Analisa sound-spectrogram tangis bayi untuk deteksi penyakit jantung bawaan AWAL

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ANALISA

SOUND-SPECTROGRAM

_{TANGIS BAYI UNTUK}

DETEKSI PENYAKIT JANTUNG BAWAAN

Disusun oleh :

HANA AFIFAH M0210029

SKRIPSI

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET

(2)

commit to user

ANALISA

SOUND-SPECTROGRAM

_{TANGIS BAYI UNTUK}

DETEKSI PENYAKIT JANTUNG BAWAAN

Disusun oleh :

HANA AFIFAH M0210029

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET

(3)

commit to user

(4)

commit to user PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari penelitian saya dengan judul “ANALISA SOUND-SPECTROGRAM TANGIS BAYI UNTUK DETEKSI PENYAKIT JANTUNG BAWAAN” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi tidak berisi materi penelitian orang lain maupun telah dipublikasikan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi Negeri lainnya kecuali yang tertulis dalam daftar pustaka dalam Skripsi ini dan ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau diperbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, 16 Mei 2016

(5)

commit to user

iv

MOTTO

“Jika kau merasa tidak lebih pandai dari teman-temanmu, maka kau harus belajar lebih keras daripada teman-temanmu”

(Dian Sastro Wardoyo)

“Innovation distinguish between a leader and a follower”

(Steve Jobs)

“If you can’t explain it simply, you don’t understand well enough”

(6)

commit to user

ANALISA SOUND-SPECTROGRAM TANGIS BAYI UNTUK DETEKSI PENYAKIT JANTUNG BAWAAN

HANA AFIFAH

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Skripsi ini berfokus pada kajian perbandingan spektral tangis sakit bayi normal dan tangis sakit bayi penderita penyakit jantung bawaan (Congenital Heart Disease , CHD). Sebanyak sepuluh sampel tangis sakit bayi penderita CHD dan bayi normal berusia kurang dari satu bulan direkam menggunakan Sony IC-Recorder tipe ICD-PX333. Data digital kemudian diproses menggunakan piranti lunak SFS untuk mendapatkan f0, formants, dan nilai Mel-Frequency Cepstral

Coefficients (MFCC) sebagai penciri spektral yang kemudian divisualkan dengan DTW. Hasil kajian menunjukkan bahwa ciri spektral tangis bayi penderita CHD terhadap tangis bayi normal mempunyai tingkat perbedaan signifikan, karenanya tangis sakit bayi bisa dijadikan sebagai salah satu indikator pendeteksi penyakit jantung bawaan secara dini. Di samping itu ditemukan anomali yang diduga berkait dengan irisan dalam bentang frekuensi ambang maupun formant tangis bayi normal dan penderita CHD.

(7)

commit to user

vi

INFANT CRY FOR DETECTING CONGENITAL HEART DISEASE USING SOUND-SPECTROGRAM ANALYSIS

HANA AFIFAH

Physics Department, Faculty of Mathematic and Natural Sciences, Sebelas Maret University

ABSTRACT

This paper emphasize on acoustics spectral similarity analysis of normal infant pain cry compared to infant spectrum with Congenital Heart Disease (CHD). Ten cries signals of infant with CHD and normal infant aged less than a month recorded by using Sony IC-Recorder ICD-PX333. The Speech Filing System software utilized for estimating fundamental frequency, formants, and MFCCs to be use as cry spectral characteristics to be visualized using DTW technique. The result shows that both group partially has significant different characteristics since anomalies occurred which is considered due to the intersection on the values of fundamental frequency and formants of the both groups. So that the infant pain cry can be used as one of the indicators for detecting CHD in infant in the early stage of life.

(8)

commit to user

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan

karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi. Sholawat

dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai

pembimbing seluruh umat manusia.

Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan

gelar Sarjana Sains ini penulis beri judul “ANALISA SOUND-SPECTROGRAM

TANGIS BAYI UNTUK DETEKSI PENYAKIT JANTUNG BAWAAN”.

Tuntasnya Skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi penulis. Setelah hampir satu

tahun penulis harus berjuang untuk menuntaskan Skripsi ini. Kepada berbagai

pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan Skripsi ini penulis

mengucapkan terimakasih. Atas bantuan yang begitu besar selama proses Skripsi

ini, ucapan terimakasih secara khusus penulis sampaikan kepada:

1. Bapak Iwan Yahya selaku pembimbing I, pembimbing akademik, dan

kepala lab iARG, yang dengan sangat sabar dan ikhlas selalu

membantu dalam setiap kesulitan dan perjuangan, juga sebagai

sandaran inspirasi bagi setiap anak didiknya.

2. Bapak Nuryani selaku pembimbing II yang senantiasa dengan ringan

hati memberikan masukan, nasihat dan semangat agar Skripsi cepat

tuntas.

3. Bapak Harjana dan Bapak Mohtar Yunianto selaku penguji I dan II

yang sangat baik hati memberikan saran secara detail pada revisi

Skripsi.

4. Rumah Sakit Dr. Moewardi Surakarta, Klinik Ibu & Anak Solopeduli,

Bu Mia, Bu Hesti, Bu Heriyanti, dan seluruh perawat yang membantu

dalam pengambilan data tangis bayi.

5. Keluarga iARG: Restu Kristiani, Eki Muqowi, Rayhan Hanina,

(9)

commit to user

viii

Tito, Hanief, Julius, terimakasih atas semangat dan keceriaan kalian

menjadikan saya tak pernah jenuh dalam menghabiskan waktu di lab.

6. Seluruh Keluarga saya: Papa Arief Pudjiana, Mama Isrohayah,

“Mama” Kuswartini, Mba Vina Arismatika, Mas Heru Susiyanto, “Dek” Ariantini Dewi, Bapak Ahmadi, Ibu Sunarti, (Alm) Mas Aziz

Widiyanto, Mas Widyo Sulastomo, Mas Yusuf Helmi, Mas Farid Hari

Mulyanto, kesayangan Zaola Esa Caronita, terimakasih telah

senantiasa memberikan semangat dan selalu mendoakan agar Skripsi

lancar, tuntas, dan lulus dengan membawa ilmu yang bermanfaat.

7. Khairul Hadi, terimakasih atas semangat dan bantuannya dalam

penyelesaian pemrograman di Skripsi ini.

8. Teman – teman seperjuangan dan sepermainan: Deli Yusuf, Agfa

Herison, Louis Sihombing, Fajriatur Rohmah, Wildan Fakhri, Ahmad

Ma‟arij, Desti, Rahma Mega, Aprillia, dan Risalatul Hanifah, yang selalu dengan ikhlas memberikan kebahagiaan dan menghadirkan

keceriaan menjadikan penulis tidak terlalu stress dalam penyelesaian

skripsi.

9. Dan pihak – pihak lain yang terkait dalam penyelesaian Skripsi ini

yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.

Surakarta, 16 Mei 2016

(10)

commit to user

HALAMAN PUBLIKASI

Sebagian skripsi saya dipublikasikan pada Jurnal Fisika dan Aplikasinya

(JFA) Vol. 12, No. 2, Edisi Juni 2016, dengan judul “Analisis Spektrum Akustik

(11)

2.3. Prinsip Superposisi ... 10

2.3.1.Getaran dengan frekuensi yang sama ... 10

2.3.2.Getaran dengan frekuensi yang berbeda ... 11

2.4. Analisa Spektral ... 12

2.4.1.Frekuensi Ambang (f0) ... 12

2.4.2.Formant (f1, f2, f3, ..., fn) ... 12

2.4.3.Fourier transform ... 13

2.4.4.Pendekatan cepstral ... 14

2.4.5.MFCC ... 15

2.4.6.Linier Predictive Coding ... 17

2.5. Dynamic Time Warping ... 18

2.6. Tangisan Bayi... 18

2.6.1.Mekanisme Produksi Tangisan Bayi ... 18

(12)

commit to user

2.7. Penyakit Jantung Bawaan

(Conginetal Heart Disease, CHD) ... 22

2.8. Sound-Spectrogram ... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 25

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 25

3.2. Alat dan Subjek Penelitian ... 25

3.2.1.Alat Yang Akan Digunakan Dalam Penelitian ... 25

3.2.2.Subjek Penelitian ... 25

3.3. Proses Penelitian ... 26

3.4. Prosedur Penelitian... 27

3.4.1.Perolehan Data ... 27

3.4.2.Filtering dan Re-sampling ... 28

3.4.3.Windowing ... 28

3.4.4.Pemotongan Gelombang (Cuplikan) ... 28

3.5. Metode Penelitian... 28

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 29

4.1. Hasil Pengukuran Durasi Tangis Inspirasi, Jeda, dan Ekspirasi pada Bayi Penderita CHD dan Bayi Normal ... 29

4.2. Hasil Pengukuran f0, f1, f2, dan f3 pada Tangis Bayi Penderita CHD dan Bayi Normal ... 31

(13)

commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1. Rata – rata Panjang Tangis Inspirasi, Jeda, dan Ekspirasi

Antara Neonatal Penderita CHD dan Neonatal Normal . 30 Tabel 4.2. Perbandingan Nilai Frekuensi Formant Pada Subyek yang

Diteliti ... 32 Tabel 4.3. Tabel Hasil Minimal, Maksimal, Rata-rata dan Standar

Deviasi (SD) Untuk f0, f1, f2, f3 Dari Neonatal Normal dan

(14)

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1. Sebuah Massa Menempel Pada Ujung Pegas Yang Dapat

Bergerak Maju Mundur Pada Bidang Tanpa Gesekan. 4 Gambar 2.2. Elemen Tipis Gas Dengan Ketebalan Yang

Dipengaruhi Oleh Gelombang Bunyi... 8

Gambar 2.3. Masing – Masing Mewakili Gerak Harmonik Sederhana Sepanjang Sumbu X Pada Frekuensi Sudut Ω Untuk Mendapatkan Hasil Simpangan Gerak Harmonik Sederhana Pada ... 11

Gambar 2.4. Superposisi Dari Dua Simpangan Harmonik Sederhana Dan Ketika . Perlambatan Memodulasi Kurva Antara Nilai ... 12

Gambar 2.5. Proses Akustik Untuk Memperoleh MFCC ... 16

Gambar 2.6. Mel-Frequency Filterbank ... 17

Gambar 2.7. Optimal Warping Path ... 18

Gambar 2.8. Skema Secara Umum Untuk Produksi Suara Manusia. 19 Gambar 2.9. Vocal Tract Bayi Dan Dewasa. Epiglotis (E), Langit – Langit Keras (HP), Laring (La), Mandibula (M), Rongga Hidung (N), Langit-Langit Lunak (SP), Lidah (T), Dan Mulut (Li). ... 20

Gambar 2.10. Sound-Spectrogram Tangis Bayi Normal ... 23

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 26

Gambar 3.2. Gambar Sony IC Recorder Tipe ICD-PX333 ... 27

Gambar 4.1. Sinyal Tangis Inspirasi Pada Bayi CHD (Atas) Dan Normal (Bawah) ... 29

Gambar 4.2. Sinyal Jeda Pada Bayi CHD (Atas) Dan Normal (Bawah) ... 29

Gambar 4.3. Sinyal Tangis Ekspirasi Pada Bayi CHD (Atas) Dan Normal (Bawah) ... 30

Gambar 4.4. Sinyal Tangis Bayi Normal (Atas) Dan CHD (Bawah) Yang Dipotong Sepanjang 1 Detik ... 31

(15)

commit to user

xiv

Normal (solid) Dengan Bayi CHD (dotted) ... 33 Gambar 4.7. Indikator Kemiripan Dalam Skala Abu-abu ... 36 Gambar 4.8. Pola DTW Tangis Bayi Penderita CHD Berturut – turut

Dari (a).CHD[1] Hingga (o).CHD[15] Dengan Referensi CHD[2] ... 35 Gambar 4.9. Pola DTW Tangis Bayi Normal Berturut – turut

Dari (a).N[1] Hingga (o).N[15] Dengan Referensi

(16)

commit to user

DAFTAR SIMBOL

: Tekanan

: Volume

: Massa jenis ⁄

: Massa

: Percepatan ⁄

: Kecepatan ⁄

: Percepatan ⁄

: Gaya

: Frekuensi

: Modulus Bulk ⁄

: Konstanta pegas

: Kecepatan sudut ⁄

(17)

commit to user

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Data rentang waktu tangisan inspirasi, jeda, dan

ekspirasi antara tangis sakit bayi normal dan penderita

penyakit jantung bawaan... 45

Lampiran 2. Beberapa data MFCC dari tangis sakit bayi normal

(N[1]) dan bayi penderita penyakit jantung bawaan

(CHD[1])... 47