BAB II DASAR TEORI
2. 1 Suara
Suara adalah sinyal atau gelombang yang merambat dengan frekuensi dan
amplitude tertentu melalui media perantara yang dihantarkannya seperti media air,
udara maupun benda padat. Manusia dapat berkomunikasi dengan manusia lainnya
dengan suara. Pembangkitan ucapan manusia dimulai dengan awal konsep dari gagasan
yang ingin disampaikan pada pendengar. Pengucap mengubah gagasan tadi dalam
struktur linguistik dengan memilih kata atau frasa yang secara tepat dapat mewakili dan
membawakannya dengan tata bahasa yang dimengerti antara pengucap dan pendengar.
Ucapan yang diucapkan memiliki tujuan tertentu dengan asumsi bahwa ucapan tersebut
diucapkan secara benar, dapat diterima, dan dipahami oleh pendengar yang dituju.
Pembangkitan ucapan pada hakekatnya berhubungan dengan kemampuan mendengar.
Sinyal ucapan dibangkitkan oleh organ vokal dan ditransmisikan melalui udara menuju
telinga pendengar[1].
Gelombang
Bunyi
Produksi Suara pemahaman suara
Gambar 2.1 Lingkaran komunikasi suara
Gambar 2.1 memperlihatkan proses antara pengucap dengan pendengar serta
mekanisme dalam produksi suara dan pemahaman suara oleh manusia.
Secara umum terdapat 2 faktor yang berpengaruh membentuk ciri suara manusia
yaitu pitch dan timbre (warna suara). Pitch berpengaruh terhadap terhadap frekuensi
dasar yang dimiliki oleh setiap benda yang bergetar dan mengeluarkan bunyi. Timbre
merupakan muatan harmonik dari suara yang mempengaruhi karakteristik suara yang
membuat kita bisa membedakan antara suara satu dengan suara yang lainnya.
2. 2 Pitch
Berbagai macam suara yang dapat didengar manusia merambat melalui udara
dan dipantulkan ke segala arah. Salah satu parameter yang dapat digunakan untuk
membedakan berbagai jenis suara adalah pitch atau frekuensi dasar dari suara tersebut.
Perbedaan tinggi rendah suara berhubungan dengan jarak antar pitch pada gelombang
(pitch period). Panjang jarak tersebut berpengaruh pada frekuensi. Semakin pendek
jarak semakin tinggi frekuensi sebaliknya semakin lebar jarak semakin rendah
frekuensi. Pada lingkup musik tinggi rendah suara diwakili dengan notasi. Setiap notasi
memiliki standar frekuensi dan disimbolkan dengan huruf atau angka. Frekuensi sendiri
merupakan banyak getaran per detik yang bisa dinyatakan bisa dinyatakan dalam satuan
Hz. Gambar 2.2 memperlihatkan hubungan antara pitch dan pitch period[2].
Gambar 2.2 Pitch dan Pitch Period
2. 3 Timbre
Faktor lain yang menjadi ciri suara adalah timbre. Timbre dapat disebut sebagai
membuat kita bisa membedakan antara suara yang satu dengan suara yang lainnya,
walaupun pitch dan level kekerasan (loudness, dipengaruhi oleh amplitudo) suaranya
sama. sebagai ilustrasi suara yang dihasilkan oleh gitar yang memainkan nada “A”
berbeda dengan suara yang dihasilkan piano walaupun dimainkan dengan nada yang
sama. Perbedaan karakter suara antara gitar dengan piano disebabkan perbedaan timbre.
Getaran gelombang suara cukup kompleks, dan biasanya bergetar dalam beberapa
frekuensi secara simultan. Inilah sebenarnya yang menyebabkan karakter suara
masing-masing benda berbeda dikarenakan “muatan harmonik” timbre yang berbeda pula.
Gambar 2.3 merupakan ilustrasi dari sebuah sinyal suara yang memiliki fundamental
frekuensi sama dengan muatan harmonik berbeda[2].
Gambar 2.3 Muatan harmonik pada domain frekuensi
2. 4 Pengolahan Sinyal Suara
Definisi dari sinyal suara yaitu suatu sinyal yang mewakili dari suara. Sinyal
suara dibentuk dari kombinasi berbagai frekuensi pada berbagai amplitudo dan fasa.
Pengolahan suara adalah suatu perkembangan teknik dan sistem yang memungkinkan
komputer suatu perangkat untuk mengenali dan memahami kata-kata yang diucapkan
dengan cara digitalisasi kata dan mencocokkan sinyal digital tersebut dengan suatu pola
menjadi siyal digital dengan cara mengubah gelombang suara menjadi sekumpulan
angka yang kemudian disesuaikan dengan kode-kode tertentu untuk mengidentifikasi
kata-kata tersebut tersebut, hasil dari identifikasi kata yang diucapkan dapat ditampilkan
dalam bentuk tulisan atau dapat dibaca oleh perangkat teknologi sebagai sebuah
komando untuk melakukan suatu pekerjaan[3].
2. 5 Aliasing
Semua sinyal yang dapat diproses oleh komputer hanyalah signal discrete atau
sering dikenal sebagai istilah digital signal. Agar sinyal asli dapat diproses oleh
komputer, maka harus diubah terlebih proses, diantaranya adalah proses sampling data.
Proses sampling adalah suatu proses untuk mengambil data signal continue untuk setiap
periode tertentu. Dalam melakukan proses sampling data, berlaku aturan Nyquist, yaitu
bahwa frekuensi sampling (sampling rate) minimal harus 2 kali lebih tinggi dari
frekuensi maksimum yang akan di-sampling. Jika signal sampling kurang dari 2 kali
frekuensi maksimum sinyal yang akan di-sampling, maka akan timbul efek aliasing.
Aliasing adalah suatu efek dimana sinyal yang dihasilkan memiliki frekuensi yang
berbeda dengan sinyal aslinya. yang diperlihatkan Gambar 2.4[3].
2. 6 Filter
Filter merupakan suatu sistem yang mempunyai fungsi transfer tertentu untuk
meloloskan sinyal masukan pada frekuensi - frekuensi tertentu dan menyaring /
memblokir / melemahkan sinyal masukan pada frekuensi-frekuensi yang lain. Berikut
adalah filter menurut frekuensi yang disaring.
2.6.1 High Pass Filter
High pass filter adalah suatu rangkaian yang akan melewatkan suatu isyarat
yang berada diatas frekuensi cut-off (Fc) sampai frekuensi cut-off (Fc) rangkaian
tersebut dan akan menahan isyarat yang berfrekuensi dibawah frekuensi cut-off (Fc)
rangkaian tersebut. Adapun rangkaian high pass filter dapat dilihat pada Gambar 2.5[4].
Gambar 2.5 High pass filter
Prinsip kerja dari high pass filter adalah dengan memanfaatkan karakteristik dasar
komponen C dan R, dimana kapasitor akan mudah melewatkan sinyal AC yang sesuai
dengan nilai reaktansi kapasitifnya dan komponen resistor yang lebih mudah
melewatkan sinyal dengan frekuensi rendah. Prinsip kerja utamanya sendiri adalah
dengan cara saat sinyal input dengan frekuensi diatas nilai frekuensi cut-off (Fc) maka
sinyal tersebut akan dilewatkan ke output rangkaian melalui komponen kapasitor.
pass filter memiliki frekuensi dibawah frekuensi cut-off (Fc) maka sinyal input tersebut
akan dilemahkan melalui komponen resistor.
... (2.1)
Frekuensi resonansi dari filter high pass mengikuti nilai time constant (T) dari gambar
rangkaian filter high pass tersebut.
2.6.2 Low Pass Filter
Low pass filter adalah sebuah rangkaian filter dimana yang akan dilewatkan
adalah sinyal yang memiliki frekuensi dibawah nilai cut-off, dan ketika terdapat sinyal
yang berada diatas nilai cut-off maka sinyal tersebut akan dilemahkan[4].
.
Gambar 2.6 Low pass filter
Dari Gambar 2.6 memperlihatkan bahwa rangkaian low pass filter memiliki kebalikan
dari rangkaian high pass filter, dimana yang disusun paralel adalah kapasitor sedangkan
pada high pass filter yang dirangkai paralel adalah resistornya. Dan memiliki prinsip
kerja yang berkebalikan juga, jika pada high pass filter, yang diloloskan adalah sinyal
dengan frekuensi diatas batas cut-off (Fc) namun pada low pass filter yang diloloskan
adalah sinyal dengan frekuensi dibawah batas cut-off (Fc). Frekuensi cut-off (fc) dari
=
... (2.2)
Rangkaian filter pasif low pass filter RC diatas terlihat seperti pembagi tegangan
menggunakan R. Dimana pada filter low pass filter RC ini tegangan output diambil
pada titik pertemuan RC.
2.6.3 Band Pass Filter
Band pass filter adalah sebuah rangkaian yang dirancang hanya untuk
melewatkan isyarat dalam suatu pita frekuensi tertentu dan untuk menahan isyarat diluar
jalur pita frekuensi tersebut. Jenis filter ini memiliki tegangan keluaran maksimum pada
satu frekuensi tertentu yang disebut dengan frekuensi resonansi (Fr). Jika frekuensinya
berubah dari frekuensi resonansi maka tegangan keluarannya turun, ada satu frekuensi
diawas frekuensi resonansi (Fr) dan satu dibawah (Fr) dimana gain (penguatannya) tetap
0,707 Ar. Frekuensi cut-off atas diberi tanda (Fh) dan frekuensi cut-off bawah diberi
tanda (Fl). Pita frekuensi antara Fh dan Fl adalah bandwidht (B). Adapun rangkaian
band pass filter ditunjukkan pada Gambar 2.7[4].
Rangkaian band pass filter adalah kombinasi antara low pass filter dengan high pass
filter dimana rangkaian low pass filter dirangkai terlebih dahulu baru rangkaian itu
disusun paralel dengan rangkaian high pass filter. Seperti yang terlihat pada gambar
diatas. Untuk nilai frekuensi cut-off atas ditentukan oleh filter high pass
=
... (2.3)
dan frekuensi cut-off bawah ditentukan oleh filter low pass
=
... (2.4)2.6.4 Band Stop Filter
Band stop filter merupakan sebuah jenis filter yang memiliki karakteristik
menahan sinyal dengan frekuensi sesuai frekuensi cut-off rangkaian dan akan
melewatkan sinyal yang memiliki frekuensi diluar frekuensi cut-off rangkaian tersebut
baik dibawah atau diatas frekuensi cut-off rangkaian filter. Band stop filter merupakan
kebalikan dari band pass filter. Jadi yang dilewatkan adalah sinyal yang tidak berada
pada rentang cut-off atas dan cut-off bawah. Adapun rangkaian band stop filter
ditunjukkan pada Gambar 2.8[4].
Pada band stop filter memiliki rangkaian yang sedikit berbeda dari rangkaian band pass
filter namun masih menggunakan kombinasi dari high pass filter dan low pass filter.
Dapat dilihat besar frekuensi cut-off dari filter band stop.
=
... (2.5)
2. 7 Analog Digital Converter (ADC)
Analog Digital Converter adalah suatu teknik untuk merubah masukan sinyal
analog menjadi keluaran sinyal digital, proses ini diperlukan untuk mempermudah
dalam hal pengolahan data. Dalam hal ini, untuk merubah sinyal analog menjadi sinyal
digital diperlukan 3 proses, diantaranya adalah proses sampling data, proses kuantisasi,
dan proses pengkodean.
Proses sampling adalah suatu proses untuk mengambil data signal continue
untuk proses tertentu. Dalam proses untuk pengambilan data, berlaku aturan Nyquist,
yaitu bahwa frekuensi sampling (sampling rate) minimal harus dua kali lebih tinggi dari
frekuensi maksimum yang akan di sampling, maka akan timbul efek aliasing. Aliasing
adalah suatu efek dimana sinyal yang dihasilkan memiliki frekuensi yang berbeda
dengan sinyal aslinya.
Proses kuantisasi adalah proses untuk membulatkan nilai data ke dalam bilangan
tertentu yang telah ditentukan terlebih dahulu. Semakin banyak level yang dipakai maka
semakin akurat pula data sinyal yang disimpan tetapi akan menghasilkan ukuran data
besar dan proses yang lama. Proses pengkodean adalah proses pemberian kode untuk
tiap-tiap data sinyal yang terkuantisasi berdasarkan level yang ditempati. Gambar 2.9
setiap sample sinyal untuk diproses ke dalam sampling, kuantisasi dan kemudian
decoding untuk proses pembentukan sinya digital[5].
