MUSIK GITAR KE DALAM NOT BALOK DENGAN PENERAPAN ALGORITMA FAST FOURIER TRANSFORM (FFT)
Adhi Danda Kartika Kusuma¹, Agung Toto Wibowo², Tjokorda Agung Budi Wirayuda³
¹Teknik Informatika, Fakultas Teknik Informatika, Universitas Telkom
Abstrak
Konversi instrumentasi alat musik gitar ke dalam not balok merupakan suatu proses merubah inputan yang berupa data wav hasil rekaman permainan gitar menjadi nada-nada yang
digambarkan dalam not balok. Program konversi yang dirancang harus dapat mendeteksi
frekuensi dari nada yang dimainkan sehingga dapat diterjemahkan menjadi nada-nada dalam not balok. Selain itu program juga harus dapat mendeteksi tempo yang dimainkan karena akan berpengaruh pada nilai ketukan not.
Pada tugas akhir ini, program konversi dibangun dengan memanfaatkan algoritma Fast Fourier Transform (FFT). FFT mampu merubah sinyal dari domain waktu menjadi domain frekuensi. Data yang digunakan sebagai inputan adalah data berformat *.wav hasil rekaman permainan gitar.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kualitas dan keakuratan not balok yang didapatkan dipengaruhi oleh ketepatan bermain gitar (kualitas inputan), jumlah titik FFT, lebar frame dan overlap. Pada program konversi ini digunakan nilai parameter skala lebar frame 1024 dan overlap 512 sebagai salah satu nilai yang mewakili dalam pendeteksian onset. Sedangkan titik FFT yang mewakili dalam konversi adalah 44100. Selain itu ketepatan dan ketelitian cara bermain gitar juga berpengaruh terhadap kualitas data inputan.
Kata Kunci : Conversion Program of Musical Instruments Guitar Into The Musical Notes, Fast Fourier Transform, FFT Algorithm
Abstract
Conversion Program of Musical Instruments Guitar Into The Musical Notes is a program to change the form of data input wav recording guitar into tones that are described in musical notes.
The conversion program must be designed to detect the frequency of the tones that are recorded so that it can be translated into the tones of musical notes.
In this final project, the application also must be able to detect the tempo of the wav input because it will affect the value of notes beats. The conversion program is built by using the Fast Fourier Transform (FFT) algorithm. FFT is able to change the signal from time domain into the frequency domain. The data used as input data format is recording guitar in wav file.
The test results showed that the quality and accuracy of musical notes is affected by the accuracy obtained guitar playing (quality input), FFT point, wide frame and overlap. In this conversion program used wide frame 1024 and overlap 512 as one of the values that represent the onset detection. Besides that, this conversion also take 44100 as FFT point. In addition, the accuracy and precision of how to play guitar, also affected the quality of input data.
Keywords : Conversion Program of Musical Instruments Guitar Into The Musical Notes, Fast Fourier Transform, FFT Algorithm
1
1. Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
Musik adalah salah satu bentuk seni yang tertua. Musik juga merupakan suara yang dihasilkan dari alat musik. Notasi musik mengalami perkembangan sesuai dengan perkembangan alat musiknya. Misalnya saja gitar. Sejak kemunculan alat musik gitar pertama, selalu mengalami kemajuan. Awalnya gitar memiliki lima dawai, dimana tiap dawainya berpasangan. Sekarang, dawai- dawai itu digantikan dengan dawai tunggal dan ditambah satu dawai lagi sehingga menjadi enam dawai tunggal. Sama halnya dengan alat musik harmoni lain, gitar juga dapat memainkan nada-nada seperti do-re-mi-fa-sol-la-si-do. Interval antar nada adalah 1, kecuali mi-fa dan si-do intervalnya ½. Makin banyaknya elemen pembentuk musik seperti nada, ritma, melodi dan harmoni pada alat musik menyebabkan notasi musik turut mengalami perkembangan. Not balok merupakan salah satu bentuk perkembangan notasi musik dan standar yang digunakan dalam penulisan notasi musik. Not balok adalah susunan nada yang ditulis dalam paranada, dan dibagi dalam beberapa birama. Setiap nada memiliki frekuensi yang berbeda, sehingga menyebabkan penempatan posisi not pada garis paranada dilakukan berdasarkan tinggi-rendahnya nada tersebut.
Musik merupakan sarana untuk menyimpan hasil karya seseorang. Dan hampir semua notasi musik dituliskan ke dalam not balok. Dengan keterbatasan pendengaran manusia yang tidak bisa mendeteksi nada secara alami, serta paradigma yang ada dalam masyarakat bahwa hanya orang yang sudah lama bermain musik saja yang yang dapat mengetahui nada-nada pada alat musik dan menciptakan musik sendiri untuk dituliskan ke dalam not balok, maka permasalahan yang timbul adalah bagaimana cara mengkonversi instrumentasi yang dimainkan oleh manusia lewat alat musik ke dalam not balok.
Gitar merupakan alat musik yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari hari. Cara memainkan gitar yaitu dengan memetik dawai yang ada pada badan gitar. Saat ini hampir semua kalangan dapat memainkan alat musik ini karena gitar merupakan salah satu alat musik yang mudah dipelajari, tetapi tidak semua orang yang baru mempelajari gitar dapat mengetahui nada-nada yang dimainkan, hanya dengan mendengarnya. Oleh karena itu penulisan not balok juga sangat membantu bagi orang-orang yang baru mempelajari gitar, untuk lebih menguasai cara memetik gitar, serta memahami nada-nada dan posisi nada-nada tersebut pada gitar. Penulisan not balok juga dapat membantu bagi mereka yang sudah memahami nada dan cara bermain gitar, mereka dapat mengetahui cara menekan senar gitar lebih baik lagi dengan melihat hasil penulisan not balok dari nada yang sudah dimainkan.
Proses konversi membutuhkan suatu algoritma yaitu FFT. Fast Fourier Transform (FFT) adalah suatu algoritma yang efisien untuk menghitung Transformasi Fourier diskrit (DFT) dan inversenya. Fast Fourier Transform (FFT) menjadi penting untuk bermacam-macam aplikasi, dari pengolahan sinyal digital dan memecahkan persamaan diferensial parsial menjadi algoritma- algoritma untuk penggandaan bilangan integer dalam jumlah yang banyak.
Fakultas Teknik Informatika Program Studi S1 Teknik Informatika
Pemilihan algoritma Fast Fourier Transform juga dikarenakan algoritma tersebut dapat mengubah sinyal digital dari domain waktu ke domain frekuensi. Peranan algoritma FFT disini adalah mendeteksi dan menganalisa frekuensi dari suatu sinyal musik, lalu frekuensi tersebut disesuaikan dengan frekuensi referensi sehingga didapatkan nada terdeteksi.
Dari masalah yang ada di atas, maka dipilihlah topik konversi suara alat musik gitar ke dalam not balok. Adapun maksud dari penulisan tugas akhir ini yaitu untuk menuliskan hasil pengenalan nada dalam bentuk not balok. Perlunya dilakukan konversi adalah untuk menganalisa ketepatan nada yang dimainkan dan memudahkan manusia untuk membuat not balok. Selain itu dilakukannya konversi adalah untuk mengubah bentuk signal analog yang berasal dari alat musik gitar menjadi signal digital sehingga dapat diproses oleh komputer yang kemudian dituliskan ke dalam not balok. Konversi juga diperlukan untuk mengetahui masing-masing frekuensi dari setiap nada yang dimainkan melalui proses perubahan signal digital dari domain waktu ke domain frekuensi dengan fourier transform. Dari latar belakang inilah, maka diambil tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisa dan membangun program pengkonversian file suara alat musik gitar ke not balok.
1.2. Perumusan Masalah
Permasalahan yang dijadikan objek penelitian dalam Tugas Akhir ini adalah :
1. Bagaimana mengubah format file wav ke dalam data frekuensi yang kemudian dikonversi ke not balok.
2. Kebutuhan akan suatu algoritma, yaitu FFT, yang dapat mendeteksi frekuensi nada yang dihasilkan oleh alat musik gitar yang dimainkan.
3. Mengukur ketepatan nada dari alat musik gitar yang dimainkan.
4. Bagaimana melakukan segmentasi suara untuk mendapatkan posisi onset.
1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah pada Tugas Akhir ini adalah:
1. File format raw yang digunakan dalam Tugas Akhir ini diperoleh dengan memainkan alat musik gitar secara klasik.
2. File format raw hasil rekaman gitar yang akan diproses adalah musik yang telah disimpan sebelumnya dalam format raw PCM (salah satu bentuk file suara .wav), beresolusi 16-bit, dengan frekuensi antara 22.050 Hz sampai 44.100 kHz.
3. Nada yang dimainkan adalah nada asli, yang artinya bukan nada yang dinaikkan ½ (#) dan bukan nada yang diturunkan ½ (b).
4. Suara inputan jernih, tidak ada noise.
5. Nada dasar Gitar G=do. Nada dasar tidak dapat dinaikkan atau diturunkan.
6. Not yang digunakan adalah not penuh (4 ketuk) sampai not seperdelapan (½ ketuk).
7. Oktaf yang digunakan hanya 2 oktaf.
8. Tanda birama yang digunakan adalah 4/4.
3
1.4. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Mentransformasikan file wav hasil rekaman gitar ke dalam not balok dengan mengkonversinya.
2. Penggunaan FFT sebagai algoritma untuk mendeteksi dan menganalisa nada yang dimainkan.
3. Menganalisa ketepatan nada dan frekuensi nada.
4. Mendeteksi onset dengan melakukan analisa fourier secara short-time dan melakukan penjumlahan power spektrum-nya.
1.5. Metodologi Penyelesaian Masalah
Metodologi yang digunakan dalam memecahkan masalah di atas adalah dengan menggunakan langkah-langkah berikut:
a. Studi Literatur :
Studi literatur bertujuan mempelajari dasar teori dan literatur mengenai program konversi yang akan dibangun, algoritma yang dipakai yaitu FFT dan penerapannya, serta kebutuhan dalam menganalisa dan merancang Program Konversi Nada Alat Musik Gitar ke dalam not balok.
b. Pengumpulan Data:
Pada tahap ini, dilakukan pengumpulan data wav dari alat musik gitar yang dimainkan, sebagai data inputan sementara. Data lain yang dikumpulkan adalah data frekuensi standar nada tiap interval. Data ini akan digunakan untuk mencocokkan frekuensi nada yang dimainkan dengan nada referensi.
c. Analisis dan Desain :
Tahap analisis meliputi analisa kebutuhan, analisa data yang diperoleh, analisa ketepatan nada dan frekuensi nada serta analisa kecepatan waktu konversi.
Tahap design sistem meliputi :
Perancangan Interface
Merancang interface yang user friendly agar mudah digunakan.
Implementasi design yang telah dirancang, seperti program perekam sederhana suara gitar, penerapan algoritma FFT dalam pendeteksian nada, serta pengkonversian ke dalam not balok dibangun dengan bahasa pemrograman Matlab.
d. Testing dan analisis hasil.
Dalam tahap testing ini akan diadakan pengujian mengenai Tugas Akhir yang dibuat dan sekaligus melakukan analisa terhadap hasil perangkat lunak. Analisa mencakup analisa ketepatan nada dan frekuensi. Selain itu juga dilakukan analisis apakah hipotesis awal yang dibuat dapat diterima atau ditolak.
e. Penyusunan laporan
Pengambilan kesimpulan dari hasil analisis yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya untuk kemudian disusun laporan terhadap analisis yang telah dilakukan.
Fakultas Teknik Informatika Program Studi S1 Teknik Informatika
1.6. Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini terdiri dari beberapa bagian yaitu:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, metodologi penyelesaian masalah dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Berisi penjelasan singkat mengenai konsep-konsep yang mendukung dibuatnya sistem ini. Konsep yang digunakan untuk sistem ini adalah Fast Fourier Transform (FFT).
BAB III DESAIN DAN IMPLEMENTASI
Berisi rincian mengenai desain sistem serta implementasi yang dibuat.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Berisi rincian mengenai mengenai pengujian terhadap sistem yang disertai dengan analisa hasil pengujian.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan yang diambil berdasarkan sistem yang telah dibuat disertai dengan kesimpulan.
49
5. Penutup
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan pada program konversi Instrumentasi Alat Musik Gitar ke dalam Not Balok dengan Penerapan Algoritma Fast Fourier Transform (FFT), dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Kemampuan algoritma FFT untuk mentransformasikan sinyal dari domain waktu ke domain frekuensi membuat algoritma ini dapat digunakan dalam program konversi data wav ke dalam not balok. Semakin besar/banyak titik yang digunakan dalam perhitungan algoritma FFT, maka data yang dihasilkan akan menunjukkan hasil yang semakin baik. Namun dari segi waktu semakin besar/banyak titik yang digunakan dalam perhitungan algoritma FFT semakin lama waktu prosesnya. Nilai titik FFT yang mewakili dalam program konversi ini adalah 44100.
2. Kualitas penentuan onset dan segmentasi ditentukan oleh besarnya nilai parameter lebar frame dan overlap. Semakin kecil lebar frame dan overlap, maka jumlah onset yang terdeteksi akan tidak sesuai dengan jumlah onset yang sebenarnya. Begitu juga sebaliknya, semakin besar lebar frame dan overlap, jumlah onset yang terdeteksi akan tidak sesuai dengan jumlah onset yang sebenarnya. Lebar frame dan overlap yang mewakili dalam program konversi ini adalah 1024 dan 512 (50% dari lebar frame).
5.2. Saran
Dari hasil evaluasi dan analisis pada sistem konversi Instrumentasi Alat Musik Gitar ke dalam Not Balok dengan Penerapan Algoritma Fast Fourier Transform (FFT) menunjukkan bahwa program konversi ini masih dapat dikembangkan menjadi lebih baik lagi. Saran untuk penelitian berikutnya adalah:
1. Variasi nada yang dimainkan dapat ditambah. Sehingga bukan hanya nada dasar G(1#) saja yang diinputkan, tetapi juga nada dasar D(2#). Hal ini dikarenakan penambahan variasi nada (#) dan (b) sangatlah kompleks. Untuk Nada dasar D=do, maka rentang nada nya adalah D - E - F# - G - A - B - C# - D. Begitu seterusnya untuk nada dasar C(0#), A(3#), E(4#), dst. Sehingga membutuhkan waktu pengolahan data yang cukup lama. Hal ini juga membutuhkan sumber daya manusia yang sangat mahir bermain gitar dalam memperoleh data yang baik untuk dilakukan pengujian.
2. Not yang digunakan diharapkan tidak hanya sampai not seperdelapan (½ ketuk), tetapi juga not seperenambelas (1/4 ketuk) dan not sepertigapuluhdua (1/8 ketuk). Hal yang menjadi pertimbangan adalah variasi nilai not membuat penggambaran nada lebih kompleks. Selain itu pengambilan sample suara sebagai juga tidak mudah karena nilai not sepertigapuluhdua dimainkan dengan sangat cepat dan teliti. Sehingga membutuhkan ketelitihan dan keterampilan bermain gitar yang baik. Jika tidak dimainkan dengan baik maka nada akan susah dideteksi, yang mengakibatkan kesalahan dalam penggambaran not.
3. Dapat digunakan untuk alat musik lain seperti bass, piano, dll.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
Fakultas Teknik Informatika Program Studi S1 Teknik Informatika
Daftar Pustaka
[1] Analisis of a wav
line.http://www.ymec.com/hp/signal2/gitar1.htmdidownloadpad a 26 November 2010 pukul 11.08 WIB
[2] Andrew DeBellis, Mark. 1995. Musik and Conceptualization. United States : Cambridge press
[3] Audio Filter.FFT. Filtering. Framming. HFC. Normalization. Root of Unity. Signal. Window Function.Http://en.wikipedia.org/
[4] Beauchamp, James. 2006. Analysis, Synthesis, and Perception of Musical Sound. New York: Springer
[5] Brigham, E. Organ. 1988. The Fast Fourier Transform And Its Application. Singapore : Prentice Hall, Inc
[6] John G Proakis dan Dimitri G. Monoakis, Digital Signal Processing : Principles,Algorithms, & Applications, Prentice Hall, Inc, Englewood Cliff-New Jersey, 1996.
[7] Hunt, Brian R., Ronald L. Lipsman, dan Jonathan M. Rosenberg. 2001.
“A Guide to Matlab for Beginners and Experienced Users”. New York: Cambridge University Press.
[8] Kinnunen, Tomi. 2003. Spectral Features for Automatic Text- Independent Speaker Recognition. Finland
[9] Lindsay, Ken. 2006. Optimization Strategies For FFT Use In Musical Audio Analysis. Oregon USA : Ashland
[10] Loren D. Enochson and Robert K. Otnes (1968). Programming and Analysis for Digital Time Series Data. U.S. Dept. of Defense, Shock and Vibration Info. Center. pp. 142.
[11] Manipulated wav files.
http://aldiena.qweinhorn.co.cc/2010/11/mengenal-berbagai- jenis-format-file.htmldidownload pada 26 november 2010 pukul 11.50 WIB
[12]
Maragos,Petros . 2008. Multimodal pocessing and interaction : audio, video, text. New York: Spinger Science.
[13] Masri, P.; A. Bateman. 1995. "Identification of nonstationary audio signals using the FFT, with application to analysis-based synthesis of sound" in IEE Colloquium on AudioEngineering.
[14]
Marion Mason, Robert. 1985. Modern methods of musik analysis using computers. United States : Schoolhouse Press.
[15] Register, Andi H. 2007. “A Guide To Matlab Object Oriented Programming”. New York : Scitech Publishing.
[16] Schilling, Robert. 2006. Fundamentals of Digital Signal Processing Using MATLAB. New York: Cengange Learning.
