RANCANGAN MODUL 5
TEKNIK AUDIO VIDEO
1. Kegiatan Belajar 1. Penguat Suara
a. Capaian Pembelajaran/Kegiatan Pembelajaran 1: Merancang rangkaian dan sistem elektronika sebagai pengolah dan penguat suara
b. Sub Capaian Pembelajaran
Setelah mempelajari kegiatan belajar ini, peserta dapat:
1) Rangkaian penguat mikrophone dan Menguji mikrofon pada sistem akustik 2) Rangkaian pengatur nada (tone control/equalizer/krossover) pada penguat
audio.
3) Rangkaian pencampur (mixer) audio. 4) Rangkaian penguat daya
5) Merancang sistem pengaturan peralatan elektronik home theater, studio rekaman audio untuk kebutuhan ruang kecil (home studio) maupun untuk sistem audio pertunjukan
c. Materi Pokok 1) Penguat Suara
a) Sistem akustik b) Tranduser suara c) Penguat signal lemah
d) Rangkaian filter dan pengaturan nada e) penguat daya
2) Pencampur (mixer) audio
3) Peralatan elektronik home theater 4) Studio rekaman
d. Uraian Materi
Materi 1. Penguat Suara a) Sistem akustik
Akustik (Acoustics) berasal dari kata dalam bahasa Inggris:acoustics, yang berarti ilmu suara atau ilmu bunyi, atau dapat diartikan sebagai sesuatu yang terkait dengan bunyi atau suara. Akustik merupakan kajian bidang ilmu yg mempelajari tentang suara, bagaimana suara diproduksi/dihasilkan, perambatannya, dan dampaknya, serta mempelajari bagaimana suatu ruang/medium meresponi suara dan karakteristik dari suara itu sendiri yang sensasinya dirasakan oleh telinga.
Aplikasi dari akustik atau penggunaan suara untuk berbicara atau komunikasi antara manusia dan suara juga sangat penting untuk merancang alat musik, stereo surround sound system, menata ruang konser, dan alat bantu dengar. Suara juga dapat digunakan untuk menemukan minyak dan gas, untuk mempelajari gempa bumi dan perubahan iklim, dan untuk memastikan bahwa bayi dalam kandungan ibu sehat. Ada suara yang bisa didengar manusia, tetapi ada juga suara yang hanya bisa didengar oleh beberapa hewan, seperti anjing bersiul.
Gelombang suara adalah gelombang yang dihasilkan dari sebuah benda yang bergetar. Contohnya adalah senar gitar yang dipetik, gitar akan bergetar dan getaran ini merambat di udara, atau air, atau material lainnya. Satu-satunya tempat dimana suara tak dapat merambat adalah ruangan hampa udara. Gelombang suara ini memiliki lembah dan bukit, satu buah lembah dan bukit akan menghasilkan satu siklus atau periode. Siklus ini berlangsung berulang-ulang, yang disebut dengan frekuensi. Jelasnya, frekuensi adalah jumlah dari siklus yang terjadi dalam satu detik. Satuan SI frekuensi audio adalah hertz (Hz). Ini adalah sifat suara yang paling menentukan nada.
Telinga manusia dapat mendengar bunyi antara 20 Hz hingga 20 KHz (20.000Hz) sesuai batasan sinyal audio. Karena pada dasarnya sinyal audio adalah sinyal yang dapat diterima oleh telinga manusia. Angka 20 Hz sebagai frekuensi suara terendah yang dapat didengar, sedangkan 20 KHz merupakan frekuensi tertinggi yang dapat didengar.
Gambar 1.1. Proses bergetarnya partikel udara
Titik hitam pada gambar diatas menunjukkan molekul udara. Sebagaimana getaran loudspeaker, menyebabkan molekul disekitarnya bergetar dalam pola tertentu ditunjukkan dengan bentuk gelombang. Getaran udara ini menyebabkan gendang telinga pendengar bergetar dengan pola yang sama. Molekul udara sebenarnya tidak berjalan dari loudspeaker ke telinga. Setiap molekul udara berpindah pada jarak yang kecil sebagai getaran, namun mengakibatkan molekul yang bersebelahan bergetar semua terpengaruh berjalan sampai telinga.
Menurut sistem pendengaran manusia di bagi menjadi tiga kelompok, yaitu frekuensi infrasonik, dengan rentang 0-20 Hz, frekuensi audible, 20-20.000 Hz, dan frekuensi ultrasonik, dengan rentang > 20-20.000 Hz. Rentang range frekuensi dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 1.1. Range Frequensi dan Deskripsi
Nama Rentang Ekstensi oktaf Keterangan Frekuensi subsonik
1–20 Hz 4 Tidak dapat didengar oleh telinga manusia.
Dihasilkan oleh gempa bumi
Frekuensi sangat rendah
20-40 Hz
1 Oktaf terendah yang bisa didengar manusia. Bass
drum dari drum kit dan not rendah pada piano, juga suara petir dan AC adalah contoh rentang ini
Frekuensi rendah
40-160 Hz
2 Hampir semua frekuensi rendah pada musik ada
dalam rentang ini
Frekuensi rendah-menengah
160-315 Hz
1 C tengah pada piano (216 Hz) ada dalam rentang
ini. Rentang ini mengandung banyak informasi sinyal suara yang bisa dirubah oleh teknik ekualisasi yang buruk
Frekuensi tengah
315 Hz-2.5 kHz
3 Sensitifitas telinga paling tinggi pada rentang ini.
Rentang ini memiliki kualitas suara seperti telpon bila diisolasi Frekuensi Tengah-tinggi 2.5-5 kHz
1 Dalam rentang ini kurva isofonik memiliki
puncaknya yang tertinggi sehingga telinga paling sensitif terhadap rentang ini.
Frekuensi tinggi
5-10 kHz
1 Rentang dimana kita mempersepsi brightness atau
terang suatu suara karena mengandung harmonik yang dihasilkan not dalam rentang sebelumnya. Energi akustik sangat rendah pada rentang ini, dan bagian dari bunyi konsonan ‘s’, ‘t’, dan ‘c’ ada dalam rentang ini
Frekuensi sangat tinggi
10-20 kHz
1 Lebih sedikit lagi energi akustik ada dalam rentang
ini. Hanya harmonik tertinggi dari instrumen tertentu ada dalam rentang ini, tetapi tetap penting karena brightness berasal dari harmonik ini.
Untuk frekuensi dengan rentang > 20.000 Hz disebut dengan frekuensi ultrasonik. Frekuensi ultrasonik dapat direspon oleh beberapa hewan seperti kucing, anjing dan beberapa jenis hewan lainnya.
Gambar 1.2. Rentang frekuensi yang didengar
Bunyi kereta lebih nyaring daripada bunyi bisikan, sebab bunyi kereta menghasilkan getaran lebih besar di udara. Kenyaringan bunyi juga bergantung pada jarak kita ke sumber bunyi. Kenyaringan diukur dalam satuan desibel (dB). Bunyi pesawat jet yang lepas landas mencapai sekitar 120 dB. Sedang bunyi desiran daun sekitar 33 dB.
Kebanyakan suara adalah merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan osilasi atau frekuensi yang diukur dalam Hertz (Hz) dan amplitudo atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam desibel. Manusia mendengar bunyi saat gelombang bunyi, yaitu getaran di udara atau medium lain, sampai ke gendang telinga manusia. Batas frekuensi bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia kira-kira dari 20 Hz sampai 20 kHz pada amplitudo umum dengan berbagai variasi dalam kurva responsnya. Suara di atas 20 KHz disebut ultrasonik dan di bawah 20 Hz disebut infrasonik.
Panjang gelombang merupakan jarak antar titik gelombang dan titik ekuivalen pada fasa berikutnya. Amplitudo merupakan kekuatan atau daya gelombang sinyal. Tinggi gelombang yang bisa dilihat sebagai grafik. Gelombang yang lebih tinggi diinterpretasikan sebagai volume yang lebih tinggi, sehingga dinamakan amplifier untuk perangkat yang berfungsi untuk menambah besar amplitudo. Frekuensi merupakan jumlah getaran yang terjadi dalam waktu satu detik. Diukur dalam hertz (Hz) atau siklus per detik (cps). Getaran gelombang suara semakin cepat maka frekuensi semakin tinggi. Frekuensi lebih tinggi diinterpretasikan sebagai jalur lebih tinggi. Misal bila menyanyi dalam pita suara tinggi memaksa tali suara untuk bergetar secara cepat.
Frequency: merupakan waktu yang dibutuhkan oleh gelombang
bergerak dari satu pase ke pase berikutnya dalam satu detik. Diukur dalam herz atau cycles per second. Semakin cepat sumber suara bergetar, semakin tinggi frekuensi.
Gambar 1.4. Bagian Frekuensi Frekuensi (f) dapat dinyatakan dalam persamaan matematis:
f =banyak getaran waktu(detik) =
n t
Sedangkan periode (T) merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan satu kali getaran datalam satuan waktu detik (s). Periode dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis berikut ini:
T = waktu(detik ) banyak getaran=
t n
Berdasarkan persamaan di atas, dapat dilihat bahwa frekuensi dan perioda merupakan dua besaran yang berbanding terbalik, sehingga dapat dibuatkan hubungan matematisnya menjadi:
f =1
T atauT = 1 f
Untuk menentukan frekuensi rendah dan frekuensi tingga yang mampu direspon oleh telinga manusia adalah banyaknya getaran yang sampai pada telinga manusia dalam satuan waktu. Ini dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Amplitudo atau kekuatan sinyal gelombang (intensity) adalah pengukuran skalar yang nonnegatif dari besar osilasi suatu gelombang. Amplitudo juga dapat didefinisikan sebagai jarak/simpangan terjauh dari titik kesetimbangan dalam gelombang sinusoide. Amplitudo dalam sistem internasional biasa disimbolkan dengan (A) dan memiliki satuan meter (m). Titik tertinggi dari gelombang bila dilihat pada gambar 1.3. Amplitudo tinggi biasa disebut sebagai volume yang lebih tinggi, diukur dalam dB. Nama perangkat untuk meningkatkan amplitudo disebut amplifier.
Panjang gelombang merupakan Jarak yang ditempuh oleh suatu gelombang untuk melakukan satu kali getaran. Panjang gelombang λ memiliki hubungan inverse terhadap frekuensi f, jumlah puncak untuk melewati sebuah titik dalam sebuah waktu yang diberikan. Panjang gelombang sama dengan kecepatan jenis gelombang dibagi oleh frekuensi gelombang. Ketika berhadapan dengan radiasi elektromagnetik dalam ruang hampa. Panjang gelombang sinar UV adalah 320-370 nm (1 nm = 1 x 10 -9m).
Kecepatan atau Velocity (v) adalah kecepatan gelombang dalam merambat, satuannya m/s. Cepat rambat gelombang dalam berbagai medium berbeda-beda. Pada ruang hampa udara, gelombang merambat pada kecepatan cahaya, yaitu sekitar 300.000.000 m/s, sedangkan di udara gelombang merambat pada kecepatan rata-rata 340 m/s. Rumus menghitung cepat rambat gelombang sama saja dengan menghitung rumus kecepatan pada gerak benda yang bergerak lurus (tranlasi). Apabila pada gerak benda pada lintasan lurus rumusnya v = s/t, karena s (jarak) pada gerak tranlasi identik dengan panjang gelombang (λ) dan waktu pada gerak tranlasi identik dengan periode (T), maka persamaan matematis untuk cepat rambat gelombang adalah:
v =λ
T atau v= λ x f Keterangan:
v = cepat rambat gelombang (m/s) λ = panjang gelombang (m)
f = frekuensi (Hz) T = perioda (s)
Kecepatan suara meningkat berbanding lurus dengan kekerasan material (resistansi benda elastis terhadap deformasi akibat gaya yang bekerja pada benda tersebut) dan berbanding terbalik dengan meningkatnya massa jenis.
Tabel 1.2. Perbedaan cepat rambat gelombang bunyi pada beberapa medium Medium Cepat Rambat Gelombang
Bunyi (m/s) Udara 343 Hidrogen 1.300 Air 1.440 Air Laut 1.560 Kaca 4.500 Alumunium 5.100
Dunia alam dipenuhi suara. Setiap kali sebuah objek mengirimkan getaran yang dapat didengar, yaitu antara 20 dan 20.000 siklus per detik, objek menghasilkan energi suara. Getaran dapat dilakukan melalui udara, air atau material padat. Mekanis, listrik, atau bentuk energi lainnya membuat benda bergetar. Ketika ini terjadi, energi terpancar sebagai suara. Berikut ini beberapa sumber penghasil bunyi atau suara:
1). Instrumen Musik Akustik
Gambar 1.6. Instrumen musik akustik
Piano, drum, dan xylophone adalah instrumen perkusi. Dengan stik yang dipukulkan pada objek dan membuatnya bergetar. Kawat piano, kepala drum dan batang gambang bergetar dengan cara yang berbeda, membuat gelombang di udara yang kemudian kita dengar. Instrumen ini juga memiliki
amplifikasi internal. Bodi piano bertindak sebagai kotak suara, membuat kawat bergetar lebih kencang. Instrumen trompet bekerja mengatur kolom udara menjadi resonansi, membuat getaran yang kuat. Katup instrumen mengubah frekuensi resonan, dan dengan demikian akan menghasilkan nada instrumen dan biasanya memiliki pembukaan melebar untuk mencapai amplifikasi alami.
2). Synthesizer
Sebuah synthesizer (sering disingkat synth, juga dieja synthesizer) adalah alat musik elektronik yang menghasilkan sinyal-sinyal listrik yang diubah menjadi suara melalui amplifier instrumen dan pengeras suara atau headphone. Synthesizer dapat meniru alat musik tradisional seperti piano, organ Hammond, flute, vokal; suara alam seperti gelombang laut, dan suara lainnya atau menghasilkan warna nada elektronik baru. Synthesizer sering disebut juga dengan keyboard yang dapat dikontrol melalui berbagai perangkat input lainnya, termasuk sequencers musik, pengendali instrumen, fingerboards, synthesizer gitar, pengendali angin, dan drum elektronik. Synthesizer tanpa pengendali built-in sering disebut modul suara, dan dikendalikan melalui USB, atau MIDI menggunakan perangkat pengontrol, seringkali keyboard MIDI atau pengontrol lainnya.
Synthesizers menggunakan berbagai metode untuk menghasilkan sinyal elektronik (suara). Di antara teknik sintesis gelombang yang paling populer adalah sintesis subtraktif, sintesis aditif, sintesis wavetable, sintesis modulasi frekuensi, sintesis distorsi fasa, sintesis pemodelan fisik, dan sintesis berbasis sampel.
Gambar 1.7. Prof. Robert Moog dengan Synthesizer ciptaannya Synthesizer pertama diciptakan pada tahun 1876 oleh Elisha Gray, yang terkenal untuk pengembangan prototipe telepon. Pada tahun 1920-an, Arseny Avraamov mengembangkan berbagai sistem seni grafis sonik. Novachord Hammond sebuah pertanda awal tetapi gagal teknologi synth pada 1930-an-40-an.
Robert Moog memperkenalkan synthesizer modern pertama yang tersedia secara komersial pada tahun 1960. Pada 1970-an pengembangan komponen solid-state miniatur diperbolehkan synthesizer menjadi mandiri, instrumen portabel. Pada awal 1980-an perusahaan yang menjual kompak, sederhana harga synthesizer kepada publik. Ini, bersama dengan perkembangan Alat Musik Digital Interface (MIDI), membuat lebih mudah untuk mengintegrasikan dan menyinkronkan synthesizer dan instrumen elektronik lainnya untuk digunakan dalam komposisi musik. Pada 1990-an synthesizer mulai muncul sebagai perangkat lunak komputer, yang dikenal sebagai synthesizer perangkat lunak.
b) Tranduser suara
Transduser suara bagian input adalah mikrofon atau mic berfungsi menangkap gelombang suara dan mengubahnya menjadi getaran listrik sinyal analog, selanjutnya diperkuat dan diolah sesuai dengan kebutuhan pada sistem audio. Mikrofon menghasilkan sinyal analog listrik yang menggerakkan diafragma dengan gelombang suara yang bekerja pada. Mikrofon diklasifikasikan berdasarkan jenis transduser listrik yang mereka gunakan. Selain transduser, mikrofon menggunakan filter akustik dan bagian yang bentuk dan dimensinya memodifikasi respons sistem secara keseluruhan.
Karakteristik mikrofon adalah listrik dan akustik. Sensitivitas mikrofon dinyatakan sebagai mV output listrik per satuan intensitas gelombang bunyi. Impedansi mikrofon sangat penting. Mikrofon dengan impedansi tinggi memiliki output listrik yang tinggi sedangkan yang memiliki impedansi rendah dikaitkan dengan output rendah. Impedansi yang tinggi membuat mikrofon rentan terhadap pick up bersenandung. The directionality dari mikrofon juga merupakan faktor penting. Jika mikrofon digunakan untuk merasakan tekanan dari gelombang suara, maka itu adalah Omni -directional yaitu mengambil suara yang datang dari arah manapun. Mikrofon bersifat terarah jika merespon kecepatan dan arah gelombang suara. Jenis transduser suara tidak selalu menentukan prinsip operasi sebagai tekanan atau kecepatan, tetapi pembangunan mikrofon adalah faktor yang paling penting.
Beberapa jenis mikrofon yang paling umum adalah: Carbon microphone, Moving Iron microphone, Moving Coil microphone, Ribbon microphone, piezoelectric microphone and electret capacitor microphone.
(a). Mikrofon Karbon
Mikrofon karbon adalah jenis mikrofon pertama yang dikembangkan untuk penggunaan di telepon. Sekarang mikrofon telepon digantikan oleh electret capacitor microphones. Mikrofon karbon menggunakan serbuk karbon yang disimpan di antara diafragma dan lempengan punggung.
Gambar 1.8. Disain mikrofon karbon
Ketika butiran dikompresi, resistensi antara diafragma dan lempengan belakang menurun drastis. Getaran diafragma, yang merupakan hasil dari insiden gelombang suara di atasnya, dapat diubah menjadi variasi resistensi butiran. Mikrofon membutuhkan catu daya eksternal karena tidak menghasilkan tegangan.
Keuntungan utama dan satu-satunya dari mikrofon karbon adalah menghasilkan output yang sangat besar menurut standar mikrofon. Kerugiannya termasuk linearitas yang buruk, struktur yang buruk yang menyebabkan beberapa resonansi dalam rentang audio dan tingkat kebisingan yang tinggi karena ketahanan butiran berubah bahkan tanpa suara.
(b). Moving Iron Microphone
Moving Iron Microphone juga disebut sebagai Variable Reluctance Microphones. Mikrofon besi yang bergerak menggunakan magnet yang kuat. Sirkuit magnetik mengandung armatur yang terbuat dari besi lunak, yang pada gilirannya terhubung ke diafragma. Ketika angker bergerak, keengganan magnetik dari rangkaian berubah dan ini pada gilirannya
mengubah total fluks magnetik di sirkuit. Sirkuit magnetik pada mikrofon jenis ini membuat instrumen menjadi lebih berat.
(c). Moving Coil Microphone
Moving Coil Microphone atau Mikrofon Dinamis Pindah kumparan (Dinamis) mikrofon menggunakan rangkaian magnet fluks konstan. Di sirkuit ini, output listrik dihasilkan dengan menggerakkan kumparan kawat di sirkuit yang melekat pada diafragma. Seluruh pengaturan ini dalam bentuk kapsul yang membuat ini menjadi mikrofon yang dioperasikan dengan tekanan daripada kecepatan dioperasikan. Kumparan bergerak sebagai respons terhadap gerakan diafragma saat gelombang suara mengenai diafragma. Dengan menerapkan Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday, tegangan diinduksi dalam kumparan karena gerakan kumparan di medan magnet. Output maksimum terjadi ketika kumparan mencapai kecepatan maksimum antara puncak gelombang suara sehingga output adalah 900 dari fase suara. Tampilan internal dari Mikrofon Dinamis ditampilkan di bawah ini.
Gambar 1.9. Disain mikrofon karbon
Kisaran pergerakan kumparan sangat kecil karena ukuran kumparannya kecil. Oleh karena itu linieritas dari jenis mikrofon kumparan bergerak sangat baik. Karena rendahnya impedansi koil, output sangat rendah dan karenanya diperlukan penguatan sinyal. Induktansi kumparan dalam mikrofon kumparan bergerak kurang dan
karena itu mereka kurang rentan terhadap deman mengambil dari induk. Konstruksi mikrofon kumparan bergerak menyerupai loudspeaker secara terbalik.
(d). Ribbon Microphone
Prinsip pengoperasian mikrofon pita berasal dari mikrofon kumparan bergerak dan perubahannya adalah kumparan telah direduksi menjadi pita pengatur pita. Sinyal diambil dari ujung pita. Medan magnet yang kuat digunakan sehingga gerakan pita memotong melintasi kemungkinan fluks magnetik maksimum adalah mungkin. Ini menghasilkan output dengan nilai puncaknya pada 900 dari fase ke gelombang suara. Tampilan internal mikrofon pita ditunjukkan berikut ini.
Gambar 1.10. Disain mikrofon ribbon
Mikrofon Pita adalah mikrofon yang dioperasikan kecepatan. Mikrofon pita digunakan dalam situasi di mana respon arah adalah penting. Aplikasi utama dari jenis mikrofon ini ada dalam komentar suara di lingkungan yang bising.
Linearitas mikrofon pita sangat bagus dan konstruksinya membuatnya menjadi perangkat output yang rendah. Untuk menaikkan level tegangan dan level impedansi, mikrofon ribbon biasanya dilengkapi dengan trafo. Mikrofon pita berkualitas bagus adalah barang mahal. Kualitas directional mikrofon ini cocok untuk penyiaran stereo.
Prinsip pengoperasian mikrofon pita berasal dari mikrofon kumparan bergerak dan perubahannya adalah kumparan telah direduksi menjadi pita pengatur pita. Sinyal diambil dari ujung pita. Medan magnet yang kuat digunakan sehingga gerakan pita memotong melintasi kemungkinan fluks magnetik maksimum adalah mungkin. Ini menghasilkan output dengan nilai puncaknya pada 900 dari fase ke gelombang suara. Tampilan internal mikrofon pita ditunjukkan berikut ini.
Gambar mikrofon piezoelektrik ditunjukkan di bawah ini.
Gambar 1.11. Disain Piezoelectric Microphone (f). Capacitor Microphone
Mikrofon kapasitor terdiri dari dua permukaan: satu adalah diafragma konduktif dan lainnya adalah backplate dan muatan listrik antara dua permukaan tetap. Ketika gelombang suara mengenai diafragma, getaran menyebabkan variasi dalam kapasitansi. Ketika muatan sudah diperbaiki, variasi dalam kapasitansi menyebabkan gelombang tegangan. Output tergantung pada jarak antar lempeng. Output lebih besar untuk amplitudo suara yang diberikan ketika jarak antar permukaan lebih kecil.
Gambar 1.12. Disain Capasitor Microphone
Mikrofon kapasitor adalah perangkat yang dioperasikan dengan tekanan. Untuk menyediakan biaya tetap, suplai tegangan diperlukan. Tegangan ini disebut tegangan polarisasi. Mikrofon kapasitor memberikan linearitas dalam pengoperasian dan juga menyediakan sinyal audio yang sangat baik.
Untuk menghindari tegangan polarisasi, sebuah electret digunakan. Electret adalah bahan isolasi dengan muatan permanen. Ini adalah elektrostatik yang setara dengan magnet. Dalam electret capacitor microphones, salah satu pelat dari kapasitor adalah lempengan electret dan yang lainnya adalah diafragma. Karena electret menyediakan muatan tetap, tidak diperlukan suplai tegangan.
2). Speaker (Output Sound Transducer)
Transduser seperti speaker, buzzers dan horns adalah aktuator suara output yang dapat menghasilkan suara dari sinyal listrik input. Fungsi aktuator suara adalah mengubah sinyal listrik menjadi gelombang suara dengan kemiripan dekat dengan sinyal input asli ke mikrofon. Earphone adalah salah satu transduser suara keluaran yang lebih sederhana yang telah digunakan jauh sebelum dari mikrofon. Earphone digunakan dengan mesin Morse Key di telegraf listrik. Setelah pengembangan mikrofon, kombinasi transduser suara input dan output mengarah ke berbagai penemuan termasuk telepon. Tugas earphone sederhana dan ditempatkan dekat telinga, kebutuhan daya juga sangat kurang, umumnya dalam urutan beberapa miliwatt. Karena
output yang dibutuhkan kurang, earphone menggunakan diafragma kecil. Sebuah loudspeaker, tidak seperti earphone, tidak ditekan ke telinga, tetapi gelombang suara diluncurkan ke luar angkasa. Oleh karena itu konstruksi, prinsip dan kebutuhan daya dari pengeras suara sedikit berbeda.
Loudspeaker tersedia dalam berbagai ukuran, bentuk, dan rentang frekuensi. Transduser sistem loudspeaker disebut sebagai Unit Tekanan karena mengubah sinyal listrik yang kompleks menjadi tekanan udara. Untuk mencapai hal ini, unit loudspeaker terdiri dari unit motor yang mengubah gelombang listrik input menjadi getaran dan diafragma yang menggerakkan udara yang cukup untuk membuat efek getar terdengar. Untuk setiap jenis mikrofon, ada loudspeaker yang sesuai. Beberapa jenis speaker yang umum adalah: moving iron, moving coil, piezoelectric, isodinamik dan elektrostatik.
(a). Moving Coil Loudspeaker atau Dynamic Loud Speaker
Prinsip kumparan bergerak digunakan di sebagian besar pengeras suara dan earphone. Loudspeaker lilitan yang bergerak juga disebut sebagai Pengeras Suara Dinamis. Prinsip operasi loudspeaker kumparan bergerak adalah persis kebalikan dari kumparan mikrofon bergerak. Ini terdiri dari gulungan kawat halus yang disebut voice coil yang tersuspensi dalam medan magnet yang sangat kuat. Kumparan ini melekat pada diafragma seperti kertas atau kerucut Mylar. Diafragma digantung pada ujungnya ke rangka logam.
Struktur internal loudspeaker kumparan bergerak ditunjukkan di bawah ini.
Gambar 1.13. Disain Loudspeaker Coil
Ketika sinyal listrik input melewati kumparan, medan elektromagnetik dihasilkan. Kekuatan medan ini ditentukan oleh arus yang mengalir melalui kumparan. Pengaturan kontrol volume penguat driver menentukan arus yang mengalir melalui voice coil. Medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen ditentang oleh gaya elektromagnetik yang dihasilkan oleh medan elektromagnetik. Ini menyebabkan kumparan bergerak ke satu arah atau yang lain ditentukan oleh interaksi antara kutub utara dan selatan. Diafragma, yang melekat pada kumparan, bergerak bersama dengan kumparan dan ini menyebabkan gangguan di udara di sekitarnya. Gangguan ini menghasilkan suara. Tingkat kenyaringan suara ditentukan oleh kecepatan di mana kerucut atau diafragma bergerak.
Rentang frekuensi yang dapat didengar telinga manusia adalah antara 20 Hz hingga 20 KHz. Pengeras suara modern, headphone, earphone, dan transduser audio lainnya dirancang untuk beroperasi dalam rentang frekuensi ini. Namun, untuk sistem audio jenis High Fidelity (Hi-Fi), respons suara dibagi menjadi sub-frekuensi yang lebih kecil. Ini meningkatkan efisiensi dan kualitas suara pembicara secara keseluruhan. Unit frekuensi rendah disebut sebagai woofer dan unit frekuensi tinggi disebut sebagai tweeter. Satuan untuk frekuensi mid-range hanya disebut sebagai mid-mid-range units.
Gambar 1.14. Loudspeaker dengan reflektor
Rentang frekuensi umum dan terminologi mereka disebutkan di bawah ini.
Sub – woofer — 10 Hz to 100 Hz Bass — 20 Hz to 3 kHz Mid – range — 1 kHz to 10 kHz Tweeter — 3 kHz to 30 kHz
Dalam sistem Hi-Fi multi speaker, ada speaker woofer, mid-range dan tweeter terpisah dengan jaringan crossover aktif atau pasif untuk secara akurat membagi dan mereproduksi sinyal audio oleh semua sub-speaker.
(b). Loudspeaker Piezoelektrik
Tweeter diproduksi menggunakan prinsip piezoelektrik. Diafragma terbuat dari lembaran plastik piezoelektrik. Ketika tegangan diterapkan antara wajah-wajah diafragma, ia mengecil dan mengembang sesuai dengan sinyal. Dengan membentuk diafragma sebagai bagian dari permukaan bola, penyusutan dan perluasan dapat diubah menjadi gerakan yang akan menggerakkan udara.
(c). Electrostatic Speakers
Speaker elektrostatik terdiri dari diafragma konduktif yang ditempatkan di antara dua pelat konduktif elektrik. Pelat konduktif dibebankan positif dan negatif masing-masing. Ketika sinyal audio terhubung, diafragma beralih antara muatan positif dan negatif. Diafragma ditarik ke arah pelat bermuatan berlawanan tergantung pada muatannya. Ini menyebabkan udara di depannya bergetar.
c) Penguat signal lemah
Penguat audio (amplifier) secara harfiah diartikan dengan memperbesar dan menguatkan sinyal input. Tetapi yang sebenarnya terjadi adalah, sinyal input di replika (copied) dan kemudian di reka kembali (re-produced) menjadi sinyal yang lebih besar dan lebih kuat. Dari sinilah muncul istilah fidelitas (fidelity) yang berarti seberapa mirip bentuk sinyal keluaran hasil replika terhadap sinyal masukan. Ada kalanya sinyal input dalam prosesnya kemudian terdistorsi karena berbagai sebab, sehingga bentuk sinyal keluarannya menjadi cacat.
Sistem penguat dikatakan memiliki fidelitas yang tinggi (high fidelity), jika sistem tersebut mampu menghasilkan sinyal keluaran yang bentuknya persis sama dengan sinyal input. Hanya level tegangan atau amplituda saja yang telah diperbesar dan dikuatkan. Di sisi lain, efisiensi juga harus
diperhatikan. Efisiensi yang dimaksud adalah efisiensi dari penguat itu yang dinyatakan dengan besaran persentasi dari power output dibandingkan dengan power input. Sistem penguat dikatakan memiliki tingkat efisiensi tinggi (100 %) jika tidak ada rugi-rugi pada proses penguatannya yang terbuang menjadi panas.
Suatu penguat pada dasarnya adalah peralatan elektronika yang menerima sinyal masukan pada sepasang kutub masukannya dan memberikan sinyal keluaran pada kutub keluarannya. Sinyal pada kutub keluaran itu lebih besar nilainya ketimbang yang masuk ke kutub masukannya.
Rancangan penguat elektronika yang memenuhi spesifikasi unjuk kerja, berat, dan sesuai dengan biaya yang telah ditetapkan memerlukan pengetahuan, pertimbangan dan pengalaman. Sarjana teknik listrik akan mendapatkan pengetahuan dan pertimbangan yang lebih rinci setelah ia bekerja dan berpengalaman dalam praktik.
Pembahasan ini memperkenalkan berberapa jenis penguat, membahas faktor-faktor yang mempengaruhi unjuk kerja penguat, memberikan pengantar analisis dasar, dan pengantar cara-cara merancang penguat sederhana dan meramalkan perilakunya. Pendekatan yang digunakan di sini adalah memeriksa pertimbangan-pertimbangan praktik kerja penguat dan merancang rangkaian yang akan memberikan kerja yang diharapkan, selanjutnya menganalisis unjuk kerja penguat daya dan penguat sinyal kecil, dan akhirnya menguraikan beberapa jenis penguat yang penting. Penguat yang menggunakan tabung elektron tidak lagi dibahas dalam bab ini. Pembahasan lebih ditekankan pada penguat yang menggunakan komponen aktif semikonduktor.
Secara umum, suatu penguat adalah peralatan yang menggunakan tenaga yang kecil untuk mengendalikan tenaga yang lebih besar. Ada beberapa cara untuk mengungkapkan penguat. Penguat satu-tingkat terdiri atas satu unsur penguat dan rangkaian pendukungnya. Secara umum, bila beberapa unsur-unsur semacam itu digabungkan akan didapatkan penguat banyak-tingkat.
Dalam suatu sistem reproduksi suara, tahapan pertama adalah penguat tegangan (atau arus) sinyal-kecil yang dirancang menguatkan keluaran dari pembaca sinar laser yang merupakan keluaran DVD-player antara beberapa milivolt menjadi beberapa volt. Tahapan akhir merupakan penguat sinyal besar atau penguat daya (power amplifier) dan memberikan daya yang cukup untuk menggerakkan pengeras suara (loudspeaker) Penguat semacam itu disebut penguat audio (audio amplifier) jika menguatkan sinyal antara kurang lebih 20 Hz sampai dengan 20 kHz. Dalam mengukur getaran, variasi suhu atau arus listrik yang ditimbulkan oleh badan manusia, dijumpai sinyal-sinyal dengan frekuensi yang sangat rendah antara nol sampai beberapa hertz, digunakan penguat gandengan-langsung (direct-coupled).
Secara umum penguat dicirikan oleh beberapa karakteristik, di antaranya adalah penguatan (gain), cacat, dan tanggapan frekuensi. Perlu diketahui bahwa sinyal-sinyal yang akan dikuatkan hampir tidak pernah berupa sinusoida murni.
Untuk sinyal sinusoida atau komponen sinusoida pada sinyal
berulang, penguatan tegangannya adalah
j i o V Ae V V A
Gambar 1.15: Cacat amplitudo
Dengan AV adalah perbandingan kompleks antara fasor keluaran Vo
dan fasor masukan Vi. Dalam suatu penguat linear A dan tak tergantung
kepada amplitudo dan frekuensi sinyal, dan sinyal keluarannya merupakan tiruan sinyal masukannya.
Jika terdapat cacat dalam suatu penguat, keluarannya bukan merupakan tiruan masukannya. Keluaran tidak sebanding dengan masukan dan terdapat cacat tak-linear atau cacat amplitudo. Dengan kata lain, A bukan merupakan konstanta sederhana. Sebagai akibat adanya cacat amplitudo, akan terdapat komponen-komponen frekuensi pada keluaran yang tidak dimiliki oleh masukannya. Analisis Fourier pada keluaran memberikan adanya harmonisa kedua, suatu komponen dengan frekuensi dua kali frekuensi dasar sinyal masukannya. Cacat amplitudo biasanya terjadi bila sinyal terlalu besar diberikan ke unsur tak linear seperti misalnya tabung elektron atau transistor.
Cacat yang lain adalah disebabkan oleh derau (noise), sinyal acak yang tidak ada hubungannya dengan sinyal masukan. Jika sinyal masukan
terlalu kecil, keluaran akan terutama terdiri atas derau dan bukan merupakan tiruan sinyal masukan. ‘Semut’ yang tampak di layar pesawat penerima televisi pada saat menerima sinyal yang sangat lemah merupakan tampilan derau yang kasat mata. Salah satu sumber derau adalah gerakan termal acak elektron dalam unsur-unsur rangkaian penguat. Derau merupakan masalah penting dalam tahapan masukan dengan tingkat sinyal yang rendah. Setiap derau yang timbul diperkuat oleh semua tingkat. Rentang dinamik (dynamic range) setiap penguat dibatasi di salah satu sisi oleh tingkat sinyal yang dikalahkan oleh derau dan di sisi lain oleh tingkat yang menyebabkan cacat amplitudo menjadi berlebihan.
Gambar 1.16 Lengkungan tanggapan frekuensi
Lengkungan tanggapan frekuensi suatu penguat audio menunjukkan bahwa di situ ada cacat frekuensi, tidak semua frekuensi (dalam jalur terbatas) diperkuat secara sama. Dengan kata lain, penguatan A merupakan fungsi frekuensi. Suatu sinyal yang terdiri atas satu frekuensi dasar sebesar 1 kHz, satu harmonisa kesepuluhnya sebesar 10 kHz, dan harmonisa keseratusnya pada 100 kHz akan mempunyai bentuk gelombang yang berlainan setelah mengalami penguatan. Tidak ada penguat yang bebas dari cacat frekuensi.
Gamb ar 1.17. Cacat fasa
Jika merupakan fungsi frekuensi, amplitudo relatif komponen-komponen sinyalnya mungkin tidak berubah tetapi kedudukan fasa komponen-komponen itu tergeser. Seperti yang ditunjukkan oleh Gambar berikut ini, cacat fasa itu mengubah bentuk gelombang pada keluarannya. Mata manusia peka terhadap perubahan semacam itu tetapi telinga tidak. Pendengaran orang tidak akan dapat membedakan antara kedua gelombang tersebut, tetapi telinga lebih peka terhadap cacat amplitudo atau frekuensi.
Cacat amplitudo dan cacat frekuensi adalah disebabkan oleh unsur-unsur rangkaian penyimpan tenaga, reaktansi kapasitif dan reaktansi induktif, yang tergantung kepada frekuensi. Beberapa parameter tabung elektron dan transistor juga tergantung kepada frekuensi. Dalam rancangan penguat tanpa tala atau penguat jalur lebar, langkah-langkah khusus perlu dilakukan untuk mengurangi variasi penguatannya terhadap frekuensi.
Rangkaian penguat umumnya digolongkan dalam kelas-kelas, Kelas A, B, AB, dan C untuk rancangan analog, Kelas D dan E untuk rancangan pengalih (switching). Di samping itu masih ada kelas E/F untuk penguat daya pengalih efisiensi tinggi yang bekerja untuk gelombang segi empat. (1) Penguat Kelas A
Penguat Kelas A menguatkan seluruh daur masukan sehingga keluarannya merupakan salinan asli yang diperbesar amplitudonya. Penguat kelas ini umumnya digunakan sebagai penguat sinyal kecil. Penguat jenis ini tidak terlalu efisien, dengan efisiensi maksimum 50%. Bila digunakan untuk sinyal-sinyal kecil, rugi-rugi daya yang terjadi juga kecil sehingga dapat diterima. Dalam penguat Kelas A, unsur penguatnya diberi prategangan sedemikian sehingga rangkaian itu selalu menghantar dan dioperasikan pada bagian yang linear pada lengkungan karakteristik penguat. Karena peralatan itu selalu menghantar meskipun tidak ada masukan, terdapat daya yang terbuang, dan hal itulah yang menyebabkan efisiensinya rendah. Pencinta audio (audiophile) percaya bahwa penguat audio Kelas A memberikan mutu suara yang tinggi karena bekerja pada kawasan linear dan lebih menyukai menggunakan tabung elektron ketimbang transistor.
(2) Penguat Kelas B
Penguat Kelas B hanya menggunakan setengah daur gelombang masukan, sehingga menimbulkan cacat yang sangat besar tetapi mempunyai efisiensi yang lebih tinggi ketimbang penguat Kelas A. Penguat Kelas B mempunyai efisiensi maksimum sekitar 75% karena pada setengah daur berikutnya penguat ini tidak bekerja sehingga tidak menggunakan daya sama sekali pada saat itu. Penguat Kelas B tunggal jarang dipergunakan dalam praktik, meskipun dapat dimanfaatkan sebagai penguat daya frekuensi radio (RF) yang tidak terlalu memperhatikan cacat yang timbul.
Gambar 1.19. Penguat Kelas B
Rangkaian penguat praktis yang menggunakan unsur Kelas B adalah pasangan saling melengkapi yang dikenal sebagai penguat tekan-tarik
(push-pull). Di sini masing-masing unsur memperkuat setengah gelombang masukan yang berlawanan dan digabungkan kembali pada keluarannya. Gabungan itu memberikan efisiensi yang sangat baik tetapi mempunyai kelemahan pada bagian sambungan antara dua setengah gelombang yang berlawanan tersebut, yang disebut sebagai cacat sambungan (crossover distortion).
Gambar 1.20. Penguat Kelas B tekan-tarik
Untuk mengatasi cacat sambungan itu adalah dengan memberikan prategangan pada saat unsur penguat itu mulai bekerja ketimbang mematikannya sama sekali pada saat tidak digunakan. Operasi semacam itu disebut operasi Kelas AB. Masing-masing bagian bekerja pada bagian tak-linear juga di samping setengah gelombangnya pada bagian tak-linear. Rangkaian semacam itu berperilaku sebagai Kelas A dalam kawasan bila keduanya berada dalam bagian linear, tetapi tidak dapat dikatakan sebagai Kelas A jika sinyal melewati di luar kawasan tersebut, karena di luar itu hanya satu unsur yang tetap berada dalam kawasan linear sedangkan yang lain bekerja seperti layaknya Kelas B. Dengan gabungan keduanya itu cacat sambungan dapat diperkecil atau dihilangkan sama sekali.
Perlu diperhatikan bahwa efisien penguat Kelas AB lebih besar ketimbang Kelas A, tetapi lebih kecil bila dibandingkan dengan Kelas B.
Rangkaian penguat Kelas B atau AB push-pull merupakan bentuk rancangan yang umum dipakai dalam penguat audio. Kelas AB dipandang sebagai kompromi untuk penguat audio karena banyak waktu dalam musik cukup hening sehingga sinyal banyak berada dalam kawasan ‘Kelas A’ yang dapat
memberikan mutu yang sesuai dengan aslinya. Penguat Kelas B dan AB tersebut juga dapat digunakan untuk penguat RF linear.
(3) Penguat Kelas C
Penguat kelas C menghantar kurang dari 50% sinyal masukan dan cacat keluarannya tinggi, tetapi efisiensinya dapat mencapai 90%. Beberapa pemakaian dapat memaafkan cacat tersebut, misalnya pada megafon (megaphone – penguat corong yang dipegang tangan).
Penggunaan umum untuk penguat Kelas C ini adalah dalam pemancar RF di situ cacat yang terjadi dapat sangat dikurangi dengan menggunakan beban yang ditala pada frekuensi tertentu. Sinyal masukan itu digunakan untuk mengalihkan penguat tersebut dari keadaan hidup ke mati dan sebaliknya, yang menimbulkan pulsa arus yang mengalir melalui rangkaian tertala tersebut. Rangkaian tertala itu hanya beesonansi pada frekuensi tertentu sehingga frekuensi-frekuensi yang tidak diinginkan dapat sangat diredam dan sinyal frekuensi yang diinginkan (berbentuk sinusoisa) dapat diterima oleh beban yang ditala untuk frekuensi itu. Asalkan pemancar itu tidak memancar dengan bidang frekuensi yang luas, susunan semacam itu bekerja dengan baik dan harmonisa-harmonisa yang lain dapat dihilangkan dengan menggunakan penyaring.
Di samping itu masih ada beberapa kelas penguat yang umum digunakan sebagai saklar. Penguat Kelas D merupakan penguat daya yang bekerja secara hidup/mati. Generator pulsa merupakan peralatan yang memanfaatkan keluaran penguat semacam itu. Umumnya penguat ini digunakan untuk menghasilkan sinyal dengan lebar jalur frekuensi sangat di
bawah frekuensi pengalihannya. Keluaran penguat ini juga mengandung komponen spektrum yang tidak dikehendaki (harmonisa frekuensi pulsa) yang harus diredam dengan penyaring pasif.
Keunggulan utama penguat Kelas D ini adalah efisiensi dayanya. Karena pulsa keluarannya mempunyai amplitudo yang tetap, unsur pengalihnya (umumnya berupa MOSFET) hanya dioperasikan hidup atau mati sehingga hanya sedikit daya yang dipakai selama operasi itu.
(4) Penguat Kelas D
Penguat Kelas D banyak dipakai untuk mengendalikan motor, khususnya motor arus searah, tetapi sekarang mulai sudah digunakan sebagai penguat audio.
(5) Penguat Kelas E dan F
Penguat Kelas E dan Kelas F merupakan penguat daya pengalih efisiensi tinggi, umumnya digunakan dalam frekuensi tinggi.
(6) Penguat Operasional (Op-Amp)
Penguat operasional (Op Amp) adalah suatu rangkaian terintegrasi yang berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial yang telah dijelaskan di atas. Penguat operasional memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Berikut ini adalah simbol dari penguat operasional:
Gambar 1.22. Rangkaian Operasional Amplifier
Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi, impedansi masukan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah dan lain sebagainya. Berikut ini adalah karakteristik dari Op Amp ideal:
Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) AVOL =
Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO = 0
Hambatan masukan (input resistance) RI = Hambatan keluaran (output resistance) RO = 0
Lebar pita (band width) BW =
Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik
Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkun dapat dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal. Berikut ini akan dijelaskan satu persatu tentang kondisi-kondisi ideal dari Op Amp.
(7) Power Amplifier
PA merupakan rangkaian elektronik pada system audio yg berfungsi sebagai penguat daya sehingga besaran signal audio mampu menggerakkan beban (Loudspeaker) sehingga menghasilkan suara, maka dari itu penguat akhir juga disebut sebagai penguat daya. Rangkaian penguat daya terdiri dari penguat tegangan dan penguat arus.
Gambar 1.23. Diagram Penguat Akhir Berdasarkan prinsip kerja dari PA, ada beberapa jebis yaitu: 1. Power Amplifier OT (Output Transformer)
2. Power Amplifier OTL (Output Transformer Less) 3. Power Amplifier OCL (Output Capasitor Less) 4. Power Amplifier BTL (Bridge Transformer Less) 1. Power Amplifier OT (Output Transformer)
Power amplifier OT (Output Transformer) merupakan jenis power amplifier yang menggunakan kopling sebuah transformer OT untuk menghubungkan rangkaian penguat akhir dengan beban pengeras suara (loud speaker).
Respon frekuensi power amplifier OT (output Transformer) cenderung berada di range frekuesni audio menengah sehingga untuk reproduksi suara nada bass tidak bagus. Power amplifier jenis OT ini memiliki keunggulan
terhadap terjadinya short circuit penguat akhir, sehingga tidak merusak pengeras suara (loud speaker).
Gambar 1.24. Rangkaian PA dengan Output Transformer 2. Power Amplifier OTL (Output Transformer Less)
Power amplifier OTL (Output Transformer Less) merupakan power amplifier yang tidak menggunakan transformer sebagai kopling rangkaian power amplifier dengan pengeras suara (loud speaker). Pada jenis power amplifier ini ada 2 jenis kopling yang digunakan yaitu : Menggunakan kopling kapasitor yang berfungsi untuk mem-blok tegangan DC penguat dan hanya melewatkan sinyal audio (AC) ke penguat suara (loud speaker) Tanpa menggunakan kopling kapasitor (direct coupling). Power amplifier jenis ini yang kemudian berkembang menjadi power amplifier OCL (Output Capasitor Less).
Gambar 1.24. Rangkaian PA OTL 3. Power Amplifier OCL (Output Capasitor Less)
Power amplifier OCL (output capasitor less) merupakan jenis power amplifier tanpa kopling tambahan antara rangkaian penguat dengan pengeras suara (loud speaker). Power amplifier ini langsung menghubungkan output rangkaian power amplifier ke loud speaker. Power ini memiliki respon frekuensi yang lebar, sehingga semua range frekuensi audio dapat direproduksi dengan baik. Power amplifier OCL memiliki kelemahan, apabila terjadi short circuit pada bagian akhir power amplifier maka pengeras suara (loud speaker) akan rusak.
Berbeda dengan sistem audio OTL, pada Power amplifier model OCL umumnya digunakan pada penguat daya amplitudo yang besar, oleh sebab itu pada power amplifier OCL ini dipasangkan dengan catu daya atau power supply simetri V(+), V(-) dan Ground (0) yang memang dianggap lebih aman pada output yang dikeluarkan ke beban (loudspeaker). Ciri khas pada power amplifier model ini adalah salah satu ujung beban pada keluaran atau output pada power amplifier ini terhubung dengan CT transformator atau sumber tegangan sebagai titik simpul atau titik tengah dari suatu gelombang yang dihasilkan, sehingga pergerakan amplitudo gelombang akan menuju V(+) dan V(-) melewati CT transformator sebagai ground dan titik tengah dari amplitudo gelombang keluaran tersebut.
Gambar 1.25. Skema rangkaian PA OCL 3. Power Amplifier BTL (Bridge Transformer Less)
Power amplifier BTL (bridge transformer less) merupakan pengabungan 2 unit rangkaian power amplifier OTL atau OCL yang
bertujuan untuk menguatkan sinyal audio dengan fasa yang berbeda secara terpisah dan memberikannya ke loud speaker secara bersama sehingga diperoleh suatu penguatan tegangan yang lebih besar atau minimal 2x lebih besar dari penggunaan penguat OTL atau OCL biasa.
PA ini dibuat dengan mengkonfigurasi dua buah power amplifier model OCL atau dua buah power amplifier model OTL menjadi satu power amplifier dengan cara dibuatkan rangkaian jembatan (Bridge) atau beban yang diikat satu sama lain. Sistem Amplifier Bridge (BTL) pada dasarnya adalah menggabungkan 2 buah amplifier agar daya yang diperoleh meningkat menjadi 2 kali lipat secara teoritis.
Rangkaian "pembalik fasa" tidak meperbesar maupun merubah bentuk sinyal input tetapi hanya menggeser fasa sinyal sebesar 180 derajat sehingga sinyal yang dihasilkan oleh Amplifier ke 2 fasanya kebalikan dari sinyal yang dihasilkan oleh Amplifier ke satu. Pada system BTL antara amplifier 1 dengan amplifier 2 harus sama/identik.
Pada power amplifier BTL penguat suara (loud speaker) sebagai beban dihubungkan dengan rangkaian power amplifier secara bridge (jembatan) yaitu setiap kutup pada pengeras suara (loud speaker) masing-masing dihubungkan dengan rangkaian power ampifier yang terpisah.
Gambar 1.25. Skema rangkaian PA BTL
Filter adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk melewatkan sinyal-sinyal yang diperlukan dan menahan sinyal-sinyal-sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki serta untuk memperkecil pengaruh noise dan interferensi pada sinyal yang dikehendaki. Filter dalam elektronika dibagi dalam dua kelompok yaitu filter pasif dan filter aktif. Untuk membuat suatu filter pasif dapat digunakan komponen pasif (R, L, C). Sedangkan untuk membuat filter aktif diperlukan rangkaian (R, L, C dan transistor atau Op-Amp).
Pada dasarnya filter pasif maupun filter aktif dapat dikelompokan berdasarkan respon frekuensi yang di saring (filter) menjadi 4 kelompok. Filter Lolos Bawah (Low Pass Filter, LPF) Filter Lolos Atas (High Pass Filter, HPF) Filter Lolos Rentang (Band Pass Filter, BPF) Filter Tolak Rentang (Band Stop Filter atau Notch Filter) Untuk membuat filter pad kelompok diatas dapat digunakan konfigurasi R dan C, L dan C atau RLC. Akan tetapi penggunaan induktor sering dihindari karena fisik induktor yang besar. Sehingga pada umumnya filter yang sering dijumpai adalah filter RC saja.
Gambar 1.26. Grafik respon filter
Low Pass Filter (LPF)
Filter lolos bawah (Low Pass Filter, LPF) berfungsi untuk melewatkan tegangan output dengan frekuensi di bawah frekuensi cutt-off rangkaian.
LPF berfungsi memfilter frekuensi tinggi dan melewatkan frekuensi rendah. Beberapa contoh rangkaian Low Pass Filter:
- Low Pass Filter dengan penguatan satu kali
- Low Pass Filter dengan penguatan pada kaki non inverting
Low Pass Filter dengan penguatan pada kaki non inverting (First Order Active Low Pass Filter
Penguatan low pass filter dua tingkat 2 1 3 1
1
1
;
2
R
Av
fc
R
R C
2 1 2 2 2 1 2 2 1 ( ) 1 1 1 1 1 out v LPF in c c out LPF in in in c c R V A R Voltage Gain A V f f f f R R Av V A V V V f f f f High Pass Filter (HPF)
Filter lolos atas (High Pass Filter, HPF) berfungsi untuk melewatkan tegangan output dengan frekuensi di atas frekuensi cutt-off rangkaian.
Gambar 1.28. Grafik frekuensi HPF
High pass filter berfungsi untuk memfilter frekuensi rendah dan melewatkan frekuensi tinggi.
Band Pass Filter (BPF)
Filter lolos rentang (Band Pass Filter, BPF) berfungsi untuk melewatkan tegangan output pada frekuensi resonansi rangkaian.
2 2 2 2 1 1 ( ) 1 1 1 1 1 c c out HPF in c c c c out in in c c f f f f V Voltage Gain A V f f f f f f A f f V V V f f f f
Gambar 1.29. Grafik frekuensi BPF
Bandpass filter berfungsi untuk melewatkan frekuensi pada band tertentu dan di luar itu akan di filter.
Band Stop Filter, (BSF)
Filter Tolak Rentang (Band Stop Filter, BSF) berfungsi untuk melemahkan tegangan output pada frekuensi resonansi rangkaian. Filter band stop ini sering juga disebut sebgan Band reject Filter atau Notch Filter.
Gambar1.30. Grafik frekuensi BSF
Notch filter atau band reject, akan memfilter frekuensi yang ada dalam sebuah band, dan melewatkan frekuensi di luar band tersebut.
4 1 2 3 1 1 2 2
1
1
1
;
;
2
2
R
Av
fc
fc
R
R C
R C
Materi 2. Pencampur (mixer) audio
Sebuah mixing atau console audio adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi memadukan (mixing), mengatur jalur (routing) dan merubah level, serta harmonisasi dinamis dari sinyal audio. Sinyal-sinyal yang telah diu-bah dan diatur kemudian dikuatkan oleh penguat akhir atau power amplifier. Gambar 35 diperlihatkan bentuk fisik mikser.
Gambar 2.1. Audio mixing Analog dan Digital
Audio mixer secara luas digunakan untuk keperluan studio rekaman, sistem panggilan publik (public address), sistem penguatan bunyi, dunia pe-nyiaran radio dan televisi, dan pasca produksi pembuatan film. Suatu contoh penerapan sederhana, audio mixer dipakai untuk pertunjukan musik. Sangat tidak efisien bila digunakan masing masing amplifier untuk menguatkan setiap bagian baik suara vokal penyanyi dan alat alat musik yang dimainkan oleh band pengiringnya. Disini audio mixer akan menjadi bagian penting sebagai titik pengumpul dari masing masing mikrophon yang terpasang, mengatur be-sarnya level suara, menyeimbangkan level bunyi vokal dan musik sebelum diperkuat oleh amplifier.
Mixing console menerima berbagai sumber suara. Bisa dari mikrophon, alat musik, CD player, tape deck, atau DAT. Melalui mixing console dengan mudah dapat dilakukan pengaturan level masukan dan keluaran mulai dari yang sangat lembut sampai keras. Seperangkat system audio dapat diumpa-makan
sebagai tubuh manusia, snake cable bisa diumpamakan sebagai sys-tem syaraf, mixing console sebagai jantungnya. Bila terjadi suatu masalah de-ngan mixing console, berarti sistem tersebut sedang dalam masalah besar. Salah satu syarat terpenting dalam mixing console yang baik adalah mempu-nyai input gain dan pengaturan equalizer yang sempurna. Dengan demikian akan dapat dilakukan pengaturan yang lebih optimal terhadap setiap input mikro-phon, atau apapun yang menjadi sumber suaranya. Ada banyak tipikal penga-turan yang terdapat dalam sebuah mixing console.
2.1. Gain
Gain disebut juga input level atau trim, biasa terdapat pada urutan paling atas dari setiap channel mixing console. Fungsinya untuk menentu-kan seberapa sensitive input signal mic atau berupa signal line (keyboard, tape deck) yang diinginkan diterima oleh console. Tombol ini membantu mengatur signal yang akan masuk ke console. Bila signal lemah, dapat di-lakukan penambahan, bila terlalu kuat dapat dikurangi.
Untuk penyanyi yang suaranya lemah atau tidak memiliki power yang baik, diperlukan penambahan gain. Gebukan kick drum, mungkin di-lakukan dengan sedikit penambahan. Ini dilakukan agar menjaga setiap in-put yang masuk ke mixer tetap optimal. Input gain yang terlalu besar akan menyebabkan distorsi, kalau terlalu lemah akan membutuhkan penambah-an dan bila berlebihan akan menyebabkan noise.
Input gain stage adalah hal yang paling penting dan kritis, karena da-ri sinilah semua suara yang berkualitas dimulai. Usahakanlah untuk menja-ga agar setiap input tetap clean dan clear sebisa mungkin. Noise dan dis-torsi yang ditimbulkan akan mengalir terus ke sistem dan membuat keselu-ruhan jadi terganggu. Bila ternyata input gain terlalu besar, setelah diku-rangi juga masih
saja terlalu kuat, maka untuk itu dibutuhkan switch PAD pada console untuk menurunkan gain input signal mulai –20 sampai –30db.
2.2. EQ pada channel
Pada setiap channel pada mixing console selalu terdapat Equalizer Section. Fungsinya sebagai pengatur tone untuk memodifikasi suara yang masuk pada channel. Umumnya sound engineer melakukan perubahan sound melalui EQ dengan dua tujuan: 1) untuk mengubah sound instrument menjadi sound yang lebih disukai; dan 2) untuk mengatasi frekuensi dari input yang bermasalah, misalnya feedback, dengung, overtune.
Pengaturan yang sangat mendasar dari EQ berupa Low dan Hi, pe-nambahan dan pengurangan (boost/cut). Ada juga yang lebih kompleks de-ngan 4 jalur dengan fungsi yang full parametric. Namun tak peduli seperti apa tipe EQ yang terdapat dalam console, tetap dalam tujuan yang sama untuk membantu menemukan sound yang terbaik.
2.3. fix
Yang dimaksud dengan fix adalah EQ yang tidak memiliki tombol untuk memilih frekuensi yang akan diatur. Frekuensi yang akan diatur telah di-tetapkan dari pabrik. Pembagian frekuensi pada EQ mirip dengan pemba-gian frekuensi pada crossover. Pada fix hanya terdiri atas : Low, dan hi pa-da EQ 2-way, Low, Mid dan Hipada EQ 3-2-way, dan Low, Low Mid, Hi mid dan Hipada EQ 4-way.
Memutar tombol boost/cut akan memberi pengaruh sampai 12 atau 15 db tergantung kemampuan mixing console yang digunakan. Keuntungan EQ kategori fix adalah: 1) Harga yang relatif ekonomis; 2) Terhindar dari kesalahan
pemilihan frekuensi yang diatur oleh sound engineer (penata suara) yang kurang berpengalaman; 3) hemat waktu dalam pengaturan. Kekurangan EQ kategori fix tidak dapat memilih frekuensi khusus yang di-inginkan karena semua frekuensi telah ditetapkan dari pabrik.
2.4. Sweepable EQ
Biasa disebut Quasi Parametric atau Semi Parametric (bukan full pa-rametric karena tanpa pengatur bandwitch). Pada EQ kategori full paramet-ric dapat dilakukan pengaturan untuk setiap parameter, melipitu parameter frekuensi, bandwitch, dan parameter level. EQ tipe ini mempunyai kemam-puan setup yang sangat fleksibel, dan biasanya menyediakan pengontrolan midrange dengan system EQ3 atau 4 jalur.
Cara kerja :
a. Lakukan pemutaran tombol frekuensi untuk memilih besaran frekuensi yang akan diatur.
b. Putar tombol boost/cut untuk penambahan atau pengurangan frekuensi yang dipilih.
c. Tetapkan frekuensi lain pada posisi sound flat.
d. Putar tombol boost/cut sampai habis ke kiri, atau pada posisi kira-kira jam 7. e. Putar tombol frekuensi sampai sound boomy sampai hilang dari pede-ngaran. f. Setelah frekuensi yang dicari diketemukan, lakukan pengaturan lagi pa-da tombol boost/cut. Pemotongan yang terlalu ekstrim pada frekuensi low mid bisa mengakibatkan sound yang terdengar “kosong”.
Pengaturan untuk vokal dapat dilakukan pada frekuensi 3,5 KHz tan-pa mempengaruhi keseluruhan frekuensi Hi Mid lainnya. Mixing console de-ngan pengaturan mid tunggal biasanya bisa dibeli dengan harga yang lebih ekonomis. Mixing console versi yang dilengkapi dengan pengaturan Low Mid dan Hi Mid agak lebih mahal.
Terdapat model pengaturan Eq dengan tombol cut/boost berada da-lam satu tempat. Untuk frekuensi diatur oleh tombol yang sebelah luar, dan untuk boost atau cut dilakukan oleh tombol sebelah dalam. Tipe ini terdapat pada mixing console kategori full parametric Eq dengan system 4 way. De-sain seperti ini dilakukan oleh pabrik pembuatnya dengan alasan menghe-mat tempat. Desain sebuah mixing console juga merupakan suatu hal yang penting dan menentukan.
2.5. Tombol 48v Phantom
Tipe mikrophon condeser membutuhkan tenaga tambahan untuk dapat bekerja. Tombol 48v phantom menyediakan dan menyalurkan 48v DV ke mikrophon sebagai sumber tenaga, atau ke DI Box aktif. Beberapa mixing console tidak terdapat switch phantom secara individual, melainkan hanya terdapat satu tombol untuk mengaktifkan phantom untuk seluruh channel. Periksa terlebih dahulu, bila semua kabel yang terkonek ke console merupakan input balance. Bila salah satu atau beberapa diantara-nya merupakan tidak balance, akan timbul masalah.
Tombol PAD berfungsi untuk mengurangi gain input dari 20 sampai 30db. Tombol ini bukan merupakan tombol putar yang bisa diatur pengu-rangannya, melainkan tombol tekan. Bila tombol PAD ditekan, gain input akan berkurang antara 20 sampai 30 db tergantung mixer (baca: buku ma-nual). Bila kurang teliti, menyebabkan suara dari mic tidak terdengar akibat pengurangan tersebut. Tombol PAD diperlukan untuk signal yang overload.
2.7. Reverse
Reverse berfungsi untuk membalikan phase. Setiap masukan mini-mal lebih dari satu sambungan. Misalnya mikrophon dengan konektor XLR terdapat tiga pin (pin1 ground, pin2 hot/positif, pin3 cold/negatif). Bila salah satu pin terbalik (pin2 dan pin3), suara yang dihasilkan akan berbeda. Ini sangat terasa bila terjadi pada channel kick drum. Bila pin berada pada po-sisi yang benar, saat kick dihentak, konus speaker akan bergerak ke depan dan menghembuskan udara ke arah depan. Jika pin terbalik, konus akan bergerak ke belakang dan menghisap udara dari arah belakang.
Untuk itulah tombol reverse berguna, yang bila diaktifkan akan mem-balik phase dari channel (positif menjadi negatif). Ini juga berguna untuk ka-sus dua buah mic dengan posisi sangat berdekatan sehingga terjadi can-celing phase. Kejadian ini mengakibatkan sound yang terdengar akan ke-hilangan suara rendah. Kejadian tersebut sering terjadi bila dilakukan de-ngan tidak teliti terhadap semua plus minus kabel.
2.8. Mic/line
Switch tekan Mic/line berfungsi untuk mengubah sirkit gain control menjadi mic sebagai input, effect return atau tape deck/CD. Kebanyakan model mixing console terdapat terminal input yang terpisah antara mic dan line input
pada channel yang sama. Input mic biasanya menggunakan tipe konektor balans 3 pin XLR atau kadang biasa disebut jack canon. Line input menggunakan jack seperti yang biasa dipakai jack gitar.
Hal ini memungkinkan untuk mencolokkan dua input yang berbeda dalam satu channel. Switch ini akan mengaktifkan salah satu input yang diinginkan. Sebagai contoh, dapat dicolokkan effect return dengan gain yang diset rendah pada mic input, kemudian dicolokkan lagi tape deck pada line input channel yang sama. Pada saat band sedang show dan tape deck tidak dibutuhkan, tinggal menswitch tombol tersebut pada posisi mic. Kemudian pada saat band telah selesai dan butuh playback musik dari tape deck/CD, tinggal menswitchnya pada posisi line. Ini bisa dilakukan untuk menghemat channel, khususnya apabila console yang digunakan tidak terlalu besar.
2.9. High Pass filter
High Pass filter akan memotong frekuensi rendah dari input dengan frekuensi 80 Hz atau lebih kecil. Ini dapat diaktifkan (IN) bila sumber suara tidak memproduksi suara dengan jangkauan frekuensi serendah itu, misal-nya vokal, gitar (khususnya akustik). Namun tidak perlu diaktifkan (OUT) terhadap channel drum (kick dan beberapa tom) dan bass gitar. Bila diaktif-kan akan mengakibatkan channel tersebut kehilangan frekuensi rendahnya.
2.10. EQ In/Out
Merupakan switch sederhana untuk mengaktifkan dan menonaktifkan sec-tion EQ pada channel. EQ In/Out berguna untuk membandingkan sound yang telah diEQ dengan cara menekan tombol tersebut secara berulang.
2.11. Group Assigns
Group Assigns disebut juga Subgroup Assigns dan hanya terdapat pada mixing console yang memiliki group. Pada mixing console tertulis 16/2 berarti 16 channel 2 output (L/R). Ini menunjukkan bahwa mixing console tersebut tidak memiliki group. Namun bila tertulis 16/4/2, berarti mixing console tersebut memiliki 16 channel, 4 group dan 2 master L/R.
Group assigns berfungsi menentukan kemana signal channel akan dikirim. Apakah ke group atau ke master L/R. Misalnya dalam sebuah mixing console memiliki 4 group, dapat dikirim semua channel drum ke group 1, gitar dan bass ke group 2, keyboard ke group 3 dan vokal ke group 4. Bila tersedia 8 group, dapat dilakukan hal yang sama, namun semuanya dalam stereo dan seluruhnya dikirim ke master L/R.
Timbul pertanyaan kenapa seluruhnya dikirim ke master L/R. Bukankah lebih baik mengatur langsung dari master? Dalam kenyataannya saat soundcheck telah dibalanskan dan menyeimbangkan seluruh channel dan kemudian digabungkan dengan bass gitar dalam group 12. Pada saat pertunjukan sedang berlangsung, yang perlu diawasi adalah pengontrolan level keseluruhan channel drum dan bass hanya melalui group 12. Begitu juga dengan backing vokal atau instrument yang digabungkan dalam group yang sama. Sebagian besar group assigns juga dilengkapi dengan pan control individual. Menggunakan group dapat membantu dalam mengope-rasikan system pada penampilan live. Signal dari channel dapat dikirim ke group mana yang diinginkan atau dikirim ke master.
Tombol PFL (Pre Fade Listening) membantu mencheck gain signal pada channel melalui alat pendengan headphone dengan cara mengaktif-kan tombol PFL/ SOLO. Sebelum suara dikirim ke seluruh sistem, tekan tombol PFL, led indikator channel akan terlihat seberapa besar gain input yang masuk (overload atau terlalu kecil). Beberapa tipe mixing console ha-nya terdapat tombol SOLO. Tombol ini berfungsi untuk soundcheck, sebe-lum dikirim ke master L/R. Pastikan tombol ini dalam posisi out sebelum pertunjukan band dimulai.
2.13. Auxiliary Sends
Tombol Auxiliary Sends berfungsi untuk mengirimkan signal dari channel keluar mixing console (melalui terminal aux out pada terminal keluaran di panel belakang mixer), Tombol ini juga dapat mengontrol level signal yang dikirim. Signal yang dikirim terpisah sama sekali dari keluaran master. Ini berguna untuk mengirim signal ke sistem monitor, atau ke ber-bagai macam unit effec. Keluaran effect dikirim ke channel yang berbeda pada mixing console. Mixer yang paling sederhana sekalipun sedikitnya memiliki satu atau dua AUX SEND. Satu untuk mengirim signal ke monitor dan satu untuk mengrim effect (echo, reverb). Pada mixing console yang lebih besar memiliki 46 atau 8 aux send yang kemudian dibagi lagi atas Pre Fade atau Post Fade.
2.14. Pre Fade
Pada mixer besar umumnya terdapat auxiliary yang terbagi atas pre fade dan atau post fade. Signal yang dikirim dari Pre fade tidak mengalami pengaruh dari channel atau belum mengalami proses dari channel. Pre fade yang Pre EQ paling ideal digunakan untuk mengirim signal ke monitor section.
2.15. Post Fade
Adalah kebalikan dari pre fade. Semua signal dikirim melalui post fade telah melalui proses dari channel atau ikut pengaruh dari channel fader, baik EQ maupun levelnya. Post fade sering digunakan untuk mengirim signal ke effect, atau mengirim signal ke mixer yang tepisah untuk keperluan broadcast (Stasiun TV atau Radio). Tidak ada keterikatan dalam pemilihan penggunaan Auxiliary Send. Bisa menggunakan Pre fade untuk mengirim signal ke effect karena akan mendapatkan level original dari input. Hanya saja tetap harus melakukan pengontrolan level dari effect pada saat yang bersamaan.
2.16. Auxiliary Master
Setiap auxiliary dari channel memiliki satu tombol lagi sebagai pengatur le-vel untuk keseluruhannya. Misalnya aux 1 setiap channel memiliki master aux 1 untuk mengatur seluruh level dari aux 1 setiap channel. Begitu juga auxiliary lainnya. Bila mixer meiliki 4 auxiliary out, terdapat 4 auxiliary mas-ter. Perhatikan beberapa tombol sejenis seperti Aux Master, Effect Master, Monitor Master, atau sesuatu yang kurang lebih adalah berfungsi sama. Untuk settingan awal, putar tombol tersebut pada posisi jam 2, lakukan settingan pada channel tersebut. Bila ternyata masih kurang kuat, tambah atau bila terlalu keras, kurangi semuanya tergantung situasi.
2.17. Auxiliary Return
Signal yang telah dikirim melalui auxiliary out ke unit effect apakah Delay, Reverb atau lainnya akan dikirim kembali ke mixing console untuk digabung kan dan diseimbangkan secara tepat dengan level dari signal orisinil
sour-ce. Walupun cukup banyak mixing console yang memiliki pengaturan effect return secara khusus. Biasanya bukan dalam bentuk slider (potensio ge-ser). Bila terdapat channel yang dapat digunakan sebagai masukan effect, dapat dilakukan pegaturan dengan slider untuk memudahkan pengaturan pada channel standard. Namun pengaturan dengan aux return juga sama seperti yang dilakukan pada channel. Putar ke arah kanan dan kiri untuk menambah dan mengurangi level effect. Bila membuka Aux Send dari cha-nnel yang telah digunakan sebagai effect return, akan berakibat feed back dan noise. Atasi segera dengan menurunkan level dari channel, kemudian periksa Aux Send pada channel.
2.18. Insert
Digunakan untuk mengolah signal melalui effect seperti Gate, Com-pressor atau EQ untuk channel yang diinsert. Insert difungsikan bila diingin-kan menggunakan effect atau untuk memproses hanya satu channel di-inginkan. Insert adalah jalur untuk mengalirkan dan menerima kembali sig-nal yang telah diproses oleh effect. Bila terdapat dua berarti satu untuk ma-sukan (IN) dan satu untuk keluaran (OUT) yang selalu diberi tanda tulisan Insert In dan Insert Out. Bila terdapat hanya satu, ini pasti terdiri dari jack balance TRS (Tip Ring Slave). Tip adalah sebagai IN, Ring adalah sebagai OUT, dan Slave adalah sebagai GROUND. Selain itu terdapat line out atau direct out tersendiri, yang sering digunakan untuk aplikasi rekaman per track, ini bisa saja Pre Fade atau Post Fade, tergantung consolenya.
Pada section master terdapat beberapa terminal Auxiliary Out yang biasa tertulis Aux send 1, Aux send 2 atau dengan nama Effect Out, Moni-tor Out, tergantung apa yang tertulis pada tombol-tombol panel pengontrol nya. Setiap group mempunyai keluaran masing-masing dan selalu dileng-kapi dengan insert group. Insert Group bisa digunakan bila ingin mempro-ses signal di goup
tersebut. Semua channel vokal dikirim ke group 1, kemu-dian diinsert compressor hanya untuk group satu yang berisi vokal.
