PENCAMPUR AUDIO MULTI KANAL SISTEM PAM-TDM
Oleh :Ronal Hadi
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang
ABSTRACT
Audio mixer is a part of audio signal reproduction system. It’s used to mix two audio signal or more and resulting a single signal. The audio mixer built uses PAM – TDM system to produce its output signal.
PAM (Pulse Amplitude Modulation) is a term for the conversions of analog signal into pulse signal which amplitude match to those of analog signal. TDM (Time Division Multiplexing) is a method to send few analog information signals through a single communication line by dividing multiplexing time a single frame into time slots and each slot contain single information. This PAM – TDM system audio mixer will only take a sample from a single channel at a time and ignore input signals from other channels with certain period of sampling. In a period of time, signal from other input channel will be sampled consecutively.
The device starts to work by giving of audio signal. The signal will be processed in input signal conditioning circuit. Then the processed signals get processed in sampling circuit. Sampling circuit is controlled by a clock generator circuit and counter. The counter is also used to arrange the number of sampling pulse according to the number of channels being used. The sampled signal will be processed in a demodulator circuit in order to form it into analog signal. The final stage of the audio mixer is buffering the circuit to keep the output signal level steady.
Keywords: Mixer, PAM-TDM, Multi Canal, Buffer I. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi dibidang elektronika khususnya pada perangkat-perangkat audio memungkinkan terciptanya pencampur sinyal audio atau disebut juga audio mixer. Pencampur audio merupakan bagian dari sistem reproduksi sinyal audio yang berfungsi untuk mencampurkan dua atau lebih sinyal audio masukan menjadi satu sinyal keluaran.
Rangkaian audio konvensional dibangun disekitar penguat linier. Sinyal diterapkan ke masukan rangkaian kemudian masing-masing tahap dalam jajaran penguat harus memperbesar sinyal tersebut tanpa merubah bentuknya. Selanjutnya sinyal yang telah dikuatkan akan muncul pada keluaran rangkaian audio yang bersangkutan.
Namun demikian sejalan dengan kemajuan dalam pembuatan perangkat elektronika menyebabkan teknik pembuatan rangkaian audio tersebut mengalami perubahan
juga. Sinyal audio masukan dapat diubah ke dalam bentuk pulsa-pulsa yang nantinya dapat diubah kembali menjadi sinyal audio aslinya melalui teknik pencuplikan. Demikian pula halnya pada pembuatan pencampur audio ini, pulsa-pulsa diperoleh dengan menerapkan metode pencuplikan pada sinyal masukan menggunakan sistem PAM-TDM.
Untuk mengetahui sejauh mana kemampuan teknik pencuplikan dalam hal ini sistem PAM-TDM dapat diterapkan dalam pembuatan pencampur audio maka akan dibuat pencampur audio dengan sistem PAM-TDM yang merupakan salah satu teknik dalam pencuplikan sinyal.
Permasalahan yang timbul dalam pembuatan pencampur audio sistem PAM-TDM ini adalah Bagaimana teknik pencuplikan sinyal dilakukan agar dapat diterapkan pada pencampur audio dengan banyak kanal masukan dan bagaimana memperoleh kembali sinyal audio asli dari sinyal tercupliknya.
Kajian ini bertujuan menentukan tahap-tahap dalam perancangan dan pembuatan pencampur audio sistem PAM-TDM. Hasil dari perancangan ini adalah untuk memperoleh sebuah alat pencampur audio yang dibuat dengan sistem PAM-TDM.
II. PERANCANGAN 2.1. Blok Diagram Rangkaian
Blok diagram pencampur audio multi kanal yang akan dibuat ditunjukkan dalam Gambar 2.1.
1. Pengkondisi sinyal masukan
Digunakan untuk meredam frekuensi sinyal masukan yang melebihi bandstop nya
2. Pembangkit clock
Rangkaian ini berfungsi menghasilkan pulsa yang akan digunakan dalam proses pencuplikan.
3. Rangkaian pencacah
Rangkaian ini digunakan untuk memberikan sinyal kontrol rangkaian pencuplik agar dapat bekerja.
4. Rangkaian pencuplik
Rangkaian ini diperlukan untuk mencuplik sinyal dari kanal masukan secara bergantian kemudian meneruskan sinyal-sinyal hasil pencuplikan tersebut dalam waktu yang sangat cepat.
5. Demodulator
Rangkaian yang berfungsi untuk mendemodulasi sinyal-sinyal diskrit akibat proses pencuplikan dan meredam frekuensi pencupliknya.
6. Rangkaian penguat penyangga
Rangkaian ini digunakan untuk menjaga level tegangan sinyal keluaran demodulator tidak berubah, dan memberikan penguatan tehadap tegangan keluaran yang akan diumpankan pada penguat daya.
Gambar 2.1. Blok diagram pencampur audio sistem PAM-TDM
2.2. Prinsip Kerja Sistem
Prinsip kerja dari pencampur audio sistem PAM-TDM ini yaitu dimulai dari pemberian masukan berupa sinyal audio
melalui rangkaian pengkondisi sinyal masukan agar komponen frekuensi yang melebihi frekuensi potongnya dapat diredam. Kemudian sinyal audio tersebut akan diolah oleh
tiap sinyal masukan sehingga dihasilkan satu sinyal keluaran berupa sinyal PAM.
Rangkaian pencuplik membutuhkan sinyal kontrol agar dapat bekerja. Sinyal kontrol ini diperoleh dari pencacah yang digerakkan oleh rangkaian pembangkit detak. Rangkaian pencacah juga berguna untuk mengatur banyaknya pulsa pencuplikan yang digunakan oleh pencuplik sesuai dengan jumlah kanal yang digunakan. Selanjutnya sinyal PAM yang dihasilkan akan melalui rangkaian waktu penjaga utuk menjaga agar antar komponen sinyal tidak saling bertumpuk (overlap).
Sinyal PAM dengan waktu penjaga dilewatkan pada rangkaian demodulator untuk membentuk kembali sinyal analog dari cuplikan-cuplikannya. Tahap akhir dari pencampur audio ini adalah rangkaian penguat penyangga menjaga agar level tegangan sinyal keluaran dari demodulator tidak berubah. Sinyal keluaran yang dihasilkan diumpankan ke sebuah penguat daya (power amplifier).
2.3. Pengkondisi Sinyal dan demodulator
Pengkondisi sinyal dan demodulator digunakan untuk meredam frekuensi sinyal masukan yang melebihi bandstop nya. Rangkaian pengkondisi sinyal berupa tapis aktif lolos rendah orde empat Sallen Key dengan jenis komponen sama. Pemilihan filter jenis ini karena kemudahan dalam perancangan dengan kualitas sinyal keluaran yang relatif bagus. Untuk tapis lolos rendah ini meredam frekuensi diatas 20 KHz. Perhitungan nilai-nilai komponen penyusun tapis menggunakan rumus sebagai berikut:
2 1 2 1
2
1
C
C
R
R
f
……(i)Karena ditentukan nilai R1 = R2 = R5 = R6 = R
serta C2 = C3 = C4 = C5 = C maka persamaan
menjadi:
RC
f
2
1
………(ii)Ditentukan nilai C = 1 nF sehingga diperoleh nilai R adalah 9 3
10
.
10
.
20
.
2
1
R
R= 7961,78 8200 Sedangkan nilai-nilai R3 dan R4 ditentukan
berdasarkan rumus:
)
2
(
3 4 R
R
dengan adalah koefisien damping. Nilai R3 dan R7 ditentukan sebesar 10 K dan
sesuai dengan tabel filter Butterworth diperoleh = 1,848 sehingga diperoleh R4:
)
848
.
1
2
(
3 4 R
R
3 40
.
152
R
R
R
4
1520
1
.
5
K
Sedangkan nilai R8 diperoleh dengan
memasukkan nilai = 0.765 sehingga diperoleh:
R
8 R
7(
2
0
.
765
)
R
8
1
.
235
R
CTabel 2.1. Koefisien damping dan faktor penskalaan frekuensi untuk respon orde empat Overall Response Shape First Section kf Second Section kf Bessel 1.916 1.436 1.241 1.610 Butterworth 1.848 1.000 0.765 1.000 1-dB Chebyshev .275 0.502 0.281 0.943 2-dB Chebyshev 1.088 0.466 0.244 0.946 3-dB Chebyshev 0.929 0.433 0.179 0.950
Gambar 2.2. Rangkaian pengkondisi sinyal dan demodulator
2.4. Pembangkit Detak
Rangkaian ini berfungsi untuk meng-hasilkan pulsa yang akan digunakan dalam proses pencuplikan. Rangkaian pembangkit detak berupa multivibrator astabil. Multivibrator ini direalisasikan dengan menggunakan kom-ponen utama yaitu IC 555. Pada perancangan ditentukan frekuensi pembangkit detak sebesar 500 KHz. Multivib-rator astabil dapat bekerja bebas pada frekuensi yang ditentukan oleh R34,
R35, C25 dan C26. Penentuan nilai-nilai
komponen tersebut berdasarkan persamaan (Gayakwad, 1993: 426): 26 35 34
)
(
69
,
0
R
R
C
t
tinggi
………...(iii)Dengan menentukan C = 0.01 F dan menentukan R34 = R35 diperoleh hasil
34 35
5 8
10
.
10
.
5
.
69
,
0
1
R
R
289
,
85
)
2
2
289
,
85
(
R
34R
35R
34R
35
35144
,
9
150
34R
R
2.5. Pencacah
Rangkaian pencacah digunakan seba-gai pemberi sinyal kontrol bagi rangkaian pencuplik sekaligus sebagai pengatur banyak-nya pulsa pencuplikan.Jenis pencacah yang digunakan yaitu pencacah lingkar modulus se-puluh dengan komponen utama yaitu IC 4017. Untuk mereset cacahan diperlukan pema-sangan gerbang AND dan OR pada jalan keluar
reset dari pencacah. Susunan gerbang AND dan OR akan menentukan jumlah cacahan se-suai dengan masukan yang diberikan. Susunan gerbang AND direalisasikan dengan meng-gunakan IC 4081 dan IC 4082 sedangkan gerbang OR direalisasikan menggunakan IC 4075. Rangkaian pencacah ditunjukkan dalam Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Rangkaian pencacah
2.6. Rangkaian Pencuplik
Rangkaian pencuplik digunakan untuk mencuplik sinyal sekaligus digunakan dalam proses pencampuran sinyal. Rangkaian pen-cuplik direalisasikan dengan memanfaatkan IC 4016 yang memuat empat saklar analog
bilateral serta IC 4069 yang merupakan rangkaian enam buah penjungkir. Rangkaian saklar pencuplik ini memang dirancang untuk bekerja saling berkebalikan agar pada saat yang sama, rangkaian hanya mencuplik satu sinyal masukan dari empat kanal masukan yang tersedia.
Gambar 2.6. Rangkaian penjaga
2.7. Rangkaian Waktu Penjaga
Rangkaian ini digunakan untuk memberi waktu penjagaan (guard times) antar pulsa untuk menghindari terjadinya tumpang tindih (overlap) antar pulsa. Untuk mendapatkan rangkaian waktu penjaga, sinyal detak dengan frekuensi (fC) 500 KHz duty cycle
50 % digunakan sebagai masukan sinyal kontrol. Dianggap bahwa periode pulsa PAM sama dengan periode sinyal detak (TC)(Rachmat Imanullah, 1997:46): c c S
T
f
M
T
1
………..(iv) dengan Ts : periode pencuplikanM : Banyaknya kanal Fc : Frekuensi detak Tc : Periode detak Lebar pulsa:
D
M
T
S
………(v)dengan D adalah duty cycle)
%
50
.
10
.
2
6
ik
det
10
6
Waktu penjagaan (Tg) diperoleh:
M
T
T
s g ………(vi) 6 610
10
.
2
gT
10
6det
ik
III. PENGUJIAN DAN ANALISIS 3.1. Pengujian Pengkondisi Sinyal dan
Demodulator
Pengujian ini bertujuan untuk mengamati tanggapan frekuensi keluaran dan
mengetahui lebar jalur frekuensi tapis aktif lolos rendah orde empat 20 KHz.
Hasil pengujian ditunjukkan oleh Tabel 3.1, yang dapat dibuat grafik tanggapan tapis aktif lolos rendah orde empat 20 KHz seperti diperlihatkan oleh Gambar 3.2.
Gambar 3.1. Diagram blok pengujian rangkaian tapis lolos rendah 20 KHz Tabel 3.1. Hasil pengukuran tegangan keluaran tapis aktif lolos rendah
orde empat 20 KHz No. Frekuensi (Hz) Vout (Vp-p) Penguatan (Vo/Vi) Penguatan (dB) 1. 10 2.21 2.21 6.848 2. 100 2.15 2.15 6.649 3. 1000 2.13 2.13 6.568 4. 2500 2.11 2.11 6.486 5. 5000 2.11 2.11 6.486 6. 7500 2.10 2.10 6.444 7. 10000 2.09 2.09 6,403 8. 12500 2.04 2.04 6,193 9. 15000 1.92 1.92 5.666 10. 17500 1.65 1.65 4.350 11. 20000 1.43 1.43 3.107 12. 22500 1.13 1.13 1.062 13. 25000 0.875 0.875 -1.199 14. 30000 0.565 0.565 -4.959
Gambar 3.2. Grafik tanggapan filter lolos rendah 20 KHz
3.2. Pengujian Pembangkit Detak
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bentuk gelombang serta frekuensi keluaran rangkaian.
Keluaran pembangkit detak berupa gelombang kotak dengan amplitudo sekitar 5 volt. Dari gelombang kotak frekuensi yang dihasilkan adalah 500 KHz.
Gambar 3.3. Rangkaian pengujian pembangkit detak
3.3. Pengujian Pencacah
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bentuk sinyal keluaran dan mengetahui besarnya frekuensi keluaran.
Keluaran dari pencacah berupa gelombang persegi dengan frekuensi sebesar 50 KHz untuk tiap-tiap jalan keluarannya.
Gambar 3.4. Prosedur pengujian rangkaian pencacah
3.4. Pengujian Rangkaian Pencuplik
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat keberhasilan pencuplikan sekaligus pencampuran sinyal.
Hasilnya berupa dua sinyal PAM hasil pencampuran dua sinyal masukan dengan
frekuensi 20 Hz dan 20 KHz. Amplitudo tegangan puncak ke puncak sinyal keluaran yaitu 90 mV. Pencampuran dua sinyal masukan tidak saling menimbulkan cacat.
Gambar 3.5. Prosedur pengujian rangkaian pencuplik dan pencampur
3.5. Pengujian Rangkaian Waktu Penjaga
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bentuk sinyal PAM dengan waktu
penjagaannya dan untuk membandingkan perulangan pulsa yang terjadi pada sinyal PAM terhadap perulangan sinyal detak.
Gambar 3.6. Prosedur pengujian rangkaian waktu penjaga
Perulangan pulsa yang terjadi pada sinyal PAM sama dengan perulangan pada pulsa detak. Waktu penjagaan yang dihasilkan yaitu 0,001 ms.
3.6. Pengujian Penguat Penyangga
Pengujian ini bertujuan untuk mengamati sinyal keluaran rangkaian penguat penyangga pada taraf penguatan yang berbeda-beda.
Gambar 3.7. Prosedur pengujian rangkaian penguat penyangga Rangkaian penguat penyangga dapat bekerja
dengan baik pada frekuensi antara 20 Hz sampai 20 KHz.
IV. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan
Dari hasil perencanaan, pengujian serta analisis dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Rangkaian pengkondisi sinyal masukan yang berupa tapis lolos rendah, dapat meloloskan frekuensi audio antara 20 Hz sampai 20 KHz.
2. Pembangkit clock mampu menghasilkan gelombang persegi dengan frekuensi 500 KHz untuk menggerakkan pencacah.
3. Rangkaian pencacah dapat mencacah sesuai dengan masukan yang diberikan dari luar.
4. Rangkaian pencuplik yang direalisasikan menggunakan saklar analog bilateral mampu mencuplik sekaligus mencampur sinyal masukan dengan baik.
5. Rangkaian waktu penjaga dapat
memberikan waktu penjagaan sebesar 1det.
6. Rangkaian penguat penyangga dapat menguatkan sinyal 10 kali pada skala penuh.
7. Dengan memberikan dua sinyal masukan yang berbeda frekuensinya pada sistem pencampur audio yang dibuat dihasilkan
satu sinyal keluaran yang mengandung isyarat dari kedua sinyal masukannya.
4.2. Saran
Untuk peningkatan serta pengembangan pencampur audio sistem
PAM-TDM ini maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut:
1. Untuk mendapatkan cuplikan sinyal yang tepat maka penentuan frekuensi pencuplikan harus benar-benar memperhatikan syarat laju pencuplikan.
2. Perlu dipertimbangkan penambahan
rangkaian pengontrol nada maupun pengontrol volume untuk memperbaiki tanggapan serta intensitas frekuensinya.
DAFTAR PUSTAKA
Elektuur. (1986) Linear Application Handbooks. National Semiconductor Corp. USA. Adamson, Thomas A. (1988) Electronic
Communications, 2nd edition. Delmar Publisher, Inc. Canada USA.
Chen, Carson. (1982) Active Filter Design. Hayden book company Inc, Rochelle park New Jersey.
Dailey, Denton J. (1989) Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits Theory and Applications. MC Graw Hill International. Singapore.
Frenzel, Louis E. (1986) Communication Electronics. MC Graw Hill publishing company. Singapore
Gayakwad, Ramakant A. (1993) OP-Amps and Linear Integrated Circuits, 3rd edition. Prentice Hall Inc. New Jersey.
Hughes, Frederick W. (1990) Panduan Op-Amp. Alih bahasa Ignatius Hartono. PT
Kleitz, William. (1996) Digital Electronic. 4th edition, Prentice hall Inc. New Jersey USA. Marston, R. M. (1993) CMOS Circuit Manual.
BPB publications. New delhi India.
Noll, Michael A. (1988) Introduction to Telecomunication electronics. Artech house Inc. USA.
Schwartz, Mischa. (1986) Transmisi Informasi, Modulasi, dan Bising. Edisi ketiga. Alih bahasa Sri Jatno W. Erlangga. Jakarta. Tocci, Ronald J. (1995) Digital Systems
Principles and Applications, 6th edition. Prentice Hall International. New Jersey USA.
Wakerly, John F. (1994) Digital Design Principles and Practices. 2nd edition. Prentice Hall International. New Jersey USA.
