ALAT MUSIK SYNTHESIZER BERBASIS OP AMP DAN MICROCONTROLLER ATMEGA16

TUGAS AKHIR

ALAT MUSIK SYNTHESIZER BERBASIS OP AMP

DAN MICROCONTROLLER ATMEGA16

Diajukan untuk memenuhi salah syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh:

EVAN DANARKO

NIM: 165114031

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

FINAL PROJECT

SYNTHESIZER MUSICAL INSTRUMENT BASED

ON OP AMP AND ATMEGA16

MICROCONTROLLER

In a partial fulfilment of requirements

For the degree of Sarjana Teknik

Department of Electrical Engineering

Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

EVAN DANARKO

NIM: 165114031

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

2020

iii

LEMBAR PERSETUJUAN

TUGAS AKHIR

ALAT MUSIK SYNTHESIZER BERBASIS OP AMP DAN

MICROCONTROLLER ATMEGA16

(SYNTHESIZER MUSICAL INSTRUMENT BASED ON OP

AMP AND ATMEGA16 MICROCONTROLLER)

Disusun oleh:

Evan Danarko

NIM: 165114031

Telah disetujui oleh:

Pembimbing I

iv

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

ALAT MUSIK SYNTHESIZER BERBASIS OP AMP DAN

MICROCONTROLLER ATMEGA16

(SYNTHESIZER MUSICAL INSTRUMENT BASED ON OP

AMP AND ATMEGA16 MICROCONTROLLER)

Disusun oleh:

EVAN DANARKO

NIM: 165114031

Telah dipertahankan di depan tim penguji Pada tanggal 13 Oktober 2020 Dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Tim Penguji:

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Djoko Untoro Suwarno S.Si., M.T. ___________

Sekretaris : Martanto M.T. ___________

Anggota : Ir. Tjendro M.Kom. ___________

Yogyakarta, 13 Oktober 2020

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan,

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, keciali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 27 September 2020

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : EVAN DANARKO

Nomor Mahasiswa : 165114031

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

ALAT MUSIK SYNTHESIZER BERBASIS OP AMP DAN

MICROCONTROLLER ATMEGA16

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimmpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini ysang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 27 September 2020

vii

INTISARI

Industri musik dewasa ini tidak bisa lepas dari penggunakan alat musik synthesizer. Teknologi alat musik synthesizer saat ini berkembang sangat pesat, dengan teknologi-teknologi baru yang inovatif. Namun musik jaman sekarang memerlukan alat musik

synthesizer dengan teknologi analog yang popular pada tahun 1970 sampai dengan 1980.

Hal ini disebabkan oleh karakter bunyi yang keluarkan synthesizer analog lebih hangat. Pembuatan alat musik synthesizer ini dilakukan dengan studi literatur dan dokumenter yaitu dengan membaca datasheet dan sumber-sumber dari internet yang terpercaya. Setelah itu perangcangan alat dengan menggunakan software simulasi rangkaian elektronik dan menerapkannya ke PCB. Setelah itu pengambilan data dilakukan dengan mengukur frekuensi keluaran, amplitudo gelombang keluaran, bentuk gelombang (waveform) keluaran, dan kestabilan alat dengan menggunakan alat ukur berupa spectrum analyzer, oscilloscope, multimeter, dan USB audio interface. Setelah itu analisis data dilakukan dengan mengukur kestabilan alat, menghitung persentase error frekuensi keluaran terhadap standar frekuensi nada, dan menganalisis keberhasilan alat dengan memantau konsistensi alat dengan mengukur tegangan keluaran tiap oscillator.

Hasil pengukuran dan pengamatan alat menunjukan bahwa alat yang dibuat memiliki

error frekuensi keluaran tertinggi yang sangat kecil yaitu dibawah 2% dengan rata-rata

0,314%, error tegangan keluaran alat ini tidak serendah error frekuensi keluarannya, dan respon modul-modul alat ini sangat baik sehingga dapat dinyatakan berhasil. Alat ini bisa lebih baik lagi dengan menggunakan komponen-komponen dengan toleransi yang lebih rendah dan komponen-komponen khusus untuk alat musik sehingga dapat menghemat tempat.

viii

ABSTRACT

Music industries nowdays cannot be separated from using synthesizer musical instrument. Technology on synthesizer is growing rapidly nowdays, with some new innovative technology. However, today’s music requires synthesizers with old analogue technology from 70s up to 80s period. This is due to the warm sound character that made from analogue synthesizer.

The making of this synthesizer is done by literature and documentary studies, which is by reading the component’s datasheets and reliable internet sources. After that, designing process were done by applying schematics to electronic simulator and then applying the schematics to the PCB. Data gathering were done by measuring the frequency, amplitude, waveform, and stability of the synthesizer’s output signal using spectrum analyzer, oscilloscope, multimeter, and USB interface. After that, data analysis was carried out by measuring the stability of the musical instrument, calculating the error percentage of the output frequency against the standart musical note frequencies, and analyzing the successness of the synthesizer by monitoring the consistency of the instrument by measuring the output voltage of each oscillator.

The result of the measurements and observations of synthesizer that was bulid shows that the highest output frequency error is very small, which is under 2% with an average of 0,314%, the output voltage error is not as low as the output frequency error, and synthesizer modules are responding very well so this synthesizer can be declared successful. This synthesizer could be better by using lower tolerance components and special components that intended for musical instruments to save space.

ix

DAFTAR ISI

Halaman Sampul (Bahasa Indonesia) ....………. i

Halaman Sampul (Bahasa Inggris) ………. ii

Halaman Persetujuan ……….. iii

Halaman Pengesahan ……….. iv

Pernyataan Keaslian Karya ………. v

BAB I ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan dan Manfaat ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2 1.4. Metodologi Penelitian ... 3

BAB II ... 5

2.1. Synthesizer ... 5 2.2. DAC MCP4725 ... 7 2.3. Bilateral Switch CD4066 ... 9 2.4. Pembagi Tegangan ... 10

2.5. Pengisian dan Pelucutan Kapasitor ... 10

2.6. RC Filter ... 11

2.7. Regulator Tegangan Dioda Zener ... 12

2.8. IC Timer 555 ... 12

2.9. Operational Amplifier ... 13

2.10. Non-Inverting Operational Amplifier ... 15

2.11. Inverting Operational Amplifier ... 15

2.12. Operational Amplifier Buffer ... 16

2.13. Summing Amplifier ... 16

2.14. Oscillator Gelombang Kotak dan Segitiga ... 17

2.15. Trasnskonduktansi ... 18

2.16. Operational Transconductance Amplifier ... 18

2.17. CV Controller ... 20

2.18. Voltage Controlled Oscillator ... 21

x

2.20. Voltage Controlled Amplifier ... 25

2.21. Envelope Generator ... 27

BAB III ... 30

3.1. Synthesizer 4 Voice ... 30

3.2. Low Frequency Oscillator (LFO) ... 31

3.3. Derau ... 33

3.4. Pembangkit Derau ... 34

3.5. CV Controller ... 36

3.6. Pemodulasi VCO ... 37

3.7. Transpose nada VCO ... 42

3.8. Voltage Controlled Oscillator ... 46

3.8. Channel 3 Mixer ... 52

3.9. VCF Controller ... 54

3.10. Voltage Controlled Filter ... 56

3.11. VCA Controller ... 60

3.12. Voltage Controlled Amplifier ... 61

3.13. Envelope Generator Global... 64

3.14. Envelope Generator VCA ... 67

3.15. Output Mixer ... 70

BAB IV ... 72

4.1. Revisi Alat ... 72

4.1.1. Revisi VCO ... 72

4.1.2 Penambahan Gain VCO ... 73

4.1.3. Pengurangan Gain Noise Generator ... 74

4.1.4. Penggantian Kapasitor Filter ... 74

4.1.5. Modul Linear to Exponential Converter ... 74

4.2. Bentuk Fisik Alat Musik Synthesizer Berbasis Op Amp dan Microcontroller Atmega16 dan Cara Penggunaan Alat ... 76

4.2.1. Bentuk Fisik Alat ... 76

4.2.2. Cara Penggunaan Alat ... 77

4.3. Pengujian Keberhasilan ... 80

4.3.1. Pengujian Frekuensi Nada ... 81

4.3.2. Pengamatan Bentuk Gelombang ... 82

4.3.3. Pengamatan Respon Filter ... 86

xi

4.3.5. Pengujian Keberhasilan Polyphony ... 94

4.3.6. Analisis Hasil Pengujian ... 94

4.4. Pembahasan Software ... 97

4.4.1. Inisialisasi Port ... 97

4.4.2. Program Deklarasi Global Variable ... 98

4.4.3. Program Utama ... 100

4.4.4. Fungsi Key_pressed ... 102

4.4.5. Fungsi Push_to_array() ... 102

4.4.6. Fungsi Push_to_trash() ... 104

4.4.7. Fungsi Pengiriman ke DAC ... 104

4.4.8. Fungsi Pengaturan Port Gate ... 105

4.4.9. Fungsi Delete_trash_arr() ... 106

BAB V ... 108

5.1. Kesimpulan ... 108

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Blok diagram synthesizer analog ……….. 3

Gambar 2.1 Bentuk Gelombang ………... 6

Gambar 2.2 Blok Diagram DAC MCP4725 ………. 7

Gambar 2.3 Blok Diagram mode operasi DAC MCP4725 ……….. 7

Gambar 2.4 Write Command DAC MCP4725 ………. 8

Gambar 2.5 Blok Diagram Bilateral Switch CD4066 ……….. 9

Gambar 2.6 Rangkaian pembagi tegangan ………... 10

Gambar 2.7 Rangkaian pengisian dan pelucutan kapasitor ……….. 10

Gambar 2.8 Skema RC Low Pass Filter ………... 11

Gambar 2.9 Skema RC High Pass Filter ……….. 11

Gambar 2.10 Rangkaian Regulator Tegangan Dioda Zener ………. 12

Gambar 2.11 IC Timer 555 ……….. 13

Gambar 2.12 Rangkaian Dasar Op Amp ……….. 14

Gambar 2.13 Rangkaian Non-Inverting Op-Amp ……… 14

Gambar 2.14 Rangkaian Inverting Op-Amp ………. 15

Gambar 2.15 Rangkaian Penyangga Op-Amp ……….. 15

Gambar 2.16 Rangkaian Penjumlah Op-Amp ……….. 16

Gambar 2.17 Skema Oscillator Gelombang Kotak dan Segitiga ………. 16

Gambar 2.18 Transkonduktansi ……… 17

Gambar 2.19 Simbol Operational Transconductance Amplifier ……….. 18

Gambar 2.20 Blok Diagram Operational Transconductance Amplifier ……... 19

Gambar 2.21 Blok Diagram IC CEM3340 ………... 21

Gambar 2.22 Skema VC Low Pass Filter ………. 23

Gambar 2.23 Skema VC High Pass Filter ………...……… 24

Gambar 2.24 Skema VCA ……… 25

Gambar 2.25 Kurva Tegangan Envelope Generator ………...………. 26

Gambar 2.26 Skema envelope generator ……….. 27

Gambar 3.1 Blok diagram synthesizer 4 voice ………. 29

xiii

Gambar 3.3 Switch gelombang LFO ……….………… 30

Gambar 3.4 Rangkaian keluaran LFO ……….. 32

Gambar 3.5 Rangkaian pembangkit derau ……… 33

Gambar 3.6 Skema catu daya pembangkit derau ……….. 33

Gambar 3.7 Blok diagram CV Controller ………...………. 35

Gambar 3.8 Flowchart CV Controller ………...………….. 35

Gambar 3.9 Rangkaian penyangga DAC ……….. 36

Gambar 3.10 Rangkaian tuning halus VCO ………. 37

Gambar 3.11 Rangkaian pitch bend dan global tune ……… 38

Gambar 3.12 Pemodulasi VCO dari LFO ………. 39

Gambar 3.13 Pengontrol lebar pulsa VCO ………... 39

Gambar 3.14 Pemodulasi VCO dari envelope generator ………. 40

Gambar 3.15 Skema pembangkit tegangan 1 volt ……… 41

Gambar 3.16 Skema pembangkit tegangan 2 volt ……… 42

Gambar 3.17 Rangkaian penyangga dan penjumlah transpose ……… 44

Gambar 3.18 Skema VCO A ……… 46

Gambar 3.19 Skema VCO B ………. 46

Gambar 3.20 Skema Switch Singkronisasi ………... 47

Gambar 3.21 Rangkaian tahap keluaran VCO ……….. 47

Gambar 3.22 Skema mixer 3 channel ………... 52

Gambar 3.23 Rangkaian VCF Controller ………. 53

Gambar 3.24 Pembagi tegangan cutoff VCF ……… 54

Gambar 3.25 Pembagi tegangan LFO dan EG VCF ………. 54

Gambar 3.26 Skema VC LPF ………... 55

Gambar 3.27 Skema VC HPF ………... 55

Gambar 3.28 HPF Output VCF ……… 58

Gambar 3.29 Rangkaian tahap keluaran VCF ……….. 58

Gambar 3.30 Rangkaian VCA Controller ………...…………. 61

Gambar 3.31 Skema VCA ……… 62

Gambar 3.32 Skema envelope generator ……….. 63

Gambar 3.33 Skema rangkaian pengolah sinyal Envelope Generator Global 65 Gambar 3.34 Skema envelope generator ……….. 66

xiv

Gambar 3.36 Rangkaian output mixer ……….. 69

Gambar 4.1 Revisi Coupling Resistor ……….. 71

Gambar 4.2 Rangkaian Linear to Exponential Converter ……… 74

Gambar 4.3 Bentuk fisik bagian depan ………. 75

Gambar 4.4 Bentuk fisik bagian belakang dan modul-modul synthesizer …... 76

Gambar 4.5 Blok modul VCO A dan B ……… 77

Gambar 4.6 Blok modul mixer 3 channel ... 77

Gambar 4.7 Blok modul VCA dan EG VCA ……… 78

Gambar 4.8 Blok modul VCF ………... 78

Gambar 4.9 Blok modul Global Envelope Generator ………...……... 79

Gambar 4.10 Blok modul LFO ………. 79

Gambar 4.11 Keluaran VCO yang tidak sinkron ……….. 85

Gambar 4.12 Keluaran VCO yang sinkron ………... 85

Gambar 4.13 VCO B transpose E4 ………...………... 86

Gambar 4.14 VCO B transpose E4 sinkron dengan VCO A ……… 86

Gambar 4.15 VC LPF Cutoff 0% ………. 87 Gambar 4.16 VC LPF Cutoff 25% ………... 87 Gambar 4.17 VC LPF Cutoff 50% ………... 87 Gambar 4.18 VC LPF Cutoff 75% ………... 88 Gambar 4.19 VC LPF Cutoff 100% ………. 88 Gambar 4.20 VC HPF Cutoff 0% ………. 89 Gambar 4.21 VC HPF Cutoff 25% ………... 89 Gambar 4.22 VC HPF Cutoff 50% ………... 89 Gambar 4.23 VC HPF Cutoff 75% ………... 90 Gambar 4.24 VC HPF Cutoff 100% ………. 90

Gambar 4.25 Respon frekuensi noise generator ………. 91

Gambar 4.26 Noise generator dengan VC LPF 0% dan reso 100% …………. 91

Gambar 4.27 Noise generator dengan VC LPF 25% dan reso 100% ………... 91

Gambar 4.28 Noise generator dengan VC LPF 50% dan reso 100% ………... 92

Gambar 4.29 Noise generator dengan VC LPF 75% dan reso 100% ………... 92

Gambar 4.30 Noise generator dengan VC LPF10 0% dan reso 100% ………. 92

Gambar 4.31 Grafik spektrum pengujian polyphony……… 94

xv

Gambar 4.33 Program inisialisasi port ……… 98

Gambar 4.34 Deklarasi variabel umum ……… 99

Gambar 4.35 Program Utama ………... 101

Gambar 4.36 Program fungsi key_pressed() ……… 102

Gambar 4.37 Program fungsi push_to_array() ………. 103

Gambar 4.38 Program fungsi push_to_trash() ………. 104

Gambar 4.39 Program fungsi pengiriman DAC ………... 105

Gambar 4.40 Program fungsi pengaturan port gate ………. 106

xvi

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 3.1 Tabel nilai komponen, perhitungan gain, tegangan input dan output 49 Tabel 3.2 Tabel frekuensi nada dan tegangan CV …….………...….... 50 Tabel 3.3 Tabel komponen VCF …….……….. 57 Tabel 4.1 Hasil pengujian frekuensi nada …….……… 81 Tabel 4.2 Pengamatan gelombang dan spektrum pada VCO A dengan nada

A1………... 83

Tabel 4.3 Pengamatan gelombang dan spektrum pada VCO A dengan nada A4………...

83

Tabel 4.4 Pengamatan gelombang dan spektrum pada VCO B dengan nada A1………...

84

Tabel 4.5 Pengamatan gelombang dan spektrum pada VCO B dengan nada A4………...

84

Tabel 4.6 Data Pengukuran VPP dan VRMS VCO ……….. 93 Tabel 4.7 Error tegangan RMS keluaran tiap VCO ……….. 96 Tabel 4.8 Frekuensi nada pengujian polyphony ………….……….. 97

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam bidang musik, ada bermacam-macam metode dalam membangkitkan gelombang suara. Pada segmen alat musik elektronik, salah satunya dengan menggunakan alat musik elektronik yaitu synthesizer. Alat musik synthesizer memiliki tombol-tombol nada seperti piano untuk memilih nada. Selain itu terdapat parameter-parameter yang dapat diatur melalui potensiometer dan tombol untuk mengatur suara keluaran dari synthesizer, sehingga karakter suara yang dihasilkan oleh synthesizer dapat diatur oleh penggunanya [1].

Alat musik synthesizer tidak hanya digemari oleh kalangan musisi aliran elektronik, namun juga musisi dengan aliran pop, jazz, dan rock. Alat musik synthesizer dipilih karena fleksibilitasnya sebagai alat musik yang unik dan memungkinkan penggunanya untuk menciptakan suara yang baru dan unik [1]. Ada banyak musisi dengan jenis musik elektronik di Indoneisa yang menggunakan alat musik synthesizer. Berikut adalah contoh musisi asal Indonesia yang menggunakan synthesizer antara lain Goodnight Electric, Atlesa, Dipha Barus, Indra Lesmana, Bottlesmoker, dan Rock n Roll Mafia [2].

Alat musik synthesizer analog digemari oleh banyak kalangan disebabkan oleh karakter suaranya yang lebih hangat dan dapat menciptakan warna suara synthesizer yang populer pada sekitar tahun 1970 hingga 1980. Ada banyak musisi terkini yang menggunakan alat musik synthesizer analog. Karena alat musik synthesizer juga dapat menciptakan suara yang unik dan baru [3]. Ada banyak produsen alat musik ternama yang dapat membuat alat musik synthesizer dengan kualitas yang baik, seperti: Yamaha, Korg, Roland, Moog, Oberheim, ARP, Prophet [4]. Namun di Indonesia belum ada produsen alat musik

synthesizer.

Penelitian ini didorong oleh keinginan peneliti untuk membuat alat musik synthesizer dengan harga yang terjangkau. Selain itu, alat yang akan dibuat merupakan synthesizer dengan jenis semi modular sehingga pengguna alat musik synthesizer yang akan dibuat dapat mengatur jalur sinyal modul-modul pada alat ini dengan bebas. Jenis synthesizer modular dan semi modular memiliki soket kabel penghubung pada masukan dan keluaran setiap modul untuk mengatur jalur sinyal antar modul pada alat musik synthesizer. Alat musik

synthesizer yang akan dibuat menggunakan tombol yang diatur oleh mikrokontroler dan

dalam mengatur jalur sinyal pada alat musik synthesizer sehingga alat ini memungkinkan penggunanya dalam menentukan jalur sinyal sesuai dengan keinginan penggunanya untuk memperoleh suara yang diinginkan oleh pengguna alat musik synthesizer yang akan dibuat.

1.2. Tujuan dan Manfaat

Tujuan akhir dalam tugas akhir ini adalah membuat alat musik synthesizer yang dapat mengeluarkan nada sesuai dengan standar frekuensi nada, sehingga alat musik synthesizer dapat digunakan sebagai alat musik yang layak. Alat musik yang akan dibuat memiliki beragam parameter pengolahan sinyal. Parameter pengolahan sinyal beraneka ragam serta memiliki berbagai pengaturan jalur sinyal, sehingga tidak membatasi kreatifitas pengguna alat musik ini dalam menciptakan suara yang unik dalam bermusik.

Manfaat yang diharapkan dari penulisan tugas akhir ini adalah mengedukasi pembaca penelitian tugas akhir ini dalam hal memahami cara kerja synthesizer. Hasil penelitian ini dapat diterapkan dan dikembangkan pada aspek yang lain. Selain itu, penulis berharap laporan tugas akhir ini maupun alat yang dibuat dapat memajukan industri alat musik

synthesizer di Indonesia.

1.3. Batasan Masalah

Peneliti akan dibatasi pada pembuatan alat musik synthesizer berbasis op amp dan Mikrokontroler Atmega. Alat yang akan dibuat memiliki spesifikasi sebagai berikut: 1. Memiliki Contol Voltage (CV) Keyboard Polyphonic 4 voices dengan jangkauan nada

sebesar 49 nada kromatis, pengaturan oktaf, dan transpose berbasis mikrokontroler Atmega16.

2. Memiliki tombol-tombol pengaturan jalur sinyal berbasis Bilateral Switch CD4066. 3. Memiliki 4 set Voltage Contolled Oscillator (VCO) berbasis IC AS3340 dan IC

Penguat Operasional (Op Amp) dengan keluaran gelombang segitiga, kotak, dan gergaji.

4. Memiliki 8 buah Envelope Generator (EG) analog berbasis IC Timer 555.

5. Memiliki 4 buah modul Voltage Controlled Filter (VCF) berbasis IC LM13700 yang dapat diatur secara manual serta dapat diatur oleh Envelope Generator.

6. Memiliki 4 buah modul Voltage Controlled Amplifier (VCA) berbasis IC LM13700 dengan gain yang diatur oleh Envelope Generator.

8. Memiliki 4 buah mixer 3 channel berbasis Op Amp.

1.4. Metodologi Penelitian

Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai metode-metode yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah:

1. Studi literatur, yaitu dengan mencari dasar teori yang relevan dengan membaca buku dan jurnal yang berkaitan dengan permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini yaitu blok diagram synthesizer analog secara garis besar, cara kerja modul-modul pada

synthesizer analog, dasar-dasar Transistor dan Op Amp, implementasi IC Timer 555,

datasheet bilateral switch CD4066, datasheet IC VCO AS3340/CEM3340, datasheet IC Transconductance Op Amp LM13700, dan datasheet DAC MCP4725.

2. Dokumenter, yaitu dengan mendapatkan sumber informasi berdasarkan data atau arsip yang telah ada sehingga dapat membantu penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. Dalam pembuatan alat ini, sumber informasi yang digunakan antara lain video dan jurnal tentang konsep dasar cara kerja synthesizer dan cara kerja modul yang akan digunakan pada alat musik synthesizer yang akan dibuat dari sumber yang terpercaya di internet, buku manual produk synthesizer yang beredar di internet, serta buku modul pembelajaran yang digunakanselama menjalani kegiatan perkuliahan.

Gambar 1.1. Blok Diagram Synthesizer Analog

3. Perancangan, yaitu dengan membuat blok diagram alat musik synthesizer analog berdasarkan informasi yang didapatkan dari studi literatur. Pada blok diagram gambar 1.1 terdapat modul-modul yang digunakan pada alat yang akan dibuat yaitu Control Voltage (CV) Keyboard yang digunakan untuk mengatur tegangan masukan VCO, Envelope Generator yang digunakan untuk mengontrol frekuensi cutoff VCF dan

tingkat atenuasi VCA, VCO yang digunakan untuk membangkitkan gelombang, Modulator tegangan masukan VCO berupa Oscillator berfrekuensi rendah maupun injeksi tegangan, VC Mixer yaitu Summing Amplifier dengan gain setiap kanal yang dapat diatur melalui tegangan masukan pada Pin Kontrolnya, VCF yaitu filter lolos bawah dengan frekuensi cutoff dan resonansi yang dapat diatur melalui tegangan pada Pin Kontrolnya, dan VCA yaitu penguat sinyal dengan gain yang dapat diatur melalui tegangan pada pin Kontrolnya. Eksperimen dilakukan setelah merancang blok diagram. Eksperimen dilaksanakan dengan melakukan simulasi modul-modul alat musik synthesizer menggunakan software simulator, serta menerapkan hasil simulasi dengan membuat modul-modul yang akan digunakan pada alat musik synthesizer menggunakan komponen elektronika. Setelah itu modul-modul yang digunakan pada alat musik synthesizer dibuat dan dirangkai berdasarkan blok diagram gambar 1.1. 4. Proses pengambilan data, dilakukan dengan mengukur frekuensi keluaran, bentuk

gelombang keluaran dari blok pengolahan sinyal, dan menganalisis kestabilan alat dengan menggunakan perangkat bantu berupa oscilloscope, software spectrum

analyzer, USB audio interface, dan multimeter.

5. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan. Analis data dilakukan dengan menganalisis performance alat yaitu kestabilan frekuensi terhadap waktu. Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan menghitung presentase error frekuensi keluaran alat terhadap standar frekuensi nada dan keberhasilan pada blok pengolahan sinyal.

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Synthesizer

Pada alat musik akustik, suara dihasilkan oleh material yang bergetar. Contohnya senar gitar bergetar ketika dipetik sehingga menghasilkan suara, reed pada mouthpiece saxophone bergetar ketika ditiup, dan membrane drum dipukul sehingga menghasilkan suara. Gelombang suara diterima oleh telinga manusia sebagai tekanan udara dan menggetarkan gendang telinga manusia sehingga diterima otak sebagai suara. Pada alat musik elektronik, suara diciptakan oleh Oscillator dan diubah menjadi gelombang suara menggunakan

loudspeaker. Getaran yang dihasilkan oleh loudspeaker menghasilkan tekanan pada udara

sehingga diterima oleh telinga manusia sebagai suara. Salah satu contoh alat musik elektronik yaitu synthesizer [8].

Synthesizer adalah alat musik keyboard elektronik yang dapat menghasilkan atau

meniru suara. Alat Musik synthesizer mengubah bentuk musik Pop sejak alat tersebut dipakai oleh banyak musisi pada sekitar tahun 1970. Alat musik synthesizer diminati oleh banyak musisi karena dapat meniru suara alat musik yang sudah ada, misalnya: Biola, Piano, Gitar, Gitar Bass, Trompet, dan lain-lain. Selain itu alat musik synthesizer juga dapat membuat suara yang baru, misalnya: Suara dengan suasana di luar angkasa, suara hewan, dan lain-lain.

Dalam synthesizer, ada lima modul inti yang digunakan yaitu Modul Control Voltage (CV), Modul Voltage Controlled Oscillator (VCO), Modul Voltage Controlled Filter (VCF), Modul Voltage Controlled Amplifier (VCA), dan Modul-modul pemodulasi. Contoh modul pemodulasi antara lain Envelope Generator (EG) dan Low Frequency Oscillator (LFO). Lima modul inti tersebut bekerja bersamaan sehingga alat musik synthesizer dapat digunakan dengan baik.

Alat musik synthesizer bekerja dengan menghasilkan gelombang elektronik menggunakan VCO (Voltage Controlled Oscillator). Frekuensi osilasi VCO dapat diatur menggunakan tegangan oleh CV (Control Voltage) dengan frekuensi tertentu. Gelombang elektronik yang dihasilkan VCO diubah menjadi gelombang suara menggunakan

loudspeaker sehingga diterima telinga manusia sebagai nada. Gelombang yang dihasilkan

Gambar 2.1 Bentuk Gelombang Sumber: https://en.wikibooks.org/

Jenis gelombang yang dihasilkan oleh VCO antara lain: Square Wave, Sawtooth Wave, dan Triangle Wave. Gambar bentuk gelombangnya dapat dilihat pada gambar 2.1. Gelombang segitiga (Triangle Wave) memiliki sedikit frekuensi harmonisa sehingga menghasilkan suara yang halus. Gelombang Kotak memiliki frekuensi harmonisa yang lebih banyak sehingga menghasilkan suara yang lebih kasar. Gelombang Gergaji (Sawtooth Wave) memiliki harmonisa yang lebih banyak dari gelombang kotak, sehingga menghasilkan suara yang lebih kasar dari gelombang kotak. Setiap VCO pada alat musik synthesizer ini dapat menghasilkan tiga jenis gelombang diatas.

Alat musik synthesizer ini memiliki 2 VCO setiap kanal nada dan 1 noise generator untuk menghasilkan white noise. Sinyal kedua VCO dan noise generator digabung menggunakan mixer 3 channel, dan masuk ke VCF. Pada mixer terdapat 3 potensiometer yang dapat mengatur seberapa besar suara VCO A, VCO B, dan noise. Frekuensi cutoff filter dapat menggunakan tegangan CV secara manual maupun otomatis menggunakan modul-modul pemodul-modulasi. Setelah keluar dari VCF, sinyal masuk ke VCA. Amplitudo sinyal diatur oleh CV yang dibentuk oleh envelope generator dan LFO. Pengguna tidak dapat mengaturnya secara manual. Setelah itu, sinyal dari masing masing kanal nada digabung menjadi satu menggunakan mixer. Mixer tersebut tidak memiliki pengaturan apapun alias

fixed. Setelah itu, keluaran mixer tersebut keluar ke piranti-piranti luar seperti soundcard

2.2. DAC MCP4725

Gambar 2.2 Blok Diagram DAC MCP4725 [13]

DAC (Digital to Analog Converter) adalah komponen elektronik yang digunakan untuk mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog. DAC MCP4725 adalah DAC dengan keunggulan memiliki konsumsi daya rendah, akurat dengan resolusi 12bit, memiliki penguat yang presisi, menggunakan protocol komunikasi I2C, dan memiliki 2 pilihan address. DAC MCP4725 berkomunikasi dengan protocol I2C sehingga memungkinkan membuat alat menggunakan satu microcontroller untuk mengontrol DAC dengan jumlah lebih dari satu dengan memanipulasi pin address DAC [13] Blok diagram DAC MCP4725 dapat dilihat pada gambar 2.2.

DAC MCP4725 memiliki dua mode operasi yaitu: Normal mode dan power-down

mode. Mode tersebut dipilih dengan memprogram bit power-down (PD1 dan PD0) di register

konfigurasi. Pada saat mode operasi yang dipilih adalah normal mode, DAC bekerja seperti biasa. Pada saat mode operasi yang dipilih adalah power-down mode, DAC memasuki kondisi hemat daya dimana DAC mematikan sebagian besar komponen internalnya sehingga tidak ada tegangan pada pin keluarannya. Antar muka I2C tetap aktif pada kondisi

power-down mode untuk menerima data I2C. Sesuai gambar 2.3, power-power-down terbagi menjadi 3

opsi. Pengaturan bit power-down (PD1 dan PD0) [13] dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1. Fungsi bit power-down

PD1 PD0 Fungsi

0 0 Normal Mode

0 1 1kΩ resistor menuju ground 1 0 100kΩ resistor menuju ground 1 1 500kΩ resistor menuju ground

Gambar 2.4 merupakan 4 byte write command, yaitu perintah dari microcontroller ke DAC untuk melakukan tugasnya melalui komunikasi I2C. Byte pertama merupakan byte

device addressing yang berisi device code (1100), address bit (A2, A1, A0), dan perintah write atau read. Byte kedua berisi tipe perintah (C2, C1, C0) dan pengaturan bit power-down

sesuai tabel 2.1, dan x yang berarti 0. Byte ketiga dan keempat berisi register data DAC yang akan dikonversi menjadi sinyal analog. 4 bit terakhir di byte keempat berisi x yang artinya 0. Address bit A2 dan A1 tidak bisa diubah dan berisi nilai 0. Address bit A0 bisa diubah sesuai dengan wiring perangkat keras DAC. Tipe perintah terdiri dari dua jenis yaitu menulis di register DAC dan menulis di register DAC sekaligus menulis di EEPROM. Penulisan bit tipe perintah (C2, C1, C0) dapat dilihat pada gambar di atas. Data register DAC berjumlah 12 bit merupakan nilai digital yang akan dikonversi ke sinyal analog. Berikut adalah rumus menentukan tegangan keluaran DAC berdasarkan tegangan referensi DAC dan data register DAC [13]:

𝑉_𝑂𝑈𝑇 = 𝑉𝐷𝐷 . 𝐷𝑎𝑡𝑎 𝑅𝑒𝑔𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟 (𝐷𝑒𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙)

212 (𝑉𝑜𝑙𝑡)

(2.1)

2.3. Bilateral Switch CD4066

Gambar 2.5 Blok Diagram Bilateral Switch CD4066 [16]

Bilateral Switch atau analog switch adalah sebuah komponen elektronik yang secara

fungsi mirip dengan relay, namun tidak memiliki komponen mekanik yang bergerak. Elemen switching komponen ini menggunakan sepasang mosfet NPN dan PNP seperti pada gambar diatas. Catu daya untuk komponen ini dapat menggunakan catu daya simetris maupun tunggal, dengan tegangan maksimum 20V dengan mengukur catu daya positif (VDD) terhadap catu daya negatif (VSS) [16].

Bilateral switch dapat menjadi switch dengan masukan arus AC maupun DC.

Komponen ini dapat mengontrol sinyal dengan tegangan 15VPP. Tegangan kontrol VC = VDD untuk membuat saklar hubung singkat, dan VC = VSS untuk membuat saklar hubung buka.

Pada kondisi VC = VDD dengan tegangan VDD 5V, resistansi pin input dan output adalah 15Ω. Pada kondisi VC = VDD dengan tegangan VDD 10V, resistansi pin input dan output adalah 10Ω. Pada kondisi VC = VDD dengan tegangan VDD 15V, resistansi pin input dan output adalah 5Ω [16].

2.4. Pembagi Tegangan

Gambar 2.6 Rangkaian Pembagi Tegangan [14]

Rangkaian pembagi tegangan adalah rangkaian yang digunakan untuk mengurangi tegangan masukan. Rangkaian pembagi tegangan dapat menggunakan resistor dan potensiometer. Tegangan keluaran rangkaian pembagi tegangan seperti gambar 2.6 dapat dirumuskan sebagai berikut:

Vout = 𝑉𝑖𝑛 . 𝑅2

𝑅1+𝑅2 (2.2)

2.5. Pengisian dan Pelucutan Kapasitor

Gambar 2.7 Rangkaian Pengisian dan Pelucutan Kapasitor

Pada saat tegangan DC dihubungkan dengan kapasitor dengan arus tertentu, maka muatan kapasitor akan terisi [19], dan jika kedua kaki kapasitor bermuatan dihubungkan dengan ground maka kapasitor tersebut akan terjadi pelucutan muatan [19]. Pengisian kapasitor pada gambar 2.7 di atas akan terjadi ketika switch S1 hubungkan ke VCC, dan pelucutan akan terjadi jika switch S1 dihubungkan dengan ground. Muatan plat kapasitor

dirumuskan sebagai Q = CV. Pengisian dan pelucutan kapasitor tidak bisa instan, melainkan membutuhkan waktu hingga kapasitor terisi. Waktu pengisian dan pelucutan kapasitor dengan resistansi dan kapasitas kapasitor tertentu disebut dengan konstanta waktu (τ).

Konstanta waktu merupakan hasil perkalian nilai resistor dalam ohm (Ω) dan nilai kapasitor dalam farad (F), jadi τ = RC. Tegangan yang berkaitan dengan pengisian muatan kapasitor dirumuskan sebagai VC = Q/C, dimana VC adalah tegangan pada kapasitor. Rumus perhitungan waktu pengisian kapasitor pada rangkaian RC sebagai berikut [19]:

𝑉_𝐶 = 𝑉_𝑆 (1 − 𝑒(−𝑡/τ)) (2.3) VC : Tegangan kapasitor (Volt)

VS : Tegangan catu daya (Volt) t : Waktu pengisian (Second) τ : Konstanta waktu (Second)

Rumus pelucutan muatan kapasitor pada rangkaian RC dapat dirumuskan sebagai berikut [19]:

𝑉_𝐶 = 𝑉_𝑆 𝑥 𝑒(−𝑡/τ) (2.4)

2.6. RC Filter

Gambar 2.8 Skema RC Low Pass Filter [14]

Gambar 2.9 Skema RC High Pass Filter [14]

RC filter adalah jenis filter yang paling sederhana yaitu terdiri atas komponen-komponen pasif yaitu resistor dan kapasitor, sehingga RC filter disebut filter pasif. Filter pada gambar diatas merupakan konfigurasi rangkaian RC filter pasif orde 1, sehingga

atenuasi tegangan keluarannya -3dB/oktaf atau -20dB/dekade. Rangkaian low pass filter seperti pada gambar 2.8 digunakan untuk mengatenuasi sinyal di atas frekuensi cutoff dan menghilangkan ripple karena terdapat kapasitor yang tepasang paralel dengan beban. Rangkaian high pass filter seperti pada gambar 2.9 digunakan untuk mengatenuasi sinyal di bawah frekuensi cutoff dan menghilangkan DC offset pada sinyal masukan karena terdapat kapasitor yang perpasang seri dengan beban. Perhitungan frekuensi cutoff filter pada gambar di atas sebagai berikut [11]:

𝜔_𝑐 = 2𝜋𝑓_𝑐 (rad/s) 𝜔_𝑐 = 1 𝑅𝐶 = 2𝜋𝑓𝑐 𝑓𝑐 = 1 2𝜋𝑅𝐶 (Hz) (2.5)

2.7. Regulator Tegangan Dioda Zener

Gambar 2.10 Rangkaian Regulator Tegangan Dioda Zener

Salah satu jenis dioda adalah dioda Zener. Salah satu fungsinya yaitu untuk meregulasi tegangan. Dioda Zener ada beberapa jenis sesuai dengan tegangan breakdownnya dan kemampuan dayanya. Sesuai dengan gambar 2.10, rangkaian dioda Zener memiliki resistor Rs untuk membatasi arus. Rumus untuk menghitung resistansi Rs sebagai berikut [14]:

𝐼𝑀𝐴𝑋 = 𝑃_𝑀𝐴𝑋 𝑉𝑍 𝑅_𝑆 = 𝑉𝑆− 𝑉𝑍 𝐼_𝑍 (2.6)

2.8. IC Timer 555

IC Timer adalah jenis komponen IC yang digunakan dalam berbagai rangkaian elektronika yang memerlukan fungsi pewaktu di dalamnya. Nama “555” pada IC pewaktu

ini digunakan karena di dalam IC ini terdapat internal resistor 5kΩ sebanyak 3 buah seperti pada gambar 2.11 [18].

Gambar 2.11 IC Timer 555 [18]

Konfigurasi Pin IC 555 sebagai berikut [18]: 1. Pin 1: Ground

2. Pin 2: Trigger, jika tegangan di pin 2 kurang dari 1

3 Vcc maka pin output menjadi High. 3. Pin 3: Output, memiliki 2 keadaan yaitu High dan Low.

4. Pin 4: Reset, digunakan untuk membuat pin output menjadi Low bila pin 4 dihubungkan ke ground (Low).

5. Pin 5: Control Voltage, untuk mengatur tegangan di pembagi tegangan internal (2

3 Vcc) sehingga dapat mengatur timing IC 555.

6. Pin 6: Threshold, digunakan untuk mereset rangkaian 13lec-flop internal bila tegangan pada pin ini mencapai 2

3 Vcc.

7. Pin 7: Discharge, terhubung dengan pin Collector dari internal NPN Transistor pada IC 555, sehingga pada saat pin 3 (Output) Low maka pin 7 terhubung ke Ground untuk melucuti kapasitor timing.

8. Pin 8: Supply Vcc, bisa dihubungkan ke tegangan 4.5V sampai 15V.

2.9. Operational Amplifier

Operational Amplifier (Op Amp) adalah penguat sinyal elektronis dengan penguatan

tinggi yang memiliki masukan non-inverting dan inverting dalam sebuah kemasan Integrated Circuit (IC). Pada dasarnya Op Amp merupakan penguat tegangan yang memiliki 2 buah masukan dan 1 buah keluaran. Op Amp biasanya digunakan sebagai rangkaian pembanding,

penguat, filter, operasi aritmatika, dan lain sebagainya. Karakteristik Op Amp ideal sebagai berikut [14]:

o Impedansi input (Zi) = ∞ o Impedansi output (Zo) = 0 o Penguatan tegangan (Av) = ∞ o Bandwidth frekuensi = ∞ o Tidak tergantung oleh suhu

Gambar 2.12 Rangkaian Dasar Op Amp [14]

Pada penguat diferensial, sesuai dengan gambar 2.12 terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (VID = 0), maka keluaran VOD = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) nilainya sama sehingga VOD = 0. Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka VID = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu nilai IC1 berbeda dengan IC2, sehingga nilai VOD meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor [14].

2.10. Non-Inverting Operational Amplifier

Gambar 2.13 Rangkaian Non-Inverting Op-Amp [14]

Rangkaian Non-Inverting Operational Amplifier seperti pada skema gambar 2.13 merupakan rangkaian penguat tegangan yang sinyal outputnya memiliki fasa yang sama dengan sinyal input. Konfigurasi penguat ini merupakan jenis closed loop sehingga memiliki umpan balik. Kontrol umpan balik didapatkan dengan mengambil sebagian kecil tegangan input ke pin inverting melewati rangkaian pembagi tegangan R1 dan R2. Persamaan yang berkaitan dengan rangkaian tersebut [14]:

Av = (1 +𝑅2

𝑅1)

Vo = Vi . (1 +𝑅2

𝑅1)

(2.7)

2.11. Inverting Operational Amplifier

Gambar 2.14 Rangkaian Inverting Op-Amp [14]

Rangkaian seperti pada gambar 2.14 adalah Inverting Operational Amplifier yang merupakan rangkaian penguat tegangan yang sinyal outputnya memiliki beda fasa sebanyak 180° terhadap sinyal input. Konfigurasi penguat ini merupakan jenis closed loop sehingga memiliki umpan balik. Perbedaan fasa sinyal input terhadap sinyal output sebanyak 180° sehingga penguatannya selalu bernilai negatif. Persamaan yang berkaitan dengan rangkaian tersebut [14]:

Av = - (𝑅2

𝑅1)

Vo = -Vi . (𝑅2

𝑅1)

(2.8)

2.12. Operational Amplifier Buffer

Gambar 2.15 Rangkaian Penyangga Op-Amp [14]

Rangkaian Operational Amplifier Buffer seperti pada gambar 2.15 adalah rangkaian penguat tegangan yang memiliki penguatan sebesar 1. Pada rangkaian ini, resistor umpan balik bernilai 0Ω dan resistor input bernilai tak terhingga terhadap ground, sehingga umpan balik dari output penguat kembali ke pin inverting IC amplifier. Sinyal output dari rangkaian tersebut identik dengan sinyal input jika sinyal input masih diantara atau sama dengan tegangan saturasi IC op amp tersebut. Fungsi utama dari rangkaian Operational Amplifier Buffer adalah mengisolasi beban dari sumber [14].

VOUT = VIN (2.9)

2.13. Summing Amplifier

Gambar 2.16 Rangkaian Penjumlah Op-Amp [14]

Summing amplifier seperti pada gambar 2.16 adalah rangkaian yang digunakan untuk

melakukan operasi penjumlahan tegangan masukan. Persamaan yang berkaitan dengan rangkaian tersebut [14]: IF = I1 + I2 + I3 = - [ 𝑉𝐼𝑁1 𝑅𝐼𝑁1+ 𝑉𝐼𝑁2 𝑅𝐼𝑁2+ 𝑉𝐼𝑁3 𝑅𝐼𝑁3]

VOUT = -VIN ( 𝑅𝑓 𝑅𝐼𝑁) Sehingga, VOUT = - 𝑅𝑓 [ 𝑉𝐼𝑁1 𝑅𝐼𝑁1+ 𝑉𝐼𝑁2 𝑅𝐼𝑁2+ 𝑉𝐼𝑁3 𝑅𝐼𝑁3] (2.10)

2.14. Oscillator Gelombang Kotak dan Segitiga

Gambar 2.17 Skema Oscillator Gelombang Kotak dan Segitiga

Oscillator gelombang kotak dan segitiga seperti pada gambar 2.17 merupakan salah

satu aplikasi IC op amp. Rangkaian ini bekerja dengan mengintegralkan gelombang kotak menjadi segitiga. Untuk mempermudah pengubahan frekuensi dan amplitudo, digunakan rangkaian yang dibangun oleh sebuah integrator dan schmitt trigger. Untuk menghitung frekuensi osilasi dari rangkaian oscillator ini adalah sebagai berikut:

T = 4 𝑅𝐵 𝑅 𝐶 𝑅𝐴 F = 𝑅𝐴 4 𝑅𝐵 𝑅 𝐶 F = 𝑅𝐴 4 𝑅𝐵 𝑅 𝐶 (2.11)

Tegangan maksimum keluaran gelombang kotak adalah +VSAT dan tegangan minimum keluaran gelombang kotak adalah –VSAT. Sedangkan tegangan keluaran gelombang segitiga maksimum dan minimum dapat ditentukan dengan rumus berikut:

VMAX = 𝑅𝐵 𝑅𝐴 . (+𝑉𝑆𝐴𝑇) (2.12) VMIN = 𝑅𝐵 𝑅𝐴 . (– 𝑉𝑆𝐴𝑇) (2.13)

2.15. Trasnskonduktansi

Gambar 2.18 Transkonduktansi

Transconductance, Transfer Conductance, atau Mutual Conductance yang simbolnya

dapat dilihat pada gambar 2.18 adalah sebuah karakteristik elektronika yang berkaitan dengan arus yang mengalir pada output rangkaian dan tegangan pada masukan rangkaian. Transkonduktansi dapat dinyatakan sebagai gm dengan rumus:

gm = 𝛥𝐼𝑜𝑢𝑡

𝛥𝑉𝑖𝑛 (2.14)

Untuk sinyal AC, rumusnya sebagai berikut: gm = 𝐼𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛

(2.15)

2.16. Operational Transconductance Amplifier

Gambar 2.19 Simbol Operational Transconductance Amplifier [10]

Operational Transconductance Amplifier (OTA) yang simbolnya dapat dilihat pada

gambar 2.19 adalah sebuah IC penguat di mana tegangan input differentialnya menghasilkan output berupa arus atau bisa disebut Voltage Controlled Current Source (VCCS).

Operational Transconductance Amplifier biasanya memiliki output buffer berupa transistor

NPN darlington. Pada Operational Transconductance Amplifier ideal, arus output linear dengan voltase input dengan rumus [10]:

VIN+ adalah tegangan pada non-inverting input, VIN- adalah tegangan pada inverting

input, dan gm adalah transkonduktansi pada amplifier dengan satuan mho (Ω-1). Tegangan

output amplifier dapat dihitung melalui perkalian arus output dengan resistansi beban dengan

rumus [10]:

VOut = IOut . RLoad (2.17) Penguatan tegangan dapat dihitung dengan rumus [10]:

AV =

𝑉𝑂𝑢𝑡

𝑉𝐼𝑁+− 𝑉𝐼𝑁− = RLoad . gm (2.18)

Transkonduktansi dari Amplifier dapat dikontrol oleh IABC atau Amplfier Bias

Current. Transkonduktansi penguat ini proporsional dengan arus biasnya, sehingga dapat

digunakan sebagai kontrol penguatan amplifier. Transkonduktansi penguat ini terhadap arus IABC dapat dirumuskan sebagai berikut [10]:

gm = IABC . 19.2 (2.19)

Gambar 2.20 Blok Diagram Operational Transconductance Amplifier [10]

Pada blok diagram Operational Transconductance Amplifier LM13700 yang dapat dilihat pada gambar 2.20 terdapat transistor Q4 dan Q5 yang berperan sebagai tahap transkonduktansi. Rasio arus collector transistor Q4 dan Q5 dapat dirumuskan sebagai berikut [10]: VIN = 𝑘𝑇 𝑞 ln 𝐼𝑐5 𝐼𝑐4 (2.20)

VIN merupakan tegangan pada input dan kT/q bernilai 26mV pada suhu 25°C. Semua transistor dan dioda kecuali Q12 dan Q13 memiliki nilai yang sama. Transistor Q1, Q2, dan Dioda D1 merupakan rangkaian Current Mirror yang membuat jumlah IC4 dan IC5 sama dengan nilai IABC dengan rumus [10]:

IABC = IC4 + IC5 (2.21)

IOUT =𝐼𝐶5 – 𝐼𝐶4 (2.22)

Untuk kondisi tegangan input kecil, dapat dirumuskan bahwa: 𝑘𝑇 𝑞 ln 𝐼𝑐5 𝐼𝑐4 = 𝑘𝑇 𝑞 . 𝐼𝑐5− 𝐼𝑐4 𝐼𝑐4 𝐼𝐶4 ≈ 𝐼𝐶5 ≈ 𝐼𝐴𝐵𝐶 2 VIN [ 𝐼𝐴𝐵𝐶𝑞 2𝑘𝑇 ] = 𝐼𝑐5− 𝐼𝑐4 = IOUT (2.23)

Untuk tegangan input differensial yang lebih besar, maka rumus diatas tidak berlaku karena transkonduktansi tidak linear. Untuk melinearkan transkonduktansi amplifier, dioda

internal digunakan. Untuk mempermudah, dioda dibias oleh sumber arus dan sinyal input

dalam bentuk arus dan dinyatakan dengan IS. Hasil penjumlahan IC4 dan IC5 sama dengan IABC dan pengurangan dari IC4 dan IC5 sama dengan IOUT, rumus IC4 dan IC5 dapat dinyatakan oleh rumus berikut [10]:

IC4 = 𝐼𝐴𝐵𝐶 – 𝐼𝑂𝑈𝑇 2 , IC5 = 𝐼𝐴𝐵𝐶 + 𝐼𝑂𝑈𝑇 2 𝑘𝑇 𝑞 . ln 𝐼𝐷 2 + 𝐼𝑠 𝐼𝐷 2 – 𝐼𝑠 = 𝑘𝑇 𝑞 . ln 𝐼𝐴𝐵𝐶 + 𝐼𝑂𝑈𝑇 2 𝐼𝐴𝐵𝐶 – 𝐼𝑂𝑈𝑇 2 Maka, 𝐼_𝑂𝑈𝑇 = 𝐼_𝑆 (2𝐼𝐴𝐵𝐶 𝐼𝐷 ) untuk |𝐼𝑆| < 𝐼𝐷 2 (2.24)

2.17. CV Controller

Control Voltage (CV) Controller adalah modul yang digunakan untuk memilih nada

dan menghasilkan tegangan menuju pin kontrol frekuensi pada VCO melalui DAC (Digital

To Analog Converter). CV Controller ini dibuat menggunakan mikrokontroller Atmega16.

Pada CV controller, terdapat tombol-tombol untuk memilih nada sebanyak 49 tombol. Tombol-tombol tersebut dibaca oleh mikrokontroller dengan proses scanning. Jika ada masukan, mikrokontroler memproses hingga DAC dapat mengeluarkan tegangan sesuai nadanya. CV Controller ini memiliki 4 buah DAC yang menjadikan synthesizer ini berjenis 4 Voice, yaitu dapat mengeluarkan 4 nada sekaligus. CV Controller ini dibuat menggunakan

mikrokontroller Atmega16. DAC yang digunakan adalah MCP4725. Selain itu, CV

Controller juga berfungsi untuk memberi sinyal trigger dan gate ke Envelope Generator.

2.18. Voltage Controlled Oscillator

Pada alat musik synthesizer, oscillator adalah bagian yang paling penting karena

oscillator mengasilkan gelombang listrik sehingga telinga manusia menangkap gelombang

tersebut sebagai nada. Oscillator adalah rangkaian elektronika yang menghasilkan gelombang listrik secara kontinyu. Pada alat musik synthesizer, nada yang dihasilkan oleh oscillator dapat berubah sesuai nada yang diinginkan oleh penggunanya. Oleh karena itu,

Voltage-Controlled Oscillator (VCO) digunakan pada synthesizer karena frekuensi keluaran

oscillator dapat diatur oleh tegangan masukan.

Voltage Controlled Controller yang biasa digunakan di Synthesizer menggunakan

standar 1 Volt per oktaf. Kenaikan setiap 1V masukan VCO menghasilkan kenaikan nada yang sebanyak 1 oktaf atau 12 nada kromatis atau setiap 1 nada memiliki perbedaan tegangan masukan sebanyak 1

12𝑉olt yaitu 83.33 mili Volt. Namun agar telinga manusia dapat menangkap kenaikan nada secara linear, maka kenaikan frekuensi harus secara eksponensial. Dari permasalahan tersebut, maka VCO menggunakan masukan Linear to Exponential

Gambar 2.21 Blok Diagram IC CEM 3340 [9]

VCO yang akan dibuat berbasis IC VCO AS3340 yang merupakan modern equivalent atau replika dari IC VCO CEM3340 yang dibuat pada tahun 1980, karena IC VCO CEM3340 yang asli sudah tidak diproduksi sehingga harganya menjadi sangat mahal. IC VCO CEM3340 banyak digunakan ada alat musik synthesizer ternama karena pada 1 IC dapat mengeluarkan 3 jenis gelombang yaitu segitiga, kotak, dan gergaji, serta jika IC diberi masukan tegangan pengatur frekuensi secara linear maka frekuensi keluarannya memiliki gradien eksponensial. Skema IC CEM3340 dan AS3340 dapat dilihat pada gambar 2.21. Pin masukan tegangan kontrol frekuensi IC ini adalah pin 15. Tegangan maksimal pin kontrol frekuensinya yaitu ±6.0V. Selain itu IC ini memiliki pengaturan PWM pada keluaran gelombang kotaknya, dan memiliki fungsi sinkronisasi dengan IC VCO CEM3340 lainnya. [9]

Untuk menentukan jangkauan frekuensi IC VCO CEM3340, nilai kapasitor CF pada pin 11 dapat diubah sesuai selera. Nilai kapasitor tergantung dari tegangan supply dan arus

masukan pin 12 IC VCO CEM3340. Untuk menentukan nilai kapasitor yang akan digunakan dapat menggunakan rumus sebagai berikut: [9]

f = 3 IEG / (2 VCC . CF) (2.25) Berdasarkan rumus tersebut, untuk arus masukan pin 12 5nA sampai 100uA dan range frekuensi 5 Hz sampai dengan 10 kHz, nilai kapasitor CF adalah 1nF dengan jenis kapasitor dengan rendah kebocoran dan memiliki variasi nilai yang rendah terhadap suhu, seperti jenis kapasitor mica. Dengan tegangan supply 15V simetris, tegangan keluaran gelombang kotak adalah 0 – 12V, tegangan keluaran gelombang gergaji 0-10V, dan tegangan keluaran gelombang segitigas 0-5V.

2.19. Voltage Controlled Filter

Voltage Controlled Filter (VCF) adalah filter yang memilki pin Control Voltage (CV).

Pin CV pada VCF berguna untuk mengatur frekuensi cut-off dengan memasukan tegangan. Pada alat musik Synthesizer, Pin CV dapat dihubungkan dengan potentiometer sebagai pembagi tegangan untuk mengatur frekuensi cut-off secara manual oleh pengguna atau dihubungkan dengan Envelope Generator atau Rangkaian Oscillator.

VCF yang akan dibuat terdiri dari 2 bagian yaitu rangakaian kontrol dan rangakaian

filter. Jenis filter yang akan dibuat adalah Low Pass Filter orde 2 dan High Pass Filter orde

1 dengan Frekuensi cut-off yang dapat diatur melalui tegangan pada pin kontrol. Semua filter yang akan dibuat berbasis IC Operational Transconductance Amplifier (OTA) LM13700.

Filter ini merupakan filter jenis gm/C, dengan gm merupakan transkonduktansi pengganti

resistor pada filter jenis R/C. Resistor pada filter RC digantikan dengan voltage controlled resistor (VCR), dengan resistansi yang dapat diatur dengan mengubah tegangan pada pin kontrol. Rumus menghitung resistansi ekuvalen menggunakan rangkaian low pass VCF sesuai rumus VCR pada datasheet LM13700 menggunakan nama komponen pada gambar 2.21 sebagai berikut [10]:

𝑔𝑚 = 𝐼_𝐴𝐵𝐶 . 19.2

𝑅′ = 𝑅1+ 𝑅𝐴1 𝑔𝑚 . 𝑅_𝐴1

(2.26)

Rumus menghitung resistansi ekuvalen menggunakan rangkaian high pass VCF sesuai rumus VCR pada datasheet LM13700 menggunakan nama komponen pada gambar 2.22 sebagai berikut [10]:

𝑅′ = 𝑅19+ 𝑅𝐴5 𝑔𝑚 . 𝑅𝐴5

(2.27)

Gambar 2.22. Skema VC Low Pass Filter [10]

Sesuai dengan gambar 2.22, rangkaian Low Pass Filter terdiri dari 2 IC LM13700. Rangkaian filter ini memiliki pengaturan resonansi melalui potensiometer R4. Arus bias pin bias input IC 1 dan 2 sama, dengan nilai resistor RG1 sama dengan resistor RG2. Nilai resistor RIN1 sama dengan resistor RIN2. Nilai resistor RA1, RB1, RA2, dan RB2 sama, resistor R1 dan R2 memiliki nilai yang sama, serta kapasitor C1 dan C2 memiliki nilai yang sama. Sehingga, frekuensi cut-off dapat dicari dengan persamaan berikut [10]:

fc = 1

2 𝜋 𝐶1 . 𝑅′

fc =

𝑅𝐴1 . 𝑔𝑚

Gambar 2.23 Skema VC High Pass Filter [10]

Rangkaian Voltage Controlled High Pass Filter yang akan dibuat sesuai dengan gambar 2.23 adalah filter dengan orde 1, sehingga hanya membutuhkan 1 IC OTA. Rangkaian ini memiliki nilai resistor RA5 dan RB5 yang sama, dan nilai R21 dan R22 yang sama. Rangkaian ini didapatkan dari datasheet IC LM13700. Berdasarkan informasi yang didapatkan di datasheet LM13700, frekuensi cut-off dapat dicari dengan persamaan berikut [10]: fc = 1 2 𝜋 𝐶7.𝑅′ fc = 𝑅𝐴5 .𝑔𝑚 2 𝜋 𝐶7.(𝑅𝐴5+ 𝑅19) (2.29)

2.20. Voltage Controlled Amplifier

Voltage Controlled Amplifier (VCA) adalah rangkaian penguat yang memiliki Pin Control Voltage (CV) untuk mengatur penguatan sinyal masukan. Rangkaian VCA memiliki

penguatan dibawah sampai dengan satu kali, sehingga rangkaian VCA tidak digunakan untuk menguatkan sinyal. Rangkaian VCA digunakan untuk mengurangi penguatan sinyal masukan. Masukan CV rangkaian VCA dapat berupa teganan DC maupun AC. Pin CV dapat dihubungkan dengan Rangkaian Envelope Generator atau Oscillator untuk mengatur penguatan sinyal masukan.

Gambar 2.24 Skema VCA [10]

VCA yang akan dibuat berbasis IC Operational Transconductance Amplifier (OTA) LM13700. IC LM13700 merupakan jenis IC dual OTA, yaitu memiliki dua OTA dalam satu kemasan. Rangkaian yang digunakan berasal dari datasheet IC LM13700. Rangkaian ini dapat menerima sinyal masukan sebesar 1VP dengan THD < 0.1% dengan tegangan supply simetris 15V. Jangkauan tegangan kontrol penguatan yaitu dari -13.6V sampai 15V [10].

Rangkaian VCA pada gambar 2.24 menggunakan dioda linearisasi yaitu Pin 2 atau 15 IC LM13700 untuk mengurangi distorsi output. Sesuai datasheet, arus dioda linearisasi (ID) sebesar 1mA. Drop tegangan pada dioda linearisasi (VD) yaitu 0.7V, sehingga perhitungan nilai resistor RD dapat menggunakan rumus sebagai berikut [10]:

RD = ( 𝑉+ − 𝑉𝐷

𝐼𝐷 )

(2.30)

Resistor bias (RG) digunakan sebagai pengubah tegangan kontrol menjadi arus bias (IABC). Pada pin bias input (pin 1 dan 16), terdapat 2 dioda yang tersambung pada catu daya negatif, sehingga rumus untuk menentukan tegangan bias yaitu 2 x (VBE) + V-. Jangkauan tegangan bias pada rangkaian ini dapat ditentukan dengan rumus [10]:

Bandwidth = VGAIN_MAX – (V- -VBE)

Sesuai dengan datasheet, arus bias (IABC) diatur sebesar 1mA pada tegangan kontrol maksimum yaitu +13.5V, sehingga nilai resistor RG ditentukan dengan rumus berikut [10]:

RG = 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ

𝐼𝐴𝐵𝐶 (𝑉𝑐@13.5𝑉) =

27.1𝑉

1 𝑚𝐴 = 27.1 kΩ ≈ 27kΩ (2.31) Untuk menghitung arus keluaran amplifier ini bisa menggunakan rumus berikut [10]:

IOUT =

𝐼_𝑅𝐼𝑁 . 𝐼𝐴𝐵𝐶

𝐼𝐷

Dimana 𝐼_𝑅𝐼𝑁 = (VIN – VRA) / RIN VRA = IRA . RA

Rumus menghitung tegangan keluaran sebagai berikut: 𝐼_𝑂𝑈𝑇 = (𝑉𝐼𝑁− 𝑉𝑅𝐴) . 𝐼𝐴𝐵𝐶 . 𝑅𝐷 (𝑉₊− 𝑉_𝐷) . 𝑅_𝐼𝑁 Dimana 𝐼𝐴𝐵𝐶 = 𝑉𝐺𝐴𝐼𝑁 (𝑇𝑒𝑟ℎ𝑎𝑑𝑎𝑝 𝑉−) 𝑅𝐺 dan 𝑉𝑂𝑈𝑇 = 𝐼𝑂𝑈𝑇 . 𝑅𝐿 sehingga 𝑉_𝑂𝑈𝑇 = (𝑉𝐼𝑁−𝑉𝑅𝐴) . 𝑉𝐺𝐴𝐼𝑁 . 𝑅𝐷 (𝑉+−𝑉𝐷) . 𝑅𝐼𝑁 . 𝑅𝐺 . 𝑅𝐿 (2.32)

2.21. Envelope Generator

Gambar 2.25 Kurva tegangan Envelope Generator

Envelope Generator adalah modul elektronik dalam alat musik synthesizer yang

mengeluarkan kurva tegangan seperti gambar 2.25 ketika pin Gate diberi tegangan masuk.

Envelope Generator biasanya digunakan untuk mengatur penguatan dari Voltage Controlled Amplifier dan mengatur frekuensi cutoff dari Voltage Controlled Filter. Namun Envelope Generator dapat digunakan untuk mengontrol modul lain contohnya lebar pulsa gelombang

kotak dari VCO atau menambah tegangan masukan VCO.

Prinsip kerja modul envelope generator yaitu dengan mengisi muatan kapasitor dan melucuti muatan kapasitor dengan arus yang variabel sehingga pengguna dapat mengatur durasi pengisian dan pelucutan muatan kapasitor. Modul envelope generator memiliki beberapa pin yaitu Gate, Trigger, dan Output, serta memiliki pengaturan yaitu Attack,

Decay, Sustain, dan Release. Siklus Attack dimulai ketika pin Gate atau Trigger modul Envelope Generator diberi masukan. Pengaturan Attack bekerja dengan mengatur arus

Setelah kapasitor mencapai tegangan maksimum, maka siklus decay dimulai. Pengaturan

Decay bekerja dengan mengatur arus pelucutan muatan kapasitor yang memiliki tegangan

maksimum hingga tegangan yang dapat ditentukan oleh pengguna. Tegangan yang dapat diatur oleh pengguna adalah tegangan Sustain. Setelah pin Gate tidak mendapat masukan, maka siklus Release berlangsung. Siklus Release adalah kondisi ketika kapasitor dilucuti dari tegangan Sustain hingga tegangan 0 Volt dengan waktu yang dapat diatur melalui pengaturan arus oleh Potentiometer Release.

Gambar 2.26 Skema Envelope Generator

Envelope Generator yang akan dibuat berbasis IC Timer 555 sesuai dengan skema

pada gambar 2.26. Prinsip kerjanya yaitu jika Pin Gate dalam keadaan logika rendah (LOW) maka Transistor Q1 tidak aktif dan kapasitor C1 mengalami pelucutan muatan melalui Transistor Q2 yang aktif, Pin 4 (Reset) IC 555 pada logika rendah (LOW) dan Pin 2 (Trigger) pada logika tinggi (HIGH). Ketika Pin Gate dalam keadaan logika tinggi (HIGH) maka Transistor Q1 aktif dan membuat Transistor Q2 tidak aktif yang membuat Pin 4 (Reset) pada IC 555 aktif dan Transistor Q3 menjadi aktif pada periode yang sangat cepat sehingga membuat Pin 2 (Trigger) menjadi logika rendah (LOW) dengan periode yang cepat.

Pada saat Pin 4 (Reset) logika Tinggi atau Pin 2 (Trigger) logika rendah maka Pin 3 (Output) pada IC 555 menjadi tinggi sehingga kapasitor C1 mengalami proses pemuatan dengan arus IA yang dapat diatur melalui Potensiometer RA untuk mengatur seberapa lama tegangan keluaran Envelope Generator menjadi VMAX yaitu

2

3 Vcc. Siklus ini disebut dengan siklus Attack yaitu tegangan keluaran Envelope Generator naik sampai dengan VMAX =

2 3 Vcc. Tegangan keluaran Envelope Generator dimonitor oleh Pin 6 (Threshold) IC 555. Rumus untuk menghitung arus dan waktu pemuatan pada saat siklus Attack yaitu:

VA = VMAX (1 – 𝑒−t/τA )

I A = (VMAX / RA). 𝑒−t/τA (2.33)

Pada saat VOUT = VMAX,Pin 3 (Output) menjadi rendah dan Transistor pada IC 555 menjadi aktif sehingga kapasitor C1 mengalami pelucutan muatan melalui D3 dengan arus ID yang dapat diatur melalui Potensiometer RD untuk mengatur seberapa lama tegangan keluaran Envelope Generator menjadi VSUS. Siklus ini disebut dengan siklus Decay. Rumus untuk menghitung arus dan waktu pelucutan kapasitor C1 pada saat siklus Decay yaitu:

τD = (RD + R9) C1

VD = (VMAX – VS) 𝑒−t/τD

ID = - [(VMAX – VS)/ RR] 𝑒−t/τR (2.34)

Setelah siklus Decay, terjadi siklus Sustain. Siklus sustain terjadi jika Pin Gate masih aktif setelah siklus Decay selesai. Pada siklus sustain, tegangan keluaran Envelope

Generator stabil sesuai dengan tegangan Pin 2 Potensiometer RS dengan rumus sebagai berikut:

VS = VMAX ( 𝑅𝑆13

𝑅𝑆13+𝑅𝑆23+𝑅12)

(2.35)

Pada saat siklus Sustain berlangsung dan Gate berlogika rendah (LOW), maka siklus

Release berlangsung. Pada saat siklus Release, kapasitor C1 mengalami pelucutan muatan melalui D1 dan Transistor Q2 dengan arus yang dapat diatur oleh Potensiometer RR. Kapasitor C1 dilucuti dari tegangan VSUS hingga mendekati 0V Rumus untuk menghitung arus dan waktu pelucutan kapasitor C1 yaitu:

τR = (RR + R11) C1

VR = VSUS .𝑒−t/τR

30

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1. Synthesizer 4 Voice

Gambar 3.1 Blok diagram synthesizer 4 voice

Alat musik synthesizer 4 voice adalah alat musik synthesizer yang dapat mengeluarkan 4 nada sekaligus. Cara kerja synthesizer yang akan dibuat dimulai dengan CV controller

keyboard, yaitu tombol tombol untuk memilih nada. CV controller yang dibuat memiliki

batasan mengeluarkan CV sebanyak 4 nada sekaligus. CV tersebut digunakan untuk mengontrol frekuensi VCO. CV yang digunakan untuk mengontrol frekuensi VCO dibangkitkan oleh digital to analog converter (DAC). CV controller berbasis IC Mikrokontroller Atmega16 melakukan scanning tombol nada lalu mengirimkan data ke DAC melalui komunikasi I2C dan mengirim sinyal trigger dan gate ke envelope generator.

Lalu IC VCO mengeluarkan nada dan masing-masing nada masuk ke mixer yang berbeda untuk menggabungkan VCO A, VCO B, dan suara desis (noise). Pada mixer, terdapat pengatenuasi berupa potensiometer, sehingga pengguna dapat mengontrol suara yang diinginkan. Setelah keluar dari mixer, masing-masing sinyal nada masuk ke VCF yang berbeda sesuai kanalnya. Frekuensi cutoff VCF diatur menggunakan CV secara manual menggunakan potensiometer atau melalui envelope generator. Setelah keluar dari VCF, sinyal nada masing-masing kanal masuk ke VCA sesuai kanalnya. Atensuasi VCA diatur oleh CV melalui envelope generator khusus untuk mengatur VCA. Setelah keluar dari VCA, sinyal masing-masing kanal digabung menjadi satu menggunakan rangkaian penguat penjumlah berbasis op amp (output mixer) dan keluar ke active loudspeaker sehingga dapat didengarkan. Keluaran output mixer disetting maksimal 0dBV atau 2.8VPP yang digolongkan sebagai instrument output level. Blok diagram secara umum dapat dilihat pada gambar 3.1.

3.2. Low Frequency Oscillator (LFO)

Gambar 3.2 Rangkaian LFO [11]

LFO yang digunakan di alat musik synthesizer ini berbasis op amp dan memiliki keluaran gelombang kotak dan segitiga. Rangkaian ini hanya ada 1 di dalam alat musik

synthesizer ini. Frekuensi osilasi dapat diatur melalui potensio R2. Perhitungan frekuensi

osilasi seperti pada perhitungan 2.11 sebagai berikut [11]: Potensiometer 0%, R2 = 1MΩ F = 150𝑘Ω 4 . 100𝑘Ω (4.7𝑘Ω+1𝑀Ω) 680𝑛𝐹 = 548.89 mHz Potensiometer 100%, R2 = 0Ω F = 150𝑘Ω 4 . 100𝑘Ω (4.7𝑘Ω+0Ω) 680𝑛𝐹 = 117.33 Hz

Frekuensi osilasi yang dihasilkan oleh LFO yang digunakan pada alat musik

synthesizer ini memenuhi kriteria yaitu dapat berisolasi dibawah 1 Hz hingga sekitar 100

Hz. Tegangan keluaran gelombang kotak rangkaian LFO ini yaitu ±VSAT yaitu ±13.5V menggunakan op amp seri TL074 [12]. Tegangan keluaran gelombang segitiga menurut rumus 2.12 dan 2.13 sebagai berikut [11]:

VMAX = 100𝑘Ω 150𝑘Ω . (+13.5𝑉) = +9V VMIN = 100𝑘Ω 150𝑘Ω . (−13.5𝑉) = −9𝑉

Untuk menyamakan tegangan keluaran gelombang segitiga dan kotak, maka keluaran gelombang segitiga diberi penguat dengan penguatan 1.5x. Penguat pada keluaran gelombang kotak menggunakan op amp IC1C, resistor R3, dan R4 dapat dilihat pada gambar 3.2. Dengan nilai komponen R3 dan R4, penguatan keluaran gelombang kotak dapat dihitung dengan perhitungan 2.7 seperti berikut:

AV = 1 + 𝑅3 𝑅4 AV = 1 + 4.7𝑘Ω

10𝑘Ω = 1.47x

Setelah keluar dari penguat dan penyangga, sinyal menuju ke saklar seperti gambar 3.3 dan menuju ke rangkaian berikutnya yaitu penyangga menuju ke modul-modul yang akan dimodulasi.

Gambar 3.4 Rangkaian Keluaran LFO

Pada gambar 3.4, terdapat 2 potensiometer pada rangkaian keluaran LFO. Potensiometer R5 digunakan untuk pembagi tegangan utama untuk mengatur seberapa besar amplitudo keluaran LFO. Potensiometer R6 digunakan untuk mengatur amplitudo keluaran LFO melalui potensiometer bernama mod wheel. Switch S1 digunakan untuk mengaktifkan atau mematikan potensiometer R6. Jika S1 diatur mod wheel on maka keluaran R5 menuju masukan R6. Jika S1 diatur mod wheel bypass maka keluaran R5 langsung menuju masukan op amp IC2A. Setelah keluar dari penyangga IC2A, jalur terbagi 3 menuju ke penyangga VCA, penyangga VCF, dan penyangga VCO. Sebelum menuju ke penyangga VCA sinyal masuk ke pembagi tegangan untuk mengecilkan tegangan dari 13.5VPEAK menjadi sekitar 1VPEAK agar efek LFO yang masuk ke VCA tidak terlalu banyak. Perhitungan mencari tegangan keluaran pembagi tegangan dengan nilai resistor R7 dan R8 gambar 3.21 dapat dihitung dengan rumus 2.2 seperti berikut:

VOUT = 𝑉𝐼𝑁 . 𝑅7 𝑅8+𝑅7 VOUT = 13.5𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘 . 1.8𝑘Ω 22𝑘Ω + 1.8𝑘Ω = 1.021VPEAK

3.3. Derau

Derau (Noise) dalam elektronika adalah kata-kata umum yang merujuk ke tegangan atau arus listrik yang acak atau tidak beraturan, yang biasanya memiliki memiliki amplitudo yang kecil. Derau dapat berasal dari mana saja antara lain: udara, power supply, switching

regulator, dan lain-lain. Derau dapat dibagi berdasarkan warnanya antara lain: white noise, pink noise, brown noise, blue noise, dan violet noise. [20]

3.4. Pembangkit Derau

Gambar 3.5 Skema Pembangkit Derau [17]

Gambar 3.6 Skema Catu Daya Pembangkit Derau

Pembangkit derau (noise) sesuai dengan gambar 3.5 merupakan jenis pembangkit derau yang paling sering digunakan dalam membangkitkan white noise dengan memasukan tegangan yang melebihi tegangan emitter-base transistor NPN dan mendengarkan aliran elektron yang bertubrukan satu sama lain dengan menggunakan penguat tegangan dengan tingkat penguatan yang tinggi. Sesuai dengan sumber dari internet, skema pada gambar 3.5 beroperasi pada tegangan catu daya simetris 12V sehingga rangkaian pembangkit derau ini diberi regulator simetris 12V sepertti pada gambar 3.6. Resistor R142 dan R141 yang bernilai 470kΩ dikoneksikan ke catu daya positif dan sisi lainnya dihubungkan ke kaki emitter transistor Q7 yang merupakan transistor pembangkit derau. Transistor Q7 yang akan