Estu Sinduningrum, ST, MT Mobile No. :

(1)

(2)

(3)

SUARA

 Suara bergerak seperti gelombang dengan kecepatan 750 mph (pada

tingkat laut).

 Gelombang suara bervariasi dalam tingkatan tekanan suara

(amplitudo) dan dalam frekuensi atau pitch.

 Akustika merupakan ilmu fisika yang mempelajari suara.  Tekanan suara diukur dalam satuan desibel (dB).

(4)

 Suara di alam ini merupakan gelombang analog, seperti

(5)

SUARA

 Jumlah waktu yang diperlukan untuk terjadinya suatu getaran atau gelombang dinamakan perioda (T).

 Sedangkan jumlah gelombang yang terjadi setiap detik dinamakan frekuensi (f) dengan satuan m/dt (Hz).

 Suara yang dapat diterima telinga manusia berkisar antara 20 Hz sampai dengan 20.000 KHz (1 Hz = 0,001 KHz).

(6)

6

(7)

MACAM SUARA



Saat ini komputer sudah terintegrasi dengan

perangkat yang dapat membangkitkan sinyal

suara dengan baik.



Ada dua macam suara yang sering digunakan

(8)

SUARA (SOUND)

(9)

Pengertian Audio Digital



Suara yang kita dengar sehari-hari adalah

gelombang analog.



Gelombang ini berasal dari tekanan udara yang

ada disekeliling kita dengan bantuan gendang

telinga.



Gendang telinga ini bergetar dan getaran ini

(10)

Pengertian Audio Digital



Komputer hanya mampu mengenal sinyal dalam

bentuk digital yang merupakan tegangan yang

diterjemahkan dalam angka 0 dan 1 --> bit.



Tegangan ini berkisar mendekati angka 5 volt

bagi angka 1 dan mendekati 0 volt bagi angka 0.



Komputer mampu melihat angka-angka 0 dan 1

menjadi kumpulan bit-bit dan menerjemahkan

menjadi sebuah informasi.

(11)

AUDIO DIGITAL



Audio digital merupakan versi digital dari suara

analog. Pengubahan suara analog menjadi suara

digital membutuhkan suatu alat yang disebut :

Analog to Digital Converter (ADC).



ADC akan mengubah amplitudo sebuah

gelombang analog ke dalam waktu interval

(sampel) sehingga menghasilkan representasi

digital dari suara.

(12)

12



Berlawanan dengan ADC, Digital to Analog

Converter (DAC) akan



mengubah suara digital ke alat suara analog

(speaker). Audio digital merupakan representasi dari

suara asli (original sound). Dengan kata lain, audio

digital merupakan sampel suara.



Kualitas perekaman digital tergantung

pada

seberapa sering sampel diambil (angka sampling atau

frekuensi dihitung dalam kilo Hertz atau seribu

sampel per detik).

(13)



Tiga frekuensi sampling yang paling sering

digunakan dalam multimedia adalah kualitas CD

44.1 kH2,22.05 kHz, dan 11.025 kHz ilengan

ukuran sampel 8 bit dan 16 bit.



Ukuran sampel 8 bit menyediakan 256 unit

deskripsi range dinamis atau amplitudo (level

suara dalam satu waktu).

(14)

Peralatan yang harus ada :

 Transducer  Merupakan peralatan yang

dapat mengubah tekanan udara (yang terdengar oleh telinga) ke dalam tegangan elektrik yang dapat dimengerti oleh perangkat elektronik dan sebaliknya.

Macam-macam transducer :

Mikrofon Speaker

(15)

 SoundCard  Peralatan untuk mengubah gelombang

suara (Sinyal Audio) menjadi data digital dan ketika suara itu dimainkan kembali, soundcard mengubah data digital menjadi sinyal audio yang dikeluarkan oleh speaker.

Istilah-istilah :

 Proses pengubahan gelombang suara menjadi data

digital ini dinamakan Analog-to-Digital- Conversion

(ADC)

 Proses pengubahan data digital menjadi gelombang

suara dinamakan Digital- to- Analog-Conversion (DAC)

(16)

Proses Konversi Analog ke Digital :

 Membatasi frekuensi sinyal yang akan diproses dengan

Low Pass Filter

 Mencuplik (Sampling) sinyal analog menjadi beberapa

potongan waktu.

 Sample tersebut diberi nilai eksak dan nilainya diberikan

dalam bentuk digital.

Catatan :

Proses pengubahan sinyal analog ke digital harus memenuhi sebuah kreteria, yaitu

kriteria Nyquist

“Untuk sampling sebuah sinyal yang memiliki freakuensi X Hertz, maka harus sampling minimal dua kali lebih rapat 2X Hertz” Jika tidak, sinyal tidak dapat dikembalikan ke bentuk semula

(17)

Analog input

Lowpass filter

at < R/2 Hz Sample at R Hz

Quantize to N bits Digital Output

(18)



Menghitung data digital menjadi

amplitudo-amplitudo analog



Menyambung amplitudo analog menjadi sinyal

analog



Memfilter keluaran dengan Low Pass Filter

sehingga bentuk gelombang keluaran menjadi

lebih mulus.

Proses Konversi Analog ke

Digital :

(19)

Proses Konversi Digital ke Analog :

Analog output

Lowpass filter at < R/2 Hz

Sample and Hold

N bit DAC Digital Input

(20)

Analog To Digital Conversion (ADC)

(21)

Kelebihan Audio Digital :



Kualitas

reproduksi

yang

sempurna,

yaitu

penggandaan sinyal audio secara berulang-ulang

tanpa penurunan kualitas suara.



Hal ini karena sinyal audio direpresentasikan dalam

bentuk data digital 0 dan 1 dan informasi ini

dipertahankan (Jika terjadi perubahan , maka data

akan mengalami kesalahan).



Lain halnya dengan audio analog yang dapat

mengalami perubahan suara disebabkan perbedaan

(22)

Istilah Dalam Audio Digital



Jumlah kanal (Channel)



Laju Pencuplikan (Sampling Rate)



Banyaknya Bit dalam satu sample (bit per sample),

dan



Laju Bit (Bit Rate)

(23)

Jumlah Kanal (Channel)



Mono, yaitu satu channel



Stereo, yaitu dua channel, kiri dan kanan



Surround, yaitu lima, tujuh bahkan lebih

(24)

Laju Pencuplikan (Sampling Rate)

 Ketika soundcard mengubah audio menjadi data digital, soundcard akan memecah suara tadi menjadi potongan-potongan sinyal dengan nilai tertentu.

 Proses sinyal ini bisa terjadi ribuan kali dalam satu satuan waktu.

 Banyaknya potongan dalam satuan waktu ini dinamakan laju

pencuplikan (sampling rate)

(25)

Frekuensi sampling dan

kualitas suara yang dihasilkan :

Sampling Rate (KHz) Aplikasi 8 Telpon 11,025 Radio AM 22,025 Mendekati Radio FM

32,075 Lebih baik dari Radio FM 44.1 Audio Compact Disk (CD)

(26)

Contoh kasus :

 Untuk CD Audio, memiliki sampling rate 44, 1 KHz berarti dicuplik sebanyak 44100 kali tiap detik untuk memastikan kualitas suara hampir sama dengan aslinya.

 Frekuensi percakapan manusia 300 Hz sampai 3400 Hz, sehingga rentangnya 3100Hz. Dengan menggunakan syarat Nyquist dimana sampling minimal 2 kali rentang frekuensi tadi, yaitu 2 x 3100 Hz = 6200 Hz, maka 8 KHz sudah mencukupi.

 Rentang suara yang dapat didengar manusia 20 Hz sampai 20 KHz, sehingga rentang 19980 Hz, maka sampling minimal 39960 Hz. Berati 44,1 KHz sudah mencukupi.

(27)

Banyaknya bit tiap cuplikan :

 Sample yang diambil memiliki besaran amplitudo.  Besaran amplitudo ini disimpan dalam bit-bit digital.

 Banyaknya bit yang dapat dipakai untuk merepresentasikan

besaran amplitudo ini dinamakan bit per sample

 Semakin banyak bit yang dipakai untuk merepresentasikan

besaran amplitudo, makin halus amplitudo yang dihasilkan.

 Contoh :

 Suara 8-bit memiliki 28 kemungkinan amplitudo , yaitu 256

(28)

Laju Bit



Satuan bit per detik adalah perkalian jumlah bit per

sample dengan jumlah kanal dan frekuensi sampling

(satuan hertz)

Contoh



Untuk mengetahui bit rate yang dibutuhkan untuk

menyimpan sebuah lagu stereo dengan kualitas CD

(frekuensi 44100 Hz, 16 bit) adalah :

= 16 bits/sample x 2 channels x 44100

samples/s.channels

= 1.411.200 bits/s = 1.411.200 bits/s per 8 bits/byte

= 176.4 kbytes/s ~ 172.3 Kbytes/s

(29)

Kasus memori yang dibutuhkan :



Berapa besar memori untuk sebuah lagu berdurasi 5

menit ?.



Dengan laju bit 1.411.200 / 8 = 176400 byte/detik

berarti 5 x 60 x 176400 = 52920000 byte atau

52,92 MB untuk sebuah lagu.



Jika lagunya banyak …?

(30)

 Cara menghitung ukuran file audio digital adalah sebagai berikut :

_{Mono : samplingRate * durationOfRecordingInSecond *} (bitResolution / 8) * 1

Stereo : samplingRate * durationOfRecordingInSecond * (bitResolution / 8) * 2

Contoh :

1. Sebuah rekaman audio dengan durasi 10 detik pada 22.05 kHz dengan resolusi 8 bit akan mempunyai ukuran file:

22050 *10 * 8 / 8 * 1 = 220.500 byte

2. Sebuah rekaman audio dengan durasi 10 detik pada 44.1 kHz dengan resolusi 16 bit dan stereo menjadi:

44100 * 10 * 16 / 8 * 2 = 1.764.000 byte

(31)



Secara umum, audio digital pada aplikasi

multimedia digunakan untuk kondisi:

1.

Yang tidak memiliki kontrol terhadap H/W

pemutaran,

2.

Mempunyai sumber daya komputasi dan

bandwidth untuk membawa file digital, dan

(32)

MP3

 Asalnya dimulai dari penelitian IIS-FHG (Institute Integrierte

Schaltungen - Fraunhofer Gesellschaft), sebuah lembaga

penelitian terapan di Munich, Jerman.

 Dalam kerangka proyek EUREKA EU 147 untuk penelitian

coding audio perceptual.

 Penelitian ini dibantu oleh Universitas Erlangen, kemudian menghasilkan algoritma yang dijadikan standar sebagai ISO-MPEG Audio Layer-3 atau MP3.

(33)

Format MP3



Header, yaitu berfungsi sebagai pengenal

memiliki ukuran 4 byte.



Data audio itu sendiri.



Header berisi bit ID, bit Layer, bit Frekuensi

Sampling dan bit Mode.

(34)

Mengapa MP3 bisa memperkecil Ukuran File Lagu



Hal ini karena beberapa karakteristik dari

MP3 memanfaatkan kelemahan pendengaran

manusia.

(35)

Karakteristik MP3 :

 Model Psikoakustik, karakteristik pendengaran manusia adalah kurva batas frekuensi 2 KHz sampai 5 KHz, sehingga

suara yang memiliki frekuensi yang di bawah ambang batas atau diatasnya tidak perlu dikodekan. (1)

 Auditory Masking Effect, yaitu ketidakmampuan manusia untuk mendengarkan suara pada frekuensi tertentu dengan amplitudo tertentu, dimana pada frekuensi didekatnya

terdapat suara dengan amplitudo yang tinggi. Contoh : kita

dapat mendengar nafas seseorang dalam ruangan sunyi, namun jika dimainkan sebuah lagu dengan piano maka nafas jadi tak

(36)

Karakteristik MP3 :

 Critical Band atau pita frekuensi kritis, yaitu daerah frekuensi tertentu yang harus diperhatikan lebih teliti lagi, karena pendengaran manusia lebih peka pada frekuensi-frekuensi ini. Dengan demikian frekuensi-frekuensi sensitif seperti frekuensi rendah mendapatan alokasi bit dan alokasi sub-band pada filter lebih banyak daripada frekuensi yang tidak sensistif (frekuensi tinggi). (3)

 Joint Stereo. Kadang dua kanal stereo mengirimkan informasi yang sama, sehingga informasi yang sama ini ditempatkan dalam salah satu kanal dan ditambah informasi tertentu. (4)

(37)

Karakteristik MP3 :



Huffman Coding

, dengan coding ini bit-bit yang

dipakai pada suara dengan karakteristik sederhana

(dengan sedikit sumber bunyi) dapat dihemat 20 %.

(38)

Tahap-tahap sistem coding audio perseptual :



Ukuran file terkompresi sekecil mungkin



Kualitas suara file yang telah terkompresi haruslah

sedekat mungkin dengan file aslinya sebelum

dikompresi.



Tingkat kesulitannya rendah, sehingga mudah

direalisasikan dengan aplikasi secara mudah,

perangkat keras yang murah dengan konsumsi daya

yang rendah.

• Merupakan sistem kompresi Lossy

Tugas - tugas sistem coding audio perseptual :

(39)

PCM Audio Input Time To Frequency Mapping Filter Bank Bit/Noise Allocation, Quantizer and coding Bit Stream Formatting Encoding Bitstream Psychoacoustic

MPEG / Audio Encoder

Ancillary Data (Optional)

(40)

Encoding Bitstream Bit Stream Unpacking Frequency Sample Reconstruction Frequency to Time Mapping Decoded PCM Audio Ancillary Data (if included)

MPEG / Audio Decoder

(41)



Kumpulan filter yang berfungsi memfilter masukan

pada frekuensi tertentu, sesuai dengan critical bank.



Filter yang dipakai adalah gabungan dua filter bank,

yaitu :



Filter Bank PolyPhase

(42)

 Untuk memodelkan karakteristik pendengaran manusia  Menggunakan filter bank terpisah atau penggabungan

antara perhitungan energi dan filter bank utama.

 Keluaran model ini adalah nilai batasan masking, jika noise berada dibawah masking theshol, maka kompresi tidak