Perancangan Aplikasi Pengendali Tata Cahaya Pentas Musik Menggunakan Parallel Port Relay dengan Metode Beat Tracking

Perancangan Aplikasi Pengendali Tata Cahaya Pentas Musik Menggunakan Parallel Port Relay dengan Metode Beat Tracking Tri Andriawan Prodi Teknik Informatika, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tanjungpura [email protected]

Abstract - Beat detection process determining the structure of the wave energy from the incoming audio to detect the onset of the incident wave, the energy increase suddenly in the form of a wave with a certain level periodically. In interfacing technology, we know a device called parallel port relay relay, which will serve as a switch that can turn on or off the power and can be computercontrolled by transmit certain data values to parallel port interface. The goal of this research is to design and build a stage lighting control applications which corresponding with music beats and rhythm of the song played that captured by the computer microphone. The application is developed using the Java programming language which built on NetBeans IDE 7.1 environment. Relays used in the relay circuit were RAS 1215 5 pins relays. The simulations of the lighting applied at a stage miniature which lights connected to the relay circuit. Keywords - interfacing, beat tracking, onset detection, parallel port relay, stage lighting control. 1.

Pendahuluan Permasalahan yang cukup menarik dalam tata cahaya adalah pengaturan lampu panggung yang disesuaikan dengan ritme lagu yang dijalankan, sehingga antara lagu dan nyala lampu dapat menjadi satu kesatuan suguhan multimedia yang menarik dan seakan menjadi satu rangkaian cerita yang mengalir dengan indah. Sejauh ini sebagian besar pengaturan itu masih manual sehingga masih memerlukan tenaga lightingman dengan pengetahuan dan keterampilan khusus. Seorang lightingman juga harus memiliki jiwa seni dan sense of music yang tinggi. Hal ini membuat peranan seorang lightingman akan sangat penting dan sulit untuk digantikan oleh tenaga pekerja biasa yang non profesional. Ketika kita mendengarkan musik, secara tak sadar kita akan mengetukkan jari kaki mengikuti ketukan irama musik. Sistem

pendengaran manusia dapat menentukan irama musik dengan mendeteksi perubahan ketukan secara pseudo berskala. Proses komputasi yang dapat mereplikasi kemampuan manusia mendeteksi ketukan irama musik disebut sebagai fungsi beat tracking. Pendeteksian ketukan dilakukan dengan menentukan struktur energi dari gelombang audio masuk dengan mendeteksi kejadian onset dalam gelombang, yaitu peningkatan energi secara tiba-tiba dalam bentuk gelombang dengan besar tertentu secara berkala. Dalam penerapannya pada peralatanperalatan lighting pada pentas musik, penggunaan relay akan banyak sekali membantu. Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronis yang digerakkan oleh arus listrik. Pengaturan pemicu agar relay bekerja dapat dilakukan melalui interface komputer. Teknologi teknik antarmuka mengenal relay yang disebut parellel port relay. Prinsip kerjanya adalah dengan menggabungkan relay dengan rangkaian driver 5 volt, agar relay dapat diatur/dipicu oleh tegangan 2 hingga 5 volt yang dikeluarkan oleh port antarmuka paralel pada CPU. Parallel port relay akan berfungsi sebagai saklar yang dapat menghidupkan atau mematikan aliran listrik dan dapat diatur oleh komputer dengan mengirimkan nilai data tertentu pada antarmuka paralel. Dengan memanfaatkan rangkaian parallel port relay dan kemampuan algoritma beat tracking dapat dirancang sebuah pengendali tata cahaya pentas musik yang digerakkan oleh aplikasi pengendali pada komputer dengan masukan aplikasi berupa suara audio berupa lagu-lagu 2. Teori Dasar 2.1 Musik Musik adalah ilmu atau seni menyusun nada atau suara diutarakan, kombinasi dan hubungan temporal untuk menghasilkan komposisi (suara) yang mempunyai keseimbangan dan kesatuan, nada atau suara

yang disusun sedemikian rupa sehingga mengandung irama, lagu dan keharmonisan (terutama yang dapat menghasilkan bunyibunyi itu)[7]. Beberapa orang menganggap musik tidak berwujud sama sekali. Musik menurut Aristoteles mempunyai kemampuan mendamaikan hati yang gundah, mempunyai terapi rekreatif dan menumbuhkan jiwa patriotisme. Walaupun musik adalah sejenis fenomena intuisi, untuk mencipta, memperbaiki dan mempersembahkannya adalah suatu bentuk seni. Mendengar musik pula adalah sejenis hiburan. Musik adalah sebuah fenomena yang sangat unik yang bisa dihasilkan oleh beberapa alat musik. Musik dikenal sejak kehadiran manusia modern Homo sapien yakni sekitar 180.000 hingga 100.000 tahun yang lalu. Tiada siapa tahu bila manusia mula mengenal seni dan musik. Dari penemuan arkeologi pada lokasilokasi seperti pada benua Afrika sekitar 180.000 tahun hingga 100.000 tahun dahulu telah menunjukkan perubahan evolusi dari pemikiran otak manusia. Dengan otak manusia yang lebih pintar dari hewan, mereka membuat pemburuan yang lebih terancang sehingga bisa memburu hewan yang besar. Dengan kemampuan otak ini, mereka bisa berpikir lebih jauh hingga di luar nalar dan mencapai imajinasi dan spiritual. Bahasa untuk berkomunikasi telah terbentuk di antara mereka. Dari bahasa dan ucapan sederhana untuk tanda bahaya dan memberikan nama-nama hewan, perlahanlahan beberapa kosa kata muncul untuk menamakan benda dan nama panggilan untuk sesorang. Dalam kehidupan yang berpindah-pindah, mereka mungkin mendapat inspirasi untuk mengambil tulang kaki kering hewan buruan yang menjadi makanan mereka kemudian meniupnya dan mengeluarkan bunyi. Ada juga yang mendapat inspirasi ketika memperhatikan alam dengan meniup rongga kayu atau bambu yang mengeluarkan bunyi. Kayu dibentuk lubang tiup dan menjadi suling purba. Manusia menyatakan perasaan takut mereka dan gembira menggunakan suarasuara. Bermain-main dengan suara mereka menjadi lagu, hymne atau syair nyanyian kecil yang diinspirasikan oleh kicauan burung. Kayu-kayu dan batuan keras dipukul untuk mengeluarkan bunyi dan irama yang mengasyikkan. Mungkin secara tidak sengaja mereka telah mengetuk batang pohon yang berongga di dalamnya dengan batang kayu yang mengeluarkan bunyi kuat. Kulit binatang yang mereka gunakan sebagai

pakaian diletakkan pula untuk menutup rongga kayu tersebut besar menjadi gendang. Perkembangan musik hingga saat sekarang begitu maju dan semakin kaya. Sekian banyak genre musik telah tercipta dengan ciri-cirinya sendiri dan memiliki pendukung dan peminatnya masing-masing. Genre musik yang berkembang di dunia diantaranya alternative rock, blues, classical, country, rock, dan genre-genre musik lainnya. Sedangkan genre musik yang khas Indonesia, diantaranya musik-musik tradisional, keroncong, dangdut, koplo, dan lain-lain. 2.2 Irama Irama adalah elemen waktu dalam musik. Ketika kita mengetukkan kaki mengikuti musik, kita menjaga ketukan atau mengikuti struktur ketukan ritmik dari musik itu. Aspek-aspek penting dari ritme adalah[10]: • Durasi : adalah berapa lama sebuah suara (atau keheningan) terjadi • Tempo : kecepatan dari ketukan, yang dapat ditunjukkan dengan angka ketukan/detik (beats/second), atau dengan istilah standar bahasa Italia.

( http://www.wmich.edu/mus-gened/mus170/RockElements.pdf )

• Birama : ketika ketukan-ketukan diatur pada pola-pola dengan aksen tekanan tertentu, akan menghasilkan birama (dalam istilah musik juga disebut meter).

( http://www.wmich.edu/mus-gened/mus170/RockElements.pdf )

2.3 Relay Relay adalah saklar elektromekanik sederhana yang disusun oleh sebuah elektromagnet dan sebuah kontak listrik. Relay dapat ditemukan dalam berbagai macam peralatan. Beberapa komputer generasi awal bahkan dibangun dengan menggunakan relay untuk mengimplementasikan gerbang logika Boolean [6]. Relay paling sederhana menggunakan elektromagnet di dalamnya. Jika arus listrik mengalir, elektromagnet akan menjadi magnetis dan menggerakkan (menarik) saklar mekanis sehingga saklar akan menutup (atau membuka). Jika arus listrik tidak mengalir, elektromagnetik tidak menjadi magnetis, sehingga saklar akan kembali membuka (atau menutup). Relay sederhana terdiri dari 5 kaki. Yaitu 2 kaki elektromagnet, yang dihubungkan ke aliran listrik untuk menggerakkan elektromagnet. 3 kaki berikutnya adalah saklar-saklarnya, dengan prinsip : - jika elektromagnet tidak bekerja (tidak aktif), kaki 1-2 ON, 1-3 OFF, - jika elektromagnet bekerja (aktif), kaki 1-2 OFF, 1-3 ON. 2

2

1

3

1

3

2.4 Parallel Port Parallel Port adalah sarana port yang sederhana dan murah untuk membuat alatalat yang dikendalikan menggunakan komputer. Sederhana karena hanya melibatkan 3 macam register saja, murah karena hampir semua komputer, desktop maupun portable, selalu dilengkapi dengan port Paralel atau yang dikenal juga dengan port Printer. Kesederhanaan dan kemudahan pemrograman menggunakan port Paralel membuat port ini semakin populer di kalangan para hobbiest. Port Paralel ini sering digunakan untuk, misalnya, robot yang dikendalikan komputer, pemrogram mikrokontroler Atmel atau PIC, otomasi rumah, akuisisi data praktis dan lain sebagainya[2]. Pin-pin dalam parallel port dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga) jenis, yaitu : - Pin data, biasa disebut juga data register/data port - Pin kontrol, biasa disebut juga control register/control port

-

Pin status, biasa disebut juga status register/status port.

-

2.5 Beat Tracking Beat tracking, atau pendeteksian ketukan musik, adalah proses awal yang cukup penting pada komputer dalam memahami irama musik, karena ketukan adalah sebuah unsur yang fundamental dalam musik. Bahkan seseorang yang tidak mengetahui suara alat musik atau tidak mengerti musik, tetap dapat menangkap ketukan musik dengan bertepuk tangan atau mengetukkan kaki. Konsep dasar dari beat tracking adalah bagaimana komputer dapat menentukan tempo dari potongan alunan musik, seperti ketika manusia mengetukkan kakinya mengikuti irama lagu. Komputer akan melakukan ini dengan menganalisa bentuk gelombang saat terjadi peningkatan energi yang mendadak. Peningkatan ini dikenal sebagai onset. Bentuk gelombang tersebut akan diterjemahkan menjadi format yang menampilkan kekuatan setiap onset. Tempo dari musik dapat ditentukan dari pola-pola gelombang yang dibentuk[1]. Cukup banyak riset yang telah dilakukan tentang beat tracking, karena beat tracking merupakan langkah penting dalam pemodelan terkomputerisasi untuk menganalisa musik. Dalam perkembangannya, beat tracking (juga disebut beat induction, foot tapping, atau rhythm-tracking) telah diterapkan pada berbagai bidang seperti video/audio editing, pengaturan lampu panggung, komputer grafis dengan musik, dan lain-lain[5]. Onset detection adalah kunci utama dari keseluruhan algoritma beat tracking. Beberapa pendekatan dilakukan dalam melihat perbedaan energi dan fase dalam bentuk gelombang. Setiap metode yang ada akan cukup potensial untuk diterapkan berdasarkan tipe masukan yang diterima. Salah satu metode yang efektif adalah

menganalisa bentuk spektral gelombang dengan menggunakan transformasi Fourier. Metode ini akan berguna untuk mendeteksi onset yang terjadi dalam input suara yang noise dan berlapis-lapis. Ada beberapa tujuan melakukan beat tracking, diantaranya untuk mempelajari bagaimana pemahaman persepsi manusia tentang irama, untuk membangun model komputasi yang dapat menangkap irama, melakukan pertunjukan musik dan untuk sinkronisasi grafis komputer dengan musik. Kriteria keakuratan beat tracking akan tergantung pada tujuan penggunaannya. Ketika tujuan utamanya untuk analisa perubahan tempo dan ekspresi dalam pertunjukan musik, keakuratan harus tepat dan penghitungan waktu harus baik, karena waktu dari ketukan-ketukan akan menjadi sangat penting. Tetapi ketika aplikasi dibuat untuk keperluan komputer grafis yang musicsynchronized, kestabilan aplikasi dalam mendeteksi ketukan akan lebih penting dari ketepatan aplikasi mendeteksi waktu ketukannya. 3. Perancangan 3.1 Flowchart Flowchart dari keseluruhan aplikasi adalah sebagai berikut :

1. Proses pemisahan component

onset

2. Proses pengolahan suara onset

proses

3. Proses pencarian suara drum

Pada flowchart di atas, terdapat beberapa proses-proses yang terkait dengan beat tracking, yaitu proses pemisahan onset dan noise componen, pengolahan suara onset, dan pencarian suara drum. Proses-proses tersebut dapat diuraikan dalam diagram alur sebagai berikut :

dan

noise

3.2 Diagram Blok Diagram blok dari perancangan sistem digambarkan sebagai berikut :

4.

Aplikasi Pembuatan aplikasi dilakukan menggunakan laptop pengembangan sistem dengan operating system Mandriva Linux 2010. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah Java yang dibangun pada lingkungan NetBeans IDE 7.1. Penerapan metode beat tracking dilakukan dengan menggunakan library TarsosDSP (be.hogent.tarsos.dsp), yang meliputi kelas AudioDispatcher, kelas OnsetHandler dan kelas PercussionOnsetDetector[8]. Selain itu juga digunakan beberapa library standar Java Sound sebagai pendukung dalam pemrosesan beat tracking. Komunikasi dengan parallel port di Java dilakukan dengan menggunakan library ParallelPort.java, yang pada lingkungan Operating System Windows menggunakan native library parport.dll sebagai driver parallel port[4]. Untuk menyesuaikan dengan lingkungan Windows XP Professional, ditambahkan driver UserPort.sys sebagai pembuka akses ke I/O port untuk user mode yang bukan administrator[3]. Tampilan form utama aplikasi yang dibuat adalah sebagai berikut :

5.

Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis dan pengujian terhadap aplikasi pengendali tata cahaya pentas musik menggunakan parallel port relay ini maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Pengujian aplikasi menunjukkan hubungan antara interval waktu lampu lampu menyala dengan nilai tempo lagu. Nilai rata-rata interval waktu lampu menyala pada aplikasi pengendali tata cahaya pentas musik akan cenderung

3.3 Rangkaian Relay Penelitian ini menggunakan rangkaian relay yang dikendalikan oleh parallel port. Relay 12 volt dipasang bersama dengan rangkaian driver penggerak 12 volt. Tegangan 12 volt akan diambil dari kabel kuning power supply pada PC. Rangkaian driver penggerak ini akan dipicu oleh tegangan 2 – 5 volt yang keluar dari kakikaki parallel port.

3.4 Rancangan Maket

berbanding terbalik dengan nilai tempo lagu menurut hasil pengukuran metronome. 2. Masalah noise yang terjadi saat penangkapan suara dapat diatasi dengan mengubah nilai threshold pada aplikasi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai threshold pada level 2 sudah dapat menyaring noise dengan baik. 3. Metode beat tracking dapat diterapkan pada aplikasi pengendali tata cahaya pentas musik. 6.

Referensi [1] D. P. W. Ellis. 2007. Beat Tracking by Dynamic Programming. Journal of New Music Research. [2] Eko Putra, Agfianto, M.Si, Drs. 2005. Akses Port Paralel (Menggunakan Delphi 7.0). Palembang : STMIK MDP. http://www.mdp.ac.id/materi/20102011-2/TI403/111061/TI403-111061739-11.pdf [3] Franzon, Tomas. 1995. UserPort. http://www.embeddedtronics.com/ public/Electronics/minidaq/userport/ [4] Gabriel, Juan. 2007. Parallel Printer Port Access through Java. http://www.oocities.org/Juanga69/ parport/ [5] Goto, Masataka and Yoichi Muraoka. 1997. Issues in Evaluating Beat Tracking Systems. Tokyo : School of Science and Engineering, Waseda University. https://staff.aist.go.jp/m.goto/PAPER/ AIM97goto.pdf [6] HowStuffWorks, Inc. How Relays Works. Atlanta : HowStuffWorks, Inc. http://electronics.howstuffworks.com/ relay.htm [7] Pusat Bahasa Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia. 2008. Kamus Besar Bahasa Indonesia Daring. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional RI. http://bahasa.kemdiknas.go.id/kbbi/ index.php [8] Six, Joren. 2005. TarsosDSP. Belgium : University College Ghent. http://tarsos.0110.be/tag/TarsosDSP [9] Stonekicks. 2014. Metronome Beats. Australia : Stonekicks. https://play.google.com/store/apps/ details?id=com.andymstone.metronom e&hl=in

[10] Western Michigan University. 2014. The Elements of Music. Michigan : Western Michigan University. http://www.wmich.edu/musgened/mus170/RockElements.pdf 7.

Biografi Tri Andriawan lahir di Pontianak, 12 Desember 1976. Ia menerima gelar ST dari Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura pada tahun 2014.