TM

SIMULASI PEMROSESAN SINYAL SUARA UNTUK SISTEM AKTIF KENDALI KEBISINGAN PADA KNALPOT (NOISE SILENCER)

TESIS

OLEH

ALFISYAHRIN 057015006/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008

Judul Tesis

: SIMULASI PEMROSESAN SINYAL SUARA UNTUK SISTEM AKTIF KENDALI KEBISINGAN PADA KNALPOT (NOISE SILENCER) : Alfisyahrin : 057015006 : Teknik Mesin

Nama Mahasiswa Nomor Pokok Program Studi

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri) Ketua

(Dr. Ir. M. Dirhamsyah, MT) Anggota

(Ir. Nasrul Abdi, M.Sc) Anggota

Ketua Program Studi,

Direktur

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

(Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc)

Tanggal Lulus: 16 Februari 2008


Telah diuji pada Tanggal: 16 Februari 2008

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua

: Dr. –Ing. Ikhwansyah Isranuri

Anggota

: 1. Dr. Ir. M. Dirhamsyah, MT 2. Ir. Nasrul Abdi, M.Sc 3. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME 4. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D


ABSTRAK Aktif Kendali Kebisingan adalah teknik mengatasi bising dengan bising atau suara dilawan dengan suara. Teknik ini ditujukan untuk meredam kebisingan seminimal mungkin atau bahkan dapat menghilangkan kebisingan tersebut jika pelemahan (pereduksian) sinyal bisa dilakukan dengan sempurna. Pemrosesan sinyal tersebut adalah dengan membuat amplitudo sinyal dan frekuensi sinyal lawan (anti signal) berbalik fasa 1800 dari sinyal sumber untuk menghasilkan suatu pelemahan (reduksi) sinyal. Pelemahan kebisingan (noise reduction) ini di proses dengan metoda pemrosesan sinyal. Pada penelitian ini peneliti menggunakan Pembangkit Sinyal Bising dan Penggeser Fasa sebagai Anti Noise atau Sinyal Lawan. Anti Noise inilah yang akan menghasilkan sinyal lawan yaitu dengan membalikkan fasa sinyal 1800 yang fungsinya adalah untuk melawan sinyal sumber (Sound Source) yaitu Knalpot (Silencer). Dalam penelitian ini, dirancang dan dilakukan penganalisaan sebuah pemrosesan sinyal bising sesederhana mungkin dari keacakan sinyal bising yang selama ini diketahui sangat rumit dengan tujuan agar perhitungan pemrosesan sinyal dapat lebih sederhana. Dari hasil riset terlihat bahwa pergeseran fasa yang merupakan frekuensi dan amplitude memiliki selisih pergeseran sebesar 33,3%. Nilai ini diketahui dari hasil perbandingan sinyal sumber dengan sinyal pembangkit. Maka disimpulkanlah bahwa sinyal kebisingan telah dapat direduksi sebesar 33,3%. Penyelesaiannya adalah dengan menggeser fasa sebesar 66,7% untuk mencapai nilai 0%, yang berarti reduksi mencapai nilai sempurna. Namun penghilangan bunyi merupakan suatu kemungkinan yang sulit sekali bahkan tidak mungkin, oleh karenanya penelitian ini salah satu cara dengan pendekatan aktif kendali kebisingan untuk mencapai reduksi bising dengan persentase sebesar mungkin dengan maksud untuk mendapatkan kenyamanan bunyi dari sekian banyak bentuk variasi bunyi. Kata kunci: sinyal, kebisingan, penggeser fasa, pelemahan (reduksi), knalpot (noise silencer), pembangkit sinyal bising.


ABSTRACT

Active Noise Control is a technique to overcome noise through noise versus noise method. This technique is intended to reduce the noise as minimal as possible and, moreover, it can eliminate the noise if signal reduction can be perfectly done. The signal processing is by making signal amplitude and opponent signal frequency (anti signal) turn the phase around 180° of the signal source to produce a signal reduction. This noise reduction is processed by means of signal processing method. In this research, the researcher used a Noise Signal Generator and Phase Shifter as anti noise or anti signal. This anti noise will produce anti signal by reversing the signal phase 180° that functions to counter the sound source that is silencer. In this research, a noise signal processor was designed as simple as possible and it's very complicated noise signal randomness was analyzed that the signal processing calculation can be simpler. The result of the research shows that the displacement of phase in the form of frequency and amplitude has the difference of 33.3%. This value was obtained from the result of the comparison between source signal and generator signal. It can be concluded from the result of the research that noise signal has been reduced for 33.3%. To obtain the value of 0% in order to reach perfect reduction, the phase must be shifted for 66.7%. Yet, the elimination of noise is likely hard or even impossible to do. For that reason, this research is one of the ways to obtain a bigger percentage of noise reduction through active noise control approach to achieve the comfort of sound.

Key words: signal, noise, phase shifter, reduction, noise silencer, noise signal generator


KATA PENGANTAR Alhamdulillah puji syukur saya panjatkan kepada Allah S.W.T yang telah melapangkan saya untuk menulis tesis ini. Dimana diketahui bahwa langkah untuk melanjutkan kepada tesis adalah telah mengajukan proposal dan itu merupakan suatu persyaratan. Sebagaimana yang telah saya pelajari tentang Bunyi (Sound) dan Kebisingan (Noise) juga Getaran (Vibrasi) maka dapatlah saya susun tesis saya ini untuk di ajukan. Dan untuk selanjutnya penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung atau pun tidak langsung: Kepada Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Sekretaris Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Dr. Ir. M. Dirhamsyah, MT, selaku Anggota Komisi Pembimbing. Ir. Nasrul Abdi, M.Sc, selaku Anggota Komisi Pembimbing. Direktur Program Pascasarjana Prof. Dr. T. Chairun Nisa B, M.Sc. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin SPsUSU dan seluruh rekan-rekan mahasiswa yang juga banyak membantu. Demikianlah kata pengantar dari penulis, kemudian penulis juga memohon sangat kritik dan saran yang dapat membantu dalam rangka memperbaiki tesis ini untuk mencapai hasil yang diharapkan. Terimakasih Medan, Februari 2008 Penulis Alfisyahrin


RIWAYAT HIDUP

Alfisyahrin Data Diri

Tempat/Tgl. Lahir Jenis Kelamin Status Alamat Telepon E-mail Warga Negara

Latar Belakang Pendidikan

Pengalaman Kerja

1977-1983 1983-1986 1986-1989 1989-1990 1990-1996

: Banda Aceh, 30 Juli 1970 : Laki-laki : Belum Kawin : Jl. Hamzah Fansuri No.7 Darussalam Banda Aceh : +62 - 0651- 7552328 : [email protected] : Indonesia

: SD Negeri 1, Takengon : SMP Negeri 1, Banda Aceh : SMA Negeri 1, Banda Aceh : Institut Teknologi Indonesia, Jurusan Planologi : Universitas Muhammadiyah Jakarta, Fakultas Teknik Elektro

November 1994 Kerja Praktek di PT. ASTRA MOTOR DAIHATSU STAMPLING PLAN Industri. 12 Oktober 1998 – 12 Januari 1999 Pengalaman Kerja di PT. AUTOCHEM INDUSTRY posisi Junior Project Engineer : - Maintenance pada Mesin Preston dan Mesin Acrylic.


Mengatur sistem preventive maintenance dan pengembangan alat atau mesin. - Menindak lanjuti jadwal tentang trouble shooting pada mesin. - Membuat sistem kinerja mesin. May – September 2000, Sebagai Staff Electrical Engineering pada PCI (Pacific Consultan International) di Banda Aceh. 1999 – Saat ini, Staff pengajar pada Fakultas Teknik Elektro Universitas Syiah Kuala. 2001, Mahasiswa di Institut Teknologi Bandung Pada Jurusan Electromedik, 1 Semester 2002-2004, Mahasiswa di Universiti Kebangsaan Malaysia Pada Jurusan Electronic Design and System, 3 Semester melakukan penelitian (1999/2000) Pengalaman Mengajar (2000/2001) (1999/2000) (1999/2000) (1999/2001) Pelatihan/Training/Se minar

Dasar Elektronik Rangkaian Listrik Elektronika Analog Statistik Stokastik

1. 1 – 5 Februari 2000, Pelatihan PABX Mikrokomputer, Kerjasama HEDS-JICA-UNSYIAH. Sebagai Pemakalah 2. 1 – 7 Februari 2000, Pelatihan Internetworking, Kerjasama HEDS-JICA-UNSYIAH. Sebagai Peserta 3. 31 Juli – 5 Agustus 2000 Pelatihan PEKERTI (Program Pengembangan Keterampilan Dasar Teknik Instruksional) pada Pusat Antar Universitas untuk Peningkatan dan Pengembangan Aktivitas Instruksional – Universitas Terbuka untuk Dosen Muda 4. 9 – 11 Agustus 2000, Aplikasi PLC Untuk Penelitian & Industri, Kerjasama HEDS - JICA – UNSYIAH. Sebagai Peserta 5. 9 – 14 Oktober 2000 Lokakarya Manajemen Mutu Terpadu Dosen Yunior Fakultas Teknik Unsyiah, Kerjasama HEDS – JICA – UNSYIAH. Sebagai Peserta 6. 18 – 23 Nopember 2000, Training Program Acoustic Instrumentation. Project Implemention Unit (PIU).


Sebagai Staff Electrical Engineering. 7. 16 – 18 Nopember 2000, Training Basic Acoustic dan Acoustic Instrumetation Training Program. Sebagai Peserta 8. 20 – 25 Nopember 2000, Lokakarya GIS & Remote Sensing Dalam Pemetaan, Kerjasama HEDS- JICA – UNSYIAH. Sebagai Peserta 9. 27 - 29 Agustus 2001 Lokakarya Penyusunan Pedoman Penulisan TGA & Panduan Pemberian Bimbingan. Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA Sebagai Peserta 10. 19-21 Juni 2001 Lokakarya Perancangan Sistem Informasi Manajemen Akademik, Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta 11. 22 – 25 Juni 2001 Lokakarya Pemanfaatan Intranet/Internet Untuk Sistem Informasi Akademik, Kerjasama UNSIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta 12. 6 – 8 Agustus 2001 Lokakarya Penerapan Teknologi Pendidikan Dalam Proses Pembelajaran, Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta 13. 28 – 30 Mei 2001 Lokakarya Penyempurnaan Silabus & Kurikulum, Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta 14. 27 – 29 Juni 2001 Lokakarya Penyusunan Sistem Manajemen, Kerjasama UNSYIAH – HEDS/JICA. Sebagai Peserta. 15. 12 Maret 2001 Rapat Kerja Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala Tahun 2001. Sebagai Peserta 16. 17 - 20 Juli 2001 Pelatihan Penulisan Artikel Ilmiah. Sebagai Peserta 17. 06 – 07 September 2005, Pre Program of Information Technology, Magister Program of Mechanical Engineering, Graduate School USU. Sebagai Peserta

Hobbi

Membaca Travelling Musik : Guitar Sport : Badminton, Hiking, Table Tennis.


DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK..............................................................................................................

i

ABSTRACT...........................................................................................................

ii

KATA PENGANTAR...........................................................................................

iii

RIWAYAT HIDUP................................................................................................

iv

DAFTAR ISI..........................................................................................................

vii

DAFTAR TABEL..................................................................................................

ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................

x

DAFTAR LAMPIRAN..........................................................................................

xix

DAFTAR ISTILAH................................................................................................ xx 1. PENDAHULUAN............................................................................................ 1.1. Latar Belakang Masalah............................................................................ 1.2. Perumusan Masalah.................................................................................. 1.3. Tujuan Penelitian...................................................................................... 1.3.1. Tujuan Umum ................................................................................ 1.3.2. Tujuan Khusus................................................................................ 1.4. Manfaat Penelitian....................................................................................

1 1 10 11 11 11 12

2. TINJAUAN PUSTAKA................................................................................... 2.1. Asal Perambatan dan Kecepatan Bunyi.................................................... 2.2. Perambatan Bunyi pada Media................................................................. 2.2.1. Aktif Kendali Kebisingan............................................................... 2.3. Fourier Series ..................................................................................... 2.4. Uraian Aktif Kendali Kebisingan.............................................................. 2.4.1. Mekanisme kerja dan cara kerja...................................................... 2.5. Aplikasi Aktif Kendali Kebisingan........................................................... 2.5.1. Pembangkit Sinyal Bising............................................................... 2.5.2. Penggeser Fasa................................................................................ 2.5.3. Penggeser Fasa (Phase Shift) pada rangkaian input RC.................

13 13 24 25 46 51 51 52 53 54 57

3. METODE PENELITIAN.................................................................................

60


3.1. Waktu dan Tempat.................................................................................... 3.2. Variabel yang diamati............................................................................... 3.3. Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data.................................. 3.4. Bahan dan Alat......................................................................................... 3.5. Pelaksanaan Penelitian.............................................................................

64 64 64 65 65

4. PEMBAHASAN.............................................................................................. 4.1. Pengambilan data kebisingan dari Sumber Bising Knalpot (Noise Silencer).................................................................................................. 4.1.1. Persiapan dinding kedap suara....................................................... 4.1.2. Setting dinding kedap suara pada belakang mobil......................... 4.1.3. Persiapan pengukuran Knalpot (Noise Silencer) ........................... 4.1.4. Setting alat pengukuran Knalpot (Noise Silencer) dan Proses Pengukuran...................................................................................... 4.2. Pengambilan data Kebisingan dari Pembangkit Sinyal Bising................ 4.2.1. Hasil dari pengambilan data Pembangkit Sinyal Bising dengan Oscilloscope ................................................................................... 4.3. Pengambilan data Sinyal Penggeser Fasa................................................. 4.4. Pada bagian potongan rangkaian tahap pertama output Signal Generator.................................................................................................. 4.4.1. Titik pada input Transistor 1.......................................................... 4.4.2. Tititk output Kolektor Transistor 1................................................. 4.4.3. Titik pada keluaran Emitor ke by pass RC..................................... 4.4.4. Titik pada Emitor by pass C........................................................... 4.4.5. Titik pada input Transistor 2.......................................................... 4.4.6. Titik output Kolektor pada Transistor 2......................................... 4.4.7. Titik Emitor pada Transistor 2....................................................... 4.4.8. Titik Input pada Transistor 3.......................................................... 4.4.9. Titik ouput Kolektor pada Transistor 3.......................................... 4.4.10. Titik Emitor pada Transistor 3..................................................... 4.4.11. Titik input pada Transistor 4........................................................ 4.4.12. Titik output Emitor pada Transistor 4.......................................... 4.5. Perhitungan Sinyal Knalpot dan Sinyal Pembangkit Sinyal Bising......... 4.5.1. Sound Power Level......................................................................... 4.5.2. Sound Pressure Level..................................................................... 4.5.3. Frekuensi........................................................................................

66

96 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 121 123 125

5. KESIMPULAN................................................................................................ 5.1. Kesimpulan............................................................................................... 5.2. Saran.........................................................................................................

134 134 140

DAFTAR PUSTAKA......................................................................................

143


66 66 68 69 70 79 84 89

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

2.1

Kelajuan Bunyi pada Material.....................................................................

24

2.2

Kuat Bunyi pada bermacam suara...............................................................

25

2.3

Transformasi Fourier...................................................................................

50

3.1

Bahan dan Peralatan....................................................................................

65

4.1 Pengukuran kebisingan pada Knalpot (Noise Silencer) .............................

75

4.2 Hasil Pengambilan data Sinyal dari Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising...........................................................................................................

88

4.3

Sumber Sound Power Level dan Sound Power............................................ 123

4.4

Bagian dari Transformasi Fourier................................................................ 127

4.5

Pengukuran Kanlpot pada Tiga titik X-, Z+, Z-..........................................

132

5.1

Perbandingan Amplitudo dan SPL pada variasi 1.......................................

138

5.2

Perbandingan Amplitudo dan SPL pada variasi 2.......................................

139


DAFTAR GAMBAR Nomor

Judul

Halaman

2.1

Garpu tala yang dipukul menghasilkan perubahan tekanan udara karena getarannya dan menghasilkan bunyi............................................

13

2.2

Konstruksi Telinga manusia dalam menangkap bunyi............................

14

2.3

Sinyal suara dan sinyal diskret atau dalam istilah pemrosesan sinyal di samplingkan.............................................................................................

17

2.4

Sinyal tegak..............................................................................................

18

2.5

Sinyal tegak dengan panjang gelombangnya pada perbedaan frekuensi...................................................................................................

19

2.6

Sinyal tegak dengan panjang gelombang pada perbedaan kecepatannya............................................................................................

20

2.7

Gelombang Tegak Low Amplitudo Diam................................................

25

2.8

Gelombang Tegak High Amplitudo.........................................................

26

2.9

Gelombang Tegak pada pergeseran Fasa.................................................

26

2.10

Dua buah gelombang tegak dengan perbedaan fasa1800 saling meniadakan. ............................................................................................

27

2.11

Sinyal Sumber atau Sinyal 1....................................................................

27

2.12

Sinyal Lawan atau Sinyal 2.....................................................................

28

2.13

Aktif sinyal..............................................................................................

28

2.14

Pergeseran fasa pada sinyal suara............................................................

30

2.15

Sinyal Aktif Kebisingan..........................................................................

31

2.16

Sinyal Aktif Kebisingan dengan gradasi warna.....................................

32

2.17

Sinyal Aktif Kendali Kebisingan yang sangat acak...............................

33


2.18

Konfigurasi Hardware pada Aktif Kendali Kebisingan...........................

34

2.19

Propagasi pada dua sinyal........................................................................

34

2.20

Blok Diagram Single Chanel Sistem Aktif Kendali Kebisingan.............

35

2.21

Aktif pelindung telinga dari sumber kedua..............................................

36

2.22

Blok Diagram Sistem satu Chanel Aktif Kendali Kebisingan.................

36

2.23

Setting Sistem Aktif Kendali Kebisingan................................................

37

2.24

Sistem Kerja Aktif Kendali Kebisingan..................................................

38

2.25

Konfigurasi SISOSE FF- Sistem Aktif Kendali Kebisingan...................

39

2.26

Konfigurasi Percobaan Aparatus.............................................................

39

2.27

Aktif Kendali Kebisingan.......................................................................

40

2.28

Aktif Kendali Kebisingan pada telinga ditempatkan pada primari path and forward path.....................................................................................

41

2.29

Single Channel Adaptive Control............................................................

42

2.30.

F-X AP Adaptive Nonlinear Control.......................................................

43

2.31

Blok Diagram Sistem Wire Less Aktif Kendali Kebisingan...................

44

2.32

Aktif Kendali Kebisingan Control Problem............................................

44

2.33

Periodik perencanaan Aktif Kendali Kebisingan.....................................

45

2.34

Periodik Aktif Kendali Kebisingan diagram...........................................

45

2.35

Sinkronisasi blok diagram pemrosesan Sinyal Aktif Kendali Kebisingan...............................................................................................

46

2.36

Fungsi dari suatu sinyal dengan perioda................................................

47

2.37

Amplitudo................................................................................................

47


2.38

Knalpot (noise silencer) Mobil................................................................

52

2.39

Rangkaian Pembagi Tegangan.................................................................

53

2.40

Proses input dan output dari pergeseran fasa.........................................

55

2.41

Input pada Basis Transistor......................................................................

55

2.42

Sudut fasa versus frekuensi pada input rangkaian RC.............................

58

2.43

Input pada rangkaian RC disebabkan tegangan basis mendahului tegangan input dibawah frekuensi menengah pada sudut fasa........................................................................................................... 58

3.1

Prinsip Aktif Kendali Kebisingan............................................................

61

3.2

Kerangka Konsep.....................................................................................

62

3.3

Blok Diagram...........................................................................................

63

4.1

Pengukuran Dan Pemotongan .................................................................

67

4.2

Mengatur Dinding....................................................................................

67

4.3

Menyekat Belakang Mobil dengan dinding kedap suara.........................

68

4.4

Tampak sisi lain dari penyekatan belakang mobil dengan dinding kedap suara..............................................................................................

68

4.5

Skala Alat Ukur Sound Analyzer.............................................................

69

4.6

Bentuk fisik Alat Ukur Sound Analyzer..................................................

69

4.7

Mikropon Merk Norsonic yang akan digunakan untuk pengukuran Knalpot.....................................................................................................

70

4.8

Teknisi sedang memasang Mikropon......................................................

70

4.9

Setting Selesai..........................................................................................

71

4.10

Proses Pengukuran...................................................................................

71


4.11

Proses pengukuran dan pengambilan data...............................................

71

4.12

Posisi pengukuran Knalpot (Noise Silencer) ..........................................

72

4.13

Kondisi pengukuran Bola........................................................................

73

4.14

Kondisi pengukuran Setengah Bola.........................................................

74

4.15

Sinyal Titik 1 Aksis X-............................................................................

76

4.16

Sinyal Titik 2 Aksis Z+............................................................................

77

4.17

Sinyal Titik 3 Aksis Z-.............................................................................

77

4.18

Sinyal 3 Titik Aksis X-, Z+, Z-................................................................

78

4.19

Blok Diagram dan Pembangkit Sinyal Bising yang telah dirancang.......

79

4.20

Prototipe Pembangkit Sinyal Bising yang telah dirancang......................

79

4.21

Rangkaian Pembagi Tegangan.................................................................

80

4.22

Bagian 1 Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising.....................................

81

4.23


82

4.24


83

4.25

Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuesni input 315 Hz.............................................................................................................

84

4.26

Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuensi input 400 Hz.............................................................................................................

85

4.27

Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuesni input 500.........................................................................................................

85

4.28


86

4.29


86


4.30


87

4.31

Grafik Pembangkit Sinyal Bising............................................................

89

4.32

Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising dan Penggeser Fasa.....................

89

4.33

Blok Diagram Penggeser Fasa.................................................................

90

4.34

Pengoperasian dan pengambilan data Rangkaian Penggeser Fasa..........................................................................................................

90

4.35

Hasil dari pengambilan data Rangkaian Penggese Fasa dimana sinyal dari kiri bergerak......................................................................................

91

4.36

Hasil dari pengambilan data Rangkaian Penggese Fasa dimana sinyal sudah bergerak ke kanan..........................................................................

91

4.37

Rangkaian Voltage Devider.....................................................................

92

4.38

Rangkaian Voltage Devider Bias Circuit.................................................

93

4.39

Rangkaian Voltage Devider Bias Circuit dengan Rangkaian RC............

95

4.40

Rangkaian RC pasif filter........................................................................

95

4.41

Rangkaian tahap 1 Penggeser Fasa..........................................................

96

4.42

Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian...................

96

4.43

Dari output Signal/Function Generator dapat dilihat sinyal sinusoidal untuk input pada Rangkaian Penggeser Fasa...........................................

97

4.44

Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, input pada Transistor 1...................

97

4.45

Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian...................

97

4.46

Merupakan grafik Tegangan pada input Transistor 1..............................

98

4.47

Merupakan grafik Arus pada input Transistor 1......................................

98

4.48

Merupakan grafik Daya pada input Transistor 1.....................................

99


4.49

Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Kolektor pada Transistor 1..

4.50

Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian................... 100

4.51

Merupakan grafik Tegangan pada output Kolektor Transistor................ 100

4.52

Merupakan grafik Arus pada output Kolektor Transistor........................ 100

4.53

Merupakan grafik Daya pada output Kolektor Transistor.......................

4.54

Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Emitor pada Transistor 1..... 101

4.55


4.56

Merupakan grafik Tegangan pada keluaran emitor ke by pass RC.........

102

4.57

Merupakan grafik Arus pada keluaran emitor ke by pass RC.................

102

4.58

Merupakan grafik Daya pada keluaran emitor ke by pass RC................

103

4.59

Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Emitor by pass Kapasitor 103 pada Transistor 1......................................................................................

4.60


4.61

Merupakan grafik Tegangan pada keluaran pada Emitor by pass C 104 pada Transistor 1......................................................................................

4.62

Merupakan grafik Arus pada keluaran pada Emitor by pass C pada 104 Transistor 1..............................................................................................

4.63

Merupakan grafik Daya pada keluaran pada Emitor by pass C pada 105 Transistor 1..............................................................................................

4.64

Rangkaian tahap 3 Penggeser Fasa, iput pada Transistor 2.....................

4.65


4.66

Merupakan grafik Tegangan pada input Transistor 2.............................

106

4.67

Merupakan grafik Arus pada input Transistor 2.....................................

106


99

101

105

4.68

Merupakan grafik Daya pada input Transistor 2.....................................

4.69

Rangkaian tahap 3 Penggeser Fasa, output Kolektor pada Transistor 2.. 107

4.70

Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian..................

108

4.71

Merupakan grafik Tegangan pada out put Kolektor pada Transistor 2..

108

4.72

Merupakan grafik Arus pada out put Kolektor pada Transistor 2..........

108

4.73

Merupakan grafik Daya pada out put Kolektor pada Transistor 2.........

109

4.74


4.75

Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian..................

110

4.76

Merupakan grafik Tegangan pada out put Emitor pada Transistor 2.....

110

4.77

Merupakan grafik Arus pada out put Emitor pada Transistor 2.............

110

4.78

Merupakan grafik Daya pada out put Emitor pada Transistor 2............. 111

4.79


4.80


4.81

Merupakan grafik Tegangan pada input pada Transistor 3....................

112

4.82

Merupakan grafik Arus pada input pada Transistor 3............................

112

4.83

Merupakan grafik Daya pada input pada Transistor 3............................ 113

4.84


4.85


4.86

Merupakan grafik Tegangan pada ouput Kolektor pada Transistor 3....

114

4.87

Merupakan grafik Arus pada ouput Kolektor pada Transistor 3............

114

4.88

Merupakan grafik Daya pada ouput Kolektor pada Transistor 3............ 115


107

111

4.89


4.90


4.91

Merupakan grafik Tegangan pada ouput Emitor pada Transistor 3.......

116

4.92

Merupakan grafik Arus pada ouput Emitor pada Transistor 3...............

116

4.93

Merupakan grafik Daya pada ouput Emitor pada Transistor 3............... 116

4.94


4.95


4.96

Merupakan grafik Tegangan pada input pada Transistor 4....................

118

4.97

Merupakan grafik Arus pada input pada Transistor 4............................

118

4.98

Merupakan grafik Daya pada input pada Transistor 4............................ 118

4.99


4.100


4.101

Merupakan grafik Tegangan pada output Emitor pada Transistor 4.......

120

4.102

Merupakan grafik Arus pada output Emitor pada Transistor 4...............

120

4.103

Merupakan grafik Tegangan pada output Emitor pada Transistor 4.......

121

4.104

Mesin atau sumber suara.......................................................................... 122

4.105

Sound Pressure pada tekanan 1 ATM...................................................... 124

4.106

Gelombang Sinusoidal dari berbagai variasi frekuensi...........................

4.107

Potongan dari grafik X- Aksis yang akan di hitung................................. 128

4.108

Potongan dari grafik Z+ Aksis yang akan di hitung................................

129

4.109

Potongan dari grafik Z- Aksis yang akan di hitung.................................

130


117

125

4.110

Grafik Pembangkit Sinyal Bising yang akan di hitung............................ 132

5.1

Proses Pelemahan Sinyal.........................................................................

5.2

Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa juga perubahan 136 Aplitudo...................................................................................................

5.3

Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa pada variasi 1................

137

5.4

Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa pada variasi 2................

138


135

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

1.

Skematik Pembangkit Sinyal Bising.............................................................. 146

2.

Skematik Penggeser Fasa............................................................................... 147

3.

Tabel Transformasi Fourier...........................................................................

4.

Diagram Alir Proses Penulisan Tesis............................................................. 156


148

DAFTAR ISTILAH Satuan a

Amplitude

(m)

c

Speed of sound

(m/s)

d

Depth

(m)

f

Frequency

(Hz)

g

Gravity acceleration

(m/s2)

l

Length

(m)

m

Surface weight

(kg/m2)

n

Attenuation coefficient

p

Sound pressure

(dB)

s

Stiffness

(N/m)

t

Time

(s)

x

Static deflection

(m)

A

Total absorption

(m2Sabin)

B

Bending stiffness

(Nm)

C

Correction factor

(dB)

D

Sound energy density

E

Young’s modulus

(W/m3) (Pa)

IL

Insertion loss

(dB)


Lp

Sound pressure level

(dB)

M

Total weight

(kg)

NR

Noise reduction

(dB)

PWL Sound power level

(dB)

S

Area

(m2)

Tc

Celsius temperature

(0C)

TK

Kelvin temperature

(0K)

TR

Rankine temperature

(0R)

TL

transmission loss

(dB)

V

Volume

(m3)

W

Sound power

(W)

α

Absorption coefficient

δ

Path length difference

ε

Transmissibility

η

Loss factor

θ

Geometric angle

λ

Wavelength

(m)

ξ

Damping coefficient

ρ

Density

(kg rad/s) (kg/m3)

σ

Poisson’s ratio

τ

Transmission coefficient

(m)


ω

Angular frequency

(rad/s)

Δ

Noise reduction

(dB)

4m

Air absorption

(1/m or dB/km)


BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Kebisingan dalam abad ini sudah merupakan problem cukup besar pada keseluruhan masyarakat maju. Dimana faktor kebisingan ini semakin meningkat hampir menyeluruh di berbagai sektor, diantaranya lingkungan dan tempat-tempat industri. Penyebab semua ini adalah kemajuan teknologi yang semakin meningkat sejak dimulainya Revolusi Industri pada abad 17 terciptanya mesin-mesin industri yang hampir rata-rata menimbulkan kebisingan. Oleh karena itu untuk mengatasi kebisingan tersebut maka perlu dikaji dan di teliti lebih lanjut tentang faktor kebisingan melalui ilmu suara atau akustik yang lebih dikembangkan kepada ilmu Kendali Kebisingan (Noise Control). Ilmu ini berawal dari ilmu Fisika Akustik dimana kemudian berkembang kepada berbagai disiplin ilmu seperti pada Teknik Mesin, Arsitektur, Elektro, bahkan Kimia. Namun pembahasan pada tulisan ini meliputi ruang lingkup Teknik Mesin dan Elektro yaitu ilmu Aktif Kendali Kebisingan (Active Noise Control). Dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan serta didukung dengan fasilitas dalam melaksanakan penelitian, maka para pakar ilmu terus mencoba mengembangkan berbagai metode untuk mendapatkan hasil yang akurat guna mengatasi kebisingan.


Dalam teorinya suatu bunyi dengan melakukan perlawanan terhadap bunyi sumber maka bunyi tersebut dapat dihilangkan. Namun semua pakar maklum dalam praktisinya tidak ada kondisi ideal, artinya tidak mungkin kondisi nol dapat dicapai. Oleh karena itu para peneliti menetapkan melakukan pendekatan dengan cara mengambil nilai minimal dalam mengambil kesimpulan pada penelitian. Pendekatan solusi ini tentu dengan teknik untuk mendapatkan nilai sekecil mungkin yaitu bertujuan untuk mereduksi bunyi atau kebisingan tersebut. Pada penelitian yang dilakukan dalam tesis ini, peneliti mencoba melakukan pendekatan minimal tersebut dan juga bertujuan untuk mendapatkan hasil suatu kenyamanan bunyi. Sebab pada saat peneliti mendefinisikan bunyi muncul asumsiasumsi lain mengenai pemahaman tentang bunyi, yaitu telah dapat diasumsikan bahwa suatu bunyi tergantung menurut selera pendengar bunyi tersebut. Dalam hal ini lebih difokuskan kepada tingkat kebisingan bunyi tersebut. Asumsi ini telah dianalisa dikarenakan standar manusia pada saat mendengarkan bunyi atau bising itu berbeda-beda, contohnya ada yang manusia telah mencapai tingkat merasa bising pada suatu bunyi sementara manusia lain belum merasakan bunyi tersebut sebagai suatu kebisingan. Oleh karena itu peneliti mencoba menggunakan pendekatan normal atau standar kebisingan yang dirasakan oleh setiap manusia pada saat mendengarkan bunyi. Standar ini lebih mengacu kepada kenyamanan dalam mendengarkan bunyi tersebut. Dalam mengklasifikasikan bunyi atau bising kita dapat mengambil sampel pada saat manusia mendengarkan musik. Jelas telah nyata diketahui bahwa selera


setiap manusia berbeda, apalagi jika selera musik mengarah kepada musik Rock yang memiliki kecenderungan kepada hingar bingar. Maka untuk manusia seperti ini standar kebisingan boleh jadi tidak begitu bermasalah bagi manusia tersebut. Namun bagi manusia yang mempunyai selera musik Melankolis atau Slow, Sweet, Classic bahkan Romantis tentu musik beraliran Rock merupakan musik yang hingar bingar. Pada musik Rock ini juga dapat dispesifikasi lagi tentang kuat bunyinya, ini diketahui dari berbagai aliran musik Rock yang juga tingkat kebisingannya berbeda-beda misal Sweet Rock, Slow Rock, Hard Rock, Heavy Metal, Speed Metal, Trash Metal sampai dengan Hard Core. Tingkatan kebisingan spesifikasi musik tersebut begitu bervariasi sehingga manusia yang mendengarkannya pun bervariasi. Contoh kasus lain yang bisa diidentikan dengan musik rock adalah manusia yang biasa bekerja di pabrik yang mayoritas berada dalam lingkungan bising, jika dibandingkan dengan manusia yang bekerja di ladang pegunungan tentu mereka memiliki persepsi masing-msing mengenai kebisingan tersebut. Atau dengan kata lain standar kebisingan mereka berbeda. Dari pengamatan global ini peneliti mencoba mengambil standar atau jalan tengah bahwa untuk mengatasi kebisingan adalah dengan cara mencari hasil bunyi yang membuat para pendengar bunyi bukan tidak merasa bising melainkan para pendengar bunyi merasakan suatu kenyamanan ketika mendengar bunyi tersebut. Tentu jika dikembangkan dan diuraikan penelitian ini akan menjadi sangat luas dan permasalahan akan melebar dikarenakan faktor kejiwaan dalam hal kenyamanan seseorang dalam mendengar atau menikmati bunyi itu sangatlah relatif. Oleh karena


itu peneliti hanya membatasi penelitian ini untuk mengatasi kebisingan pada tahapan awal dahulu yaitu mencari hasil kenyamanan bunyi dalam menganalisa bunyi knalpot mobil dalam kondisi idle. Telah diketahui bahwa bunyi knalpot juga sangat bervariasi baik itu knalpot sepeda motor atau knalpot mobil. Dapat diambil beberapa contoh variasi knalpot sepeda motor contoh suara knalpot Yamaha RX King, Honda GL Pro, Tiger, Supra atau Zukuki Satria sangatlah berbeda. Tingkat kebisingannya bervariasi dari kondisi idle sampai dengan putaran tinggi. Sedangkan untuk mobil misal, knalpot mobil Kijang, Mazda, BMW, Mercedes, Peagueot, Altis dan lain sebagainya. Semua mobil ini mempunyai variasi bunyi yang berbeda-beda baik dalam keadaan idle maupun dalam keadaan putaran tinggi. Khususnya pada penelitian ini peneliti mengambil sampel suara knalpot mobil Toyota Kijang. Suara knalpot mobil ini yang dianalisa dengan teknik kondisi idle yang kemudian bunyi tersebut diminimalisir atau direduksi. Penelitian Aktif Kendali Kebisingan dengan objek Knalpot masih tergolong jarang diteliti sebelumnya. Oleh karena itu pada penelitian ini peneliti mencoba melakukan terobosan baru pada penelitian Aktif Kendali Kebisingan ini dengan objek Knalpot. Penelitian mengenai Aktif Kendali Kebisingan sebelumnya banyak mengarah kepada Aktif Kendali Kebisingan yang masih bersifat umum. Antara lain dari penelitian Aktif Kendali Kebisingan yang bersifat umum adalah A Local Active Noise Control System Based On A Virtual-Microphone Technique For Railway Sleeping Vehicle Applications [1].


Gambar 1.1 Ilustrasi kebisingan pada roda kereta api yang akan di deteksi kebisingannya dengan kondisi penempatan mikropon maya [1]

Pada gambar 1.1 menunjukan ilustrasi penempatan mikropone maya di roda kereta api untuk mendeteksi kebisingan yang terdapat pada roda kereta tersebut.

Gambar 1.2 Lingkup batasan pada penempatan loudspeaker pada lantai dalam jarak centimeter [1]


Pada gambar 1.2 adalah lingkup batasan pada penempatan loudspeaker yang ditentukan jaraknya guna mempropagasi sinyal suara yang telah dideteksi oleh mikropone yang telah di letakkan pada roda kereta api.

Gambar 1.3 Ruang Kontrol pendeteksian kebisingan roda kereta api [1]

Pada gambar 1.3 merupakan ruang kontrol untuk proses pengambilan data kebisingan yang terjadi pada roda kereta api. Ruang kontrol ini adalah sebuah ruangan yang kedap suara yang berfungsi agar tidak ada interferensi suara dari luar yang mana jika terjadi interferensi suara sangat mempernagaruhi pemrosesan sinyal bising yang akan di proses.


Gambar 1.4 Sumber kedua (secondary source) dan penembatan mikropon untuk pendeteksian pengukuran [1] Gambar 1.4 memperlihatkan bagaimana sumber utama yaitu roda kereta api di lawan dengan secondary source yang merupakan suara dari pembagkit yang kemudian tangkap oleh mikropon sebagai sensor untuk di ukur dan di proses pada ruang kontrol yang terlihat pada gambar 1.3.

Gambar 1.5 Setting Hardware dan Software pada distribusi sinyal [1]


Pada gambar 1.5 bagian control dan speaker berfungsi sebagai anti signal yang pancarkan oleh noise referensi yang kemudian dikuatkan oleh amplifier kemudian didistribusikan ke LPF (Low Pass Filter), selanjutnya di ubah oleh ADC (Analog Digital Converter) yang kemudian di olah dengan PC (Personal Computer) dimana dari komputer di ubah lagi ke DAC (Digital Analog Converter) yang dikuatkan oleh ampplifier lagi yang berfungsi sebagai counter noise reference. Proses pada ruang kontrol tersebut adalah merupakan proses pereduksian sinyal kebisingan yang terjadi pada roda kereta api. Teknik Aktif Kendali Kebisingan sistem mikropon maya ini adalah tetap memproses propagasi dua sinyal yaitu primary dan secondary yang bertujuan dengan propagasi dua sinyal tersebut akan menuju pada quite zone. Dimana dengan sinyal yang akan dihasilkan mendekati quite zone maka reduksi noise akan didapatkan. Penelitian lainnya mengenai Aktif Kendali Kebisingan adalah New FIR filterbased adaptive algorithms incorporating with commutationerror to improve active noise control performance [2]. Studi ini mempertimbangkan suatu kesalahan kaedah umpan balik (CE/Commutation Error) yang diakibatkan oleh suatu rangkaian pada Aktif Kendali Kebisingan yang nyata, yang kemudian dibandingkan dengan tahapan derivasi.

Tahapan

itu

adalah

penyesuaian

algoritma-algoritma

baru

yang

dikembangkan sebagai fungsi FxLMS/CE (filtered-x least mean square ), dimana FxNLMS/CE bertujuan untuk menghapuskan gangguan kesalahan kaedah umpan balik agar dapat menyesuaikan dengan algoritma pada aplikasi Aktif Kendali Kebisingan. Penyesuaian algoritma ini di simulasikan pada komputer yang


menunjukan ke konvergenan dengan tujuan memeperoleh penyesuaian algorima baru ketika dibandingkan dengan algoritma lama. Hasil terbaik dari algoritma FxRLS/CE adalah dapat memperoleh 2 s sampai kepada rentang konvergen 34 dB, rentang ini adalah reduksi yang diperoleh melalui Sound Pressure Level dengan menggunakan white nois. Data penelitian ini meliputi kesalahan kaedah umpan balik (CE/Commutation Error) menuju FIR (finite-impulse-response) sebagai penyesuaian algoritma yang menyeluruh pada Aktif Kendali Kebisingan yang akan di capai melalui kecepatan konvergen dan tingkatan reduksi.

Gambar 1.6 Blok Diagram Sistem Aktif Kendali Kebisingan [2]

Pada gambar 1.6 dapat kita amati bahwa sinyal input yang dihasilkan oleh Primary-Path akan di propagasikan dengan sinyal input yang di hasilkan oleh Secondary-Path yang mana sinyal Secondary-Path ini disesuaikan oleh FIR (finiteimpulse-response) filter. Propagasi ini yang mereduksi sinyal kebisingan.


Gambar 1.7 Blok Diagram algoritma FxLMS/CE (switch on) dan FxLMS (switch off) [2] Pada gambar 1.7 adalah proses algoritma bagian Secondary-Path, dimana pada proses Secondary-Path inilah fungsi untuk mereduksi dengan teknik Aktif Kendali Kebisingan. Algoritma ini dengan menggunakan FxLMS/CE (filtered-x least mean square ) dengan switch on dan switch off. On dan off inilah yang mengatur FxLMS/CE (filtered-x least mean square ) sehingga Secondary-Path dapat menghasilkan anti signal guna mereduksi kebisingan.

1.2 Perumusan Masalah Kajian tulisan ini adalah Aktif Kendali Kebisingan, dimana dalam bahasa awamnya suara dilawan dengan suara sehingga faktor kebisingan dapat diminimalisir. Dalam hal ini peneliti merancang sebuah alat Pembangkit Sinyal Bising (Noise


Generator) dan alat Penggeser Fasa (Phase Shifter) yang berfungsi sebagai pelawan Sinyal Bising Sumber .

1.3 Tujuan Penelitian 1.3.1 Tujuan Umum Simulasi pemrosesan sinyal Aktif Kendali Kebisingan (Active Noise Control) pada Knalpot (noise silencer). 1.3.2 Tujuan Khusus 1.

Merancang prototipe dari Pembangkit Sinyal Bising yang dapat menghasilkan sinyal tegak (standing wave) dari suatu sinyal bising. Sinyal tegak (standing wave) tersebut dapat diatur frekuensi dan amplitudonya dengan menggunakan potensio meter yang dihasilkan oleh rangkaian Pembangkit Bising.

2.

Merancang prototipe pemrosesan sinyal yang dapat menggeser fasa (Phase Shifter) dimana dengan pergeseran fasa ini maka sinyal dapat di-tuning frekuensinya agar dapat membalikkan fasa 1800. sehingga menghasilkan sinyal lawan dan anti sinyal di dapatkan. Dimana tujuannya adalah untuk melawan sinyal bising knalpot agar kebisingan dapat tereduksi.

3.

Simulasi Sinyal Aktif Kendali Kebisingan sistem untuk meredam kebisingan knalpot (noise silencer) dengan menggunakan metoda


perhitungan Transformasi Fourier yang membandingkan hasil data bising dari Knalpot dengan data rangkaian Pembangkit Sinyal Bising.

1.4 Manfaat Penelitian Dapat berguna untuk automotive, industri, bangunan (tata ruang), bidang kedokteran dan lingkungan (untuk mengatasi polusi suara).


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA.

2.1 Asal Perambatan dan Kecepatan Bunyi Kata bunyi mempunyai dua definisi: (1) Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam medium elastik seperti udara. Ini adalah bunyi-obyektif. (2) Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan penyimpangan fisis yang digambarkan. Ini adalah bunyi subyektif.

Gambar 2.1 Garpu tala yang dipukul menghasilkan perubahan tekanan udarakarena getarannya dan menghasilkan bunyi[3] Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan partikel-partikel udara yang bergerak ke arah luar, yaitu karena penyimpangan tekanan dan getaran yang terjadi pada subjek yang di pukul (lihat gambar 2.1). Ini sama dengan penyebaran gelombang air pada permukaan suatu kolam dari titik di mana batu dijatuhkan.


Partikel-partikel udara yang meneruskan gelombang bunyi tidak berubah posisi normalnya; mereka hanya bergetar sekitar posisi kesetimbangannya, yaitu posisi partikel bila tak ada gelombang bunyi yang diteruskan. Penyimpangan tekanan ditambahkan pada tekanan atmosfir yang kira-kira tunak' (steady) dan ditangkap oleh telinga.

Gambar 2.2 Konstruksi Telinga manusia dalam menangkap bunyi [4]

Pada gambar 2.2 adalah merupakan ilustrasi bagaimana telinga manusia menangkap bunyi dari sumber suara, telihat proses dari Eardum menuju Cochlea yang berakhir pada Brain sebagai pengolah bunyi yang telah di dengar. Suara nyanyian atau instrumen musik memancarkan beberapa ratus atau bahkan ribu mikrowatt daya akustik. Hal ini menjelaskan bagaimana mudahnya seorang penyanyi atau pemusik mengisi volume suatu auditorium yang terlampau besar untuk pembicaraan yang tidak diperkuat.


Jika tekanan gelombang bunyi yang berubah mencapai telinga luar, getaran yang diterima gendang telinga diperbesar oleh tulang-tulang kecil di telinga tengah dan diteruskan lewat cairan ke ujung-ujung saraf yang berada di telinga dalam. Saraf akhirnya meneruskan impuls ini ke otak, di mana proses mendengar tahap terakhir terjadi dari sensasi bunyi tercipta. Tingkat tekanan bunyi minimum yang mampu membangkitkan sensasi pendengaran di telinga pengamat disebut ambang kemampuan mendengar. Bila tekanan bunyi ditambah dan bunyi menjadi lebih keras, akhirnya ia mencapai suatu tingkat dimana sensasi pendengaran menjadi tidak nyaman. Tingkat tekanan bunyi minimum yang merangsang telinga sampai suatu keadaan di mana rasa tidak nyaman menyebabkan rasa sakit tertentu disebut ambang rasa sakit. Antara kemampuan didengar dan rasa sakit tekanan bertambah sejuta kali. Ini menunjukkan jangkauan tekanan bunyi yang ditanggapi telinga sangat lebar. Jelas bahwa kepekaan telinga berubah dengan nyata bila bunyi berbeda frekuensinya. Dari kurva ambang kemampuan dengar dapat dilihat bahwa pada 1000 Hz tingkat tekanan bunyi minimum sekitar 4 dB diperlukan untuk hampir tidak didengar telinga sedangkan pada 63 Hz telinga tidak akan bereaksi terhadap bunyi apapun kecuali bila tekanannya mencapai tingkat minimum kira-kira 35 dB. Sampai tingkat tertentu kita tuli terhadap bunyi frekuensi rendah. Kepekaan telinga kita yang berkurang dalam jangkauan frekuensi rendah menguntungkan, karena hal ini menghindarkan kita dari gangguan yang disebabkan bunyi frekuensi rendah di dalam dan sekitar kita. Sebaliknya, adalah menguntungkan bahwa telinga lebih peka ter-


hadap bunyi dalam jangkauan sekitar 400 sampai 5000 Hz, yaitu frekuensi yang penting untuk inteligibilitas pembicaraan dan kenikmatan musik yang sempurna. Kecepatan rambat gelombang bunyi pada temperatur ruang 68°F (20°C) adalah sekitar 1.130 ft per sekon (344 m per sekon). Dalam pembahasan telah ditunjukkan bahwa kecepatan bunyi yang relatif rendah inilah yang menyebabkan cacat akustik seperti gaung (pemantulan yang berkepanjangan), gema dan dengung yang berlebihan [3]. Bunyi merupakan gelombang atau dalam istilah tekniknya kita menyebutkan sinyal. Sinyal bunyi tersebut dapat kita lihat seperti gambar 2.3 Sinyal bunyi merupakan gelombang sinusoidal. Kemudian jika sinyal bunyi itu didiskritkan maka tampaklah sinyal tersebut seperti yang tertera pada gambar 2.3 sebelah kanan dimana terlihat sinyal sudah berupa garis-garis dan ini yang dinamakan pengolahan sinyal bunyi yaitu dengan mendiskretkan sinyal tersebut. Tahapan diskret sinyal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.3 terlihat bahwa tahapan pertama adalah sinyal berbentuk sinusoidal yang kemudian beralih kepada sinyal berbentuk eksponensial dan dilanjutkan kepada sinyal square dan diakhiri dengan sinyal sinusoidal yang tereksponensial yang begitu berfluktuasi dengan amplitudo yang sangat acak. Dari semua sinyal tersebut dapat dicuplik atau disamplingkan atau dalam istilah matematikanya pendiskretan sinyal. Pendiskretan ini bertujuan untuk mempermudah pemrosesan sinyal tersebut.


Gambar 2.3 Sinyal suara dan sinyal diskret atau dalam istilah pemrosesan sinyal di samplingkan [5]


Sinyal yang paling sederhana adalah standing wave. Yaitu sinyal yang berbentuk sinussoidal, dapat dilihat pada gambar 2.4, 2.5, dan 2.6.

Gambar 2.4 Sinyal tegak [6]

Gambar 2.4 menunjukan bagaimana kerapatan gelombang berjalan dan bagaimana Sound Pressure yang terjadi pada standing wave. Dapat dilihat juga dari simulasi tentang kerapatan frekuensi pada proses terjadinya Sound Pressure tersebut. Proses ini telah disimulasikan oleh ISVR (Institut of Sound and Vibration Research). Dan menjadi acuan sebagai simulasi penjalaran sinyal untuk Sound Pressure.


Gambar 2.5 Sinyal tegak dengan panjang gelombangnya pada perbedaan frekuensi [6] Pada gambar 2.5 dapat dilihat panjang gelombang pada frekuensi tinggi dan panjang gelombang pada frekuensi rendah berbeda. Pada panjang gelombang frekuensi rendah kerapatan medianya lebih jarang sehingga jarak antara satu puncak gelombang ke puncak gelombang lain lebih jauh jika dibandingkan dengan panjang gelombang pada frekuensi tinggi. Pada frekuensi tinggi jarak antara satu puncak dengan puncak lainnya lebih dekat dikarenakan kerapatannya yang lebih. Dengan Sound Pressure Level yang sama namun frekuensi yang berbeda maka terlihatlah perbedaan kerapatan gelombang, yang sebutkan dengan long wavelength dan short wavelength.


.

Gambar 2.6 Sinyal tegak dengan panjang gelombang pada perbedaan kecepatannya [6] Pada gambar 2.6 dapat dilihat persamaan frekuensi dan perbedaan percepatan pada Sound Pressure Level yang terjadi pada Long Wavelength dan Short Wavelength. Frekuensi dan kecepatan rambatan bunyi

1 Hz t f = frekuensi (Hz) t = waktu (detik) f=


(2.1)

Pergerakan kecepatan gelombang bunyi berbeda pada tiap media, seperti pada udara, gas atau air. Cepat rambat bunyi bergantung pada kerapatan, suhu dan tekanan media udara.

cg =

γPa ρ

m detik

(2.2)

m det

(2.3)

atau cg = 20.05 T dimana : cg = Cepat rambat bunyi (m/det) γ = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1.41) Pa = Tekanan Atmosfer (Pa) ρ = Kerapatan (Kg/m 3 ) T = Suhu (K) Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan, sedangkan pada media tidak padat bergantung pada modulus Bulk dan kerapatan. cs =

E ρ

Pa

dimana : E = Modulus Young (Pa) ρ = Kerapatan (Kg/m 3 )


(2.4)

Intensitas dan Kecepatan Partikel Bunyi di udara

I=

W A

W m2

(2.5)

dimana : I = Intensitas Bunyi ( W

m2 W = Daya Akustik (Watt)

)

A = Luas Area (m 2 ) Intensitas bunyi yang dapat dideteksi manusia adalah 10-6 W/cm2, maksimum yang dapat diterima tanpa menyebabkan kerusakan adalah sekitar 10-3 W/cm2.

Kecepatan partikel adalah radiasi bunyi yang dihasilkan sumber bunyi akan mengelilingi udara sekitarnya. Kecepatan partikel: V=

P ρ .c

m/det

dimana : V = Kecepatan partikel (m/det) P = Tekanan (Pa) ρ = Massa jenis bahan (kg/m 3 ) c = Kecepatan rambat gelombang (m/det)


(2.6)

Untuk menghitung panjang gelombang dapat dicari dengan persamaan :

λ= c

f

= meter

(2.7)

dimana : λ = Panjang rambat gelombang (m) f = Frekuensi (1/det) c = Kecepatan rambat bunyi di udara 340m/det (1128 ft)

Maka panjang gelombang akustik adalah:

λ = 1128

(2.8)

f ft

Tingkat kebisingan suara yang terlalu besar disebutkan directivity. Ini terjadi karena penjalaran media yang bebas. Ini dapat di tunjukan pada gambar dibawah, terlihat bagaimana penjalaran SPL (Sound Pressure Level). Kemudian kita dapat melihat sumber suara pada suatu ruangan dengan beberapa variasi. Diketahui perambatan Sound Pressure Level adalah: SPL S = 20log10

P(atm) Pref

= Pref = 2x10 −5 N

m2

P 2 (atm) = 10log10 2 P ref P 2 (atm) = 10log10 dB 4x10 −5

dimana : P ref = 0.00002 (Pa) P atm = 101300 (Pa)


(2.9)

2.2 Perambatan Bunyi pada Media

Bunyi dapat merambat pada tiga media. 1. Udara/gas 2. Air/cairan 3. Benda Padat Laju Bunyi pada beberapa Material pada 200C & 1 Atm Tabel 2.1 Kelajuan Bunyi pada Material No Material Laju Bunyi (m/s) 343 1 Udara 0 331 2 Udara (0 C) 1005 3 Helium 1300 4 Hydrogen 1440 5 Air 1560 6 Air Laut ≈5000 7 Besi & Baja ≈4500 8 Kaca ≈5100 9 Aluminium ≈4000 10 Kayu Keras Sumber : Giancolli, Douglas. Physiscs Third Edition. New Jersey : Prentice Hall Englewood Cliffs Dari tabel 2.1 kita dapat melihat bahwa kelajuan bunyi pada setiap material berbeda. Pada udara sangar ditentukan oleh kelembaman, meskipun pada material lainnya suhu cukup menentukan namun pada udara sangat mempengaruhi. Khususnya pada material padat laju bunyi lebih tinggi ini dipengaruhi oleh ikatan kimia setiap material yang cukup menetukan kelajuan bunyi. Diketahui Aluminium adalah salah satu material yang menjadi media kelajuan bunyi cukup tinggi. Tabel 2.2 Kuat Bunyi pada bermacam suara


Intensity Intensity (dB) (W/m2) 140 100 1 Jet Plane pada 30 m 120 1 2 Ambang Sakit 120 1 3 Kekuatan konser Rock di udara terbuka 100 1x10e-2 4 Sirene pada 30 m 75 3x10e-5 5 Auto Interior, bergerak pada 90 km/jam 70 1x10e-5 6 Kesibukan /kemacetan jalan 65 3x10e-6 7 Percakapan biasa pada 50 cm 40 1x10e-8 8 Radio tenang 20 1x10e-10 9 Bisikan 10 1x10e-11 10 Desir Daun 11 Ambang Pendengaran 0 1x10e-12 Sumber : Giancolli, Douglas. Physiscs Third Edition. New Jersey : Prentice Hall Englewood Cliffs No

Sumber Suara

2.2.1 Aktif Kendali Kebisingan Untuk Aktif Kendali Kebisingan bahasa awamnya adalah suara melawan suara yaitu penjelasannya adalah dengan metode sinyal yang telah kita dapatkan harus kita cari anti sinyalnya yaitu yang serupa dengan sinyal awal tapi berlawanan fasa. Dapat kita lihat contoh pada uraian gambar 2.7 dijelaskan sinyal Tegak Amplitudo rendah dengan kondisi tanpa suara.

Gambar 2.7 Gelombang Tegak Low Amplitudo diam [7]


Gambar 2.8 Gelombang Tegak High Amplitudo [7] Dari perbandingan gambar 2.7 dan 2.8 dapat dilihat bahwa amplitudo dalam keadaan diam dengan keadaan amplitudo rendah dan tinggi. Dan terlihat pada amplitude rendah tidak mempunyai bunyi untuk amplitude tinggi bunyi nyaring.

Gambar 2.9 Gelombang Tegak pada pergeseran fasa [7] Pada gambar 2.9 diperlihatkan pergeseran fasa yang berfluktuasi terhadapat waktu. Dimana dengan pergeseran fasa tersebut akan terjadi interferensi bunyi yang bertujuan mencapai propagasi sehingga terjadi reduksi.


Gambar 2.10 Dua buah gelombang tegak dengan perbedaan fasa 1800 saling meniadakan [7] Pada gambar 2.10 diperlihatkan dua bunyi yang berbeda fasa 1800 yang saling meniadakan yang akan menuju kuadran tidak ada bunyi sama sekali.

ωt

Gambar 2.11 Sinyal Sumber atau Sinyal 1 Pada gambar 2.11 diperlihatkan sebuah sinyal sumber atau sinyal 1 dalam suatu sistem Aktif Kendali Kebisingan. Dimana persamaan yang ditunjukan adalah :

y1 = A sin ϖ t

(2.10)


ωt

Gambar 2.12 Sinyal Lawan atau Sinyal 2 Pada gambar 2.12 ditunjukan sinyal lawan atau sinyal 2 dari suatu sistem Aktif Kendali Kebisingan. Dimana persamaan yang ditunjukan adalah :

y 2 = −A sin ϖ t

(2.11)

ωt

Gambar 2.13 Aktif sinyal

Pada gambar 2.13 adalah merupakan Aktif Sinyal, dimana sinyal 1 dan sinyal 2 tergabung dengan fasa yang berlawanan 1800 dan sinyal saling meniadakan.


Maka persamaan dari penggabungan Sinyal Awal/Sinyal 1 dengan Sinyal Lawan/Sinyal 2 adalah :

Yaktif noise = y1 + y 2 (2.12)

Yaktif noise = A sinϖ t − A sinϖ t =0 Sinyal suara mempunyai bentuk kontur yang sangat rumit dan sangat acak. Itu terjadi karena pergeseran fasa yang sangat rapat sehingga menyulitkan pendeteksian jika hanya memakai peralatan yang sederhana. Dasar dari pergeseran phasa pada sinyal bunyi dapat kita lihat pada gambar 2.14 yaitu dari langkah I sampai IX perioda (T) mengalami perubahan dari ¼ T pertama sampai dengan ¼ T ke sembilan. Pada perubahan yang terjadi inilah pergesaran fasa tersebut bergerak. Dari gambar 2.14 dapat dilihat pada step I ¼ T kemudian amplitude pada posisi 2. Pada step II ¼ T kemudian amplitude bergeser pada posisi 2. Pada step III ¼ T kemudian amplitude bergeser pada posisi 4. Pada sep IV ¼ T kemudian amplitude berada pada posisi 5. Pada step V ¼ T kemudian amplitude berada kembali pada posisi 2 namun pada posisi 12 amplitudo negative lebih negative jika dibandingkan pada step 2. Pada step VI ¼ T kemudian amplitude kembali pada posisi 3 namun pada posisi 10 ke 15 sinyal datar atau flat. Pada step VII ¼ T kemudian amplitude sama dengan step 3 kembali pada posisi 4 namun pada posisi 12 amplitudo naik tajam. Pada step VIII ¼ T kemudian amplitude kembali sama dengan step 4 berada


pada posisi 5 namun pada posisi 8 sampai 15 sinyal datar atau flat. Pada step IX ¼ T kemudian amplitude sama dengan step 2 dan 5 pada posisi 2 namun pada posisi 8 amplitudo negatif curam dan amplitudo pada posisi 11 tinggi. Begitulah fluktuasi sinyal yang bergerak. Sangat rumit dan acak sehingga untuk mendeteksinya diperlukan pendekatan perhitungan yang baik untuk mendapatkan hasil yang maksimal.

Gambar 2.14 Pergeseran fasa pada sinyal suara [8]


Uraian Aktif Kebisingan juga dapat kita lihat dari tampilan sinyal yang telah berfluktuasi pada gambar 2.15, 2.16, dan 2.17.

Gambar 2.15 Sinyal Aktif Kebisingan [9] Gambar 2.15 memperlihatkan flukstuasi SPL terhadap frekuensi, dan fluktuasi sinyal suara ini adalah perbesaran dari sinyal realnya. Dikarenakan sinyal real dari suatu bunyi sangat bersifat acak. Dan gambar 2.15 adalah salah satu teknik untuk bisa mendapatkan sinyal secara lebih jelas dari keacakan sinyal bunyi yang begitu rumit.


Gambar 2.16 Sinyal Aktif Kebisingan dengan gradasi warna [9]

Gambar 2.16 menunjukan bagaimana Secondary Sound atau Sinyal Lawan mereduksi noise yang ada pada Primary atau Sinyal Sumber plus Secondary Sound. Terlihat warna mendekati 0 atau telah tereduksi. Disini Secondary Sound tidak ditampilkan oleh ISVR (Institut of Sound and Vibration Research) karena boleh jadi itu merupakan kode etik rahasia yang tidak boleh di publikasikan. ISVR (Institut of Sound and Vibration Research) adalah merupakan salath satu Institut Sound and Vibration terbaik di dunia, yang mana telah banyak melakukan riset mengenai sound and vibration. Namun untuk Active Nosie Control masih merupakan riset terbaru yang masih terus berlangsung hingga sekarang.


Gambar 2.17 Sinyal Aktif Kendali Kebisingan yang sangat acak [10]

Gambar 2.17 adalah ilustrasi dari kerumitan atau keacakan sinyal bunyi yang begitu dinamis. Beberapa referensi dari penelitian yang telah diteliti oleh banyak orang tentang Aktif Kendali Kebisingan (Active Noise Control), seperti penelitian tentang pengurangan kebisingan dengan menggunakan Active Noise Control System. Sinyal pada satu chanel Aktif Kendali Kebisingan telah mengurangi noise pada frekuensi rendah dengan nilai -10,72 dB. Sistem ini tidak stabil ketika sinyal noise terus menerus berubah. Frekuensi Noise ini bervariasi pada perpindahan objek dalam suatu posisi. Sinyal Aktif Kendali Kebisingan kurang dari maksimal selama zona diam


dihasilkan juga sangat relative untuk menghasilkan area perubahan yang besar. Dilihat dari set up alatnya pada gambar 2.18 [10].

Gambar 2.18 Konfigurasi Hardware pada Aktif Kendali Kebisingan [10] Dapat dilihat pada gambar 2.18 letak posisi dari sumber bising yang digantung dimana kemudian diberikan anti noise dari suara yang di sesuaikan dengan suara dari sumber bising.

Gambar 2.19 Propagasi pada dua sinyal yang menuju pada zona diam [10]


Juga dapat dilihat pada gambar 2.19 bentuk propagasi dua sinyal yaitu sinyal sumber noise dan sinyal lawan, dimana kemudian kedua sinyal itu saling berpropagasi yang akhirnya saling meniadakan atau minimal tereduksi.

Gambar 2.20 Blok Diagram Single Chanel Sistem Aktif Kendali Kebisingan [10] Pada gambar 2.20 dapat dilihat blok diagram dari single chanel Aktif Kendali Kebisingan, kita dapat melihat input dan output dari sinyal yang juga menggunakan feedback untuk memperjelas dan memperkuat sinyal. Pada penelitian tentang Aktif Kendali Kebisingan terhadap vacum cleaner sasaran kuat bunyi yang terbaik dalam pencapaian prototip Aktif Kendali Kebisingan system adalah 4.2477 dB. Sedangkan pada simulasi reduksi sinyal yang dihasilkan optimalnya dibawah 6 dB. Radiasi bising pada vacum cleaner adalah langsung dari sumber. Hal ini yang membuat kesulitan pada penelitian dalam menset up mikropone untuk mendapatkan korelasi sinyal yang baik dengan noise. [12]


Gambar 2.21 Aktif pelindung telinga dari sumber kedua [11] Pada gambar 2.21 terlihat bagaimana cara melindungi telinga dari sumber yang merupakan sinyal sumber.

Gambar 2.22 Blok Diagram Sistem satu chanel Aktif Kendali Kebisingan [11] Pada gambar 2.22 ditunjukan blok diagram sistem satu chanel Aktif Kendali Kebisingan yang secondary sourcenya dikontrol oleh sebuah blok filter.


Pada penelitian penekanan frekuensi rendah kebisingan atau getaran pasif mempunyai banyak kerugian, sebagian besar oleh karena menyangkut volume peredam tersebut. Dengan menggunakan metode pengolah sinyal kemungkinan untuk menggunakan Aktif Kendali Kebisingan bisa tercapai. Kebisingan sekunder (yang buatan) harus dihasilkan, yang akan melemahkan kebisingan yang primer (yang sesungguhnya) ini dapat dilihat pada gambar 2.23. [12]. Terlihat bahwa kebisingan sekunder mengcounter kebisingan primer yang sesungguhnya. Dimana kebisingan sekunder adalah diwakili oleh loudspeaker sementara kebisingan primer diwakili oleh jam beker. Sinyal dari sekunder (loudspeaker) dipancarkan kemudian ditangkap oleh mikropon dimana dengan bersamaan sinyal dari primer (jam beker) dipancarkan juga kemudian ditangkap oleh mikropon juga.

Gambar 2.23 Setting Sistem Aktif Kendali Kebisingan [12]


Gambar 2.24 Sistem Kerja Aktif Kendali Kebisingan [12] Gambar 2.24 Menjelaskan tentang Sistem Aktif Kendali Kebisingan bekerja dengan menggunakan Analoge Digital Converter dan Digital Analoge Converter. Modeling dan disain pengontrol dirancang dengan prosedur untuk suatu FBsistem bunyi Aktif Kendali Kebisingan. Sinyal akustik diperagakan sebagai gelombang bunyi yang dikendalikan dengan singkat. Suatu umpan balik pengontrol dirancang yang kemudian untuk mengurangi noise yang ada di sekitar, dengan menggunakan sensor kesalahan yaitu H8 untuk mengendalikan teori berdasar pada IIR model. Efektivitas prosedur disain yang diusulkan dipertunjukkan dalam test percobaan. Suatu bidang bunyi telah diasumsikan dalam studi ini. Kemudian didisain suatu pengontrol dan modeling sistematis untuk memeriksa prosedur suatu bidang sinyal akustik dengan gema yang akan menjadi pokok lebih lanjut dari studi [13].


Gambar 2.25 Konfigurasi SISOSE FF- Sistem Aktif Kendali Kebisingan [13] Pada gambar 2.25 menjelaskan bagaimana suatu Aktif Kendali Kebisingan dengan menggunakan sensor sinyal.

Gambar 2.26 Konfigurasi Percobaan Aparatus [13] Pada gambar 2.26 menjelaskan konfigurasi atau set up dari Aktif Kendali Kebisingan yang menggunakan software control.


Kontribusi penelitian ini menunjukkan asal usul FXLMS struktur

untuk

implementasi pada suatu titik yang tetap menjalankan pada tekanan induksi rata-rata pada sebuah suara. Implementasi dievaluasi dengan keadaan online dan dicapai pada titik tetap FXLMS adalah 20dB ke 30dB pada interval frekwensi 100Hz ke 375Hz karena lebar bandwith kebisingan 60dB dan distorsi suara (sinusoidal 200Hz). Implementasi alat ini layak digunakan untuk mengatasi tekanan suara tinggi. Penerapan algoritma dilakukan dalam Aktif Kendali Kebisingan akustik. Kemudian diperoleh dari aplikasi untuk Aktif Kendali Kebisingan tentang kebisingan dan getaran pada suatu mesin bubut. Di dalam adaptip feedback alat ini tetap pada titik FXLMS (Filtered-X LMS). Penelitian ini juga menarik untuk lebih lanjut diuraikan dengan menggunakan kombinasai digital dan analog pada pengendalian kedua daerah yang utama [14].

Gambar 2.27 Aktif Kendali Kebisingan [14]


Pada gambar 2.27 menjelaskan bagaimana mengolah Aktif Kendali Kebisingan dengan proses Digital Signal Processing. Untuk pelindung pada telinga digunakan Low Power Fixed Point Digital Signal Processor. Active Control Of Noise Using FXLMS

Gambar 2.28 Aktif Kendali Kebisingan pada telinga ditempatkan pada primary path and forward path [14] Pada gambar 2.28 merupakan blok diagram Aktif Kendali Kebisingan yang menggunakan Digital Signal Processor sebagai pengontrol guna melawan Primary Path.

Di dalam aplikasi praktis, metoda Aktif Kendali Kebisingan saling mempengaruhi dengan nonlinear. Nonlinear pengontrol berdasar pada Volterra penyaringan yang diterapkan dalam wujud multichannel untuk menyaring data agar dapat digunakan dan dapat dimanfaatkan pada lingkungan. Salah satu dari aspek yang rumit adalah tentang algoritma adaptasi efisien. Yang pada umumnya, yang disebut filtered-X LMS atau NLMS adalah merupakan algoritma. Di dalam penelitian ini kita mengusulkan penggunaan affine proyeksi teknik, dan kita memperoleh secara detail


yang disebut FILTERED-X AP algoritma untuk di gunakan penyaringan kwadrat homogen. Menurut multichannel pendekatan, asal usul ini dapat dengan mudah diperluas untuk penyaringan Volterra umum. Eksperimen yang lebih jauh kita laporkan untuk mengkonfirmasikan AP dibandingkan teknik klasik LMS dan NLMS algoritma dengan suatu peningkatan yang terbatas. Semua ini menyangkut computational complexity dibandingkan dengan Aktif Kendali Kebisingan akustis. Ini

merupakan salah satu aplikasi untuk kendali aktip tentang kebisingan dan getaran di dalam suatu mesin bubut. Di dalam adaptip kontrol umpan balik getaran di titik tetap pada FXLMS agar dapat mengontrol tampilan yang sesuai. Penelitian ini juga menarik untuk ditindaklanjutkan menggunakan penjabaran tentang digital dan analog [15].

Gambar 2.29 Single Channel Adaptive Kontrol [15] Gambar 2.29 Adaptive Kontrol adalah menjelaskan bahwa menggunakan satu system tersendiri dengan menggunakan adaptive controller.


Gambar 2.30 F-X AP adaptive nonlinear control [15]

Pada gambar 2.30 ditunjukan proses control dengan menggunakan penyesuaian F-X AP non linear. Dimana F-X AP merupakan pengontrol umpan balik. Penelitian ini memperkenalkan suatu aplikasi kendali tanpa kawat pengulangan tertutup berdasar pada Berkeley Micaz partikel debu dan Alat Analog AD21061 EZ-KIT LITE. Sistem merealisasikan Aktif Kendali Kebisingan yang mana merupakan suatu aplikasi rumit dari alur sinyal. Suatu Pll-Likemechanismtakes dengan alamat sinkronisasi, dipakai linier sesuai dengan data pengukuran yang tanpa kawat (wire less system) untuk pengolahan DSP (Digital Signal Processing). Kebisingan dasar pengontrol resonator telah membuktikan efisiensinya di dalam lingkungan ini. Yang utama adalah untuk menginstal jauh lebih unsur-unsur ( yaitu. mikropon) di dalam sistem adaptitive nonlinear control [16].


Gambar 2.31 Blok Diagram Sistem Wire Less Aktif Kendali Kebisingan [16] Pada gambar 2.31 ditunjukan blok diagram sistem wire less Aktif Kendali Kebisingan, yang mana proses sistem menggunakan Digital Signal Processing.

Gambar 2.32 Aktif Kendali Kebisingan problem [16]

Pada gambar 2.32 ditunjukan permsalahan Aktif Kendali Kebisingan yang mana untuk mengontrol dibutuhkan Filter dengan proses transformasi Z untuk menghasilkan output yang maksimal.


Gambar 2.33 Periodik perencanaan Aktif Kendali Kebisingan [16] Pada gambar 2.33 ditunjukan bagaimana periodik Aktif Kendali Kebisingan berproses dengan menggunakan resonators, dimana primary noise dan secondary noise di inputkan dengan menggunakan referensi sinyal.

Gambar 2.34 Periodik Aktif Kendali Kebisingan diagram [16] Pada gambar 2.34 adalah merupakan blok diagram Aktif Kendali Kebisingan dengan proses transformasi z yang di umpan balikkan.


Pemrosesan Sinyal

Gambar 2.35 Sinkronisasi blok diagram pemrosesan sinyal Aktif Kendali Bising [16] Pada gambar 2.35 ditunjukan blok diagram pemrosesan sinyal Aktif Kendali Kebisingan yang menggunakan controller dan adjustable timer. Dapat dilihat sinyal referensi memasuki S/H kemudian menuju controller dan di adjustable timer. Dimana outputnya masih merupakan sinyal yang sama. Namun umpan balik adjustable timer merubah bentuk sinyal menjadi gigi gergaji.

2.3 Fourier Series

Teori mengenai FFT (Fast Fourier Transform) yang akan digunakan dalam Pemrosesan Sinyal ini adalah sebagai berikut: Fungsi f(x) adalah merupakan fungsi periodik jika nilai fungsinya berulang pada waktu yang tertentu dengan variabel tunggal. Pengulangan waktu tertentu ini merupakan perioda dalam suatu getaran dapat dilhat pada gambar 2.36.


Gambar 2.36 Fungsi dari suatu sinyal dengan perioda [17]

Nyatalah bahwa y = sin nx adalah merupakan fungsi periodik, dimana jarak nilai x naik dari 00 sampai 3600. Periode 3600 dikatakan 2π radians dan maksimum pergeseran amplitudo dari posisi sandaran, lihat gambar 2.37

Gambar 2.37 Amplitudo [17]


Definisi Deret Fourier: Fungsi f (x) yang dapat ditentukan pada interval (-L,L) dan di luar interval dan diluar interval ii ditentukan pleh f(x + 2L), yaitu dianggap bahwa f(x) mempunyai periode 2L. Deret Fourier atau ekspansi fourier yang sehubungan dengan f(x) tadi didefinisikan sebagai:

a0 ∞ nππ nππ + ∑ (a n cos + b n sin ) 2 n =1 L L

(2.13)

Dengan harga-harga koefisien Fourier an dan bn ditentukan oleh: L

an =

1 nππ f(x)cos dx ∫ L −L L

(2.14)

L

1 nππ b n = ∫ f(x)sin dx L −L L

Deret Fourier juga

n = 0,1,2,........

merupakan penurunan persamaan matematik bentuk

gelombang tegangan dan menentukan besar amplitude . Setiap fungsi periodik f(ωt) dapat diuraikan menjadi deret trigonometri tak terhingga dan disebut deret Fourier. Supaya dapat diuraikan menjadi deret Fourier, fungsi tersebut harus memenuhi kondisi sebagai berikut: Fungsi tersebut merupakan fungsi periodik dan memenuhi relasi f (ωt ) = f (ωt+2π) dengan periode 2π.


Ambil suatu fungsi periodik f (ωt) maka deret Fourier untuk fungsi tersebut pada rumusan : f(ωt) = A 0 + A1cos(ωos+ A 2 cos(2ωos+ A 3 cos(3ωos+ ...... + B1sin(ωt) + B 2 sin(2ωt) + B3sin(3ωt) + ......

(2.15)

∞

f(ωt) = A 0 + ∑ [A n cos(nωt) + B n sin(nωin] n =1

A0, An, dan Bn disebut koefisien Fourier dan ditentukan dengan rumus : 2π

A0 =

1 π f(ϖt) d(ϖt) 2 ∫0

An =

1 π f(ϖt) cos (nϖt) d(ϖt) 2 ∫0

Bn =

1 π f(ϖt) sin (nϖt) d(ϖt) 2 ∫0

(2.16)

2π

(2.17)

2π

(2.18)

dimana : n = 1,2,3.......

Untuk menyederhanakan perhitungan Deret Fourier, adalah dengan menggunakan tabel Transformasi Fourier. Tabel Tranformasi Fourier ini beragam bentuk, namun peneliti mengambil bentuk yang paling sederhana dari sinyal yang akan di proses. Betuk ini masih merupakan bentuk sinusoidal, yaitu dengan memotong perbagian dari keacakan sinyal yang sangat rumit.


Tabel 2.3 Transformasi Fourier f ( x)

f ( y)

⎡ ⎤ + ixy + ⎢ f ( x) = ( 1 2π ) ∫ F ( y ) e dy = FT {F ( y )}⎥ −∞ ⎣ ⎦

⎡ ⎤ −ixy − ⎢ f ( y ) = ( 1 2π ) ∫ F ( x) e dy = FT {F ( y )}⎥ −∞ ⎣ ⎦

+∞

+∞

2a 1/a

A

A exp(−a 2 x 2 )

[Gaussian]

A π a

2 A π exp(− y ) 4a 2 a [Gaussian]

Sumber: Champeney, D.C. Fourier Transform and Their Physical Application: Academic Press, Inc. Pada penelitian ini perhitungan Fourier yang gunakan adalah Transformasi Fourier dengan menggunakan tabel diatas yaitu dengan persamaan dari tabel:

1 ∞ ⎡ ⎤ + +ixy { } = = f(x) π F(y) e dy FT F(y) ∫ ⎢⎣ ⎥⎦ 2 −∞

(2.19)

Yang kemudian kita gunakan persamaan sinyalnya untuk meghitung adalah:

Aexp(−a 2 x 2 )

(2.20)

Dimana : A = Amplitudo a = real constan x = nilai fungsi


2.4 Uraian Aktif Kendali Kebisingan

Ada beberapa cara untuk mengurangi kebisingan yang dipancarkan oleh suatu sumber bunyi di dalam suatu ruang. Satu pendekatan baku terdiri dari penyerapan suara bising pasif, yaitu mencakup dinding dengan material seperti glassfibre mantel. Material ini menyerap energi akustik ke dalam panas dan demikian berperan untuk pengurangan kebisingan, tetapi material ini bekerja terbaik pada frekuensi tinggi (diatas 5000 Hz). Aktif Kendali Kebisingan Sistem telah dikembangkan untuk mengatasi strategi pasif pada frekuensi rendah (di bawah 1000 Hz). 2.4.1 Mekanisme dan Cara kerja Aktif Kendali Kebisingan adalah dengan cara menambahkan bunyi kebalikan yang tepat untuk menghilangkan kebisingan tersebut (anti sound). Kita dapat melihat gelombang dengan amplitudo yang awal kemudian kita berikan amplitudo yang berlawanan (berbeda fasa 180o). Pada sisi lain, dua gelombang dengan fasa berlawanan dan amplitudo sama digabungkan maka akan menghapuskan keseluruhan amplitudo. Dengan pendeteksian bunyi melalui mikropon, Aktif Kendali Kebisingan dapat secara otomatis menghasilkan isyarat yang benar untuk mengirim kepada pengeras suara yang akan menghasilkan anti sound untuk mengilangkan bunyi yang


asli. Ukuran daerah kesunyian yang diciptakan tergantung pada panjang gelombang bunyi. Efektivitas sistem akan tergantung pada ukuran dan bentuk ruang di mana diterapkan, ukuran sumber bunyi yang tak dikehendaki dan nomor jumlah dan posisi pengeras suara yang digunakan untuk menghasilkan anti sound.

2.5 Aplikasi Aktif Kendali Kebisingan

Pada penelitian ini Aktif Kendali Kebisingan di gunakan untuk mendeteksi sinyal redaman di knalpot (silencer) mobil. Sinyal bunyi yang akan dihasilkan adalah diusahakan tereduksi seminimal mungkin untuk mendapatkan kenyamanan bunyi.

Gambar 2.38 Knalpot (noise silencer) Mobil Dari sumber bising yang dihasilkan oleh knalpot seperti pada gambar 2.38 penliti akan menangkap bunyi tersebut yang mana kemudian bunyi tersebut dilakukan pelawanan dengan bunyi yang dihasilkan oleh Pembangkit Sinyal Bising, dimana


bunyi lawan ini berbeda fasa 1800 dengan menggunakan Penggeser Fasa sebagai pembalik fasanya. 2.5.1 Pembangkit Sinyal Bising Noise generator adalah pembangkit kebisingan (noise) untuk menghasilkan

sinyal lawan (secondary) sinyal. Sehingga frekuensi dan amplitudo yang dipancarkan dapat diimbangi dengan sinyal lawan (secondary) ini guna mendapatkan Aktif Kendali Kebisingan dan dapat melemahkan (reduction) keibisingan tersebut (lihat lampiran 1 halaman 146)

Perhitungan Rangkaian dasar dari Pembagi Tegangan yang masuk ke IC 555 sebagai Oscilator adalah gambar 2.39.

Gambar 2.39. Rangkaian Pembagi Tegangan


⎛ R2 Vout (unloaded ) = ⎜⎜ ⎝ R1 + R2

⎞ ⎛ 10 K ⎞ ⎛ 10 K ⎞ ⎟⎟VS = ⎜ ⎟9V = ⎜ ⎟9V = 2.25 V 30 K 10 K + 40 K ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎠

Pada IC 555 sebagai timer atau juga sebagai model Osilator terdapat rumus untuk frekuensi dan duty cycle adalah:

fr =

1.44 (R 1 + 2R 2 )C ext

(2.21)

Dan untuk duty cycle adalah :

⎛ R + R2 ⎞ ⎟⎟100% Duty cycle = ⎜⎜ 1 R 2R + 2 ⎠ ⎝ 1

(2.22)

2.5.2 Penggeser Fasa Penggeser fasa adalah suatu alat untuk menggseser fasa pada sinyal. Teknik ini digunakan dengan tujuan untuk membalik fasa 1800 yang sasarannya adalah untuk membuat anti sound pada penelititan ini, sehingga dapat menghasilkan pemrosesan sinyal Aktif Kendali Kebisingan (lihat lampiran 2 halaman 147) Teori dari proses Penggeser fasa ini adalah melalaui masukan pada Transistor yang kemudian di keluarkan pada kaki Kolektor dan Emitor dengan


resistan tertentu sehingga sinyal keluaran bisa diatur pergeseran fasanya, dapat dilihat pada gambar 2.40.

Gambar 2.40 Proses input dan output dari pergeseran fasa Sinyal kolektor terputar 1800 terhadap sinyal input dan terhadap sinyal emitor. Analisa ini didapat dari Tanggapan Penguat Frekuensi Rendah dapat dilihat pada gambar 2.41.

Gambar 2.41 Frekuensi rendah AC dengan Kopling dan by pass Kapasitor highpass rangkaian RC


Arus input basis adalah: = R || R C C L Input rangkaian RC

Dimana R

⎞ ⎛ ⎟ ⎜ R in ⎟V V =⎜ base ⎜ in 2 2 ⎜ R in + X C ⎟⎟ 1⎠ ⎝

(2.23)

Kondisi ini terjadi pada input rangkaian RC ketika RC1 = Rin

⎛ 1 ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ R in ⎞ ⎛ R in ⎞ R in ⎟Vin ⎟Vin = ⎜ ⎟Vin = ⎜ ⎟Vin = ⎜ Vbase = ⎜⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 2 2 2 2 ⎜ ⎟ 2R ⎝ R in + R in ⎠ ⎝ 2R in ⎠ ⎝ 2R in ⎠ in ⎠ ⎝ = 0.707Vin frekuensi rendah dapat dihitung : 1 Xc1 = = R in 2ππfc 1 fc =

(2.24)

1 2ππ in C1

maka tahanan input sumber dapat dihitung : 1 fc = 2π(R s + R in )C1


2.5.3.Penggeser Fasa (Phase Shift) pada input rangkaian RC Pada frekuensi rendah, nilai tertinggi C1 menyesebabkan pergeseran fasa dan tegangan output pada rangkaian RC mendahului tegangan input. Dimana dari proses pergeseran sudut fasa dapat diatur derajat yang terjadi pada perjalanan sinyal yang akan ditampilkan. Perolehan derajat ini adalah dengan langkah demi langkah dalam mengeset sudut fasa yang mana ada merupakan frekuensi menengah dan frekuensi kritis. Dengan mengeset dua frekuensi ini maka derajat perputaran sinyal dapat diperoleh. Jadi sudut fasa pada input rangkaian RC di rumuskan dengan frekuensi menengah dan frekuensi kritis. Rumusannya:

⎛ Xc ⎞ θ = tan −1 ⎜⎜ 1 ⎟⎟ ⎝ R in ⎠

(2.25)

Pada frekuensi menengah, Xc1 = 0 Ω ⎛0 Ω⎞ ⎟⎟ = tan −1 (0) = 00 jadi θ = tan −1 ⎜⎜ R ⎝ in ⎠ Pada frekuensi kritis, Xc1 = R in ⎛R jadi θ = ⎜⎜ in ⎝ R in

⎞ ⎟⎟ = tan −1 (1) = 450 ⎠

Untuk satu dekade dibawah frekuensi kritis, Xc1 = 10R in ⎛ 10R in ⎞ ⎟⎟ = tan −1 (10) = 84.30 jadi θ = tan −1 ⎜⎜ ⎝ R in ⎠


Gambar 2.42 Sudut fasa versus frekuensi pada input rangkaian RC [18] Pada gambar 2.42 menunjukan bahwa frekuensi cutoff pada pergeseran fasa terletak pada nilai 450. Proses tersebut menunjukan bahwa nilai 900 bahkan sampai 1800 yang peneliti kehendaki akan dapat di capai dengan rangkaian RC ini. Langkah berikutnya dalam proses pencapaian pergeseran fasa 1800 dapat dilihat pada gambar 2.43.

Gambar 2.43 Input pada rangkaian RC disebabkan tegangan basis mendahului tegangan input dibawah frekuensi menengah pada sudut fasa [18]


Gambar 2.43 menunjukkan bahwa dengan tegangan basis mendahului tegangan input maka proses pergeseran fasa dapat dilakukan dengan langkah menggunakan rangkaian RC. Dari acuan rangkaian RC peneliti dapat melangkah kepada Penggeser Fasa sebagai pembalik fasa 1800 yang menggunakan metode justifikasi potensiometer guna menggeser fasa, tujuannya adalah untuk membuat sinyal lawan sehingga Aktif Kendali Kebisingan dapat tercapai dan reduksi dapat dihasilkan. Untuk sinyal yang demikian acak kita perlu meramu rangkaian anti sound yang lebih rumit.


BAB 3 METODE PENELITIAN

Metode pada penelitian ini adalah dengan membangkitkan sinyal bising dari pembangkit sinyal yang kemudian sinyal tersebut di deteksi oleh oscilloscope. Kemudian hasil data pembangkit sinyal bising di olah dengan mengacu kepada sinyal bising dari sumber (knalpot) yang telah diukur, kemudian datanya diperoleh maka data dari sinyal sumber tersebut di hitung untuk kemudian mengarah kepada pendekatan reduksi bunyi dengan melalui proses perhitungan Pemrosesan Sinyal yang menggunakan Tansformasi Fourier. Reduksi ini terlihat di hasil perhitungan pada perbandingan persentasi error sinyal sumber yang dibandingkan dengan sinyal yang dibangkitkan oleh rangkaian pembangkit sinyal. Pada perhitungan analisis rangkaian Pembangkit Sinyal Bising metoda yang digunakan untuk perhitungan rangkaian adalah dengan menghitung perbagian rangkaian dengan menggunakan software Orcad 9.1. Sedangkan untuk analisis rangkaian Penggeser Fasa metoda yang digunakan untuk perhitungan rangkaian adalah dengan menghitung perbagian rangkaian dengan menggunakan software Circuit Maker 6. Metoda perhitungan rangkaian dengan menggunakan software ini lebih efissien, cepat dan juga lebih cermat.


Prinsip dasarAktif Kendali Kebisingan dapat dilihat pada blok diagram gambar 3.1. Terlihat dua sumber suara yaitu sumber suara yang ditimbulkan oleh sumber aslinya dilawan dengan sumber suara dari pembangkit suara. Kemudian dua suara itu ditangkap oleh mikropon yang kemudian ditransfer ke komputer untuk diolah sinyalnya guna mendeteksi hasil reduksi yang terjadi. Blok diagram pada gambar 3.1 ini adalah prinsip umum untuk sebuah teknik Aktif Kendali Kebisingan. Hanya kemudian para peneliti mengembangkan metodologi-metodologi teknik-teknik terbaru dengan konfigurasi yang lebih bervariasi dengan tujuan mendapatkan hasil penelitian yang semakin akurat.

Gambar 3.1 Prinsip Aktif Kendali Kebisingan


Gambar 3.2 Kerangka Konsep


3.1


Waktu dan Tempat

Pusat Riset Teknik Pengendalian Kebisingan/Vibrasi dan Sistem Pakar (Research Center for Noise/Vibration Control and Knowledge-Based in Engineering) USU, Laboratorium Teknik Elektro USU, Laboratorium Teknik Elektro UNSYIAH dan Laboratorium Akustik UNSYIAH dengan jadwal terlampir pada halaman 153. 3.2 Variabel yang diamati

Sound Power Level, Sound Pressure Level, Frekuensi 3.3 Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data

Mengukur Kebisingan (Noise) dari suatu Knalpot (noise silencer) dan setelah mendapatkan sinyal bising (noise) kemudian peneliti mengukur Sound Pressure Level sebagai data input lalu peneliti aktifkan Pembangkit Sinyal Bising dan Penggeser Fasa dengan mengatur potensionya untuk mendapakan sinyal lawan atau sinyal yang berbeda fasa 1800 dari sinyal Knalpot. Kemudian sinyal tersebut di proses dengan menghitung perbandingan data yang dihasilkan sinyal sumber dengan data yang dihasilkan Pembagkit Sinyal Bising dan Penggeser dengan menggunakan Transformasi Fourier sebagai alat pemrosesan sinyal untuk mengolah data dari penelitian ini. Sehingga dengan teknik pengukuran dan pengolahan dan analisa data yang merupakan metode dari peneliti sendiri dapat direalisasikan dengan semaksimal mungkin. 3.4 Bahan dan Peralatan

Pembangkit Sinyal Bising, Penggeser Fasa, Loudspeaker, Microphone, Osciloscope, Sound Analyzer, Function Generator, Power Supply, Multitester dan


Komputer yang digunakan untuk pengolahan (simulasi pemrosesan sinyal) dengan perhitungan dan analisa yang menggunakan Transformasi Fourier. Metode yang digunakan adalah Aktif Kendali Kebisingan atau suara dilawan dengan suara. Tabel 3.1 Bahan dan Peralatan BAHAN DAN PERALATAN Merk Spesifikasi Kenwood CS 1 50 MHz Osciloscope 5355 Sound 2 Norsonic Type 110 Analyzer Pembangkit IC, Resitor, 3 Rakitan Sinyal Bising Kapasitor, Transistor, Penggeser 4 Rakitan Potensiometer, Fasa Resitor, Kapasitor 1236, ½” Condensor 5 Mikropone YD-58 Microphone 6 Loudspeaker 8 Ohm Rafles Instruments Function 7 2 MHz RFG 202 Generator Sweep/Function Dual Tracking witn 5 Power 8 GW V Fixed Supplay Model: GPC 3080 9 Sanwa YX-360TRF Multitester Orcad dan Orcad 9.1 10 Software Circuit dan Circuit Maker 6 Maker Sumber: Hasil Riset No

Alat

3.5 Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian dapat kita lihat seperti Diagram Alir (pada lampiran 4 halaman 156).


BAB 4 PEMBAHASAN

4.1. Pengambilan data Kebisingan dari Sumber bising Knalpot (Noise Silencer)

Dalam pengambilan data bising (noise) pada knalpot (noise silencer) mobil Toyota Kijang, setting alat dan posisi mobil adalah sebagai berikut: 4.1.1. Persiapan Dinding kedap suara Material : Gypsum Merk Jaya Board dengan ketebalan 12 mm. Kondisi konstruksi pada aplikasi pengambilan data dapat dikatakan sederhana namun peneliti mengusahakan semaksimal mungkin dengan segala keterbatasan yang ada baik berupa bahan, alat, dan komponen pendukung lainnya. Setting pengambilan data dilaksanakan di dalam garasi mobil dengan membuat dinding persegi empat sebagai peredam bunyi. Dinding dibuat persegi panjang untuk meredam atau membendung suara masuk dari luar yang bertujuan agar suara dari knalpot (noise silencer) yang di tangkap oleh mikropon tidak merambat keluar. Dengan konstruksi yang sederhana ini peneliti berusaha semaksimal mungkin agar dalam pengambilan data zona titik pengambilan yang ditangkap oleh sensor yang dalam ini adalah mikropon tidak terlalu terjadi interferensi bunyi dari luar area pengukuran. Posisi titik pengukuran peneliti gunakan ISO Standard yaitu berjarak 1 m dari sumber suara.


Gambar 4.1 Pengukuran dan Pemotongan Pada gambar 4.1 proses pengukuran dan pemotongan bahan Gypsum yang digunakan sebagai dinding peredam suara sedang di lakukan

Gambar 4.2 Mengatur Dinding Pada gambar 4.2 proses pengaturan dinding sedang dilakukan untuk menempatkannya pada belakang badan mobil.


4.1.2 Setting dinding kedap suara pada belakang mobil Setelah dinding kedap suara selesai maka diatur dan ditempatkan di belakang mobil Toyota Kijang Kapsul. Dimana posisi mikropon berjarak 1 meter dari lubang knalpot dan ini merupakan ISO Standard dapat dilihat pada gambar 4.3, dan 4.4.

Z+

XZ-

Gambar 4.3 Menyekat Belakang mobil dengan dinding kedap suara

Z-

X–

Z+ Gambar 4.4 Tampak sisi lain dari penyekatan belakang mobil dengan dinding kedap suara


4.1.3 Persiapan Pengukuran Knalpot (Noise Silencer)

Gambar 4.5 Skala Alat ukur Sound Analyzer Sound Analyzer dan mikropon yang fungsinya sebagai sebagai alat ukur suara yang digunakan dalam pengukuran dan pengambilan data sumber yaitu Knalpot (Noise Silencer) ditunjukan pada gambar 4.5, 4.6 dan 4.7.

Gambar 4.6 Bentuk fisik Alat ukur Sound Analyzer


Gambar 4.7 Mikropon Merk Norsonic yang akan digunakan untuk pengukuran Knalpot 4.1.4 Setting Alat Pengukuran Knalpot (Noise Silencer) dan Proses Pengukuran Posisi mikropon di tempatkan 1 meter dari sumber bunyi sesuai dengan ISO Standar. Kemudian dilakukan pengukuran tekanan standar yaitu 1 Atm terlihat pada gambar 4.8.

Gambar 4.8 Teknisi sedang memasang mikropon


Gambar 4.9 Setting Selesai

Gambar 4.10 Proses Pengukuran

Gambar 4.11 Proses pengukuran dan pengambilan data


Pada gambar 4.9, 4.10, dan 4.11 ditunjukkan proses setting alat pengukuran saat pengambilan data juga proses pengukuran dan proses pengambilan data dari sumber bising yaitu Knalpot (Noise Silencer)

SPESIFIKASI PENGUKURAN BISING Date

: 19 – Juni- 2007

Starting Time WIB Measurement Point

: 10.30 – 11.45 : Outlet Silencer

Distence (Iso Std) : 1 m Preamplifier : Norsonic Type 1201 Calibration : 114 dB Equipment : Sound Analyzer Brand/Series : Norsonic Type 110 Corection Factor : Specification Silencer : Toyota Kijang Kapsul Thn 1998

Temperatur : 26.7 0 C satu jam berikutnya 29.10 C Pressure : Rotation Internal Combustion Engine (rpm) : 750 -1000 rpm Respon : Slow Vertical Top Scale : 110 Vertical Axis Graduation : 10 Vertical Axis Datum : 20 Pressure Microphone : Type 1236, ½” Condensor Microphone Filter :

KY+

KX+

KZ-

KZ+

KXKY-

Gambar 4.12 Posisi pengukuran Knalpot (Noise Silencer)


Pada pengukuran dan pengambilan data sumber bising yaitu Knalpot (Noise Silencer) peneliti mengeset dengan 1/3 Octave atau Terts. Dikarenakan kondisi lapangan yang tidak memungkinkan memakai prinsip pengukuran bola atau pun setengah bola yaitu maka disimpulkan untuk mengukur dengan tiga titik pengukuran. Yaitu X-, Z+, dan Z-. Kondisi itu dikarenakan titik Y+ adalah body mobil Toyota Kijang, kemudian titik X+ adalah masih body mobil Toyota Kijang kearah mesin dan kondisi titik Y- adalah lantai. Jika mobil dalam posisi digantung maka kondisi pengukuran bola dapat dilakukan (lihat gambar 4.12).

KY+

KX+

KZ-

KZ+

KXKY-

Gambar 4.13 Kondisi pengukuran Bola


Namun untuk setengah bola hanya titik Y- yang tidak dikondisikan tetapi untuk titik Y+ dan X+ nya juga tidak dapat direalisasi (lihat gambar 4.13). Ini semua dikarenakan kondisi di lapangan. Lain halnya jika knalpot masuk ke dalam Anechoic Chamber. Jika masuk ke dalam Anechoic Chamber maka kondisi ideal posisi pengukuran dapat terealisasi.

KY+

KX+

KZ-

KZ+

KXKY-

Gambar 4.14 Kondisi pengukuran Setengah Bola Kondisi setengah bola ini baik di terapkan jika posisi lantai atau KY- tidak ada. Jadi jika lantai diabaikan maka kondisi setengah bola ini baru bisa diterapkan dengan sesuai kaidah.


Tabel 4.1 Pengukuran Kebisingan pada Knalpot (Noise Silencer) FREQUENCY NO

FREQUENCY (HZ) TERTZ (1/3 Octave)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

31.5 40 50 63 70 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000

X (dB) x+

x-

Y (dB) Y+

26 26.7 35.7 26.8 27.2 28.3 35.2 27.3 25.6 28.6 23.8 26.4 24.9 23.8 23.6 23.7 25.2

Z (dB) Y-

Z+

Z-

25.9 27.8 35.5 26.9 26.3 28 35.2 27.4 26 28.9 23.5 26.7 25.4 23.6 23.9 23.6 24.4

25.3 26.7 35.5 26.3 26.5 27.9 34.9 27 26 29.1 23.8 27 25.3 23.6 23.9 23.9 24.5

Sumber: Hasil Riset : Uncondition : Uncondition

Measurement By

Approved By

Alfisyahrin

Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri


Hasil dari pengukuran aksis X- dapat dilihat dari grafik Grafik hasil dari data pengambilan titik X- pada Knalpot (Noise Silencer). Dapat dilihat amplitudo pada posisi 35 pada frekuensi di bawah 200 Hz yang kemudian turun pada frekuensi 200 Hz selanjutnya flat pada frekuensi 400 Hz

Lp Vs Frekuensi pada X-

Lp (dB)

40 35 30 25 20 15

X-

10 5 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Frekuensi (Hz)

Gambar 4.15 Sinyal Titik 1 Aksis X-

Grafik hasil dari data pengambilan titik Z+ pada Knalpot (Noise Silencer). Terlihat amplitudo pada posisi 35 pada frekuensi di bawah 200 Hz yang kemudian turun pada frekuensi 200 Hz selanjutnya flat pada frekuensi 400 Hz. Grafik yang terjadi pada pengambilan data titik Z+ pada Knalpot (Noise Silencer) terlihat identik dengan pengambilan data pada titik X-.


Lp Vs Frekuensi pada Z+

Lp (dB)

40 35 30 25 20 15

Z+

10 5 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Frekuensi (Hz)

Gambar 4.16 Sinyal Titik 2 Aksis Z+ Grafik hasil dari data pengambilan titik Z- pada Knalpot (Noise Silencer). Terlihat amplitudo pada posisi 35 pada frekuensi di bawah 200 Hz yang kemudian turun pada frekuensi 200 Hz selanjutnya flat pada frekuensi 400 Hz.

Lp Vs Freuensi pada Z-

Lp (dB)

40 35 30 25 20 15

Z-

10 5 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Frekuensi (Hz)

Gambar 4.17 Sinyal Titik 3 Aksis Z-


Grafik hasil dari data pengambilan Tiga titik pada Knalpot (Noise Silencer) Terlihat amplitudo pada posisi 35 pada frekuensi di bawah 200 Hz yang kemudian turun pada frekuensi 200 Hz selanjutnya flat pada frekuensi 400 Hz. Grafik yang terjadi pada pengambilan data tiga titik X-, Z+, dan Z- pada Knalpot (Noise Silencer) terlihat identik. Lp Vs Frekuensi pada tiga titik

Lp (dB)

40 35 30 25 20 15

XZ+ Z-

10 5 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Frekuensi (Hz)

Gambar 4.18 Sinyal di Tiga Titik Aksis yaitu X-, Z+, ZPada kesimpulan grafik ini terlihat bahwa tiga titik pengambilan data identik yang artinya sedikit sekali penyimpangan dari pengukuran ketiga titik tersebut. n = 750 rpm

adalah putaran mesin idle

dimana : ω=

maka frekuensi : f =

2π 6.28 xn = x 750 = 78.5 60 60

ω 78.5 = = 12.5 Hz 2π 6.28


(4.1)

4.2. Pengambilan data Kebisingan dari Pembangkit Sinyal Bising

Dalam membuat perancangan Pembangkit Sinyal Bising ini peneliti menggunakan tiga buah IC sebagai pembangkit sinyalnya. Sinyal yang dihasilkan ini berfungsi sebagai Anti Sound untuk melawan sinyal sumber yaitu Knalpot. Dapat dilihat pada gambar 4.20.

Gambar 4.19 Blok Diagram Pembangkit Sinyal Bising

Gambar 4.20 Prototipe Pembangkit Sinyal Bising yang telah dirancang


Dari rangkaian dan rumusan pada Bab 2 halaman 47 dan 48 maka perhitungan Pembangkit Sinyal Bising adalah sebagai berikut: Rumusan IC 555 sebagai model Osilator untuk frekuensi dan duty cycle adalah: fr =

1.44 (R 1 + 2R 2 )C ext

(4.2)

Dan untuk duty cycle adalah :

⎛ R + R2 ⎞ ⎟⎟100% Duty cycle = ⎜⎜ 1 ⎝ R 1 + 2R 2 ⎠

(4.3)

Pada perhitungan rangkaian Pembangkit Sinyal Bising peneliti menghitung dengan menggunakan software Orcad 9.1 dan juga perhitungan manual. Untuk IC 1 Dimana untuk teorinya adalah peneliti tampilkan saja rangkaian pembagi tegangan sebagai input pada IC 555 tersebut adalah:


Gambar 4.21 Rangkaian Pembagi Tegangan

⎛ R2 ⎞ ⎛ 10K ⎞ ⎛ 10K ⎞ ⎟⎟VS = ⎜ Vout (unloaded) = ⎜⎜ ⎟9V = ⎜ ⎟9V = 2.25 V ⎝ 40K ⎠ ⎝ 30K + 10K ⎠ ⎝ R1 + R 2 ⎠ Pada rangkaian yang kita potong perbagian maka dapat dihitung kuat arus dan tegangan adalah:

Gambar 4.22 Bagian 1 Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising

fr =

1.44 (R 1 + 2R 2 )C ext

=

1.44 1.44 = = 4.34Hz (10K + 2x0.03K)33μF 331.98


⎛ R + R2 ⎞ ⎟⎟100% Duty cycle = ⎜⎜ 1 ⎝ R 1 + 2R 2 ⎠ ⎛ 10K + 0.03K ⎞ =⎜ ⎟100% = 99.7% ⎝ 10K + 2x0.03K ⎠

Untuk IC 2 Begitu juga pada rangkaian potongan bagian IC 2 kita juga dapat melihat kuat arus dan tegangannya.



fr =

1.44 (R 3 + 2R 4 )C ext

=

1.44 1.44 = = 4.32Hz (10K + 2x0.047K)33μμ 10.094

⎛ R + R4 ⎞ ⎟⎟100% Duty cycle = ⎜⎜ 3 ⎝ R 3 + 2R 4 ⎠ ⎛ 10K + 0.047K ⎞ =⎜ ⎟100% = 99.9% ⎝ 10K + 2x0.047K ⎠

Untuk IC 3 Untuk IC 3 juga dapat kita ketahui kuat arus dan tegangannya



fr =

1.44 (R 5 + 2R 6 )C ext

=

1.44 1.44 = = 4.32Hz (10K + 2x0.047K)33μμ 10.094

⎛ R + R4 ⎞ ⎟⎟100% Duty cycle = ⎜⎜ 3 ⎝ R 3 + 2R 4 ⎠ ⎛ 10K + 0.047K ⎞ =⎜ ⎟100% = 99.9% ⎝ 10K + 2x0.047K ⎠ Jadi Frekuensi Total dari Pembangkit Sinyal Bising adalah: f IC 1 + f IC 2 + f IC 3 = 4.34 + 4.32 + 4.32 = 12.98 Hz

4.2.1 Hasil dari Pengambilan data Pembangkit Sinyal Bising dengan Oscilloscope Untuk melihat bentuk dan output sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising maka peneliti mengambil data sinyal dari oscilloscope. Dan diperoleh lah beberapa rentang frekuensi. Sinyal tersebut dapat dilihat sebagai berikut: Terlihat pada Oscilloscope frekuensi pada 315 Hz, ada garis bias vertikal namun jarang dan bentuk sinyal sinusoidalnya lebar. Bias vertikal itu adalah distorsi dari komponen akibat sensitifitas komponen terhadap terbangkitnya frekuensi pada gambar 4.25.


Gambar 4.25 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuensi input 315 Hz Terlihat pada Oscilloscope gambar 4.26 frekuensi pada 400 Hz, ada garis bias ertical agak rapat dan bentuk sinyal sinusoidalnya yang mulai lebih rapat.

. Gambar 4.26 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuensi input 400 Hz

Terlihat pada Oscilloscope gambar 4.27 frekuensi pada 500 Hz, ada garis bias ertical lebih rapat dan bentuk sinyal sinusoidalnya lebih rapat lagi.


Gambar 4.27 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuensi input 500 Hz Terlihat pada Oscilloscope gambar 4.28 frekuensi pada 630 Hz, ada garis bias ertical lebih rapat lagi dan bentuk sinyal sinusoidalnya lebih rapat lagi.

Gambar 4.28 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuensi input 630 Hz

Terlihat pada Oscilloscope gambar 4.29 frekuensi pada 800 Hz, ada garis bias ertical kembali jarang dan bentuk sinyal sinusoidalnya makin merapat.


Gambar 4.29 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuensi input 800 Hz Terlihat pada Oscilloscope gambar 4.30 frekuensi pada 1000 Hz, ada garis bias

ertical namun jarang kembali namun terlihat bentuk sinyal sinusoidalnya

paling rapat dari frekuensi sebelumnya.

Gambar 4.30 Sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising pada frekuensi input 1000 Hz

Dari data oscilloscope ini maka peneliti mengambil data frekuensi yang merupakan data Input dan output dari instrument Pembangkit Sinyal Bising yang


telah selesai peneliti rakit. Proses pengambilan data dengan mengeset frekuensi dengan 1/3 Octave yaitu Tertz. Dimana rentang frekuensi dari 31.5 Hz sampai dengan 160 Hz oscilloscope tidak dapat membaca frekuensi yang dibangkitkan oleh Pembangkit Sinyal Bising. Ketidakmampuan ini disebabkan oleh range frekuensi oscilloscope yang kurang rendah dikarenakan frekuensi yang diinginkan adalah

frekuensi akustik. Pengambilan data Pembangkit Sinyal Bising pada oscilloscope dapat dilihat pada Table 4.2 Tabel 4.2 Hasil Pengambilan data Sinyal dari Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising

No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

PENGUKURAN RANGKAIAN NOISE GENERATOR PADA 1/3 OCTAVE Input A = 1.2 V Output T = 1/f mS f = Hz Amplitudo Frekuensi Perioda Frekuensi Amplitudo Input (Hz) = T (ms) = f (Hz) = A (V) = A (V) 31.5 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 40 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 50 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 63 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 70 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 80 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 100 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 125 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 160 1.2 Tidak terbaca Tidak terbaca 0.1 200 1.2 3.2 312.5 0.1 250 1.2 3.2 312.5 0.1 315 1.2 1.6 625 0.1 400 1.2 1.6 625 0.1 500 1.2 1.2 833 0.1 630 1.2 1.2 833 1 800 1.2 1 1000 1.2 1000 1.2 0.6 1666 0.12

Sumber: Hasil Riset Dari data yang telah didapat maka grafik sinyal dari Pembangkit Sinyal Bising adalah dapat dilihat pada gambar 4.31. Pada data sinyal dari tampilan


oscilloscope di ketahui bahwa frekuensi baru dapat dideteksi pada jarak frekuensi 200

Hz, dimana dibawah 200 Hz sampai ke awal jarak 1/3 Octave yaitu 31.5 Hz sinyal tidak dapat di deteksi oleh oscilloscope. Ini merupakan grafik amplitudo positif dari sinyal yang di dapat dari instrument Pembangkit Sinyal Bising. Dengan amplitudo positif inilah akan peneliti olah sinyalnya melawan sinyal sumber yang telah di peroleh datanya. Dimana pada gambar 4.32 ditunjukan rangkaian Pembangkit Sinyal Bising dan Penggeser Fasa.

Amplitudo Vs Frekuensi 1.4

Amplitudo (Volt)

1.2 1 0.8

Output

0.6

Input

0.4 0.2 0 0

500

1000

1500

2000

Frekuensi (Hz)

Gambar 4.31 Grafik Pembangkit Sinyal Bising

Pembangkit Sinyal Bising

Penggeser Fasa


Gambar 4.32 Rangkaian Pembangkit Sinyal Bising dan Rangkaian Penggeser Fasa

4.3 Pengambilan data Sinyal Penggeser Fasa

Pengertian dari penggeser fasa adalah memutar fasa yang telah diatur dari potensiometer dan telah diinputkan kepada rangkaian sejauh 1800. Pada rangkaian ini sebagai penggeser fasa dapat dipakai transistor sebagai pengatur output tegangan sehingga fasa bisa diatur sedemikian rupa untuk mendapatkan fasa terbalik sebesar 1800. Dapat dilihat pada gambar 4.33 dan 4.34 yaitu blok diagram Penggeser Fasa dan Rangkaian Penggeser Fasa.

Gambar 4.33 Blok Diagram Penggeser Fasa


Gambar 4.34 Pengoperasian dan pengambilan data Rangkaian Penggeser fasa

Pada deteksi sinyal Penggeser Fasa, terbukti alat ini berkerja dengan baik untuk proses pergeseran fasa. Dapat dilihat pada tampilan Oscillocope pada gambar 4.35 dan 4.36 bahwa fasa suatu frekuensi bergerak dari dari kiri ke kanan. Dan untuk perhitungan nilainya adalah: A = 1.6 div x 5 volt/div = 8 Volt T = 3.2 div x 5 ms/div = 16 ms 1 1 f= = = 0.0625Hz = 62.5 kHz T 16

Gambar 4.35 Hasil dari pengambilan data Rangkaian Penggeser fasa dimana sinyal dari kiri bergerak


Gambar 4.36 Hasil dari pengambilan data Rangkaian Penggeser fasa, dimana sinyal sudah bergerak ke kanan Dengan menghitung faktor utama penggeser fasa maka: Arus input adalah basis arus:

I IN = I B disubtitusikan R In Base =

VIN β DC I B R E ≅ I IN IB

(4.4)

Penundaan I B diberikan R IN Base ≅ β DC R E

VCC

+ VCC

+

R1 RC

RC

IB

IIN

VBE VIN

VBE

R2

IE RE

IE RE


Gambar 4.37 Rangkaian Voltage Devider Maka rumus yang adalah nilai dari Basis – Emitter jatuh pada (VBE)

VE = VB − VBE

(4.5)

Kemudian didapat arus Emitter dengan hukum Ohm: IE =

VE RE

(4.6)

Satu yang diketahui IE maka akan didapatkan semua nilai dari rangkaian: IC ≅ IE VC = VCC − I C R C

(4.7)

Kemudian jika diketahui VC dan VE maka dapat ditentukan VCE VCE = VC − VE Juga dengan hukum Khirchof dapat menentukan VCE di terminal IC VCC − I C R C − I E R E − VCE = 0 selama I C ≅ I E VCE ≅ VCC − I C R C − I C R E VCE ≅ VCC − I C (R C + R E )


(4.8)

+9Vdc V1

R1

R3

120k

10k

Q1 BC550C

R2

R4

39k

4.7k

0

Gambar 4.38 Rangkaian Voltage Devider Bias Circuit Rangkaian gambar 4.38 adalah potongan dari Penggeser Fasa yaitu input awal yang digerakkan oleh Transistor 1. Peneliti melakukan perhitungan pada bagian potongan tersebut terlebih dahulu. Diketahui βDC = 100 Maka R IN Base = β DC R E = (100)(4.7K ) = 470 kΩ


⎛ R2 ⎞ 39K ⎞ ⎟⎟VCC = ⎛⎜ VB = ⎜⎜ ⎟9V = 2.21 V ⎝ 159K ⎠ ⎝ R1 + R 2 ⎠ VE = VB − VBE = 2.21V − 0.7V = 1.51 V dan IE =

VE 2.21V = = 0.47 mA RE 4.7K

dimana : I C ≅ 0.47 mA dan VCE ≅ VCC − I C (R C + R E ) = 9v − 0.47mA(10K + 4.7K) = 2.1 V

Berhubung ada rangkaian RC pada Emitor yang bersifat sebagai filter dan memby pass kan kapasitor ke ground maka perhitungan di tambah dengan analisis

rangkaian RC. Rangkaian RC ini diperlihatkan pada gambar 4.39 yang juga bersifat sebagai Voltage Devider Bias Circuit.


+9Vdc V1

R1

R3

120k

10k

Q1 BC550C

R5 100k R2

R4

39k

C2

4.7k

1n

0

Gambar 4.39 Rangkaian Voltage Devider Bias Circuit dengan rangkaian RC R5

C2

100k

1n

VCC_WAVE

0 Gambar 4.40 Rangkaian RC pasif filter Maka: XC =

1 1 = = 0.032KHz = 31.8Hz 2ππf 2ππ(500Hz)1x10 −3 μF)

Dengan menghitung perbagian dari input Transistor 1 kemudian di by pass dengan filter RC terlihat pada gambar 4.40 maka kaedah pembalik fasa pada masukan Transistor satu masih berupa sinyal sinus, setelah melalui Transistor 2 yang kemudian


di atur dengan Potensiometer 2 maka fasa bisa di geser sesuai dengan input dari Transistor 1 yang telah terputar sinyal kolektor nya sebesar 1800. Perhitungan detailnya pada rangkaian Penggeser Fasa peneliti menggunakan software Circuit Maker 6.

4.4 Pada bagian potongan rangkaian tahap pertama out put Signal Generator

Didapatkan perhitungan kuat Arus, Tegangan dan Daya

Gambar 4.41 Rangkaian tahap 1 Penggeser Fasa

Gambar 4.42 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian


Dapat dilihat nilai tegangan, arus dan daya pada output Signal Generator menuju Potensiometer ke Kapasitor.

Gambar 4.43 Dari output Signal/Function Generator dapat dilihat sinyal sinusoidal untuk input pada Rangkaian Penggeser Fasa Pada bagian potongan rangkaian tahap kedua dihitung pada empat titik Didapatkan perhitungan kuat Arus, Tegangan dan Daya 4.4.1. Titik input Transistor 1

Gambar 4.44 Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, input pada Transistor 1


Gambar 4.45 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian Dapat dilihat nilai tegangan, arus dan daya pada input Transistor 1

Gambar 4.46 Merupakan grafik Tegangan pada input Transistor 1

Gambar 4.47 Merupakan grafik Arus pada input Transistor 1


Gambar 4.48 Merupakan grafik Daya pada input Transistor 1 4.4.2.Titik out put Kolektor Transistor 1

Gambar 4.49 Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Kolektor pada Transistor 1


Gambar 4.50 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian Dapat dilihat nilai tegangan, arus dan daya pada output Kolektor Transistor 1

Gambar 4.51 Merupakan grafik Tegangan pada output Kolektor Transistor

Gambar 4.52 Merupakan grafik Arus pada output Kolektor Transistor


Gambar 4.53 Merupakan grafik Daya pada output Kolektor Transistor 4.4.3. Titik pada keluaran emitor ke by pass RC

Gambar 4.54 Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Emitor pada Transistor 1



Gambar 4.56 Merupakan grafik Tegangan pada keluaran emitor ke by pass RC

Gambar 4.57 Merupakan grafik Arus pada keluaran emitor ke by pass RC


Gambar 4.58 Merupakan grafik Daya pada keluaran emitor ke by pass RC 4.4.4. Titik pada Emitor by pass C

Gambar 4.59 Rangkaian tahap 2 Penggeser Fasa, output Emitor by pass Kapasitor pada Transistor 1


Gambar 4.60 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian Dapat dilihat nilai tegangan, arus dan daya pada output Emitor by pass Kapasitor di Transistor 1

Gambar 4.61 Merupakan grafik Tegangan pada keluaran pada Emitor by pass C pada Transistor 1

Gambar 4.62 Merupakan grafik Arus pada keluaran pada Emitor by pass C pada Transistor 1


Gambar 4.63 Merupakan grafik Daya pada keluaran pada Emitor by pass C pada Transistor 1 Pada bagian potongan rangkaian tahap ketiga dihitung pada tiga titik Didapatkan perhitungan kuat Arus, Tegangan dan Daya 4.4.5. Titik pada input Transistor 2



Gambar 4.65 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian Dapat dilihat nilai tegangan, arus dan daya pada input pada Transistor 2

Gambar 4.66 Merupakan grafik Tegangan pada input Transistor 2

Gambar 4.67 Merupakan grafik Arus pada input Transistor 2


Gambar 4.68 Merupakan grafik Daya pada input Transistor 2

4.4.6. Titik out put Kolektor pada Transistor 2




Gambar 4.71 Merupakan grafik Tegangan pada out put Kolektor pada Transistor 2

Gambar 4.72 Merupakan grafik Arus pada out put Kolektor pada Transistor 2


Gambar 4.73 Merupakan grafik Daya pada out put Kolektor pada Transistor 2

4.4.7. Titik Emitor pada Transistor 2



Gambar 4.75 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian Dapat dilihat nilai tegangan, arus dan daya pada output Emitor Transistor 2

Gambar 4.76 Merupakan grafik Tegangan pada out put Emitor pada Transistor 2

Gambar 4.77 Merupakan grafik Arus pada out put Emitor pada Transistor 2


Gambar 4.78 Merupakan grafik Daya pada out put Emitor pada Transistor 2 Pada bagian potongan rangkaian tahap keempat dihitung pada tiga titik Didapatkan perhitungan kuat Arus, Tegangan dan Daya 4.4.8. Titik input pada Transistor 3




Gambar 4.81 Merupakan grafik Tegangan pada input pada Transistor 3

Gambar 4.82 Merupakan grafik Arus pada input pada Transistor 3


Gambar 4.83 Merupakan grafik Daya pada input pada Transistor 3 4.4.9. Titik ouput Kolektor pada Transistor 3




Gambar 4.86 Merupakan grafik Tegangan pada ouput Kolektor pada Transistor 3

Gambar 4.87 Merupakan grafik Arus pada ouput Kolektor pada Transistor 3


Gambar 4.88 Merupakan grafik Daya pada ouput Kolektor pada Transistor 3

4.4.10. Titik Emitor pada Transistor 3


Gambar 4.90 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian


Dapat dilihat nilai tegangan, arus dan daya pada output Emitor Transistor 3

Gambar 4.91 Merupakan grafik Tegangan pada ouput Emitor pada Transistor 3

Gambar 4.92 Merupakan grafik Arus pada ouput Emitor pada Transistor 3

Gambar 4.93 Merupakan grafik Daya pada ouput Emitor pada Transistor 3


Pada bagian potongan rangkaian tahap kelima dihitung pada dua titik Didapatkan perhitungan kuat Arus, Tegangan dan Daya

4.4.11. Titik input pada Transistor 4




Gambar 4.96 Merupakan grafik Tegangan pada input pada Transistor 4

Gambar 4.97 Merupakan grafik Arus pada input pada Transistor 4

Gambar 4.98 Merupakan grafik Daya pada input pada Transistor 4


4.4.12. Titik output Emitor pada Transistor 4


Gambar 4.100 Nilai perhitungan Tegangan, Arus dan Daya dari rangkaian Dapat dilihat nilai tegangan, arus dan daya pada output Emitor Transistor 4


Gambar 4.101 Merupakan grafik Tegangan pada output Emitor pada Transistor 4

Gambar 4.102 Merupakan grafik Arus pada output Emitor pada Transistor 4


Gambar 4.103 Merupakan grafik Tegangan pada output Emitor pada Transistor 4

4.5 Perhitungan Sinyal Knalpot dan Sinyal Pembangkit Sinyal Bising

Pada perhitungan Sinyal Knalpot dan Sinyal Pembangkit Bising variabel yang akan dihitung adalah Sound Power Level dan Sound Pressure Level, juga Frekuensi. Sebelum malangkah pada perhitungan sebaiknya di jabarkan terlebih dahulu langkah dari Sound Power Level, Sound Pressure Level juga Frekuensi. Perlu diketahui dalam membahas tentang daya, dibutuhkan pengetahuan konversi dari daya mekanik ke daya bunyi. Daya mekanik disebut juga dengan HP atau Horse Power (Watt). Dimana 1 HP = 0,75 Watt

4.5.1. Sound Power Level Sound Power Level adalah pengukuran radiasi kuat bunyi dari sumber yang tergantung dari kuat sumber bunyinya dan juga jarak dari sumber bunyi. Daya bunyi dari suatu sumber dinyatakan di dalam watt. Sering daya bunyi sumber dinyatakan


dalam skala logarithmic. Suatu Sound Power Level (LW) dinyatakan dalam decibels, dengan rumus:

Gambar 4.104 Mesin atau sumber suara

⎛W⎞ ⎟⎟ dB L W = 10log10 ⎜⎜ ⎝ W0 ⎠ W = Daya sumber (Watt) W0 = Daya referensi (Watt)

(4.9)

Standar referensi Sound Power adalah 1 picowatt (dimana 1 microwatt atau 10-12 watt). Dimana subtitusinya adalah: L W = 10log 10 (W/10 −12 ) = [10log 10 W + 120 ] dB

(4.10)


Dari banyak ragam daya bunyi ini dapat di spesifikasikan dalam beberapa sumber bunyi. Dengan beragamnya sumber bunyi tersebut maka kuat bunyi juga bervariasi. Tabel 4.3 Sumber Sound Power Level dan Sound Power No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Situation and Sound source

Sound Power Pac watts

Rocket engine Turbojet engine Siren Heavy truck engine or loudspeaker rock concert Machine gun Jackhammer Excavator, trumpet Chain saw Loud speech, vivid children

1,000,000 W 10,000 W 1,000 W

Sound Power Level Lw dB re 10-12 W 180 dB 160 dB 150 dB

100 W

140 dB

Usual talking, Typewriter

10 W 1W 0.3 W 0.1 W 0.001 W 10−5 W

130 dB 120 dB 115 dB 110 dB 90 dB 70 dB

Refrigerator

10−7 W

50 dB

-12

0 dB

12 (Auditory threshold) 10 W Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Sound_power_level

4.5.2. Sound Pressure Level Sound Pressure adalah tekanan suara yang bergantung dengan tekanan, suhu, dan kelembaman. Untuk tekanan pada suara dinyatakan dalam 1 atmosfir (1 ATM). Dengan mengeset tekanan pada 1 ATM maka pengukuran baru dapat dilakukan.


Penggambaran kuat sinyal sound pressure dalam 1 ATM dan deviasi Sound Pressure adalah: p=

F A

(4.11)

dimana F = Daya A = Area p total = p 0 + p

(4.12)

dimana : p 0 = tekanan lingkungan lokal p = deviasi sound pressure

Gambar 4.105 Sound Pressure pada tekanan 1 ATM


Satuan Sound Pressure Level (LP) adalah decibel, yang mana Sound Pressure dinyatakan dalam p dan p0 adalah sound pressure referensi dengan rumus: 2

⎛ p ⎞ ⎛ p ⎞ L p = 10log10 ⎜⎜ ⎟⎟ = 20log10 ⎜⎜ ⎟⎟ dB ⎝ p0 ⎠ ⎝ p0 ⎠ p 0 = 10 −5 N/m 2

(4.13)

Definisi Sound Pressure Level pada gelombang suara di rumuskan: ⎛ p ⎞ Sound Pressure Level = 20log10 ⎜ ⎟ dB ⎝ 20 ⎠

(4.14)

4.5.3. Frekuensi Frekuensi adalah banyaknya suatu getaran perdetik, satuannya adalah (Hz).

Gambar 4.106 Gelombang Sinusoidal dari berbagai variasi frekuensi [19] Rumus dari frekuensi adalah: f =

1 = Hz T

(4.15)


Dimana frekuensi sudut ditentukan oleh kecepatan sudut yang disebutkan dengan sudut fasa dari suatu gelombang sinusoidal yang dinyatakan dalam suatu simbol yaitu ω dimana rumusnya:

ω = 2πf

(4.16)

Satuan dari frekuensi sudut ini adalah radian per detik (detik-1). Panjang gelombang dinyatakan dalam satuan λ yang hubungannya dengan frekuensi adalah: f=

v λ

(4.17)

dimana v = kecepatan (m/detik) λ = panjang gelombang (m) f = frekuensi (Hz) Untuk spesial kasus yang terjadi pada vakum maka panjang gelombang yang berhubungan dengan frekuensi adalah: f=

C0 λ

(4.18)

dimana C 0 = kecepatan (m/detik) λ = panjang gelombang (m) f = frekuensi (Hz)


Melangkah pada tahap perhitungan penelitian ini, peneliti menggunakan Transformasi Fourier yang identik digunakan pada perhitungan sinyal atau yang sering juga disebut getaran suatu gelombang. Pada perhitungan ini peneliti menggunakan

tabel

Transformasi

Fourier.

Langkah

ini

ditempuh

untuk

penyederhanaan suatu perhitungan agar lebih mudah dilakukan pada pemrosesan sinyal dalam kasus ini. Dari tabel dapat dilihat pemotongan-pemotongan sinyal atau gelombang yang dibutuhkan dimana dicari keidentikannya dengan hasil grafik gelombang pada hasil yang didapat dari pengambilan data baik itu pada Knalpot maupun pada Pembangkit Sinyal Bising. Tabel 4.4 Bagian dari Transformasi Fourier f ( x)

f ( y)

+∞ ⎡ ⎤ + ixy + ⎢ f ( x) = ( 1 2π ) ∫ F ( y ) e dy = FT {F ( y )}⎥ −∞ ⎣ ⎦

⎡ ⎤ −ixy − ⎢ f ( y ) = ( 1 2π ) ∫ F ( x) e dy = FT {F ( y )}⎥ −∞ ⎣ ⎦ +∞

2a 1/a

A

A exp(−a 2 x 2 )

[Gaussian]

A π a

2 A π exp(− y ) 4a 2 a [Gaussian]

Sumber: Champeney, D.C. Fourier Transform and Their Physical Application: Academic Press, Inc. f(x) = A exp(−a 2 x 2 )

(4.19)


Gambar 4.107 Potongan dari grafik X- Aksis yang akan di hitung


Pada X − f(x) = 3,6 exp(−0,0332 x 2 ) = 3,6 exp(0,00111x 2 Kita masukan nilai x = aplitude input = 1,2 f(1,2) = 3,6 exp[0,00111(1,2) 2 ] = 3,6 exp(0,0016) f(1,2) = 3,606

Gambar 4.108 Potongan dari grafik Z+ Aksis yang akan di hitung

Pada gambar 4.70, 4.71 dan 4.72 merupakan potongan dari sinyal sumber atau Knalpot (Noise Silencer). Dengan menghitung sinyal sumber sebagai referensi yang kemudian sinyal ini yang peneliti lakukan simulasi pemrosesan sinyalnya.


Pada Z + f(x) = 3,9 exp(−0,0332 x 2 ) = 3,6 exp(0,00111x 2 ) Kita masukan nilai x = aplitude input = 1,2 f(1,2) = 3,9 exp[0,00111(1,2) 2 ] = 3,6 exp(0,0016) f(1,2) = 3,906

Gambar 4.109 Potongan dari grafik Z- Aksis yang akan di hitung


Pada Z − f(x) = 4,1 exp(−0,0332 x 2 ) = 4,1 exp(0,00111x 2 ) Kita masukan nilai x = aplitude input = 1,2 f(1,2) = 4,1 exp[0,00111(1,2) 2 ] = 4,1 exp(0,0016) f(1,2) = 4,106


Tabel 4.5 Pengukuran Knalpot pada Tiga titik X-, Z+, ZNo 1 2 3

160 25.6 26 26

Frekuensi 200 28.6 28.9 29.1

250 23.8 23.5 23.8

Gambar 4.110 Grafik Pembangkit Sinyal Bising yang akan di hitung

Perhitungan Pembangkit Sinyal Bising


Menggunakan nilai A dari amplitudo input sebesar1,2 Maka nilai 1 = 1300 nilai1300 didapat dari grafik, a = 0,000769 a f(x) = 1,2 exp(−0,000769 2 x 2 ) = 1,2exp(0,000000591x 2 ) Kita masukan nilai x = aplitude input = 1,2 f(1,2) = 1,2 exp[0,000000591(1,2) 2 ] = 4,1exp(0,000000851) f(1,2) = 1,2

Perbandingan atau presentasi errornya dibandingkan antara noise generator dengan pada X-, Z +, Z•

Dengan X-

3,605 − 1,2 X100% = 66,7% 3,605 •

Dengan Z+

3,906 − 1,2 X100% = 69,2% 3,906 •

Dengan Z-

4,106 − 1,2 X100% = 70,7% 4,106


BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1.

Sudah ditunjukkan bahwasanya Pembangkit Sinyal Bising yang peneliti buat telah menghasilkan sinyal yang sesuai dengan kaidah sinyal tegak (standing wave), yaitu bahwa kaedah sinyal terlihat pada oscilloscope.

2.

Pembangkit Sinyal Bising dengan pengatur sinyal telah selesai di rancang yang berfungsi sebagai mengatur perubahan frekuensi dari pembangkit.

3.

Pembuatan atau perakitan prototip pemrosesan sinyal yang berupa alat Penggeser Fasa (Phase Sifther) untuk mengeluarkan sinyal Aktif Kendali Kebisingan sudah selesai peneliti rakit dan telah bekerja.

4.

Kemudian dari hasil pemrosesan sinyal Aktif Kendali Kebisingan dapat di simpulkan bahwa proses pelemahan dikarenakan propagasi dua gelombang dapat dijabarkan pada gambar 5.1.


Gambar 5.1 Proses Pelemahan Sinyal Dari gambar 5.1 dapat dilihat pelemahan (reduksi) sinyal Aktif Kendali Kebisingan kecil atau persentasi pelemahan minimum.


θ

Gambar 5.2 Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa juga perubahan Amplitudo Dari hasil riset pada gambar 5.2 terlihat bahwa pergeseran fasa yang merupakan frekuensi dan amplitude memiliki selisih pergeseran sebesar 33,3%. Nilai ini diketahui dari hasil perbandingan sinyal sumber dengan sinyal pembangkit melalui perhitungan. Maka dalam hal ini sinyal kebisingan telah tereduksi sebesar 33,3%. Penyelesaiannya adalah dengan menggeser fasa sebesar 66,7% untuk mencapai nilai 0%, yang berarti reduksi mencapai nilai sempurna. Namun penghilangan bunyi merupakan suatu kemungkinan yang sulit sekali, bahkan dapat dikatakan tidak mungkin. Oleh karena itu tujuan dari penilitan ini adalah untuk mencapai reduksi bising dengan persentase sebesar mungkin. Kondisi 33,3% reduksi ini termasuk dalam kondisi yang aman dan nyaman bagi pendengaran telinga manusia normal.


Dari kesimpulan pada Gambar.5.2 peneliti dapat mengembangkan komposisi uji coba variasi amplitudo dan fasa dengan nilai yang berbeda. Variasi 1.

θ

Gambar 5.3 Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa pada variasi 1 Dari analisa amplitudo dan fasa pada variasi 1 yang ditampilkan pada gambar 5.3 dapat kita perhatikan bahwa fasa dari sinyal lawan diasumsikan besar fasa dengan fasa sinyal sumber agak mendekati sedangkan amplitudonya tidak sebanding, oleh karenanya jika dibandingkan pada persentase perbandingan maka:

⎛ P L p2 = 20log10 ⎜⎜ 2 ⎝ Pref

⎞ ⎛ 0.1 ⎞ ⎟⎟ = ⎜ ⎟ = −21.58 dB ⎠ ⎝ 1.2 ⎠


Tabel 5.1 Perbandingan Amplitudo dan SPL pada variasi 1 Sumber 1/3 Oktaf (Hertz) A1 500 1.2

Lp1 (dB) 23.8

Pembangkit 1/3 Oktaf (Hertz) A2 833 0.1

Lp2 (dB) -21.58

Sumber: Hasil Riset Pada Amplitudo 1.2 − (0.1) x100% = 91.6% 1 .2

Frekuensi: 500 − 833 x100% = 66.6% 500

Variasi 2.

θ

Gambar 5.4 Proses Pelemahan Sinyal dan Pergeseran Fasa pada variasi 2


Dari variasi 2 yang ditampilan pada gambar 5.4 diasumsikan amplitude mendekati sebanding dan beda fasa bernilai lebih kecil disbandingkan variasi 1. Maka dapat dihitung perbandingan amplitude dan frekuesinya:

⎛ P L p2 = 20log10 ⎜⎜ 2 ⎝ Pref

⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎟⎟ = ⎜ ⎟ = −1.58 dB ⎠ ⎝ 1.2 ⎠

Tabel 5.2 Perbandingan Amplitudo dan SPL pada variasi 2 Sumber 1/3 Oktaf (Hertz) A1 630 1.2

Lp1 (dB) 23.8

Pembangkit 1/3 Oktaf (Hertz) A2 833 1

Lp2 (dB) -1.58

Sumber: Hasil Riset Pada Amplitudo 1.2 − (1) x100% = 16.6% 1 .2

Frekuensi: 500 − 833 x100% = 66.6% 500

Pada perambatan bunyi fungsi waktu sangat menentukan, dimana diketahui bahwa frekuensi adalah banyaknya getaran per satuan waktu. Oleh karena itu waktu sangat menentukan hasil reduksi pada suatu bunyi. Setting waktu dapat di regulasi untuk menentukan kapan bunyi akan tereduksi. Dikarenakan simulasi ini masih bersifat manual maka regulasi waktu tersebut dengan men-tuning potensiometer pada alat Pembangkit Sinyal Bising dan Penggeser Fasa. Dengan penjelasan bahwa tuning alat Pembangkit Sinyal Bising untuk menaik turunkan frekuensi, sementara alat


Penggeser Fasa adalah untuk men-tuning agar mendapatkan fasa yang terbalik 1800 sehingga anti sinyal dapat diperoleh dengan tujuan melawan sinyal sumber. Pada percobaan alat maka penyelesaiannya adalah dengan meninjau ulang nilai-nilai komponen rangkaian Pembangkit Sinyal Bising dan rangkaian Penggeser Fasa untuk dapat kemudian menghitung kembali agar hasil sinyal yang di diperoleh dapat mencapai data sinyal yang lebih baik dengan persentase yang lebih akurat.

5.2. Saran

Fenomena yang menarik dari penelitian ini adalah: 1. Untuk pengembangan Aktif Kendali Kebisingan pada knalpot (noise silencer) teknik ini dapat digunakan pada berbagai jenis knalpot dengan mengatur konfigurasi penempatan mikropon sebagai sumber anti sinyal yang berfungsi mereduksi kebisingan knalpot tersebut. Setting mikropon ini dapat disesuaikan dengan konfigurasi knalpot. Konfigurasi ini merupakan teknik untuk mempermudah dalam hal penempatan instrument Aktif Kendali Kebisingan. Tentu dengan pengkajian instrumen yang diletakkan pada ruangan kedua tersebut harus tahan terhadap temperatur tinggi. Misal kita menggunakan mikropon sebagai pelawan sinyal noise knalpot, maka mikropon yang kita gunakan harus mikropon yang tahan terhadap temperatur tinggi. Dan memungkinkan juga membuat Inteligent Active Noise Control System/Automatic Control (sistem cerdas) pada knalpot.


2. Teknik Aktif Kendali Kebisingan ini juga dapat dipergunakan untuk design knalpot dalam bentuk fisik dengan konfigurasi dua ruangan, ruangan pertama digunakan sebagai exhause dan ruangan kedua digunakan sebagai anti noise untuk melawab noise exhause. Konfigurasi ini juga bisa dikembangkan dengan kajian tekstur sekat-sekat yang ada di dalam knalpot yaitu dengan mengembangkan teknik akustik pada tabung knalpot. Jadi untuk teknik ini lebih mengarah kepada tekstur (bentuk) sekat dan material knalpot tanpa harus menggunakan sistem elektronik. Yaitu tetap dengan menggunakan teknik dua ruangan dengan menganalisa ruangan pertama sebagai exhause yang menghasilkan noise dan ruangan kedua sebagai pelawan noise atau anti noise. Kajian tentang knalpot juga bisa lanjutkan dengan menambah variabel

untuk SIL (Sound Intensity Level) vs Frekuensi. 3. Alat Aktif Kendali Kebisingan ini dapat digunakan pada pabrik yang memiliki tingkat kebisingan tinggi, yaitu dengan membuat suatu alat Inteligent Active Noise Control System/Automatic Control (sistem cerdas).

4. Alat Aktif Kendali Kebisingan ini juga bisa digunakan pada pengobatan alternative yaitu dengan konsep pelemahan (reduksi) frekuensi sumber penyakit. Karena setiap penyakit memiliki sinyal frekuensi sumber. Dengan membuat sinyal frekuensi lawan maka penyakit dapat di lemahkan (reduksi) atau lebih tepatnya dapat disembuhkan, yaitu dengan membuat alat Elektromedik pembangkit sinyal yang merupakan Anti Signal dari sinyal penyakit pada tubuh pasien.


5. Teknik ini dapat diterapkan pada banyak kondisi misalnya seperti kabin pesawat, industri bahkan lingkungan. Kemudian dari perkembangan teori frekuensi terhadap bunyi ini dapat dikembangkan perhitungan tentang frekuensi atom juga dan ini telah di kembangkan oleh seorang insinyur Canada Robert Loyd. Selama tiga puluh lima tahun ia dedikasikan waktunya untuk mempelajari masalah ini. Ia dibantu seorang ahli matematika untuk membuat rumus matematika yang dapat menghitung frekuensi atom. Dengan rumus ini, ditemukan bahwa sebuah bunyi dapat memperbaiki frekuensi yang terganggu.[25]. 6. Saran no 3 merupakan inti dari pembahasan Anti Signal dikarenakan dengan mengetahui frekuensi atom dan juga dengan perhitungan secara detail maka rancangan Anti Signal semakin mudah di lakukan untuk direalisasikan pada berbagai aplikasi bidang ilmu.


DAFTAR PUSTAKA

[1]

J. Diaz, J.M. Egan a, J. Vinolas, A Local Active Noise Control System Based On A Virtual-Microphone Technique For Railway Sleeping Vehicle Applications

[2]

Ching-Wen Liao, Jong-Yih Lin, New FIR filter-based adaptive algorithms incorporating with commutationerror to improve active noise control performance

[3]

Doelle, Leslie L. Akustik Lingkungan. Montreal: Erlangga, 1986.

[4]

Encarta Ensiklopedi. 2006

[5]

Foremen, John E. K. Sound Analysis and Noise Control. New York: Van Nostrand Reinhold, 1990.

[6]

Animation and Acoustic Wave. ISVR (Institut of Sound and Vibration Research). 27 Desember 2006

[7]

Thom, Jadine; Peters, Cheryl; McIntyre, Elaina; Winters, Meghan; Teschke, Kay; Hugh Davies. Active Noise Control Communication Headsets For The Entertainment Industry.

[8]

Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Energi Gelombang dan Medan. Balai Pustaka 1981.

[9]

Animation and Acoustic Wave. ISVR (Institut of Sound and Vibration Research). 27 Desember 2006
[10]

Handaga, Bana; Suryawan, Fajar. Noise Cancelletion Using ANC System. 17 No.1 (2006): 9-16

[11]

Rybing, Peter. “Active Noise Control in Home Environment.” Diss. Royal Institut of Technology. 2003

[12]]

Active Noise Control. 15 Januari 2007


[13]

Adachi, Shuichi; Sano, Hisashi. Modeling, Modeling, Control and Experiment of a Feedback Active Noise Control System for Free Sound Fields

[14]

Sällberg, Benny; H°akansson, Lars; Claesson, Ingvar. Active Noise Control For Hearing Protection Using A Low Power Fixed Point Digital Signal Processor

[15]

Carini, Alberto; Sicuranza, Giovanni L. Filtered-X Affine Projection Algorithms for Active Noise Control Using Volterra Filters

[16]

Sujbert, L; Molnár, K.; Orosz, Gy; Lajkó, L. Wireless Sensing for Active Noise Control

[17]

Stroud, K.A. Further Engineering Mathematics

[18]

Floyd, Electronic Device: Prentice-Hall

[19]

Frekuensi http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency

[20]

Wilson, Charles E. Noise Control Measurement, Analysis, and Control of Sound Vibration. New York: Harper & Row Publisher,1989.

[21]

Alan. V, Oppenheim; Alan.S, Wilsky. Sinyal & Sistem. Jakarta: Erlangga 1997.

[22]

Beranek, Leo L. Acoustic Measurement. New York: John Wiley & Son, Inc, 1959.

[23]

Harris, Cyril M. Handbook of Noise Control. New York: McGraw-Hill, Inc, 1979.

[24]

Measurement of Sound Power Level Emissions. 25 Desember 2006

[25]

Federal Aviation Administration. Hearing and Noise Aviation.

[26]

Zhang, X H; Zhang, L Y; Zou, B; Du, Z L. The Design of Virtual Low-Voltage Power Line Noise Generator.

[27]

Giancolli, Douglas. Physics Third Edition. New Jersey: Prentice Hall Englewood Cliffs


[28]

Transistor BC547 http://www.ortodoxism.ro/datasheets/mcc/548B.pdf

[29]

Transistor BC 550 http://w3.id.tue.nl/fileadmin/id/objects/EAtelier/doc/Datasheets/Transistoren/BC549_550_4.pdf

[30]

IC 555 http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/NE_SA_SE555_C _2.pdf

[31]

Emoto, Masaru. The True Power of Water.

[32]

Bracewell, N Ronald. The Fourier Transform and Its Applications: McGrawHill International Edition.

[33]

Champeney, D.C. Fourier Transform and Their Physical Application: Academic Press, Inc.

[34]

Sound Power Level http://en.wikipedia.org/wiki/Sound_power_level


TM

Recommend Documents