Pemantauan denyut jantung dengan stetoskop elektronik - USD Repository

  

PEMANTAUAN DENYUT JANTUNG DENGAN

STETOSKOP ELEKTRONIK

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

  Disusun oleh:

  

COSMAS PUNGKAS AQUILLA

NIM : 045114021

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

HEART BEAT MONITORING USING

ELECTRONIC STETHOSCOPE

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the SARJANA TEKNIK Degree in Electrical Engineering

  Faculty Science and Technology of Sanata Dharma University By:

  

COSMAS PUNGKAS AQUILLA

NIM : 045114021

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP

  Karya tulis ini kupersembahkan untuk kemajuan ilmu pengetahuan yang sedang berkembang di Indonesia.

  You’ll never walk alone...

   

  

INTISARI

  Kemajuan teknologi di bidang kesehatan didorong oleh keinginan orang untuk meningkatkan kualitas hidupnya melalui peningkatan kualitas kesehatan. Jantung sebagai organ vital harus tetap dijaga kesehatannya. Mengetahui ritme detak jantung merupakan salah satu cara untuk menjaga kesehatan jantung. Jantung yang bekerja terlalu cepat atau terlalu lambat akan mengganggu keseimbangan tubuh.

  Alat pengukur detak jantung ini menggunakan sebuah stetoskop sebagai penangkap suara akustik dari denyut jantung. Suara dari stetoskop analog akan diubah menjadi sinyal elektrik. Dengan menggunakan sebuah mikrokontroler, sinyal elektrik diubah menjadi data digital dan diolah untuk menentukan jumlah denyut jantung setiap menit. Hasil pengolahan data digital ini ditampilkan melalui suatu penampil dan data digital ini dapat juga dikirimkan secara wireless ke alat lain (misalnya: komputer personal) untuk pengolahan lebih lanjut.

  Penelitian ini telah berhasil membuat suatu alat pemantau detak jantung. Alat ini dapat digunakan untuk penggunaan sehari-hari.

  Kata kunci : aplikasi mikrokontroler, wireless, detak jantung

  

ABSTRACT

  The progress of medical technology is inspired by the desire to increase the quality of life by increasing the quality of healthcare. The health of the heart, as a vital organ, needs to be well cared for. Knowing the heart beat rhythm is one way of taking care of the heart. A heart that is working too quickly or too slowly will negatively influence the balance of the body.

  This heart beat measurement device uses a stethoscope as an acoustic voice collector from the heartbeat. The analogue voice from the stethoscope will be changed into an electrical signal. A Microcontroller changes the electrical signal into digital data and processes it to determine the number of heart beats every minute. The result is shown through a display and it can also be sent via wireless technology to other devices (for example: a personal computer) for further processing.

  This research has succeeded in producing a heart beat monitoring device that is suitable for daily usage.

  Keywords: microcontroller application, wireless, heart beat

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas terselesaikannya penulisan karya ini. Karya ini dimaksudkan penulis untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana teknik program studi Teknik Elektro.

  Penulis sadar bukan hanya kekuatan dalam diri sendiri yang menjadi penggerak tetapi banyak dukungan dari berbagai pihak sehingga penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Tuhan Yesus Kristus, sumber segala inspirasi.

  2. Kedua orang tua penulis atas perhatian, kasih sayang, dukungan baik moral maupun materil, kesabaran, dan ketabahan. Engkau laksana oase di padang gurun.

  3. Ibu B. Wuri Harini, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I atas segala kesabaran, dukungan baik moral maupun materil, dan dedikasi yang tinggi.

  4. Bapak Ir. Tjendro selaku dosen pembimbing II atas segala bantuan, sharing pengalaman, dan dedikasi.

  5. Seluruh dosen dan staff di Tenik Elektro pada khususnya dan Fakultas Sains dan Teknologi pada umumnya yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan studi.

  6. Kakak yang tersayang, Mbak Echi dan Mas Hepi, atas segala dorongan,

  7. Keluarga besar Subardjo, Om Sur dan Tante Yuli, atas bantuan dan dorongannya.

  8. Silvia atas dorongan serta bantuan baik secara moril maupun materiil.

  9. Teman-teman Teknik Elektro, Kos Paingan 100, dan Mitra Perpustakaan atas kebersamaannya selama ini.

  10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah membantu penulis hingga terselesaikannya tugas akhir ini.

  Harapan penulis, semoga karya ini dapat berguna bagi penulisan karya sejenis di masa-masa yang akan datang. Oleh karena itu, penulis tidak menutup kemungkinan untuk kritik dan saran yang membangun dari banyak pihak. Akhir kata, selamat membaca karya ini.

  Yogyakarta, 3 Maret 2008 Penulis

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL..…………………………………………………… i HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING…….…………………… iii HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………… iiii PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………………………………… v MOTTO DAN PERSEMBAHAN….…………………………………… vi PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH....... vii

  INTISARI…..…………………………………………………………… viii ABSTRACT..…………………………………………………………… ix KATA PENGANTAR……...…………………………………………… x DAFTAR ISI..…………………………………………………………… xii DAFTAR TABEL…..…………………………………………………… xvii DAFTAR GAMBAR.…………………………………………………… xix

BAB I PENDAHULUAN…………..…………………………………… 1

  1.1.Judul…………………….…………………………………… 1

  1.2.Latar Belakang Masalah...…………………………………… 1

  1.3.Tujuan dan Manfaat…….…………………………………… 2

  1.4.Batasan Masalah...…………………………………………… 2

  1.5.Metode Penelitian……….…………………………………… 3

  BAB II DASAR TEORI……...……..…………………………………… 4

  2.1.Jantung…. …………………………………………………… 4

  2.2.Stetoskop .............……….…………………………………… 6

  2.3. Mikrofon ..................………………………………………… 9

  2.3.1.Mikrofon Kondenser....................................................... 9

  2.3.2. Mikrofon Kondenser Elektret ( Magnet Elektrostatis)... 11

  2.4. Penguat Operasional (Op-Amp)...…………………………… 12

  2.4.1. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)……………… 13

  2.4.1.1. Penguat Pembalik DC…………………………… 13

  2.4.1.2. Penguat Pembalik AC…………………………… 15

  2.4.2. Penguat Bukan Pembalik……………………………… 16

  2.4.2.1. Penguat Bukan Pembalik DC……….…………… 16

  2.4.2.2. Penguat Bukan Pembalik AC …………………… 17

  2.4.2.3. Konfigurasi Pengikut Tegangan………………… 19

  2.5. Penapis Aktif Elektronik.......…..…………………………… 20

  2.5.1. Penapis Aktif Butterworth Pelewat Bawah …………… 21

  2.5.2. Karakteristik Penapis Butterworth..…………………… 23

  2.5.3. Perancangan Penapis Butterworth..…………………… 24

  2.5.3.1. Penskala Frekuensi……………………………… 25

  2.5.3.2. Penskala Impedansi……………………………… 26

  2.5.6. Kurva Tanggapan Frekuensi...………………………… 27

  2.5.7. Perancangan Penapis dengan Menggunakan Catu Daya Tunggal.........…………………………………………... 28

  2.6. Penguat Transistor Konfigurasi Umpan Balik Tegangan Kolektor .......………………………………………………… 30

  2.6.1. Analisa DC..…………………………………………… 30

  2.6.2. Analisa AC..…………………………………………… 34

  2.7. Penguat Daya........…………………………………………… 35

  2.8. Mikrokontroler ATmega32……..…………………………… 36

  2.8.1. Pengubah Analog ke Digital…………………………… 37

  2.8.1.1. Algoritma SAR……..…………………………… 38

  2.8.1.2. ADC pada Mikrokontroler ATmega32……..…… 40

  2.8.2. Pewaktu 8 bit………………………………………….. 41

  2.8.3. UART……..…………………………………………… 42

  2.8.3.1. USART……………………………………………… 43

  2.9. LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2 karakter……………… 46

  2.9.1. Pengendali Modul LCD…..…………………………… 47

  2.9.2. Deskripsi Fungsi….…………………………………… 50

  2.9.2.1. Register……..…………………………………… 50

  2.9.2.2. Bendera Sibuk (BF)……………………………… 51

  2.9.2.5. ROM Pembangkit Karakter (CGROM)……..…… 52

  2.9.2.6. RAM Pembangkit Karakter (CGRAM)……..…… 52

  2.10. Modul Modem RF.....………………………………………. 52

  BAB III PERANCANGAN ALAT…..…………………………………... 55

  3.1. Perancangan Perangkat Keras…..…………………………… 56

  3.1.1. Stetoskop Akustik dan Mikrofon……..……………..... 56

  3.1.2. Penguat Awal………………………………………..... 57

  3.1.2.1.Penguat Awal Transistor......................................... 57

  3.1.2.2.Penguat Variabel Bukan Pembalik AC.................... 59

  3.1.3. Penapis Aktif Butterworth…………………………..... 61

  3.1.3.1. Penapis Pelewat Bawah Butterworth Orde Enam..……………………………………...........

  61

  3.1.4. Penguat Daya Rendah……………………………....... 64

  3.1.5. Konfigurasi ATmega32……………………………..... 65 3.2. Perancangan Perangkat Lunak….…………………………..

  67 3.2.1. Program Utama……….……………………………....

  67

  3.2.2. Pengiriman Data…………………………………….... 69

  3.2.3. Pencari Puncak..…………………………………….... 72

  3.2.4. Penghitung rerata BPM…………………………......... 74

  3.2.5. Pengisian LCD..…………………………………….... 74

  4.2. Tampilan pada LCD…….…………………………………… 80

  4.3. Analisa Hasil Pengukuran......................................................... 84

  4.4. Perbandingan Pengukuran dengan Alat Ukur Tekanan Darah 87

  4.5. Hasil Pengiriman Data ke PC…..…………………………… 91

  4.6. Analisa Perangkat Keras..…………………………………… 92

  4.6.1 Penguat Awal….……………………………………..... 92

  4.6.1.1 Penguat Awal Transistor…….……………............ 92

  4.6.1.2 Penguat Bukan Pembalik AC…………………….. 93

  4.6.2 Penapis Pelewat Rendah……………………………..... 93

  4.7. Analisa Perangkat Lunak.…………………………………… 95

  4.7.1. Analisa Metode Komunikasi….…………………….... 105

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………….…………………… 109

  5.1 Kesimpulan…………………………………………………… 109

  5.2 Saran…….…………………………………………………… 110 DAFTAR PUSTAKA.............…………………………………………… 111 LAMPIRAN …………………………………………………………… 113

  DAFTAR TABEL

  1. Tabel 2.1 Nilai kapasitans untuk desain penapis aktif LPF Butterworth orde tinggi……………………………………………… 23

  2. Tabel 2.2 Tabel perhitungan Baud Rate dan UBRR………………… 45

  3. Tabel 2.3 Keterangan fungsi dari tiap pin LCD …………………… 48

  4. Tabel 2.4 Daftar instruksi kontroler modul LCD …………………… 48

  5. Tabel 2.5 Daftar keterangan tabel instruksi kontroler LCD pada tabel 2.4………………………………………………………… 49

  6. Tabel 2.6 Pemilihan Register………………………………………… 50

  7. Tabel 2.7 Register inisialisasi modem RF…………………………… 53

  8. Tabel 3.1 Nilai C/K f .………………………………………………… 62

  9. Tabel 3.2 Nilai K pada setiap tingkat..……………………………… 63

  r

  10. Tabel 3.3 Nilai kapasitor dan resistor aktual………………………… 63

  11. Tabel 3.4 Nilai osilator untuk baud rate 9600 bps...………………… 65

  12. Tabel 3.5 Inisialisai modem RF……………………………………... 71

  13. Tabel 4.1 Gangguan-gangguan sinyal detak jantung............................ 83

  14. Tabel 4.2 Perbandingan detak terukur dan terhitung………………... 85

  15. Tabel 4.3 Perbandingan pengujian digitalisasi alat dengan alat ukur OMRON................................................................................................ 88

  17. Tabel 4.5 Protokol komunikasi pengaturan modem…………………. 100

  18. Tabel 4.6 Pengiriman data secara berurutan.......................................... 108

  19. Tabel 4.7 Pengiriman data dengan pengaturan jeda waktu antar pengiriman............................................................................................. 108

  DAFTAR GAMBAR

  1. Gambar 2.1 Detak jantung normal…………………………………… 5

  2. Gambar 2.2 Chestpiece dari stetoskop……………………………….. 8

  3. Gambar 2.3 Mikrofon kondenser…………………………….............. 9

  4. Gambar 2.4 Mikrofon kondenser elektret …………………………… 11

  5. Gambar 2.5 Rangkaian penguat pembalik…………………………… 14

  6. Gambar 2.6 Penguat pembalik AC…………………………………… 15

  7. Gambar 2.7 Rangkaian penguat bukan pembalik..…………………… 16

  8. Gambar 2.8 Penguat bukan pembalik………………………………… 17

  9. Gambar 2.9 Penguat bukan pembalik dengan catu daya tunggal..…… 18

  10. Gambar 2.10 Rangkaian pengikut tegangan..………………………… 19

  11. Gambar 2.11 Penapis pasif HPF.……………………………………... 20

  12. Gambar 2.12 Penapis pasif LPF.……………………………………… 20

  13. Gambar 2.13 Rangkaian LPF Butterworth orde 2.…………………… 22

  14. Gambar 2.14 Rangkaian LPF Butterworth orde 3.…………………… 22

  15. Gambar 2.15 Kaskade Butterworth orde tinggi….…………………… 23

  16. Gambar 2.16 Karakteristik penapis Butterworth……………………... 24

  17. Gambar 2.17 Tanggapan frekuensi Butterworth……………………... 28

  18. Gambar 2.18 Rangkaian penapis Butterworth dengan catu

  19. Gambar 2.19 Konfigurasi tegangan umpan balik…………………… 31

  20. Gambar 2.20 Kalang basis-emitor untuk jaringan dari gambar 2.19..............................................................................……

  31

  21. Gambar 2.21 Kalang kolektor-emitor untuk gambar 2.19..………… 33

  22. Gambar 2.22 Konfigurasi umpan balik kolektor .…………………… 34

  23. Gambar 2.23 Pendekatan model re konfigurasi umpan balik kolektor……………………………………………………………… 34

  24. Gambar 2.24 Algoritma SAR…..…………………………………… 39

  25. Gambar 2.25 Lapisan penyusun LCD..……………………………… 46

  26. Gambar 2.26 LCD Dot matrix 16 x 2 karakter……………………… 48

  27. Gambar 2.27 Hubungan antara alamat DDRAM dan posisi pada LCD……………………………………………………….…… 51

  28. Gambar 3.1 Blok diagram Stetoskop Elektronik….………………… 55

  29. Gambar 3.2 Panasonic WM-60A mikrofon kondenser elektret..…… 56

  30. Gambar 3.3 Rangkaian prasikap DC untuk mikrofon kondenser…… 57

  31. Gambar 3.4 Rangkaian penguat awal transistor..…………………… 59

  32. Gambar 3.5 Implementasi penguat bukan pembalik AC...................... 60

  33. Gambar 3.6 Penapis butterworth orde enam dengan nilai ternormalisasi………………………………………………………. 62

  36. Gambar 3.9 Rangkaian LC pembuang derau ADC………………… 67

  37. Gambar 3.10 Diagram alir program utama..………………………… 69

  38. Gambar 3.11 Diagram alir penanganan interupsi terima penuh……

  71

  39. Gambar 3.12 Diagram alir pengiriman data..………………………

  71

  40. Gambar 3.13 Diagram alir pencari puncak…………………………

  73

  41. Gambar 3.14 Diagram alir penghitung rerata BPM………………… 73

  42. Gambar 3.15 Tampilan LCD yang dikehendaki.…………………… 75

  43. Gambar 3.16 Diagram alir inisialisasi LCD………………………… 75

  44. Gambar 3.17 Diagram alir pengisian LCD..………………………… 76

  45. Gambar 3.18 Rutin penulisan data ke LCD….……………………… 77

  46. Gambar 4.1 Gambar papan utama…………………………………… 79

  47. Gambar 4.2 Stetoskop dan penguat awal transistor.………………… 79

  48. Gambar 4.3 Hasil pengukuran detak jantung…….......……………… 81

  49. Gambar 4.4 Tampilan bila tidak ada detak yang terdeteksi.………… 81

  50. Gambar 4.5 Denyut yang diperoleh pada awal iterasi, diambil pada arteri leher............................................................................................. 81

  51. Gambar 4.6 Denyut yang diperoleh pada awal iterasi, diambil pada Dada...................................................................................................... 81

  52. Gambar 4.7 Data ADC yang diterima PC…………………………… 87

  53. Gambar 4.8 Sinyal analog detak jantung .…………………………… 87

  55. Gambar 4.10 Metode komunikasi antara PC dengan alat yang dibuat……………….……………………………………......... 101

BAB I PENDAHULUAN Judul 1.1. Pemantau Denyut Jantung dengan Stetoskop Elektronik

1.2. Latar Belakang Masalah

  Jantung sebagai pusat dari peredaran darah dalam tubuh manusia memiliki peranan yang sangat vital. Tanpa jantung, manusia tidak akan bisa hidup, karena organ-organ di dalam tubuh akan kekurangan oksigen dan mati. Jantung yang sehat mutlak diperlukan seseorang. Tanpa jantung yang sehat, seseorang akan kehilangan kualitas hidup. Mengetahui ritme detak jantung merupakan salah satu cara untuk menjaga kesehatan jantung. Jantung yang bekerja terlalu cepat akan mengganggu keseimbangan tubuh dan juga akan berakibat yang sama bila jantung bekerja terlalu lambat [1].

  Fokus dari penelitian ini adalah pembuatan suatu alat yang dapat mengukur detak jantung seseorang dengan tepat, namun juga harus efisien dan ergonomis.

  Banyak alat serupa terdapat di pasaran, namun alat-alat tersebut memiliki keterbatasan, yaitu belum adanya suatu alat yang memiliki fasilitas pengiriman data

  2 mengatasi keterbatasan yang ada dan juga dapat mengetahui hasil pengukuran dengan cepat dan tepat.

  Penerapan penelitian ini dapat diaplikasikan pada bidang kesehatan. Penggunaan alat ini tidak hanya ditujukan bagi orang-orang yang sudah ahli, namun juga dapat digunakan bagi orang awam karena alat ini didesain untuk user-friendly.

1.3. Tujuan dan Manfaat

  Tujuan yang akan dicapai yaitu menghasilkan suatu alat yang berfungsi untuk memantau detak jantung seseorang.

  Manfaat dari penelitian ini yaitu dapat mengetahui irama atau ritme denyut jantung manusia. Bila terjadi ketidaknormalan maka dapat diketahui sejak dini sehingga memperbesar peluang untuk sembuh. Manfaat lain yang didapat yaitu orang awam dapat melakukan sendiri pemeriksaan ritme jantung, sehingga memudahkan orang untuk mengetahui kondisi kesehatannya saat itu juga. Alat ini juga dapat membantu para ahli kesehatan untuk mengetahui denyut jantung seseorang dengan lebih akurat. Hasil pemantauan dapat dikirimkan ke dalam perangkat pengolah data lain, misalnya personal komputer untuk disimpan sebagai arsip medis.

   Batasan Masalah 1.4.

  Pembuatan stetoskop elektronis ini menggunakan stetoskop untuk

  3 elektrik menggunakan mikrofon. Sinyal informasi dari mikrofon akan diolah dengan menggunakan mikrokontroler ATmega32 yang akan dikirimkan ke alat penerima lain, dengan menggunakan modul pemancar dan penerima (transceiver). Informasi mengenai hasil pengukuran yang ditampilkan berupa jumlah detak per menit (beat

  

per minute , BPM), detakan minimum dan detakan maksimum. Alat ini didesain untuk

  menghitung detak jantung normal manusia. Detak yang dapat diukur mempunyai rentang antara 50-300 detak per menit.

   Metode Penelitian 1.5.

  Alat ini dirancang dan dibuat dengan menggunakan studi literatur, mempelajari cara kerja alat, serta merencanakan dan membuat peralatan tersebut.

  Perencanaan dibuat dengan mendisain blok demi blok berdasarkan teori yang sudah didapatkan di bangku kuliah sehingga alat tersebut bisa bekerja sesuai dengan hasil yang diharapkan. Pembuatan dilakukan dengan terlebih dahulu mengetes jalannya alat dengan suatu percobaan pada papan percobaan. Setelah hasil percobaan sesuai dengan yang diharapkan, kemudian alat tersebut dapat dirakit dan dipasang pada suatu PCB. Pengujian alat ini dilakukan dengan pengambilan data, analisis data, dan penarikan kesimpulan.

   Sistematika Penulisan 1.6.

  4

  BAB I PENDAHULUAN Bab ini menguraikan tentang pemilihan topik sebagai dasar pemikiran melalui latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat dari penelitian, batasan- batasan masalah, metode penelitian, serta sistematika penelitian ini.

  BAB II DASAR TEORI Bab ini memaparkan teori mengenai detak jantung, pengolahan sinyal analog, mikrokontroler, dan penampil yang digunakan dalam pembuatan alat pemantauan detak jantung ini.

  BAB III PERACANGAN ALAT Bab ini akan memaparkan perancangan mengenai alat pemantau detak jantung ini. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi mengenai pembahasan dari hasil alat yang telah diperoleh. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bagian akhir ini menyimpulkan uraian dari bab-bab sebelumnya agar dapat memberi penjelasan dalam memahami maksud dan tujuan penulisan serta pemberian saran tentang alat ini kepada siapa saja yang ingin membahas topik ini lebih dalam.

BAB II DASAR TEORI Jantung 2.1. Jantung terdiri dari empat ruang, yaitu bilik kiri, bilik kanan, serambi kiri, dan serambi kanan. Fungsi dari serambi yaitu sebagai tempat untuk mengumpulkan darah. Bilik berfungsi sebagai tempat untuk memompa darah ke seluruh tubuh dan paru-

  paru. Darah mengalir dari serambi menuju bilik. Agar darah tidak mengalir menuju serambi dari bilik, maka ada katup pada jalan masuk dan keluar. Pada saat berdenyut, setiap ruang jantung mengendur dan terisi darah (disebut diastol); selanjutnya jantung berkontraksi dan memompa darah keluar dari ruang jantung (disebut sistol). Kedua serambi dan bilik mengendur dan berkontraksi secara bersamaan [3].

  Bunyi-bunyi jantung merupakan suatu vibrasi-vibrasi yang bertalian dengan akselerasi dan deselerasi tiba-tiba dari darah di dalam sistem kardiovaskular. Bunyi jantung pertama (S ) dan kedua (S ) terjadi oleh menutupnya katup-katup yang

  1

  2

  berkenaan dengan atrium jantung (Atrio Ventrikulae) dan semiluner serta kejadian- kejadian yang mengiringi penutupan-penutupan ini. Intensitas dari bunyi jantung pertama (S ) dipengaruhi oleh:

  1

  i. Posisi daun-daun mitral (berkenaan dengan katup bikuspid) pada ii. Kecepatan naiknya denyut nadi tekanan bilik kiri. iii. Ada tidaknya penyakit struktural dari katup mitral. iv. Jumlah jaringan, rongga atau cairan antara jantung dan stetoskop. Bunyi jantung pertama dibagi menjadi dua komponen, aorta (A

  2 ) atau menutupnya

  katup mitral dan pulmonal (P

  2 ) atau menutupnya katup trikuspidal. Kedua komponen

  berbunyi nyaring dari S

  1 selama 10 ms sampai 30 ms adalah fenomena normal. Bunyi

  jantung ketiga merupakan bunyi bersuara rendah (low picthed) yang terjadi di dalam bilik 0,14 s sampai 0,16 s setelah A , pada akhir pengisian cepat. Bunyi jantung

  2

  keempat adalah bunyi presistolik berketuk rendah yang terjadi di dalam bilik jantung pada saat pengisian, diiringi oleh kontraksi serambi yang efektif dan dapat didengar dengan baik melalui mangkuk berongga (bellpiece) dari stetoskop [4].

  R Gambar 2.1 Detak jantung normal [5].

  Pada Gambar 2.1, ‘M’ mampu dibedakan dari S4 dan M1, sinkron dari satu tanjakan kecil dan pembelokan ke bawah yang besar. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mengetahui keberadaan dan pewaktuan dari suara jantung. Frekuensi suara rendah pertama S atau ‘M’ terjadi 20 ms setelah gelombang Q dari

  1

  elektrokardiogram dan berhubungan dengan puncak dari gelombang R. ‘M’ ini mempunyai frekuensi natural sekitar 30 – 50 Hz dan dapat dibedakan dari M

  1 yang

  mempunyai frekuensi dan amplitudo yang lebih besar. Dalam kondisi normal, ‘M’ mempunyai amplitudo rendah dan mempunyai durasi sekitar 20 sampai 50 ms, terkadang berlanjut setelah puncak R selama 20 ms [5].

  Dalam sebuah penelitian yang sudah pernah dilakukan sebelumnya [6], frekuensi detak jantung pertama (S1) pada katup mitral normal, rata-rata berkisar sekitar 46±2 Hz. Sedangkan pada katup implan yang sudah tertanam selama kurang dari 1½ tahun memiliki frekuensi sekitar 43±2 Hz dan yang sudah tertanan lebih dari lima tahun memiliki frekuensi sekitar 50 – 200 Hz.

   Stetoskop 2.2.

  Stetoskop adalah sebuah alat akustik medis yang digunakan untuk mendengarkan suara yang ada di dalam tubuh manusia atau hewan. Stetoskop biasa digunakan untuk mendengarkan suara detak jantung atau pernapasan. Suara ini digunakan untuk mendiagnose penyakit tertentu. Stetoskop terbagi atas dua jenis, yaitu stetoskop akustik dan stetoskop elektronis [7].

  Stetoskop akustik bekerja dengan cara menyalurkan suara dari chestpieces melalui selang udara ke telinga pendengar. Chestpiece terdiri dari dua bagian yang dapat dipergunakan untuk mendengarkan suara dari tubuh manusia, sebuah diafragma dan sebuah mangkuk berongga (bellpiece). Gambar dari chestpiece disajikan pada

Gambar 2.2. Bila diafragma ditempatkan di atas tubuh, maka suara dari tubuh akan menggetarkan diafragma dan gelombang tekanan akustik berjalan melalui selang

  udara hingga ke telinga pendengar. Bila mangkuk berongga yang ditempatkan dalam tubuh, maka getaran dari kulit akan menghasilkan gelombang tekanan akustik yang akan berjalan melalui selang udara hingga ke telinga pendengar. Mangkuk berongga menghasilkan suara dengan frekuensi rendah, sedangkan diafragma menghasilkan suara dengan frekuensi yang lebih tinggi. Permasalahan yang timbul dari stetoskop akustik adalah tingkat kekuatan suara yang sangat rendah [8].

Gambar 2.2 Chestpiece dari stetoskop. Stetoskop elektronik bekerja dengan cara menguatkan suara yang timbul dari tubuh. Alat tersebut membutuhkan pengubah suara akustik menjadi sinyal elektronis yang dapat dikuatkan dan diolah untuk mendapatkan kualitas suara yang lebih baik. Cara yang paling mudah dan efektif untuk mendeteksi suara dilakukan dengan memasang sebuah mikrofon di dalam chestpiece. Cara ini bisa mengurangi gangguan derau [7].

   Mikrofon 2.3. Mikrofon kondenser 2.3.1.

  Bagian penting dari mikrofon adalah sebuah membran ringan yang mampu menghasilkan respon pada frekuensi pendengaran, 20 – 20 KHz dengan baik. Getaran suara menghasilkan perubahan jarak antara membran dan pelat. Ada dua cara untuk mendapatkan sinyal audio dari mikrofon ini, yaitu dengan pemberian prasikap DC dan pemisahan frekuensi radio dari mikrofon kondenser [9].

  Dengan adanya prasikap DC, pelat mempunyai muatan sebesar Q. Pelat dan membran yang terpasang secara paralel menghasilkan kapasitansi sebesar

  t d AV t

  =

  Δ Δ

  Δ =

  ⎜ ⎝ ⎛

  Δ ⎟ ⎠ ⎞

  I

  Q

  (2.2)

  d A

  Suatu muatan konstan terjaga dalam kapasitor. Ketika jarak antar pelat berubah akibat adanya getaran oleh suara, muatan di dalam kapasitor berubah. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2.3. Kapasitas dan nilai dari resistor prasikap membentuk suatu penapis lewat atas, yang melewatkan frekuensi pendengaran dan menolak bias DC. Adanya perubahan jarak antara membran dan pelat menyebabkan muatan berubah, sehingga menghasilkan arus (I) yang mengalir melalui resistor R dengan

  ), dan d adalah jarak antara pelat dan membran (m).

  2

  (2.1) dengan C adalah kapasitas kapasitor (Farad), Q adalah muatan (Coulomb), V adalah beda potensial (Volt), ε adalah permisivitas ruang hampa, A adalah luas penampang (m

  = =

  ε

  V Q C

  1 ε Perubahan kapasitas dalam kurun waktu tertentu, dalam skala 100 μs, akan menimbulkan suatu muatan. Tegangan berubah sebagai reaksi atas perubahan kapasitans. Tegangan yang terukur pada resistor mewakili tekanan suara yang mengubah-ubah membran [10].

   Mikrofon Kondenser Elektret (Magnet Elektrostatis) 2.3.2.

  Merupakan tipe dari mikrofon kondenser yang menggunakan suatu bahan elektret yang terpolarisasi secara permanen sebagai diafragmanya [9]. Gambar dari mikrofon kondenser elektret disajikan pada Gambar 2.4. Suatu muatan statis diisikan ke dalam elektret yang ada di dalam bahan membran. Mikrofon tipe ini bekerja dengan prinsip yang sama dengan mikrofon kondenser.

Gambar 2.4 Mikrofon kondenser elektret [9].

  Kualitas kondenser yang lebih baik didapatkan dengan menggunakan transistor efek- medan (FET) sebagai penguat awal, penyeimbang impedansi masukan yang tinggi

2.4. Penguat Operasional (Op-amp)

  Penguat operasional (Op-amp) adalah suatu rangkaian elektronik yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan menguatkan sinyal masukan AC dan DC [11].

  Karakteristik dari penguat operasional adalah: i. Impedansi masukan yang sangat tinggi, yang membuat tidak adanya arus yang masuk ke terminal masukan. ii. Penguatan kalang terbuka yang sangat tinggi, menyebabkan perbedaan tegangan masukan nol. iii. Impedansi keluaran yang sangat rendah, sehingga tidak terjadi pembebanan pada keluaran.

  Penguat operasional pada rangkaian audio harus mampu memproses sinyal AC dalam rentang frekuensi antara 20 hingga 20 KHz dengan amplitudo bervariasi dari beberapa ratus mikrovolt hingga beberapa volt [11]. Penguat operasional harus mempunyai distorsi minimum, baik amplitudo, harmonisa, fasa dan juga bila dimungkinkan tidak mempunyai derau.

  Penguat operasional untuk penggunaan umum cocok digunakan untuk kerja audio yang terbatas dalam aplikasi yang tidak kritis. Penguat operasional yang ideal untuk penggunaan audio memiliki spesifikasi berikut ini: 1.

  Slew rate tinggi.

  2. GBWP tinggi.

  4. Tegangan operasi tinggi.

  5. Distorsi rendah.

6. Derau masukan rendah.

  7. Arus masukan rendah.

  8. Mudah digunakan untuk catu daya tunggal.

2.4.1. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier) Penguat Pembalik DC 2.4.1.1.

  Salah satu yang paling sering digunakan dalam konfigurasi penguat operasional tunggal adalah penguat pembalik (inverting amplifier) [12]. Konfigurasi penguat pembalik disajikan pada Gambar 2.5. Rangkaian penguat pembalik menggambarkan satu bentuk dari sebuah tegangan sumber terkontrol. Resistansi dihubungkan di antara terminal bukan pembalik dengan ground untuk meminimalisasikan efek dari arus prasikap.

  Pada asumsi operasi linier stabil, perbedaan tegangan beda pada masukan didorong untuk menjadi nol, atau . Terminal bukan pembalik akan sama dengan nol, karena dihubungkan ke ground. Akibatnya terminal pembalik dipaksa untuk untuk menjadi potensial ground. (

  0 . Kondisi ini akan menjadi ground semu, yang berarti terminal pembalik tidak benar-benar terhubung ke ground, tetapi bekerja seolah-olah dihubungkan ke ground. Karena timbul pada R . Arus masukan i

  i i i

  0, tegangan masukan v dinyatakan (2.3)

  Dengan asumsi bahwa arus yang masuk ke dalam penguat sama dengan nol dan arus

  i mengalir ke titik pertemuan pada terminal bukan pembalik. Karena tidak ada arus i yang dapat mengalir masuk atau keluar dari penguat, arus harus mengalir melalui R f .

  Tegangan v f dihasilkan dari R f yang dinyatakan dengan (2.4) Gambar 2.5 Rangkaian penguat pembalik [12].

  Karena masukan pembalik dari penguat operasional merupakan ground semu, tegangan keluaran merupakan tegangan yang mengalir pada R . Referensi terminal

  f

  positif pada sebelah kanan R f , sehingga (2.5)

  (2.6)

2.4.1.2. Penguat Pembalik AC

  Penguat pembalik AC memiliki rangkaian dasar yang sama dengan penguat DC, tetapi mempunyai perbedaan oleh adanya kapasitor masukan C i pada terminal pembalik (inverting) [11]. Gambar rangkaian penguat pembalik AC disajikan pada

Gambar 2.6. Kapasitor ini mempunyai dua fungsi penting. Pertama, mencegah masuknya tegangan DC dari tingkat sebelumnya, yang berakibat adanya tegangan DC

  yang tidak diinginkan pada keluaran.

Gambar 2.6 Penguat pembalik AC [11].

  Hal ini dapat mengakibatkan penguat mengalami saturasi dan distorsi ketika mendapat masukkan sinyal audio. Kedua, kapasitor mencegah derau frekuensi rendah yang masuk ke penguat. Frekuesi potong (cut off frequency) rendah ditentukan oleh

  C dan R dengan rumus i i

  1

   Penguat Bukan Pembalik 2.4.2. Penguat Bukan Pembalik DC 2.4.2.1.

  Konfigurasi penguat operasional lainnya yang penting adalah penguat bukan pembalik [12]. Seperti pada rangkaian penguat pembalik, penguat bukan pembalik tersusun atas sebuah pengatur tegangan sumber (Voltage-Controlled Voltage Source). Dalam keadaan sesungguhnya, sebuah resistansi dihubungkan secara seri dengan masukan bukan pembalik untuk meminimalkan efek dari arus prasikap. Rangkaian ini tidak akan bekerja tanpa adanya resistansi.

Gambar 2.7 memperlihatkan sinyal masukan langsung masuk ke terminal bukan pembalik. Perbedaan tegangan masukan akan didorong menjadi nol, sehingga

  _

  (2.8) Gambar 2.7 Rangkaian penguat bukan pembalik [12].

  Tegangan ini akan timbul pada resistansi R i , sehingga arus i i ditentukan oleh (2.9)

  Karena tidak adanya arus yang masuk atau keluar dari terminal pembalik, arus harus mengalir melalui resistansi R f dari keluaran penguat operasional. Tegangan v f yang timbul diantara R adalah