis, and Control of

Sound Vibration. New York: Harper & Row Publisher,1989.

[21] Alan. V, Oppenheim; Alan.S, Wilsky. Sinyal & Sistem. Jakarta: Erlangga

1997.

[22] Beranek, Leo L. Acoustic Measurement. New York: John Wiley & Son, Inc,

1959.

[23] Harris, Cyril M. Handbook of Noise Control. New York: McGraw-Hill, Inc,

1979.

[24] Measurement of Sound Power Level Emissions.

25 Desember 2006

<

http://www.measurementofsoundpowerlevelemissions.com

>

[25] Federal Aviation Administration. Hearing and Noise Aviation.

[26] Zhang, X H; Zhang, L Y; Zou, B; Du, Z L. The Design of Virtual Low-Voltage

Power Line Noise Generator.

[27] Giancolli, Douglas. Physics Third Edition. New Jersey: Prentice Hall

[28] Transistor BC547 http://www.ortodoxism.ro/datasheets/mcc/548B.pdf

[29] Transistor BC 550

http://w3.id.tue.nl/fileadmin/id/objects/E-Atelier/doc/Datasheets/Transistoren/BC549_550_4.pdf

[30] IC 555

http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/NE_SA_SE555_C _2.pdf

[31] Emoto, Masaru. The True Power of Water.

[32] Bracewell, N Ronald. The Fourier Transform and Its Applications:

McGraw-Hill International Edition.

[33] Champeney, D.C. Fourier Transform and Their Physical Application:

Academic Press, Inc.

[34] Sound Power Level http://en.wikipedia.org/wiki/Sound_power_level