Rancang Bangun Filter Anti Aliasing dan Analog Digital Converter (ADC) untuk Sistem Pengenalan Pengucap
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN FILTER ANTI ALIASING DAN ANALOG DIGITAL
CONVERTER (ADC) UNTUK SISTEM PENGENALAN PENGUCAP
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh
RANZYSKHAR
NIM : 100402010
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
1
Universitas Sumatera Utara
2
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Pada Tugas Akhir ini telah dirancang pengenalan pengucap (speaker
recognition) merupakan salah satu teknologi yang tidak memerlukan biaya besar serta
peralatan khusus. Pengenalan pengucap (speaker recognition) adalah proses yang secara
otomatis mengenali siapa yang berbicara dengan memproses sinyal gelombang suara si
pembicara tersebut. Pada sistem ini dirancang filter low pass chebychev sebagai filter
anti aliasing dan mengkonfigurasi perangkat Analog Digital Converter (ADC) yang
tersedia di arduino.
Perancangan hardware pada sistem ini terdiri dari sebuah mikropon dan low
pass chebychev yang bertujuan untuk melakukan proses perekaman yang mengubah
gelombang akustik suara menjadi sinyal analog, dimana sinyal analog ini akan diubah
menjadi data digital menggunakan teknik ADC yang ada pada mikrokontroler Arduino
yang nantinya data akan dikirimkan menggunakan komunikasi USB to serial dan hasil
akhirnya akan dikonversi menjadi data menggunakan software MATLAB.
Berdasarkan hasil sample suara dari salah satu narasumber yang hasilnya cukup
layak bahwa sinyal suara referensi yang diterima memiliki nilai amplitudo tertinggi
dengan rentang -0,3 mV sampai 0,3 mV, dan jumlah data yang diterima berkisar 6623
sample data dari total 16.000 data yang disediakan dalam waktu 2 detik. Sedangkan data
pengujian pada narasumber pertama memiliki nilai amplitudo -0,4 mV sampai 0,5 mV
dan jumlah data yang diterima berkisar 6887 sample data dari 16.000 data yang
disediakan dalam waktu 2 detik. Hal ini menunjukkan selisih sample data sebanyak 264
sample data yang penulis simpulkan sebagai data noise yang ikut masuk kedalam sinyal
suara pengujian.
Kata kunci: Suara, Filter Anti Aliasing, Analog Digital Converter (ADC)
3
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas Berkah dan
Rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:
“RANCANG BANGUN FILTER ANTI ALIASING DENGAN ANALOG
DIGITAL CONVERTER (ADC) UNTUK SISTEM PENGENALAN
PENGUCAP”
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk
memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas
Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai
pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan
sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Arman Sani, MT sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis
yang selalu bersedia memberikan bantuan yang sangat dibutuhkan oleh penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si sebagai Ketua Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sekaligus sebagai Dosen Wali
penulis yang membantu penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus
USU.
3.
Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro.
4.
Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU.
5.
Orang tua khususnya ibunda penulis yang senantiasa memberikan semangat dan
doanya kepada penulis dengan segala pengorbanan dan kasih sayang yang tidak
ternilai harganya.
6.
Kepada abangda dan kakanda penulis Ranzy Leila, Ranzy Roy, Ranzy Nur
Aisyah dan Syahri Ramadhani beserta saudara saudari penulis lainnya yang
telah memberikan dukungan dan do‟a bagi penulis.
7.
Kepada Siti Rukaya Syaputri yang juga tak henti-hentinya memberikan
semangat, dukungan penuh, do‟a, dan nasihat bagi penulis.
8.
Kepada sahabat penulis Rhobby Maulana, Ricky Mahyuddin, Pakwin, Agustinus
Ginting, Arifin, Ryandika, Irsyad, Muhammad Fahmi, Azrul Suryadi, Satrio,
Kadek, Aprijal, Reza, Bezok dan Adit yang memberikan dukungan dan doa bagi
penulis.
4
Universitas Sumatera Utara
9.
Seluruh sahabat-sahabat seperjuangan di Departemen Teknik elektro, Reza,
Duha, hamdan, Deni, Fatih, Fadlan, Suwendri, Benny, Willy, Diky, Fontes, Rio,
Andika, Rimbo, Molen, Dwi, Dewi, Dila, Tari, Ola, Puti, Agil dan Angel. Dan
seluruh sahabat-sahabat penulis yang tidak penulis tuliskan namanya.
10.
Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro, atas dukungan dan
bantuan yang diberikan kepada penulis.
11.
Semua orang yang pernah mengisi setiap detik waktu yang telah dilalui bersama
penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Tanpa mereka, pengalaman
penulis tidaklah lengkap.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya.
Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis
harapkan. Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.
Medan,
Agustus 2015
Penulis
Ranzyskhar
5
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK .................................................................................................... i
KATA PENGANTAR.................................................................................. ii
DAFTAR ISI ................................................................................................ iv
DAFTAR GAMBAR.................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ........................................................................................ viii
I.
PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
II.
Latar Belakang ............................................................................
Tujuan Penelitian .........................................................................
Perumusan Masalah .....................................................................
Batasan Masalah ..........................................................................
Metode Penelitian ........................................................................
Sistematika Penulisan ..................................................................
1
2
2
3
3
4
DASAR TEORI .................................................................................. 6
2.1
Suara ........................................................................................... 5
2.2
Pitch ............................................................................................ 6
2.3
Timbre ......................................................................................... 6
2.4
Pengolahan Sinyal Suara............................................................. 7
2.5
Aliasing............ ............................................................................ 8
2.6 Filter ............................................................................................. 9
2.6.1 High Pass Filter ................................................................ 9
2.6.2 Low Pass Filter ................................................................. 10
2.6.3 Band Pass Filter ............................................................... 11
2.6.4 Band Stop Filter ................................................................ 12
2.7 Analog Digital Converter (ADC) ................................................. 13
III. PERANCANGAN SISTEM ............................................................... 15
3.1
Gambaran Perancangan Filter Anti Aliasing .............................. 15
3.2
Blok Diagram Sistem .................................................................. 15
3.3
Rancangan Sistem Secara Hardware .......................................... 22
3.3.1 Rancangan Filter Anti Aliasing ....................................... 22
3.3.2 Rancangan Rangkaian Mikrokontroler Arduino UNO ..... 23
3.4
Perancangan Algoritma Perangkat Lunak Pendukung Sistem .... 24
6
Universitas Sumatera Utara
IV. HASIL DAN PENGUJIAN SISTEM ................................................ 27
4.1 Persiapan Perangkat Pendukung Pengambilan Data .................. 27
4.2
Pengujian Filter pada Advanced Design System (ADS) .............. 29
4.3
Pengujian Sistem Menggunakan Generator Function................. 32
4.4
Pengujian Terhadap File Suara yang Akan Dianalisis ................. 34
V.
PENUTUP............................................................................................
5.1 Kesimpulan ..................................................................................
5.2 Saran ............................................................................................
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
41
41
41
42
LAMPIRAN
7
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Lingkaran komunikasi suara ................................................... 5
Gambar 2.2 Pitch dan Pitch Period ............................................................. 6
Gambar 2.3 Muatan harmonik pada domain frekuensi ................................ 7
Gambar 2.4 Perbedaan sinyal asli dan sinyal aliasing ................................. 8
Gambar 2.5 High pass filter ......................................................................... 9
Gambar 2.6 Low pass filter .......................................................................... 10
Gambar 2.7 Band pass filter ......................................................................... 11
Gambar 2.8 Band stop filter ......................................................................... 12
Gambar 2.9 Proses pembentukan sinyal digital ........................................... 14
Gambar 3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan.................................. 16
Gambar 3.2 Wavefrom.................................................................................. 17
Gambar 3.3 Mikropon .................................................................................. 18
Gambar 3.4 Skematik rangkain IC LM567 .................................................. 19
Gambar 3.5 Arduino UNO ........................................................................... 20
Gambar 3.6 Komunikasi serial to USB ....................................................... 21
Gambar 3.7 Matlab ....................................................................................... 22
Gambar 3.8 Low Pass Filter Chebyshev ...................................................... 23
Gambar 3.9 Skematik rangkain filter pada ISIS 7 profesional .................... 24
Gambar 3.10 Rangkaian sistem mikrokontroler ATMEGA 328 ................. 25
Gambar 3.11 Flowchart perancangan algoritma perngkat lunak ................. 27
Gambar 4.1 Rangkaian simulasi filter menggunakan software ADS........... 29
Gambar 4.2 Respon frekuensi terhadap phasa ............................................. 30
Gambar 4.3 Respon frekuensi terhadap dB .................................................. 30
Gambar 4.4 Respon frekuensi terhadap realtime ......................................... 31
Gambar 4.4 Respon frekuensi terhadap magnetude ..................................... 31
8
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pengujian Menggunakan Generator Function............................
33
Tabel 4.2 Data asli dan data pengujian partisipan pertama.... ...................... 35
Tabel 4.3 Data asli dan data pengujian partisipan kedua.... .......................... 36
Tabel 4.4 Data asli dan data pengujian partisipan ketiga.... ......................... 37
Tabel 4.5 Data asli dan data pengujian partisipan keempat.... ...................... 38
Tabel 4.6 Data asli dan data pengujian partisipan kelima.... ........................ 39
Tabel 4.7 Data asli dan data pengujian partisipan keenam.... ....................... 40
9
Universitas Sumatera Utara
RANCANG BANGUN FILTER ANTI ALIASING DAN ANALOG DIGITAL
CONVERTER (ADC) UNTUK SISTEM PENGENALAN PENGUCAP
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh
RANZYSKHAR
NIM : 100402010
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
1
Universitas Sumatera Utara
2
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Pada Tugas Akhir ini telah dirancang pengenalan pengucap (speaker
recognition) merupakan salah satu teknologi yang tidak memerlukan biaya besar serta
peralatan khusus. Pengenalan pengucap (speaker recognition) adalah proses yang secara
otomatis mengenali siapa yang berbicara dengan memproses sinyal gelombang suara si
pembicara tersebut. Pada sistem ini dirancang filter low pass chebychev sebagai filter
anti aliasing dan mengkonfigurasi perangkat Analog Digital Converter (ADC) yang
tersedia di arduino.
Perancangan hardware pada sistem ini terdiri dari sebuah mikropon dan low
pass chebychev yang bertujuan untuk melakukan proses perekaman yang mengubah
gelombang akustik suara menjadi sinyal analog, dimana sinyal analog ini akan diubah
menjadi data digital menggunakan teknik ADC yang ada pada mikrokontroler Arduino
yang nantinya data akan dikirimkan menggunakan komunikasi USB to serial dan hasil
akhirnya akan dikonversi menjadi data menggunakan software MATLAB.
Berdasarkan hasil sample suara dari salah satu narasumber yang hasilnya cukup
layak bahwa sinyal suara referensi yang diterima memiliki nilai amplitudo tertinggi
dengan rentang -0,3 mV sampai 0,3 mV, dan jumlah data yang diterima berkisar 6623
sample data dari total 16.000 data yang disediakan dalam waktu 2 detik. Sedangkan data
pengujian pada narasumber pertama memiliki nilai amplitudo -0,4 mV sampai 0,5 mV
dan jumlah data yang diterima berkisar 6887 sample data dari 16.000 data yang
disediakan dalam waktu 2 detik. Hal ini menunjukkan selisih sample data sebanyak 264
sample data yang penulis simpulkan sebagai data noise yang ikut masuk kedalam sinyal
suara pengujian.
Kata kunci: Suara, Filter Anti Aliasing, Analog Digital Converter (ADC)
3
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas Berkah dan
Rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:
“RANCANG BANGUN FILTER ANTI ALIASING DENGAN ANALOG
DIGITAL CONVERTER (ADC) UNTUK SISTEM PENGENALAN
PENGUCAP”
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk
memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas
Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai
pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan
sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Arman Sani, MT sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis
yang selalu bersedia memberikan bantuan yang sangat dibutuhkan oleh penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si sebagai Ketua Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sekaligus sebagai Dosen Wali
penulis yang membantu penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus
USU.
3.
Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro.
4.
Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU.
5.
Orang tua khususnya ibunda penulis yang senantiasa memberikan semangat dan
doanya kepada penulis dengan segala pengorbanan dan kasih sayang yang tidak
ternilai harganya.
6.
Kepada abangda dan kakanda penulis Ranzy Leila, Ranzy Roy, Ranzy Nur
Aisyah dan Syahri Ramadhani beserta saudara saudari penulis lainnya yang
telah memberikan dukungan dan do‟a bagi penulis.
7.
Kepada Siti Rukaya Syaputri yang juga tak henti-hentinya memberikan
semangat, dukungan penuh, do‟a, dan nasihat bagi penulis.
8.
Kepada sahabat penulis Rhobby Maulana, Ricky Mahyuddin, Pakwin, Agustinus
Ginting, Arifin, Ryandika, Irsyad, Muhammad Fahmi, Azrul Suryadi, Satrio,
Kadek, Aprijal, Reza, Bezok dan Adit yang memberikan dukungan dan doa bagi
penulis.
4
Universitas Sumatera Utara
9.
Seluruh sahabat-sahabat seperjuangan di Departemen Teknik elektro, Reza,
Duha, hamdan, Deni, Fatih, Fadlan, Suwendri, Benny, Willy, Diky, Fontes, Rio,
Andika, Rimbo, Molen, Dwi, Dewi, Dila, Tari, Ola, Puti, Agil dan Angel. Dan
seluruh sahabat-sahabat penulis yang tidak penulis tuliskan namanya.
10.
Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro, atas dukungan dan
bantuan yang diberikan kepada penulis.
11.
Semua orang yang pernah mengisi setiap detik waktu yang telah dilalui bersama
penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Tanpa mereka, pengalaman
penulis tidaklah lengkap.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya.
Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis
harapkan. Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.
Medan,
Agustus 2015
Penulis
Ranzyskhar
5
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK .................................................................................................... i
KATA PENGANTAR.................................................................................. ii
DAFTAR ISI ................................................................................................ iv
DAFTAR GAMBAR.................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ........................................................................................ viii
I.
PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
II.
Latar Belakang ............................................................................
Tujuan Penelitian .........................................................................
Perumusan Masalah .....................................................................
Batasan Masalah ..........................................................................
Metode Penelitian ........................................................................
Sistematika Penulisan ..................................................................
1
2
2
3
3
4
DASAR TEORI .................................................................................. 6
2.1
Suara ........................................................................................... 5
2.2
Pitch ............................................................................................ 6
2.3
Timbre ......................................................................................... 6
2.4
Pengolahan Sinyal Suara............................................................. 7
2.5
Aliasing............ ............................................................................ 8
2.6 Filter ............................................................................................. 9
2.6.1 High Pass Filter ................................................................ 9
2.6.2 Low Pass Filter ................................................................. 10
2.6.3 Band Pass Filter ............................................................... 11
2.6.4 Band Stop Filter ................................................................ 12
2.7 Analog Digital Converter (ADC) ................................................. 13
III. PERANCANGAN SISTEM ............................................................... 15
3.1
Gambaran Perancangan Filter Anti Aliasing .............................. 15
3.2
Blok Diagram Sistem .................................................................. 15
3.3
Rancangan Sistem Secara Hardware .......................................... 22
3.3.1 Rancangan Filter Anti Aliasing ....................................... 22
3.3.2 Rancangan Rangkaian Mikrokontroler Arduino UNO ..... 23
3.4
Perancangan Algoritma Perangkat Lunak Pendukung Sistem .... 24
6
Universitas Sumatera Utara
IV. HASIL DAN PENGUJIAN SISTEM ................................................ 27
4.1 Persiapan Perangkat Pendukung Pengambilan Data .................. 27
4.2
Pengujian Filter pada Advanced Design System (ADS) .............. 29
4.3
Pengujian Sistem Menggunakan Generator Function................. 32
4.4
Pengujian Terhadap File Suara yang Akan Dianalisis ................. 34
V.
PENUTUP............................................................................................
5.1 Kesimpulan ..................................................................................
5.2 Saran ............................................................................................
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
41
41
41
42
LAMPIRAN
7
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Lingkaran komunikasi suara ................................................... 5
Gambar 2.2 Pitch dan Pitch Period ............................................................. 6
Gambar 2.3 Muatan harmonik pada domain frekuensi ................................ 7
Gambar 2.4 Perbedaan sinyal asli dan sinyal aliasing ................................. 8
Gambar 2.5 High pass filter ......................................................................... 9
Gambar 2.6 Low pass filter .......................................................................... 10
Gambar 2.7 Band pass filter ......................................................................... 11
Gambar 2.8 Band stop filter ......................................................................... 12
Gambar 2.9 Proses pembentukan sinyal digital ........................................... 14
Gambar 3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan.................................. 16
Gambar 3.2 Wavefrom.................................................................................. 17
Gambar 3.3 Mikropon .................................................................................. 18
Gambar 3.4 Skematik rangkain IC LM567 .................................................. 19
Gambar 3.5 Arduino UNO ........................................................................... 20
Gambar 3.6 Komunikasi serial to USB ....................................................... 21
Gambar 3.7 Matlab ....................................................................................... 22
Gambar 3.8 Low Pass Filter Chebyshev ...................................................... 23
Gambar 3.9 Skematik rangkain filter pada ISIS 7 profesional .................... 24
Gambar 3.10 Rangkaian sistem mikrokontroler ATMEGA 328 ................. 25
Gambar 3.11 Flowchart perancangan algoritma perngkat lunak ................. 27
Gambar 4.1 Rangkaian simulasi filter menggunakan software ADS........... 29
Gambar 4.2 Respon frekuensi terhadap phasa ............................................. 30
Gambar 4.3 Respon frekuensi terhadap dB .................................................. 30
Gambar 4.4 Respon frekuensi terhadap realtime ......................................... 31
Gambar 4.4 Respon frekuensi terhadap magnetude ..................................... 31
8
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pengujian Menggunakan Generator Function............................
33
Tabel 4.2 Data asli dan data pengujian partisipan pertama.... ...................... 35
Tabel 4.3 Data asli dan data pengujian partisipan kedua.... .......................... 36
Tabel 4.4 Data asli dan data pengujian partisipan ketiga.... ......................... 37
Tabel 4.5 Data asli dan data pengujian partisipan keempat.... ...................... 38
Tabel 4.6 Data asli dan data pengujian partisipan kelima.... ........................ 39
Tabel 4.7 Data asli dan data pengujian partisipan keenam.... ....................... 40
9
Universitas Sumatera Utara