PENGENALAN NADA BELIRA DENGAN METODE ZERO CROSSING MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

(1)

TUGAS AKHIR

PENGENALAN NADA BELIRA DENGAN METODE

ZERO CROSSING MENGGUNAKAN

MIKROKONTROLER

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh :

BRAMA YUNISTRIA SUJANA NIM : 145114038

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2018

(2)

FINAL PROJECT

BELIRA TONE RECOGNITION WITH ZERO

CROSSING METHOD USING MICROCONTROLLER

In a partial fulfilment of the requirements For the degree of Sarjana Teknik Departement of Electrical Engineering

Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

By :

Brama Yunistria Sujana

NIM : 145114038

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

iii

(4)

iiii

(5)

ivi

(6)

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO :

A beautiful day is not about what you did yesterday, But what are you

going to accomplish tomorrow.

Dengan ini kupersembahkan karyaku untuk… Tuhan Yesus Kristus Juruslamat dalam hidupku, Kedua orang tua ku yang sangat kucintai, Saudara- saudaraku yang selalu kubawa dalam doaku, Teman-teman seperjuangan, Dan semua orang yang mengasihiku

Tuhan memberkati kita semua Amin…

(7)

vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

(8)

viii

INTISARI

Musik adalah sebuah bentuk karya seni dalam bentuk suara yang terdiri dari bunyi-bunyian yang disusun sedemikian rupa sehingga mengandung irama,lagu dan keharmonisan, terutama dari suara yang dihasilkan dari alat-alat yang dapat menghasilkan irama. Alat musik memiliki berbagai suara atau nada yang berbeda. Namun indera pendengaran manusia tidak terlalu peka terhadap suara yang dihasilkan oleh alat musik, sehingga kebanyakan orang tidak bisa mengetahui nada yang dikeluarkan oleh alat musik terkecuali pemusik profesional.Hal ini sangat penting khususnya bagi pemusik pemula yang ingin mengetahui nada-nada yang dihasilkan oleeh alat musik yang dimainkannya. Oleh karena itu penulis membuat sebuah sistem pengenalan nada alat musik dengan metode zero crossing menggunakan mikrokontroler, terkhususnya alat musik belira.

Penulis menggunakan modul analog sound sensor dalam sistem pengenalan yang berfungsi untuk menangkap suara dari alat musik belira dan mikrokontroler arduino Uno untuk pengolahannya. Sistem ini akan mencari jumlah dari banyaknya zero crossing dari jumlah data nilai ADC yang terbaca, kemudian penulis akan menganalisis dan memilih jumlah nilai zero crossing yang akan digunakan agar sistem pengenalannya berjalan dan akan ditampilkan pada lcd berupa teks nada dan indikator led.

Sistem pengenalan ini dapat menampilkan jumlah hasil perhitungan dari tiap-tiap nada yang di pukul dan teks pada lcd dan indikator led. Sistem ini sudah sesuai dengan perancangan dan pengenalan nada sampai 81,25%.

(9)

viiii

ABSTRACT

Music is a form of art in the form of sound consisting of sounds arranged in such a way that it contains rhythms, songs and harmony, especially from the sounds produced from instruments that can produce rhythms. Musical instruments have different sounds or tones. But the senses of human hearing are not too sensitive to the sound produced by musical instruments, so most people can not know the tones issued by musical instruments except professional musicians. This is very important, especially for beginner musicians who want to know the notes produced by musical instruments he played. Therefore the author makes a tone recognition system for musical instruments with zero crossing methods using a microcontroller, especially belira musical instruments.

The author uses an analog sound sensor module in the recognition system that serves to capture the sound of a belira musical instrument and an Arduino Uno microcontroller for processing. This system will look for the number of zero crossings from the number of ADC data values that are read, then the author will analyze and select the number of zero crossing values that will be used so that the recognition system runs and will be displayed on the LCD in the form of tone text and LED indicators.

This recognition system can display the number of calculation results from each hit tone and text on the LCD and LED indicators. This system is in accordance with tone design and recognition up to 81.25%.

(10)

ixi

(11)

xi

DAFTAR ISI

TUGAS AKHIR (Bahasa Indonesia) ... i

FINAL PROJECT (Bahasa Inggris)... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ... vi

HALAMAN PERYATAAN PERSTUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH...vii

INTISARI...viii

ABSTRACT...ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL...xvi

BAB I ... 1

PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Dan Manfaat ... 1

1.3. Batasan Masalah ... 1

1.4. Metodologi Penelitian ... 1

BAB II ... 3

DASAR TEORI ... 3

2.1. Belira ... 3

2.2. Nada Dasar Belira ... 5

2.3. Modul Condenser Mic ... 5

2.4. Zero Crossing ... 6

2.5. Mikrokontroler ... 7

2.5.1. Arduino UNO ... 7

2.5.2. Catu daya ... 9

2.5.3. Memory ... 10

2.5.4. Input & Output ... 10

2.5.5. Komunikasi ... 11

(12)

xii

2.5.7. Perangkat lunak (arduino IDE)... 11

2.5.8. ADC ... 12

2.5.9.Otomatis Software Reset ... 12

2.6.LCD (Liquid Crystal Display) ... 13

2.7.LED ... 15

2.8.Resistor ... 16

BAB III ... 18

PERANCANGAN ... 18

3.1.Rancangan Sistem Pengenalan Nada Alat Musik Belira ... 18

3.2.Perancangan Perangkat Keras ... 19

3.2.1Perancangan casing ... 19 3.2.2Belira ... 19 3.2.3Shield Arduino ... 19 3.2.4Transduser ... 20 3.2.5Rangkaian LCD ... 21 3.2.6Rangkaian LED ... 22

3.2.7Rangkaian Analog Sound Sensor ... 23

3.3.Proses Pengenalan Nada ... 24

3.4.Perancangan Perangkat Lunak ... 26

3.4.1.Perancangan Program utama ... 26

3.4.2.Zero Crossing ... 27

3.4.3.Look Up Table ... 28

3.5. Keluaran ... 30

3.6. Analisa Performa ... 31

BAB IV ... 32

HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32

4.1. Implemantasi Alat ... 32

4.2. Penjelasan Program pengenalan Nada ... 33

4.2.1. Penyertaan Library ... 48

4.2.2.Pendefinisian variabel dan hardware ... 49

4.2.3. Program utama ... 50

4.2.4. Program Pengenalan Nada ... 54

4.3. Look Up Table ... 56

4.4. Analisis Performa ... 56

(13)

xiii

PENUTUP ... 58

5.1. Kesimpulan ... 58

5.2. Saran ... 58

(14)

xiiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Alat musik Belira ... 3

Gambar 2. 2. Analog sound sensor DFRobot ... 5

Gambar 2. 3. Skema dari Condenser Mic ... 6

Gambar 2. 4.Kondisi silang (zero crossing). ... 7

Gambar 2. 5. Board arduino uno R3 ... 8

Gambar 2. 6.Kabel USB board Arduino Uno ... 9

Gambar 2. 7.Tampilan framework Aduino Uno... 12

Gambar 2. 8,LCD 16×2. ... 13

Gambar 2. 9.simbol LED [11]. ... 15

Gambar 2. 10.Resistor ... 17

Gambar 3. 1.Blok Diagram rancangan sistem Pengenalan Nada ... 18

Gambar 3. 2.Rancangan casing ... 19

Gambar 3. 3.Shield Arduino ... 20

Gambar 3. 4.Skema analog sound sensor DFROBOT[5] ... 21

Gambar 3. 5.Rangkaian LCD ... 22

Gambar 3. 6.Rangkaian LED ... 23

Gambar 3. 7.Rangkaian Analog Sound Sensor ... 24

Gambar 3. 8.Diagram alur Proses Pengenalan Alat Musik Belira ... 25

Gambar 3. 9.Blok Diagram pencarian Area nada untuk Look Up Table ... 26

Gambar 3. 10.Diagram Alur Program Nada Belira ... 27

Gambar 3. 11.Zero crossing ... 28

Gambar 3. 12.Diagram alur penentuan pengenalan nada ... 30

Gambar 3. 13.(lanjutan) diagram alur penentuan pengenalan nada ... 31

Gambar 3. 14.Diagram alur keluaran ... 32

Gambar 4. 1. Implementasi Alat ... 34

Gambar 4. 2. Implementasi Alat LCD dan LED ... 34

Gambar 4. 3. Penyertaan Library... 35

(15)

xivi

Gambar 4. 5. Hasil pembacaan dari test sensor. ... 36

Gambar 4. 6. Program pendeteksian nilai ADC ... 37

Gambar 4. 7. Program pendeteksian zero crossing ... 38

Gambar 4. 8. Program perhitungan nilai minimum ADC. ... 38

Gambar 4. 9. Program Timer. ... 38

Gambar 4. 10. Program perhitungan Zero Crossing ... 39

Gambar 4. 11. Program untuk memunculkan pada serial monitor. ... 39

Gambar 4. 12.Pengenalan Nada ... 40

(16)

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Nada Dasar Belira ... 5

Tabel 2. 2 .spesifikasi Arduino Uno ... 9

Tabel 3. 1 Pin ke LCD ... 22

Tabel 3. 2 pin ke LED ... 23

Tabel 3. 3 .Pin ke Modul analog sound sensor ... 24

Tabel 3. 4 .Look Up Table Untuk Penentuan Nada... 28

Tabel 4. 1 timer 100 ms ... 34

Tabel 4. 5 pengenalan dengan Delay (1) dan Timer 100 ms ... 36

Tabel 4. 6 Delay (1) tmer 200 ... 38

Tabel 4. 7 Delay (1) timer 300 ... 38

Tabel 4. 9 Delay (2) timer 100 ... 39

Tabel 4. 13 Pengenalan dengan delay 5 timer 100 ... 43

Tabel 4. 14 pengenalan dengan delay 5 timer 300 ... 44

Tabel 4. 15 Pengenalan Delay (5) timer 400 ... 45

Tabel 4. 16 Pengenalan Delay (10) timer 100 ... 45

Tabel 4. 20 Look Up Table untuk timer 400 milidetik ... 56

Tabel 4. 21 Timer = 400 milidetik ... 57

(17)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Musik adalah sebuah bentuk karya seni dalam bentuk suara yang terdiri dari bunyi-bunyian yang disusun sedemikian rupa sehingga mengandung irama,lagu dan keharmonisan, terutama dari suara yang dihasilkan dari alat-alat yang dapat menghasilkan irama. Pada umumnya orang mengungkapkan kreativitas dan ekspresi seninya melalui bunyi-bunyian atau suara yang dihasilkan dari alat musik yang dimainkan dan juga bagi sebagian orang , musik merupakan suatu kebutuhan yang memegang peranan penting dalam kehidupan .Di dunia terdapat beberapa jenis alat musik yang sering dijumpai. Secara umum alat musik dibagi menjadi 3 jenis, yaitu alat musik melodis, alat musik harmonis dan alat musik ritmis. Belira adalah alat musik jenis melodis yang dimainkan dengan cara dipukul dan terdiri dari bilah-bilah logam persegi panjang yang setiap logam memiliki nada tersendiri [1]. Tinggi rendahnya nada belira ditentukan oleh frekuensi dasar gelombang bunyi, Semakin besar frekuensi dasar gelombang bunyi, maka semakin tinggi nada yang dihasilkan.

Telinga merupakan indera manusia yang berfungsi untuk mendegarkan suara dan juga mampu untuk menangkap atau mengenali bunyi atau suara yang ada disekitar, termasuk suara musik. Dalam kehidupan nyata indera pendengaran manusia tidak terlalu peka terhadap bunyi atau suara, termasuk suara yang dihasilkan oleh alat musik dan tidak mengetahui pasti nada yang dimainkan, terkecuali pemusik profesional.

Sebelumnya sudah ada penelitian yang telah dilakukan untuk pengenalan nada alat musik belira, yang pertama adalah pengenalan nada belira menggunakan “Analisis Amplitudo Pada Ranah Discrete Cosine Transform” [2] dan yang kedua adalah pengenalan nada belira menggunakan “Row Mean Discrete Sine Transform” [3]. Penelitian yang telah dilakukan sebelumnya sudah dapat mengenali nada dengan baik, sistem dibuat dengan menggunakan perangkat laptop/pc sebagai pengenal nada. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya,penelitian ini dilakukan untuk mengembangkan sistem pengenalan nada belira yang lebih baik dan juga tidak menggunakan PC/Laptop ,penulis ingin membuat sistem pengenalan nada dengan

(18)

metode yang berbeda yaitu menggunakan zero crossing dan juga menggunakan mikrokontroler, selain itu portabilitas dari alat ini juga menjadi salah satu kelebihan tersendiri, sebagai pemeroses utama dalam sistem agar lebih ringkas. Mikrokontroler ini akan memproses data sinyal suara yang diubah dari bentuk analog ke bentuk digital, keluaran dari micro ini berupa data yang akan ditampilkan di LCD dan juga LED sebagai indikator untuk menampilkan tiap nada yang sesuai.

1.2. Tujuan Dan Manfaat

Tujuan dari penelitian ini adalah merancang bangun alat bantu proses pengenalan nada portable bagi pembelajaran alat musik belira dengan menggunakan metode zero crossing.

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai aplikasi atau alat bantu sehingga memudahkan untuk orang yang baru belajar tentang alat musik terutama belira, dengan mengetahui nada yang dimainkan, yaitu : C, D, E, F, G, A, B, Ċ.

1.3. Batasan Masalah

Pada Perancangan Sistem pengenalan nada alat musik belira ini : 1. Nada Belira yang digunakan adalah C, D, E, F, G, A, B, Ċ 2. Cara Memukul sama seperti memainkan alat musik belira.

3. Sensor yang digunakan adalah modul sensor suara yaitu berupa condenser mic. 4. Sistem tidak dirancang untuk mengenali nada rangkap (doublestake), dan hanya

diaplikasikan untuk pengenalan nada tunggal.

5. Mekanisme pengolahan data menggunakan metode zero crossing untuk membedakan masing-masing nada.

6. Pengujian dilakukan pada tempat yang relatif hening dengan intensitas kebisingan < 50 dB.

1.4. Metodologi Penelitian

Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai, sistem pengenalan nada alat musik belira ini menggunakan hardware dan software. Metode yang digunakan dalam penulisan ini adalah :

1. Studi Literatur, Studi pustaka dan konsultasi, digunakan untuk mencari berbagai macam refrensi seperti buku, jurnal, artikel dan mempelajari korelasi dengan permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini.

2. Perancangan sistem software, rancangan perangkat lunak sistem difokuskan pada pemrosesan sinyal masukkan dari suara pukulan bilah belira, pendeteksian nada dan

(19)

subprogram pendukung sistem kerja.

3. Perancangan sistem hardware, sistem akan mengolah perintah yang diterima dari input yaitu nada belira yang dipukul direkam melalui condenser mic dan diproses oleh mikrokontroler dan kemudian keluarannya sebagai sumber informasi dalam bentuk teks dan LED .

4. Pengambilan Data dan pengujian. Pengambilan data dilakukan dengan cara mengamati sistem apakah sudah sesuai dengan proses yang diinginkan dan mengambil data dari saat proses pengenalan di ruang yang sedikit suara maupun yang banyak suara.

5. Analisa dan kesimpulan. Pada tahap ini dilakukan pembahasan mengenai sistem perangkat lunak dan perangkat keras yang dibuat, membahas perbandingan anatara teori dan hasil pengambilan data. Analisa dan pengambilan kesimpulan diambil berdasarkan persentase keberhasilan sistem secara keseluruhan.

(20)

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Belira

Belira adalah alat musik melodi drum band yang terdiri dari bilah-bilah logam persegi panjang yang setiap logam memiliki nada tersendiri, dan dimainkan dengan cara dipukul dengan alat pukul (stik) yang terbuat dari mika [4]. Fungsi utama belira adalah memainkan nada-nada melodi, yakni nada-nada lagu yang dimainkan oleh unit drum band sehingga pendengar bisa mengetahui lagu apa yang sedang dimainkan. Belira terdiri dari 16 bilah logam yang memiliki panjang yang berbeda-beda. Masing-masing bilah menghasilkan nada 𝐺

., 𝐴. ,𝐵. , C, D, E, F, G, A, B,𝐶̇, 𝐷,̇ 𝐸̇, 𝐹̇, 𝐺,̇ 𝐴̇. Stik belira

mempunyai panjang 30 cm dan terbuat dari plastik padat (mika). Dalam memainkan belira, biasanya terdapat besi penyangga yang digantungkan pada bahu pemusik, kemudian bilah logam dipukul dengan stik. Belira yang digunakan adalah belira dengan ukuran panjang 49 cm , lebar sisi kiri 19,5 cm dan lebar sisi kanan 9 cm.

Gambar 2. 1 Alat musik Belira

Secara singkat bagian yang ditunjukan pada Gambar 2.1 merupakan bagian-bagian pokok yang mempengaruhi kualitas suara yang dihasilkan oleh alat musik belira. Dari 16 nada yang ada, nada yang akan dikenali dalam sistem ini hanya 8 nada saja.

(21)

2.2. Nada Dasar Belira

Dalam pembuatan tugas akhir ini digunakan beberapa nada dasar yang akan dikenali dalam sistem pengenalan nada ini yaitu C,D,E,F,G,A,B,Ċ . Tabel 2.1 menunjukan nada dasar belira yang akan dikenali. Nada alat musik belira berada pada oktaf ke 6 sampai oktaf 7.

Tabel 2. 1 Nada Dasar Belira NADA C6 D6 E6 F6 G6 A6 B6 Ċ7

2.3. Modul Condenser Mic

Trandpenulis dalam hal ini digunakan untuk mengambil sampel suara dari Belira untuk kemudian dirubah dalam bentuk sinyal listrik analog, sehingga dapat dilakukan pengolahan pada tahap selanjutnya. Dalam hal ini trandpenulis yang digunakan adalah modul sensor suara. Sensor suara merupakan module sensor yang mensensing besaran suara untuk diubah menjadi besaran listrik yang akan diolah mikrokontroler. Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk.

Gambar 2. 2. Analog sound sensor DFRobot [5]

(22)

kecilnya daya listrik yang akan dihasilakan dan memiliki tingkat kepekaan yang cukup tinggi terhadap respon suara, selain itu dalam modul tersebut juga terdapat op-amp yang digunakan untuk menguatkan sinyal yang didapat dari condenser mic. Codenser mic bekerja berdasarkan diafagma atau susunan backplate yang harus tercatu oleh listrik membentuk sound-sensitive capacitor. Ketika kondesator terisi dengan muatan, pada diafragma dan backplate akan tercipta medan listrik. Dan yang dimana besarnya medan listrik dipengaruhi oleh ruang yang terbentuk diantara kedua komponen tersebut. Varisai akan jarak antara diafragma dengan backplate muncul dikarenakan efek adanya tekanan suara yang mengenai diafragma yang menyebabkan terjadinya pergerakan diafrgama relatif. Kelebihan dengan menggunakan sensor suara dalam bentuk modul ini adalah sudah memiliki tegangan kerja yang kompatibel dengan mikrokontroler, sehingga tidak memerlukan rangkaian buffer dalam proses interface-nya [5].

Gambar 2. 3. Skema dari Condenser Mic [6] Karakterisitik dari Condenser Mic :

1. Susunannya lebih kompleks dibanding dengan jenis microphone lainnya seperti dibanding dengan dynamic Microphone

2. Pada frekuensi tinggi, akan menghasilkan suara yang lebih halus dan natural, serta sensitivitas yang lebih tinggi

3. Mudah akan mencapai respon frekuensi flat dan memiliki range frekuensi yang lebih luas

4. Ukurannya lebih kecil dibanding dengan jenis tipe mikrophone lainnya

2.4. Zero Crossing

Sinyal yang terdapat pada kehidupan sehari-hari, salah satunya suara, disebut dengan sinyal analog. Untuk dapat memroses sinyal analog tersebut, maka harus diubah terlebih dahulu menjadi sinyal digital atau sinyal diskrit. Sinyal analog memiliki sifat kontinyu pada domain waktu dan amplitudo, sedangkan sinyal digital memiliki sifat diskrit pada domain

(23)

waktu dan amplitudo. Untuk mengenali nada tangkapan dari condenser mic, maka didalam mikrokontroler sebagai pemroses konversi sinyal analog ke bentuk digital digunakan metode zero crossing. Metode ini akan mendeteksi setiap gelombang sinusoidal melalui garis netral (zero line) yang secara umum dapat direpresentasikan terhadap perubahan tegangan Gambar 2.4 menunjukan saat kondisi zero crossing. Pengenalan nada dapat ditentukan dengan melakukan perhitungan (counting) terhadap cross yang terjadi. Algoritma zero crossing diterapkan dengan pembacaan ADC, dimana saat nilai ADC menunjukkan kondisi cross maka saat itu juga dilakukan penandaan untuk memulai perhitungan waktu pengukuran cacah zero crossing.

Gambar 2. 4.Kondisi silang (zero crossing) [5]

2.5. Mikrokontroler

Tugas akhir ini menggunakan mikrokontroler sebagai bagian pemroses utama dalam sistem. Fitur yang digunakan dalam mikrokontroler ini adalah analog to digital converter (ADC). Fitur ini mempunyai fungsi untuk mengubah data sinyal suara bentuk analog ke ranah sinyal digital. Konsep algoritma zero crossing juga dibenamkan secara perangkat lunak pada mikrokontroler. Keluaran dari mikrokontroler ini berupa data yang akan ditampilkan dengan menggunakan LCD dan indikator lampu LED.

2.5.1. Arduino UNO

Arduino uno adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328 .Board ini memiliki 14 digital input / output pin ,dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat dari

(24)

adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya [7]. Gambar 2.5 menunjukan board arduino uno R3 yang digunakan .

Gambar 2. 5. Board arduino uno R3 [7] Board Arduino Uno memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut :

a. 1,0 pinout: tambah SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan IO REF yang memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan yang disediakan dari board sistem. Pengembangannya, sistem akan lebih kompatibel dengan Prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan dengan Arduino Karena yang beroperasi dengan 3.3V. Yang kedua adalah pin tidak terhubung, yang disediakan untuk tujuan pengembangannya.

b. Circuit Reset : Tombol Reset di Arduino ini digunakan untuk mereset hasil program yang tanpa harus merubah program.

c. Kabel USB converter pada arduino ini berfungsi sebagai kabel untuk menghidupkan atau menjalankan arduino dan juga kabel ini berfungsi sebagai media transfer untuk menguploadbarisan coding yang kita buat pada software arduino. Gambar 2.6 menunjukan kabel USB yang digunakan.

(25)

d. Secara ringkas tabel 2.2 dibawah menunjukan spesifikasi Arduio UNO R3 yang digunakan :

Tabel 2. 2 .spesifikasi Arduino Uno

Mikrokontroler ATmega328

Tegangan Pengoperasian 5 Volt

Tegangan Input (rekomendasi) 7 hingga 12 Volt Batas tegangan input 6 hingga 20 Volt

I/O Digital 14 pin (6 diantaranya dapat menjadi output PWM)

Input Analog 6 pin

Arus DC pada setiap pin I/O 40 mA Arus Pada Pin 3.3 V 50 mA

Flash Memory 32Kb (ATmega328)

SRAM 2Kb (ATmega328)

EEPROM 1Kb (ATmega328)

Kecepatan Clock 16MHz

2.5.2. Catu daya

Arduino uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber listrik dipilih secara otomatis. Eksternal (non-USB) daya dapat datang baik dari AC-DC adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan cara

menghubungkannya plug pusat-positif 2.1mm ke dalam board colokan listrik. Lead dari baterai dapat dimasukkan ke dalam header pin Gnd dan Vin dari konektor Power.

Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6 - 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V, bagaimanapun, pin 5V dapat menyuplai kurang dari 5 volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7 - 12 volt.

Pin catu daya adalah sebagai berikut:

a. VIN. Tegangan input ke board Arduino ketika menggunakan sumber daya eksternal (sebagai lawan dari 5 volt dari koneksi USB atau sumber daya lainnya diatur). Anda dapat

(26)

menyediakan tegangan melalui pin ini, atau, jika memasok tegangan melalui colokan listrik, mengaksesnya melalui pin ini.

b. 5V. Catu daya diatur digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya di board. Hal ini dapat terjadi baik dari VIN melalui regulator on-board, atau diberikan oleh USB .

c. 3,3 volt pasokan yang dihasilkan oleh regulator on-board. Menarik arus maksimum adalah 50 mA.

d. GND

2.5.3. Memory

ATmega328 ini memiliki 32 KB dengan 0,5 KB digunakan untuk loading file. Ia juga memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB dari EEPROM.

2.5.4. Input & Output

Masing-masing dari 14 pin digital pada Uno dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Mereka beroperasi di 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal dari 20-50 K . Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:

a. Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data TTL serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari chip ATmega8U2 USB-to-Serial TTL.

b. Eksternal Interupsi: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau perubahan nilai. Lihat attachInterrupt () fungsi untuk rincian.

c. PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan analogWrite () fungsi.

d. SPI: 10 (SS), 11 (mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan perpustakaan SPI.

e. LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin adalah nilai TINGGI, LED menyala, ketika pin adalah RENDAH, itu off.Arduino Uno R3 memiliki 6 input analog, diberi label A0 melalui A5, masing-masing menyediakan 10 bit resolusi yaitu 1024 nilai yang berbeda. Secara default sistem mengukur dari tanah sampai 5 volt. a. TWI: A4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin. Mendukung komunikasi TWI.

(27)

b. Aref. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analogReference (). c. Reset.

Lihat juga pemetaan antara pin arduino dan AT328 port. Pemetaan untuk ATmega 8,168 dan 328 adalah identik.

2.5.5. Komunikasi

Mikrokontroler Arduino uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2 pada saluran board ini komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware Arduino16U2 menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di board akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Fungsi ini digunakan untuk melakukan komunikasi inteface pada sistem.

2.5.6. Programing

Mikrokontroler Arduino uno dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino. Pilih Arduino Uno dari Tool lalu sesuaikan dengan mikrokontroler yang digunakan. Para ATmega328 pada Uno Arduino memiliki bootloader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload program baru untuk itu tanpa menggunakan programmer hardware eksternal. Ini berkomunikasi

Menggunakan protokol dari bahas C. Sistem dapat menggunakan perangkat lunak FLIP Atmel (Windows) atau programmer DFU (Mac OS X dan Linux) untuk memuat firmware baru atau dapat menggunakan header ISP dengan programmer eksternal .

2.5.7. Perangkat lunak (arduino IDE)

Lingkungan open-source Arduino memudahkan untuk menulis kode dan meng-upload ke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan Linux. Berdasarkan Pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak sumber terbuka lainnya. Gambar 2.7 adalah tampilan dari framework Arduino IDE.

(28)

Gambar 2. 7.Tampilan framework Aduino Uno

2.5.8. ADC

Pemrosesan sinyal disini digunakan untuk mendapatkan data dari nada yang dimainkan dengan menggunakan algoritma zero crossing . Sinyal masukan yang diterima oleh sensor suara kemuduian dikonversi keranah digital dengan menggunakan ADC. Konsep ADC adalah proses konversi dalam bentuk data digital dengan masukan sinyal analog Vin dibandingkan dengan tegangan refrensi kemudian dikalikan dengan jumlah bit ADC yang digunakan dituliskan dalam persamaan (2.1) .

𝐴𝐷𝐶 = _{𝑉𝑟𝑒𝑓}𝑉𝑖𝑛 𝑥 255 (2.1)

2.5.9. Otomatis Software Reset

Tombol reset arduino uno dirancang untuk menjalankan program yang tersimpan didalam mikrokontroller dari awal. Tombol reset terhubung ke Atmega328 melalui kapasitor 100nf. Setelah tombol reset ditekan cukup lama untuk me-reset chip, software IDE Arduino dapat juga berfungsi untuk meng-upload program dengan hanya menekan tombol upload di software IDE Arduino.

(29)

Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik. [9]

a. Material LCD (Liquid Cristal Display)

LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan. Gambar 2.8 dibawah ini adalah contoh dari LCD.

Gambar 2. 8,LCD 16×2 [8] b. Pengendali / Kontroler LCD (Liquid Cristal Display)

Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). Microntroller pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register.

Memori yang digunakan microcontroler internal LCD adalah :

1. DDRAM (Display Data Random Access Memory)

Merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.

(30)

Merupakan memori untuk mengGambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.

3. CGROM (Character Generator Read Only Memory)

Merupakan memori untuk mengGambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.

Register kontrol yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah: 1. Register Perintah

Yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Crystal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Crystal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data.

2. Register data

Yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke DDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya. Pin kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (liquid Crystal Display) diantaranya adalah:

a. Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Crystal Display) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8bit.

b. Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator untuk menunjukkan yang masuk adalah perintah. Sedangkan logika high menunjukkan data.

c. Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan logika baca data.

d. Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.

e. Pin VLCD berfungsi untuk mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.

2.7. LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor[11]. Warna-warna

(31)

Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya. Gambar 2.9 dibawah ini adalah contoh dari LED.

Gambar 2. 9.simbol LED [11].

Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna) [11].

2.8. Resistor

Resistor yang disebut juga dengan hambatan listrik berfungsi untuk mengendalikan arus listrik yang melewati rangkaian, resistor juga dapat mengendalikan tegangan listrik. Resistor

(32)

merupakan komponen elektronika yang selalu digunakan untuk menahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian tertutup. Sebuah resistor tidak memiliki kutub positif dan negative, tapi memiliki karakteristik utama yaitu resistansi, toleransi, tegangan kerja maksimum dan power rating. Karakteristik lainnya meliputi koefisien temperature, kebisingan, dan induktansi. Ohm yang dilambangkan dengan symbol omega (Ω) merupakan satuan resistansi dari sebuah resistor yang bersifat resistif [12].

Adapun fungsi resistor secara lengkap adalah sebagai berikut:

1. Berfungsi untuk menahan sebagian arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian elektronika.

2. Berfungsi untuk menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaian elektronika.

3. Berfungsi untuk membagi tegangan.

4. Berfungsi untuk membangkitkan frekuensi tinggi dan frekuensirendah dengan bantuan transistor dan kondensator (kapasitor).

Resistor dibagi menjadi dua yaitu:

1. Resistor statis / tetap, resistor tetap adalah resistor yang nilainya tidak berubah-ubah. Nilai dari resistor statis telah ditentukan pada waktu pembuatannya dengan di wakili oleh cincin warna yang berjumlah 4 atau 5 buah. Cincin-cincin ini sebagai kode nilai resistansi/ hambatan, jadi warna cincin-cincin resistor akan berbeda pada tiap ukurannya.

2. Resistor Variabel (Variable Resistor), adalah jenis resistor yang nilainya berubah- ubah sesuai rentang / range jangkauan kemampuan resistor tersebut. Gambar 2.10 dibawah ini adalah contoh dari resistor.

(33)

Gambar 2. 10.Resistor [12] VS = 5 V ILED = 20 mA VLED = 1.8 V Sehingga, 𝑅(𝐿𝐸𝐷) = 𝑉𝑆−𝑉𝐿𝐸𝐷_{𝐼𝐿𝐸𝐷} = 5−1.8_0.02 = 160 Ω RESISTOR

(34)

18

BAB III

PERANCANGAN

3.1. Rancangan Sistem Pengenalan Nada Alat Musik Belira

Sistem pengenalan nada belira terdiri dari hardware dan software. Hardware yang digunakan terdiri dari alat musik belira, modul analog sound sensor, mikrokontroler, LCD dan LED. Software yang digunakan adalah Arduino IDE yang berfungsi dalam pembuatan program yang mengatur semua proses pengenalan nada belira. Blok diagram sistem pengenalan nada alat musik belira ditunjukan pada Gambar 3.1.

Gambar 3. 1.Blok Diagram rancangan sistem Pengenalan Nada

Konsep algoritma yang akan ditanamkan pada mikrokontroler ini bekerja dengan pengambilan sampel suara. Sampel suara dikonversi kedalam bentuk sinyal digital dengan

(35)

menggunakan ADC dan dilakukan proses perhitungan dengan menggunakan metode zero crossing, untuk mengetahui nilai dari setiap nada yang dimainkan. Sinyal dari nada yang telah dihitung kemudian dilakukan proses pencocokan dengan database nada sebagai acuan, bila ditemukan kecocokan sistem akan menginformasikan bahwa nada yang terdeteksi seacara tepat, jika tidak maka lcd hanya menampilkan teks zero crossing dan led tidak akan menyala.

3.2. Perancangan Perangkat Keras

Pada tugas akhir ini, akan dibuat rancangan perangkat keras yaitu meliputi trandpenulis sebagai interface masukan sistem, mikrokontroler sebagai bagian pemroses, LCD serta LED sebagai sarana penampil keluaran dari sistem..

3.2.1

Perancangan casing

Casing digunakan sebagai tempat sistem agar lebih aman dari benturan langsung yang bisa diakibat kelalaian oleh pengguna. Berikut adalah Gambar rancangan casing ditunjukan pada Gambar 3.2.

Gambar 3. 2.Rancangan casing

3.2.2 Belira

Belira merupakan alat musik yang digunakan dalam penelitian sistem pengenalan nada oleh penulis, dengan nada yang digunakan dalam penelitian ini adalah C, D, E, F, G, A, B, Ċ

3.2.3 Shield Arduino

Sistem dalam perancangan ini dibangun menggunakan mikrokontroler arduino UNO R3 sebagai pemroses utama. Untuk interface dengan transdpenulis, lcd dan led maka dibuat shield,

(36)

yang berguna supaya sistem lebih rapi dan memudahkan perkawatan dalam instalasi perangkat-perangkat tersebut. Dalam perancangan sistem menggunakaan 8 buah led indikator yang berfungsi untuk mengetahui tingkat presisi nada dan sistem LCD dengan ukuran 16x2 digunakan sebagai penampil hasil keluaran sistem. Catu daya yang digunakan adalah 7VDC-9VDC. Berikut adalah Gambar shield yang ditunjukkan Gambar 3.3.

Gambar 3. 3.Shield Arduino

3.2.4 Transduser

Transduser digunakan sebagai penangkap suara belira, berfungsi untuk mengubah sinyal

suara belira menjadi sinyal listrik . Dalam perancangan ini transdpenulis digunakan adalah modul Analog Sound Sensor produk DFRobot berikut adalah Gambaran skema dari transdpenulis yang digunakan . Berikut adalah Gambaran skema dari transdpenulis yang digunakan, ditunjukan pada Gambar 3.4.

(37)

Gambar 3. 4.Skema analog sound sensor DFROBOT[5]

Keunggulan menggunakan modul ini yaitu memilki tegangan kerja yang sama dengan tegangan kerja sistem mikrokontroler, sehingga proses interfacing dapat dilakukan secara langsung tanpa menggunakan buffer tegangan. Modul ini memiliki faktor penguatan 100 kali dengan menggunakan IC OPAMP LM 358

.

. Pada sistem ini pemroses utama adalah mikrokontroler arduino uno R3 yang memiliki 14 digital input / output yang bisa digunakan.

3.2.5 . Rangkaian LCD

Pada perancangan ini, lcd digunakan sebagai keluaran untuk penampil, berupa data notasi dari nada yang dihasilkan alat musik belira. Data yang tertampil adalah notasi nada berupa huruf. Berikut adalah Gambar rangkaian lcd yang ditunjukan Gambar 3.5.

(38)

Gambar 3. 5.Rangkaian LCD

Pada sistem ini pemroses utama adalah mikrokontroler arduino uno R3 yang memiliki 14 digital input / output yang digunakan untuk menghubungkan ke rangkaian lcd. Berikut adalah tabel 3.1 yang menunjukan alamat pin yang terhubung ke lcd.

Tabel 3. 1 Pin ke LCD

Mikrokontroler Arduino uno R3 LCD

Pin arduino pin 10 Pin RS (kaki 4) Pin arduino pin 11 Pin E (kaki 6) Pin arduino digital pin 12 Pin D4 (kaki 11) Pin arduino digital pin A5 Pin D5 (kaki 12) Pin arduino digital pin A4 Pin D6 (kaki 13) Pin arduino digital pin A3 Pin D7 (kaki 14)

GND Pin GND (kaki 1) ; Pin GND (kaki 16) ; Pin 5(R/W)

+ 5V Pin VCC (kaki 2) ; Pin VCC (kaki 15)

3.2.6 . Rangkaian LED

Pada perancangan ini rangkaian LED digunakan sebagai indikator untuk menandakan nada belira yang dimainkan. Led pertama menandakan nada C,led kedua nada D, led ketiga E,

(39)

led keempat nada F, led kelima nada G, led keenam nada A, led ketujuh nada B, led kedelapan nada Ċ. Berikut adalah Gambar rangkaian led yang ditunjukan pada Gambar 3.6.

Gambar 3. 6.Rangkaian LED

Pada sistem ini pemroses utama adalah mikrokontroler arduino uno R3 yang memiliki 14 digital input / output yang digunakan untuk menghubungkan ke rangkaian led. Berikut adalah tabel 3.2 yang menunjukan alamat pin yang terhubung ke led.

Tabel 3. 2 pin ke LED

Mikrokontroler Arduino uno R3 Led

Pin arduino digital pin 2 Led 1 ( anoda) Pin arduino digital pin 3 Led 2 ( anoda) Pin arduino digital pin 4 Led 3 ( anoda) Pin arduino digital pin 5 Led 4 ( anoda) Pin arduino digital pin 6 Led 5 ( anoda) Pin arduino digital pin 7 Led 6 ( anoda) Pin arduino digital pin 8 Led 7 ( anoda) Pin arduino digital pin 9 Led 8 (anoda)

GND Led 1-8 (katoda) ke resistor 160Ω

3.2.7 Rangkaian Analog Sound Sensor

Rangkaian Analog Sound Sensor digunakan untuk memproses sinyal analog yang dihasilkan alat musik belira menjadi sinyal digital agar dapat diproses mikrokontroler yang

(40)

sudah ditanamkan algoritma zero crossing . Berikut adalah Gambar rangkaian analog sound sensor 3.7.

Gambar 3. 7.Rangkaian Analog Sound Sensor

Pada sistem ini pemroses utama adalah mikrokontroler arduino uno R3 yang memiliki 6 analog input / output yang digunakan untuk menghubungkan ke rangkaian modul analog sound sensor. Berikut adalah tabel 3.3 yang menunjukan alamat pin yang terhubung ke modul analog sound sensor.

Tabel 3. 3 .Pin ke Modul analog sound sensor

Mikrokontroler Arduino uno R3 Modul analog sound sensor

GND GND (kaki 1)

+5V Pin VCC (kaki 2) Pin Analog A0 Pin A (kaki 3)

3.3. Proses Pengenalan Nada

Proses ini merupakan proses untuk mengenali suara belira yang terekam. Berikut adalah proses untuk pengenalan nada alat musik belira ditunjukan pada Gambar 3.8.

(41)

Gambar 3. 8.Diagram alur Proses Pengenalan Alat Musik Belira

Proses pengenalan nada ini berfungsi untuk melakukan pengenalan nada terhadap nada alat musik belira.

1. Masukan

Masukan adalah nada belira yang dipukul akan diproses menggunakan transdpenulis yang berfungsi sebagai perangkap suara.

2. Deteksi sinyal

Pendeteksian sinyal adalah proses penangkapan dari transdpenulis agar bisa dilanjutkan kedalam proses mikrokontroler untuk membaca sinyal.

3. Zero Crossing

Zero Crossing adalah pengukuran berapa kali gelombang audio melintas sumbu x atau juga suatu keadaan dimana suatu fungsi menyentuh titik nol (midpoint ) , saat dimana suatu fungsi berpindah dari nilai positif ke negatif. Perhitungan zero Crossing dalam sistem ini bekerja dengan penentuan waktu (timer intertupt), program akan menghitung berapa jumlah nilai zero crossing selama selang waktu yang ditentukan sendiri oleh penulis. Dalam sistem ini percobaan akan dilakukan sebanyak 10 kali.

4. Look Up Table

Dalam proses perancangan sistem pengenalan alat musik belira ini digunakan sebuah Look Up Table sebagai penentuan keluaran dalam proses pengenalan nada dari alat musik belira dengan mencari jumlah nilai zero crossing. Penulis menggunakan 10 sampel per nada dengan nada yang dikenali, yaitu C,D,E,F,G,A,B,Ċ. Kemudian menentukan klasifikasi dari jumlah setiap nada. Klasifikasi yang di maksud adalah area nada, jika nada yang dimainkan dari 10 kali perobaan didapatkan data berupa jumlah nilai zero crossing yang tidak sama

(42)

maka pada look up table jumlah data dari nilai zero crossing yang paling rendah dikenali sebagai data low (L) dan untuk jumlah data dari nilai zero crossing yang paling tinggi adalah

high (H). Nilai dari area nada inilah yang dijadikan penentu range pada look up table. Proses

pengambilan nada dilakukan melalui tahap pendeteksian sinyal suara masukan dan dilanjutkan proses pengukuran zero crosisng dan pencarian nilai indeks maksimum, minimum dari tiap nada. Proses ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3. 9.Blok Diagram pencarian Area nada untuk Look Up Table

3.4. Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang dimaksud adalah program yang akan diimplementasikan dalam mikrokontroler Arduino sehingga sistem dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Pembuatan program menggunakan bahasa C++ menggunakan arduino IDE 1.04. Rancangan perangkat lunak pada sistem ini difokuskan pada pemrosesan sinyal masukan dari suara belira yang dimainkan dicocokan dengan nada refrensi atau database.

3.4.1. Perancangan Program utama

Pada pengenalan nada alat musik belira ini, program utama dirancang sebagai sarana untuk mengakses semua proses pada subprogram. Dimulai dari proses pendeteksian sinyal dari transdpenulis yang kemudian mikrokontroler sebagai pemroses utama mengolah sinyal sampai dengan hasil akhir yang kemudian menghasilkan tampilan nada yang diharapkan. Berikut adalah

(Masukan) Suara belira yang sudah

dikenali nada dasarnya

Pendeteksian Sinyal Zero Crossing Pencarian Jumlah Nilai (zero crossing) Keluaran : Jumlah Nilai {zero crossing)}

(43)

Gambar 3.10 yang menunjukan diagram alur dari keseluruhan sistem pengenalan nada alat musik belira.

Gambar 3. 10.Diagram Alur Program Nada Belira

3.4.2 .Zero Crossing

Dalam perancangan ini pemrosesan sinyal digunakan untuk mendapatkan data dengan menggunakan algoritma zero crossing yang diproses didalam mikrokontroler.Sinyal masukan yang diterima oleh sensor suara kemudian dikonversi keranah digital dengan menggunakan ADC. Gambar 3.11 menunjukan pendeteksian zero crossing.

(44)

Gambar 3. 11.Zero crossing

3.4.3. Look Up Table

Proses pendeteksian nada mengacu pada look up table yang dibuat. Pendeteksian nada dilakukan dengan membandingkan jumlah nilai zero crossing nada masukan dengan jumlah nilai zero crossing dari nada yang dijadikan sebagai acuan dalam sistem. Sistem pendeteksian nada diklasifikasikan dalam bentuk area nada, hal ini dikarenakan sifat logam pada belira dan cara memukul belira sehingga nada tidak dapat dipresentasikan dengan ketepatan yang mutlak. Dengan pemodelan klasifikasi pada tabel 3.4, sistem dapat memberikan indikasi area nada yang dikenali.

Tabel 3. 4 .Look Up Table Untuk Penentuan Nada

No Nada Nilai Zero Crossing Not Nada 1 C6 CL≤ nilai zero crossing≤CH _Do

2 D6 DL≤ nilai zero crossing ≤DH _Re

3 E6 EL≤ nilai zero crossing ≤EH _Mi

4 F6 FL≤ nilai zero crossing ≤FH _Fa

5 G6 GL≤ nilai zero crossing ≤GH _Sol

6 A6 AL≤ nilai zero crossing ≤AH _La

7 B6 BL≤ nilai zero crossing ≤BH _Si

(45)

Hasil perbandingan nada sinyal masukan dengan sinyal nada yang acuan, dikonversi menjadi notasi huruf untuk ditampilkan pada LCD dan LED digunakan sebagai indikator penunjuk nada yang sedang dideteksi. ketika ada kecocokan jumlah nilai zero crossing atau berada pada area nada maka led akan menyala, ketika nada yang dideteksi melebihi nada acuan dan berada diluar wilayah area nada maka LED tidak akan menyala. Diagram alur dari sistem pendeteksian nada ditunjukkan pada Gambar 3.12.

(46)

Gambar 3. 13 (lanjutan) diagram alur penentuan pengenalan nada

3.5. Keluaran

Proses selanjutnya adalah menampilkan keluaran dari proses pengenalan nada alat musik belira dalam bentuk teks nada pada lcd dan indikator led. Proses penentuan keluarannya menggunakan Look up table. Setelah hasil yang diproleh ternyata tidak ada pada area nada maka keluaranya berupa “ERROR” dan led tidak akan menyala. Kemudian jika hasil yang diproleh adalah nada yang ada didalam area nada maka akan ditampilkan dalam bentuk teks pada lcd dan indikator led akan menyala. Diagram alur dari sistem penentuan keluaran ada pada Gambar 3.12.

(47)

Gambar 3. 12.Diagram alur keluaran

3.6. Analisa Performa

Analisa performa bertujuan untuk mengetahui sistem yang telah dirancang bekerja secara baik atau tidak akibat dari pengubahan timer ataupun delay didalam program.

Tingkat pengelan = 𝛴𝑉

𝐵𝑎𝑛𝑦𝑎𝑘𝑛𝑦𝑎 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 𝑥 100%

(48)

32

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas tentang program pengenalan nada. Program ini akan diuji terlebih dahulu untuk mengetahui program dapat bekerja sesuai dengan sistem perancangan. Data yang diproleh dari pengujian ini akan memperlihatkan cara kerja dari program yang telah dibuat oleh penulis sehingga dapat dilakukan analisis.

4.1. Implemantasi Alat

Pembuatan program pengenalan dilakukan dengan menggunakan software Ardunio IDE Version 1.8.5 pada laptop dengan spesifikasi sebagai berikut:

Processor : Intel(R) Core (TM) i5 - 5200U CPU @ 2.20 GHZ 2.19 RAM : 4.00 GB

Tipe sistem : Sistem Operasi 64-bit

Perangkat keras untuk sistem pengenalan ini digunakan sebagai alat bantu pengenalan nada dengan menggunakan tranduser, sebagai interface yang berfungsi untuk menangkap suara, LCD penampil teks nada yang dimainkan, 8 LED indikator sebagai penunjuk nada apa yang sedang dimainkan dari alat musik belira ini. Transduser dalam sistem ini diletakkan diatas dari alat musik belira dengan jarak ± 15 𝑐𝑚. Gambar 4.1 dan 4.2 menunjukan implementasi alat.

Gambar 4. 1 Implementasi Alat C6, D6, E6, F6, G6, A6, B6, C7.

(49)

Gambar 4. 2 Implementasi Alat LCD dan LED

4.2. Penjelasan Program pengenalan Nada

Program pengenalan nada dijalankan dengan cara, pertama penulis mencari area zero crossing dari hasil perhitungan nilai minimum yang dibaca oleh transduser yaitu nilai ADC bernilai 0 dikalikan dua dan menentukan banyaknya percobaan yang dilakukan untuk masing-masing nada yang akan dikenali,percobaan dilakukan sebanyak 10 kali untuk masing-masing-masing-masing nada dari 8 nada yang akan dikenali dalam sistem ini. Dibawah ini adalah data untuk timer 100,200,300 dan 400 dengan delay 5 ms. Proses dari sistem pengenalan ini akan menampilkan hasil dari perhitungan zero crossing dari timer counter yang ditentukan oleh penulis. Penentuan nilai zero crossing memerlukan kalibrasi dari timer yang akan digunakan. Dari hasil penentuan timer 100 ,hasil pembacaan data nilai zero crossing penulis dapat menentukan area nada dalam sistem ini.

Pembacaan untuk penentuan range jumlah zero crossing untuk masing-masing nada dilakukan dengan melihat dari serial monitor pada aplikasi arduino Ide. Penulis melihat berapa nilai minimum dan maksimum dari pembacaan jumlah zero crossing untuk masing-masing nada dalam 10 kali percobaan, hasil percobaan ada pada lampiran 1. Range dari masing-masing nada ini adalah proses awal dalam sistem yang akan diimplementasikan kedalam program. Tabel

Led berurutan untuk indikator nada dari kiri Kekanan, yaitu :

(50)

4.1 merupakan hasil dari penentuan area nada yang dilakukan untuk timer 100 dari masing-masing nada.

Tabel 4. 1 timer 100 ms

NO NADA Jumlah zero crossing

1 C6 50 - 58 2 D6 20 – 26 3 E6 44 - 48 4 F6 40 - 42 5 G6 16 - 18 6 A6 10 - 14 7 B6 28 - 32 8 Ċ7 34 - 38

Tabel 4.2 merupakan hasil dari penentuan area nada yang dilakukan untuk timer 200 dari masing-masing nada. Jumlah zero crossing untuk percobaan pada C6 sangat besar.

Tabel 4. 2timer 200 ms

1 C6 130 - 138 2 D6 34 - 38 3 E6 84 - 88 4 F6 78 - 82 5 G6 28 - 32 6 A6 24 - 26 7 B6 62 - 66 8 C7 72 - 76

(51)

Tabel 4.3 merupakan hasil dari penentuan area nada yang dilakukan untuk timer 300 dari masing-masing nada. Jumlah zero crossing untuk percobaan pada C6 sangat besar.

NO NADA Jumlah Zero Crossing

1 C6 206 – 216 2 D6 30 – 36 3 E6 120 – 138 4 F6 114 – 118 5 G6 38 – 48 6 A6 22 – 28 7 B6 76 – 86 8 C7 104 – 112

Tabel 4.4 merupakan hasil dari penentuan area nada yang dilakukan untuk timer 400 dari masing-masing nada. Jumlah zero crossing untuk masing-masing nada berbeda-beda dan zero crossing untuk nada C6 masih sangat besar.

1 C6 282 – 292 2 D6 32 - 42 3 E6 148 – 156 4 F6 44 – 60 5 G6 20 – 30 6 A6 24 – 30 7 B6 82 – 100 8 C7 132 – 146

(52)

Dari semua percobaan dengan pembacaan nilai ADC yang bernilai nol dikalikan 2 menghasilkan jumlah zero crossing tidak meningkat untuk nada yang semakin tinggi, ini disebabkan karena adanya aliasing. Aliasing adalah fenomena bergesernya frekuensi tinggi gelombang seismik menjadi lebih rendah yang diakibatkan pemilihan interval sampling yang terlalu besar. Tabel 4.5 menunjukan hasil pengenalan dengan delay 1ms dan timer 100 ms.

Tabel 4. 5 pengenalan dengan Delay (1) dan Timer 100 ms

INPUT OUTPUT C6 D6 E6 F6 G6 A6 B6 C7 Nada tidak dikenali Error C6 3 0 4 0 3 0 0 0 0 7/10 D6 0 6 0 0 0 0 2 2 0 4/10 E6 0 0 6 0 0 2 2 0 0 4/10 F6 0 2 0 3 2 0 0 2 1 7/10 G6 0 0 0 1 8 1 0 0 0 2/10 A6 0 2 0 2 2 2 0 1 1 8/10 B6 0 1 0 0 2 4 3 0 0 7/10 C7 0 2 0 2 0 0 2 4 0 6/10

Persentase Pengenalan Nada 43,75%

Kedua, penulis menentukan menentukan timer yang akan digunakan. Timer yang digunakan adalah 100 ms, 200 ms, 300ms dan 400 ms yang akan digunakan dalam program yang akan diproses, pemilihan timer bukan berdasarkan teori, penentuan timer hanya karena keinginan penulis untuk selang waktu data yang akan diproses selama percobaan dilakukan. Dan perhitungan panjang nada dari masing-masing nada berdasarkan feeling maka penulis menentukan timer yang paling tinggi yang akan diproses dalam sistem ini yaitu timer 400ms. Ketiga penulis delay yang digunakan untuk menjalankan program pengenalan nada. Delay yang digunakan adalah 5 ms, jika pemilihan delay dibawah delay 5ms akan mengakibatkan sistem tidak stabil yang mengakibatkan pembacaan nilai zero crossing dua kali atau lebih, dari satu kali pemukulan pada timer 100. Sistem pengenalan nada ini digunakan untuk mencari hasil pengenalan yang paling tinggi, dari hasil penentuan timer maka akan dipilih timer mana yang lebih baik dan akan di implementasikan ke program dan look up table yang digunakan. Tabel

(53)

4.5 menunjukan pengenalan nada dengan delay 1ms dan timer 100ms dari 10 kali percobaan dari masing-masing nada.

Hasil persentase pengenalan nada dari pengenalan dengan timer 100ms dengan delay 1ms yaitu 43,75%. Gambar 4.3 menunjukan hasil pembacaan dari nilai ADC yang diproses dalam sistem untuk delay 1ms dan timer 100ms pada nada do.

Gambar 4. 3 Nada C6 / Do yang terdeteksi untuk delay 1ms

Perhitungan nilai zero crossing untuk nada Do delay 1 timer 100 mengalami 3 kali pembacaan dalam satu kali percobaan, hal ini disebabkan karena terlalu kecilnya delay yang diimplementasikan kedalalam sistem yang digunakan, dapat dilihat pada gambar 4.4 dalam serial monitor pada aplikasi Arduino ide.

Gambar 4. 4 pengenalan nada dari nada C6 / Do

Tabel 4.6 menunjukan hasil pengenalan nada Do dengan delay 1 dan timer 300 dari percobaan sebanyak 10 kali.

(54)

Tabel 4. 6 Delay (1) tmer 200 INPUT

OUTPUT

C6 D6 E6 F6 G6 A6 B6 C7 Nada tidak dikenali Error C6 8 0 0 0 0 0 0 0 2 2/10 D6 0 4 2 0 0 0 3 1 0 6/10 E6 0 2 3 0 0 0 2 3 0 7/10 F6 1 0 1 1 1 1 1 0 4 9/10 G6 0 0 0 0 6 0 4 0 0 4/10 A6 0 0 0 0 2 2 2 0 4 8/10 B6 0 1 0 0 1 0 8 0 2 2/10 C7 0 2 3 2 0 0 0 3 0 7/10

Tingkat Persentase Pengenalan nada dengan Timer 200 43,75%

Hasil persentase pengenalan nada dari 8 nada yang dikenali dengan timer 100ms dengan delay 1ms yaitu 43,75%. Tabel 4.7 menunjukan hasil pengenalan dengan delay 1 dan timer 300 dari percobaan sebanyak 10 kali.

Tabel 4. 7 Delay (1) timer 300

INPUT OUTPUT C6 D6 E6 F6 G6 A6 B6 C7 Nada tidak dikenali Error C6 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D6 0 2 0 0 0 2 2 0 4 8/10 E6 0 0 4 3 0 0 0 3 0 6/10 F6 0 0 0 3 0 0 0 1 6 7/10 G6 0 3 0 0 2 0 2 0 3 8/10 A6 1 0 0 0 0 3 1 0 5 7/10 B6 2 5 0 0 0 0 3 0 0 7/10 C7 0 0 5 0 0 0 0 5 0 5/10

(55)

Hasil persentase pengenalan nada dari 8 nada yang dikenali dengan timer 300ms dengan delay 1ms yaitu 40%. Tabel 4.8 menunjukan hasil pengenalan dengan delay 1 dan timer 400 dari percobaan sebanyak 10 kali.

INPUT

OUTPUT

Hasil persentase pengenalan nada dari pengenalan dengan timer 400ms dengan delay 1ms yaitu 46,25%. Tabel 4.9 menunjukan hasil pengenalan dengan delay 2 dan timer 100 dari percobaan sebanyak 10 kali untuk masing-masig nada.

Tabel 4. 9Delay (2) timer 100

(56)

Hasil persentase pengenalan nada dari pengenalan dengan timer 100ms dengan delay 2ms yaitu 40%. Gambar 4.5 menunjukan hasil pembacaan dari nilai ADC yang diproses dalam sistem untuk delay 2 ms dan timer 100 ms pada nada C6/Do.

Gambar 4. 5 Delay 2 nada C6 / Do timer 100

Perhitungan nilai zero crossing untuk nada Do delay 2 dengan timer 100 mengalami 3 kali pembacaan dalam satu kali percobaan, hal ini disebabkan karena masih terlalu kecilnya delay yang diimplementasikan kedalalam sistem yang digunakan, dapat dilihat pada gambar 4.6 dalam serial monitor pada aplikasi Arduino ide.

Gambar 4. 6pengenalan nada dari nada C6 / Do ADC

(57)

Tabel 4.10 menunjukan hasil pengenalan nada Do dengan delay 2 dan timer 200 dari percobaan sebanyak 10 kali.

Hasil persentase pengenalan nada dari pengenalan dengan timer 200ms dengan delay 2ms yaitu 52,5%. Tabel 4.11 menunjukan hasil pengenalan dengan delay 2 dan timer 300 dari percobaan sebanyak 10 kali untuk masing-masig nada.

(58)

Hasil persentase pengenalan nada dari pengenalan dengan timer 300ms dengan delay 2 ms yaitu 61,25%. Tabel 4.12 menunjukan hasil pengenalan dengan delay 2 dan timer 400 dari percobaan sebanyak 10 kali untuk masing-masig nada.

Tingkat Persentase Pengenalan Nada dengan timer 300 62,5%

Hasil persentase pengenalan nada dari pengenalan dengan timer 300ms dengan delay 2ms yaitu 62,5%. Dari hasil pengenalan dengan delay 1 dan delay 2 selain ada pembacaan lebih dari satu kali pada salah satu percobaan, tingkat pengenalan dari masing-masing percobaan tidak sampai pada tingkat persentase pengenalan rata-rata 70 %, penulis menentukan delay 5 dan mendapatkan hasil persentase pengenalan diatas 70%. Dari hasil pengenalan pada delay 5 ini maka penulis akan mengimplementasikan kedalam program pada tingkat pengenalan paling tinggi dari delay 5ms ini. Tabel 4.13 merupakan hasil dari tingkat pengenalan dari timer 100 dengan delay 5 dalam 10 kali percobaan dari masing-masing nada. Hasil dari tingkat pengenalan ini didapat setelah penulis mencoba satu-persatu dari jumlah zero crossing yang didapat dari masing-masing percobaan dan kemudian mengimplementasikannya kedalam program untuk masing-masing delay dan timer yang ditentukan oleh penulis. Penentuan timer dan delay tidak berdasarkan teori, hanya berdasarkan percobaan yang dilakukan penulis dan hasil yang mendapatkan hasil terbaik.

(59)

Tabel 4. 13 Pengenalan dengan delay 5 timer 100 INPUT

OUTPUT

Tabel 4.13 memperoleh hasil pengujian tingkat persentase pengenalan melalui perhitungan dari timer 100 yang ditentukan pada awal program. Dan didapat hasil dari pengenalan berada pada 72,5 %. Tabel 4.14 merupakan hasil dari tingkat pengenalan dari timer 200 dengan delay 5 dalam 10 kali percobaan dari masing-masing nada

Tabel 4. 14 pengenalan dengan delay 5 timer 200

INPUT

OUTPUT

C6 D6 E6 F6 G6 A6 B6 C7 Nada tidak dikenali Error C6 6 0 0 0 0 0 0 0 4 4/10 D6 0 3 0 0 2 3 0 0 2 7/10 E6 0 0 9 0 0 0 0 0 1 1/10 F6 0 0 0 6 0 0 0 4 0 4/10 G6 0 1 0 0 9 0 0 0 0 1/10 A6 0 2 0 0 1 7 0 0 0 3/10 B6 0 0 0 0 0 0 9 1 0 1/10 C7 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0

(60)

Tabel 4.14 memperoleh hasil pengujian tingkat pesentase yang lebih tinggi dari timer 100, hal ini dikarenakan area dari masing-masing nada, tidak terlalu berfariasi atau dapat dikatakan data ADC yang diolah didalam sistem lebih stabil. Tingkat pengenalan 73,5%. Tabel 4.15 merupakan hasil dari tingkat pengenalan dari timer 300 dengan delay 5 dalam 10 kali percobaan dari masing-masing nada

Tabel 4. 14 pengenalan dengan delay 5 timer 300

INPUT

OUTPUT

C6 D6 E6 F6 G6 A6 B6 C7 Nada tidak dikenali Error C6 9 0 0 0 0 0 0 0 1 1/10 D6 0 5 0 0 0 5 0 0 0 5/10 E6 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 F6 0 0 2 6 0 0 0 2 0 4/10 G6 0 0 2 0 7 0 0 0 1 3/10 A6 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 B6 0 0 0 0 0 0 6 0 4 4/10 C7 0 0 0 0 0 0 0 7 3 3/10

Tingkat Persentase Pengenalan nada dengan Timer 300 75%

Tabel 4.14 memperoleh hasil pengujian tingkat pesentase yang lebih tinggi dari timer 200, hal ini dikarenakan area dari masing-masing nada, tidak terlalu berfariasi atau dapat dikatakan data ADC yang diolah didalam sistem lebih stabil. Tingkat pengenalan 75%.

Dalam sistem ini pengenalan dengan delay 5 dan timer 400 mendapatkan hasil lebih baik, tingkat persentase pengenalan yaitu, 81,25%. Dari hasil tingkat persentase pengenalan ini maka data untuk delay 5 dan timer 400 yang akan diimplementasikan kedalam program yang akan digunakan. Tabel 4.15 merupakan hasil dari tingkat pengenalan dari timer 400 dengan delay 5 dalam 10 kali percobaan dari masing-masing nada.