Fakultas Ilmu Komputer
Universitas Brawijaya
8190
Implementasi Perbandingan Sistem Pengiriman Sinyal Suara secara
Wireless pada Arduino
Muhammad Rasyid Perdana1, Wijaya Kurniawan2, Rakhmadhany Primananda3 Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya Email: 1[email protected], 2[email protected], 3[email protected]
Abstrak
Teknologi selalu mengalami perkembangan dari masa ke masa, dan berkembangnya teknologi pun mempengaruhi berbagai aspek dalam kehidupan, pada fokus kali ini bagaimana dampak teknologi terhadap media audio. Audio merupakan penyampai informasi yang berupa sinyal suara. dengan berkembangnya teknologi sekarang, tidak jarang audio digunakan sebagai media penyampaian pesan. Dalam mendapatkan kualitas suara yang baik perlu diperhatikan beberapa aspek aspek yang mempengaruhi kualitas suara seperti media penghubung dan penempatan sumber suara dan penerima suara.Pada beberapa kasus untuk pengiriman suara masih menggunakan kabel, jadi ada kalanya terdapat keterbatasan media penyampaian suara. Untuk itu penelitian ini merancang sebuah alat pengiriman suara secara wireless. Alat ini mempunyai transmiter sebagai pengiriman suara dan reciever sebagai penerimaan suara. Untuk pengiriman suara melalui media radio digunakan modul nRFL201, modul HC-02 untuk pengiriman suara melalui bluetooth, dan modul ESP8266 untuk pengiriman suara melalui wifi. Pembacaan modul akan diproses menggunakan mikro kontroler Arduino Uno. Pada tiap transmiter akan digunakan mic sebagai input suara dan untuk reciever digunakan speaker sebagai output suara. Berdasarkan Hasil pengujian menunjukkan perbandingan yang cukup besar saat mengeksekusi alat dan program secara bersama-sama. Hasil pengujian ini menunjukkan pada nrf setiap sinyal suara yang dikirimkan mempunyai data yang berbeda secara signifikan. Setiap perbedaan jarak maka data yang didapat mengalami penurunan. Sedangkan pada bluetooth sinyal suara yang dihasilkan relatif stabil. Tetapi terjadi penurunan kualitas suara. Untuk pengujian pada wifi hasil yang didapat pengiriman suara relatif stabil. Kualitas suara yang dihasilkan juga konsisten meskipun dilakukan pada jarak yang berbeda.
Kata kunci: sinyal suara, wireless, modul nRFL201, modul HC-02 ,modul ESP8266. Abstract
Technology has always experienced development from time to time, and the development of technology also affects various aspects of life, at this time the focus of how the impact of technology on audio media. Audio is the transmitter of information in the form of sound signals. with the development of technology now, not infrequently audio is used as a medium for delivering messages. In getting good sound quality, it is necessary to pay attention to several aspects that affect sound quality such as connecting media and the placement of sound sources and voice receivers. For this reason, this study designed a wireless voice sending device. This tool has a transmitter as sending voice and receiver as voice reception. For sending voice via radio media, the nRFL201 module is used, the HC-02 module is for sending voice via bluetooth, and the ESP8266 module is for sending voice over wifi. The module reading will be processed using the Arduino Uno micro controller. In each transmitter the mic will be used as the voice input and the speaker will use the speaker as the sound output. Based on the test results it shows a fairly large comparison when executing tools and programs together. The results of this test indicate that each sound signal that is sent has significantly different data. Every difference in distance, the data obtained has decreased. Whereas in bluetooth the sound signal produced is relatively stable. But there was a decrease in sound quality. For testing on wifi the results obtained by voice delivery are relatively stable. The sound quality produced is also consistent even though it is done at different distances.
1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi mengakibatkan pentingnya peran media elektronik dalam penyampaian informasi dalam kehisupan sehari hari. terdapat berbagai media untuk menyampaikan informasi baik secara digital, gambar, dan audio.
Teknologi selalu mengalami perkembangan dari masa ke masa, dan berkembangnya teknologi pun mempengaruhi berbagai aspek dalam kehidupan, pada fokus kali ini bagaimana dampak teknologi terhadap media audio (Grant, A. E. & Meadows, J. H. 2010). Audio merupakan penyampai informasi yang berupa sinyal suara. dengan berkembangnya teknologi sekarang, tidak jarang audio digunakan sebagai media penyampaian pesan.
Dalam mendapatkan kualitas suara yang baik perlu diperhatikan beberapa aspek aspek yang mempengaruhi kualitas suara seperti media penghubung dan penempatan sumber suara dan penerima suara. pada beberapa kasus untuk pengiriman suara masih menggunakan kabel, jadi ada kalanya terdapat keterbatasan media penyampaian suara.
Terdapat banyak media sebagai penghantar suara secara wireless, seperti wifi, Bluetooth,dan nrf. Penulis ingin membandingkan pengiriman suara melalui ketiga media tersebut. Diharapkan media yang pasing cepat mengantarkan sinyal suara bisa digunakan secara optimal dalam kehidupan sehari hari.
Sebuah penelitian yang berjudul Voice Transmission over Wireless Sensor Networks membahas tentang pengiriman suara melalui wireless sensor network. Dalam menggunakan jaringan WSN, peneliti mengirimkan suara memakai zigbee dan Bluetooth (Chang, Chen, & Lee 2012).
Penelitian lain dengan judul Wireless Voice Transmission using WIFI and Bluetooth on Android Platform membahas tentang perancangan android untuk transmisi suara secara wireless. Media yang digunakan ada dua yaitu wifi dan bluetooth. (Shinkar ,Shinde , Goswami , & Shinde 2018).
Pada penelitian sebelummya hanya membandingkan dua jenis media pengiriman suara. Dalam penelitian sebelumnya juga, ada penelitian yang dilakukan dengan memakai suara sintesis, artinya data yang digunakan merupakan data statis yang sebelumnya sudah ditetapkan.
Berdasarkan beberapa penelitian diatas, maka penulis akan mencoba untuk mendesain perangkat pengirim dan penerima suara secara realtime menggunakan ketiga jenis jaringan wireless yaitu wifi, Bluetooth, dan radio. Alat ini akan menggunakan Modul nRF24L01 sebagai media pengiriman suara melalui radio. Modul HC-02 sebagai media pengiriman suara melalui bluetooth. Dan modul ESP8266 sebagai media pengiriman suara melalui wifi. Masing – masing pengiriman suara akan dirancang kedalam alat transmitter dan receiver. Diharapkan dari hasil penelitian ini dapat menentukan media pengiriman suara yang terbaik..
2. KAJIAN PUSTAKA 2.1 Sinyal Suara
Audio pada dasarnya adalah gelombang yang bisa didengar oleh telinga kita. Gelombang suara itu bisa disebut juga sinyal audio. Gelombang suara bisa berbeda-beda karena beberapa faktor. Salah satunya adalah udara, karena suara adalah gelombang yang bergetar dan melalui perantara udara, maka udara juga ikut bergetar yang mengakibatkan gendang telinga kita ikut bekerja.
Pada umumnya manusia hanya bisa mendengar suara dengan frekuensi 20 Hz sampai dengan 20000 Hz. 20 Hz merupakan frekuensi terendah yang bisa kita dengan, dan 20000Hz merupakan frekuensi paling tinggi yang bisa kita dengar. (Teori Elektronika, 2018).
2.2 Arduino Uno
Arduino Uno adalah papan pengembangan (development board) mikrokontroler yang berbasis chip ATmega328P (Arduino, 2016). Arduino Uno memiliki 14 pin digital dan 6 pin analog yang memungkinkan banyak perangkat yang dapat terpasang pada mikrokontroler ini 2.3 NRF24L01
Modul NRF24L01 merupakan modul berbasis sinyal radio. Modul ini merupakan modul yang umumnya digunakan dalam pengiriman data secara wireless. Modul NRF24L01 menggunakan gelombang radio pada frekuensi 2,4 GHz dan dapat menampung Data rate hingga 2Mbps.selain itu nRF24L01 mempunyai keuntungan Ultra low power dan Penanganan paket data otomatis.
HC-05 Bluetooth Module merupakan modul yang menggunakan Bluetooth SPP modul (Serial Port Protocol). Modul ini dirancang untuk pengaturan koneksi seria nirkabel secara transparan. komunikasi dilakukan melalui komunikasi serial yang terhubung secara antarmuka dengan controller atau PC (HC-05, 2010).
2.5 ESP8266
Modul WIFI ESP8266 merupakan modul yang berupa sistem dalam bentuk chip. Dengan menggunakan modul ini pada suatu mikro kontroler, maka mikro kontroler tersebut dapat terhubung dengan jaringan WIFI, karena modul ini dapat terintegrasi dengan protokol internet IP/TCP. Pada jaringan WIFI modul ESP8266 dapat berfungsi sebagai host maupun client. Untuk penggunaan modul ESP8266 dengan Arduino, kita bisa melakukan pengiriman data secara wireless pada jaringan WIFI maupun sebagai WIFI shield pada Arduino.
3. RANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Pada perancangan perangkat keras ini akan menjelaskan skema rangkaian
Gambar 3.1. Skema Sistem 1. Mic
Mic berfungsi sebagai inputan data suara. Mic terpasang pada rangkaian trensmitter,
2. Mikrokontroller (Arduino Uno)
Board Arduino Uno berfungsi sebagai mikrokontroler utama para sistem yang akan dibuat. Hal tersebut ditunjukan pada diagram blok bahwa arduino terhubung secara langsung dengan blok yang lain.
3. Modul nRF24L01
Modul nRF24L01 berfungsi sebagai modul radio yang dapat berfungsi sebagai transmitter
maupun reciever. Modul ini bekerja pada frekuensi 2.4 Ghz.
4. Modul HC-02
Modul HC-02 berfungsi sebagai modul bluetooth yang dapat berfungsi sebagai transmitter maupun reciever. Modul ini menggunakan menggunakan Bluetooth SPP modul (Serial Port Protocol) untuk komunikasi data.
5. Modul ESP8266
Modul ESP8266 berfungsi sebagai modul wifi yang dapat berfungsi sebagai transmitter maupun reciever. Modul ini dapat membutuhkan akses mikrokontroler ke jaringan WiFi
6. Speaker
Speaker merupakan bagian blok yang berfungsi sebagai perangkat untuk mengeluarkan suara yang telah diterima melalui modul pengirim. Informasi yang telah diperoleh tersebut akan dikeluarkan melalui speaker berupa suara.
3.2 Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak menjelaskan tentang alur sistem dapat bekerja.
Pada Gambar 2.1 dapat dilihat alur sistem pada nRf. Proses dimulai dari konfigurasi RF24 radio, selanjutnya konfigurasi RF24 audio dan rfaudio. Setelah konfigurasi kemudian dilakukan inisialisasi library rfaudio untuk memproses suara yang diterima oleh arduino Uno. Setelah data diproses maka hasil nya akan diproses untuk data transmiter untuk dikirimkan ke reciever.
Gambar 3.3. Flowchart Bluetooth
Gambar 3.3 merupakan alur sistem pada modul bluetooth. Untuk serial komunikasi pada transmiter dan reciever menggunakan inisialisasi serial 57600. Setelah kedua perangkat terhubung maka dillakukan inisialisasi audiodata. Kemudian dilakukan pengiriman data pada alamat bluetooth yang ditentukan.
Gambar 3.4. Flowchart Wifi
Gambar 3.4 merupakan alur sistem pada wifi. Untuk serial komunikasi pada transmiter dan reciever menggunakan inisialisasi serial 57600. Setelah kedua perangkat terhubung maka dillakukan pembacaan data dengan sampelbit 16
dan sampelrate(26050). Jika datanum lebih atau sama dengan 15 maka akan dilakukan pengolahan data. Jika kurang dari 15 maka akan mencari serial yang tersedia dan melakukan buffer suara yang kemudian akan dilakukan pengolahan data.
3.3 Implementasi Perangkat Keras
Pada gambar 5,11 diperlihatkan bagimana melakukan penempatan pada modul dan mikrokontroler, penempatan ini dibuat berdasarkan perancangan modul pada NRF. Modul pengiriman akan terhubung dengan arduino Uno yang sudah diberi daya baterai dan terhubung dengan mic. Sementara untuk reciever akan terhubung dengan speaker.
Gambar 3.5 Reciever dan transmiter NRF Pada gambar 3.6 merupakan implementasi transmiter dan reciever pada bluetooth Modul HC-05 yang sudah terpasang dengan Arduino Uno dihubungkan dengan mic sebagai inputan suara dan baterai sebagai daya. Untuk reciever terhubng dengan speaker..
Gambar 3.6. Reciever dan transmiter Bluetooth Gambar 3.7 merupakan implementasi transmiter wifi. Modul ESP8266 yang sudah terpasang dengan MCP4725 dihubungkan dengan mic sebagai inputan suara dan baterai sebagai daya.
Yes No
Yes No
Gambar 3.7. Reciever dan transmiter WIFI
4. PENGUJIAN DAN ANALISIS
Dalam melakukan pengujian ini memperhatikan tiga faktor yang menentukan pengiriman suara yaitu dengan memperhatikan Centroid, Flux, dan RMS.
Centroid merupakan ukuran untuk frekuensi suara. Semakin besar gelombang suara yang dihasilkan maka semakin nyaring suara bisa didengar.
Flux, yang biasa disebut Sound Flux atau
Acoustic Flux merupakan tingkat di mana energi
suara dipancarkan, dipantulkan, ditransmisikan atau diterima, per satuan waktu.
RMS atau Root Mean Square adalah proses yang digunakan untuk menentukan output daya rata-rata speaker selama periode waktu yang digunakan. Semakin besar RMS maka semakin banyak daya yang digunakan oleh modul.
Masing-masing modul akan dilakukan pengujian dengan memperhatikan faktor diatas. Kemudian dilakukan analisa dari keluaran alat yang dihasilkan.
4.1 Pengujian modul NRF24L01
Pengujian modul nRF24L01 bertujuan untuk menentukan nilai suara yang dihasilkan. Nilai ini digunakan untuk mengatur nilai keluaran data suara berdasarkan tempat pengujian dilakukan.
Cara pengujian ini dilakukan dengan 3 tahap yaitu pengujian pada jarak 1 meter 3 meter dan 6 meter. Hal ini dilakukan untuk mengukur jarak yang bisa dihasilkan menggunakan modul nRF24L01. Dalam pengujian ini dilakukan dengan mengucapkan kata “tes” sebagai inputan suara.
Gambar 4.1. Pengujian Nrf pada jarak 1 meter
Gambar 4.2. Pengujian Nrf pada jarak 3 meter
Gambar 4.3. Pengujian Nrf pada jarak 6 meter Dari hasil pengujian NRF dapat dilihat pada tabel dibawah ini..
Tabel 4.1. Rancangan Analisis Komputasi
Jarak centroid flux RMS
1 meter 3018 Hz 803 0,3500
3 meter 1718 Hz 402,4 0,7304
5 meter 1090 Hz 179,8 2,958
Pada tabel 4.1 Nilai yang digunakan adalah nilai Timbral. Trimbe digunakan untuk mengukur karakteristik suara berdasarkan kualitasnya. Semakin besar nilai Centroid maka semakin jelas suara yang bisa kita dengar. Dari tabel dapat disimpulkan semakin jauh jarak transmiter dengan reciever maka suara yang dapat di dengar semakin kurang jelas.
4.2 Pengujian modul HC-02
Pengujian modul bluetooth bertujuan untuk menentukan nilai suara yang dihasilkan. Nilai ini yang kemudian digunakan sebagai acuan dalam melakukan analisis.
Gambar 4.5. Pengujian Bluetooth pada jarak 3 meter
Gambar 4.6. Pengujian Bluetooth pada jarak 6 meter Cara uji coba modul HC-05 seperti percobaan sebelumnya yaitu menggunakan 3 tahap yaitu pengujian dengan selisih jarak antar node 1 meter, 3 meter, serta jarak antarnode 6 meter. Dalam pengujian ini dilakukan dengan mengucapkan kata “tes” sebagai inputan suara.
Pengujian modul bluetooth bertujuan untuk menentukan nilai suara yang dihasilkan. Nilai ini yang kemudian digunakan sebagai acuan dalam melakukan analisis.
Dari hasil pengujian Bluetooth dapat dilihat pada tabel dibawah ini..
Tabel 4.2 Rancangan Analisis Komputasi
Jarak centroid flux RMS
1 meter 1791 Hz 718 0,1086
3 meter 1120 Hz 740 0,2429
5 meter 1269 Hz 691 0,4518
Dari hasil yang didapatkan setelah ujicoba modul HC-05 kemudian disimpulkan data yang diterima secara seignifikan tidak terlalu jauh meskipun dilakukan dengan jarak yang berbeda. Tetapi kualitas suara masih terbilang tidak terlalu bagus.
4.3 Pengujian modul ESP8266
Pengujian modul wifi dilakukan untuk menentukan nilai suara yang dihasilkan. Nilai ini yang kemudian digunakan sebagai acuan dalam melakukan analisis.
Cara pengujian ini dilakukan sama dengan pengujian sebelumnya dengan 3 tahap yaitu pengujian pada jarak 1 meter 3 meter dan 6 meter. Dalam pengujian ini dilakukan dengan mengucapkan kata “tes” sebagai inputan suara.
Pada Gambar 4.7 dapat dilihat pengujian yang dilakukan.
Gambar 4.7. Pengujian Wifi pada jarak 1 meter
Gambar 4.8. Pengujian Wifi pada jarak 3 meter
Gambar 4.9. Pengujian Wifi pada jarak 6 meter Dari hasil pengujian Wifi dapat dilihat pada tabel dibawah ini..
Tabel 4.3 Rancangan Analisis Komputasi
Jarak centroid flux RMS
1 meter 2287 Hz 506 5,4770
3 meter 1963 Hz 648 3,964
5 meter 2030 Hz 237 4,777
Dari hasil pengujian pada Tabel 4.3 didapatkan analisis pengiriman suara yang dilakukan tidak terlalu mempengaruhi kualitas suara yang dihasilkan meskipun dengan jarak yang berbeda. Untuk kualitas suata sendin bisa
dibilang mempunyai kualitas yang bagus dari kedua modul pengiriman lainnya
Pada pengujian secara keseluruhan ini dilakukan dengan cara menggunakan ketiga modul dengan jarak yang sama. Pengujian ini akan menggunakan jarak 1 meter,3 meter, dan 6 meter. Hasil pengujian menunjukkan perbandingan yang cukup besar saat menjalankan program secara bersamaan. Dari hasil pengujian ini menunjukkan pada nrf setiap sinyal suara yang dikirimkan mempunyai data yang berbeda secara signifikan. Setiap perbedaan jarak maka data yang didapat mengalami penurunan. Sedangkan pada bluetooth sinyal suara yang dihasilkan relatif stabil. Tetapi terjadi penurunan kualitas suara. Untuk pengujian pada wifi hasil yang didapat pengiriman suara relatif stabil. Kualitas suara yang dihasilkan juga konsisten meskipun dilakukan pada jarak yang berbeda. Pada ujicoba yang telah dilakukan dapat disimpulkan setiap modul mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing.
3.2. KESIMPULAN
Hasil pengujian menunjukkan perbandingan yang cukup besar saat harus mengeksekusi program secara bersama-sama. Hasil pengujian ini menunjukkan pada nrf setiap sinyal suara yang dikirimkan mempunyai data yang berbeda secara signifikan. Setiap perbedaan jarak maka data yang didapat mengalami penurunan. Sedangkan pada bluetooth sinyal suara yang dihasilkan relatif stabil. Tetapi terjadi penurunan kualitas suara. Untuk pengujian pada wifi hasil yang didapat pengiriman suara relatif stabil. Kualitas suara yang dihasilkan juga konsisten meskipun dilakukan pada jarak yang berbeda. Pengujian kepada beberapa modul yang dilakukan dapat disimpulkan module wifi mempunyai karakteristik yang ideal sebagai pengiriman suara.
5. DAFTAR PUSTAKA
Abdi Pramana., 2015. APA ITU WIRELESS SENSOR NETWORK ? Tersedia melalui :<https://sappame.wordpress.com/2015/1 0/10/wireless-sensor-network/> [Diakses 24 Maret 2018]
Arduino, 2016. ARDUINO UNO. [Online]
Tersedia di
<:https://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoa rdUno> [Diakses 25 Maret 2018]
Bagus Seta Inba C, Henning Titi Ciptaningtyas, dan Hudan Studiawan,. 2014. RANCANG BANGUN APLIKASI KOMUNIKASI AUDIO PADA JARINGAN NIRKABEL
LOKAL BERBASIS ANDROID
MENGGUNAKAN ALGORITMA
JOINT CODING RATE CONTROL, Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Dargie, W. and Poellabauer, C. 2010. Fundamentals of wireless sensor networks: theory and practice. John Wiley and Sons. pp.
ESP8266, 2014. ESP8266 [Online] Tersedia di <http://esp8266.net/> [Diakses 26 Maret 2018]
Grant, A. E. & Meadows, J. H. 2010. Communication Technology Update and Fundamentals. 12th Edition. Focal Press HC-05 2010. HC-05 -Bluetooth to Serial Port
Module. [Online] Tersedia di <http://www.electronicaestudio.com/docs /istd016A.pdf> [Diakses 25 Maret 2018] Lin-Huang Chang, Chao-Chieh Chen,
Tsung-Han Lee,. 2010. Voice Transmission over Wireless Sensor Networks, Taichung, Taiwan. Nrf24l01, 2014. Tutorial Nrf24l01. [Online] Tersedia di <https://courses.ideate.cmu.edu/16-223/f2014/tutorial-nrf24l01/> [Diakses 25 Maret 2018]
Suhaidah Binti Abu Bakar, 2009. WIRELESS MICROPHONE SYSTEM, Universiti Teknikal Malaysia Melaka
Teori Elektronika, 2018. Sinyal Audio (Gelombang Suara) [Online] Tersedi di < http://elektronika-dasar.web.id/sinyal-audio-gelombang-suara/> [Diakses 18 Desember 2018]
Tim Works,.2005. Selection and Operation of Wireless Microphone Systems, United States.
Prof. Deepali Shinkar , Amit Shinde , Puja Goswami , Sachin Shinde 2018. Wireless Voice Transmission using WIFI and Bluetooth on Android Platform. Dalam :
INTERNATIONAL JOURNAL OF
AND ENGINEERING TRENDS, February 2018
