PENCAMPUR AUDIO MULTI KANAL SISTEM PAM-TDM

Transkripsi

1 PENCAMPUR AUDIO MULTI KANAL SISTEM PAM-TDM Oleh : Ronal Hadi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang ABSTRACT Audio mixer is a part of audio signal reproduction system. It s used to mix two audio signal or more and resulting a single signal. The audio mixer built uses PAM TDM system to produce its output signal. PAM (Pulse Amplitude Modulation) is a term for the conversions of analog signal into pulse signal which amplitude match to those of analog signal. TDM (Time Division Multiplexing) is a method to send few analog information signals through a single communication line by dividing multiplexing time a single frame into time slots and each slot contain single information. This PAM TDM system audio mixer will only take a sample from a single channel at a time and ignore input signals from other channels with certain period of sampling. In a period of time, signal from other input channel will be sampled consecutively. The device starts to work by giving of audio signal. The signal will be processed in input signal conditioning circuit. Then the processed signals get processed in sampling circuit. Sampling circuit is controlled by a clock generator circuit and counter. The counter is also used to arrange the number of sampling pulse according to the number of channels being used. The sampled signal will be processed in a demodulator circuit in order to form it into analog signal. The final stage of the audio mixer is buffering the circuit to keep the output signal level steady. Keywords: Mixer, PAM-TDM, Multi Canal, Buffer I. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi dibidang elektronika khususnya pada perangkatperangkat audio memungkinkan terciptanya pencampur sinyal audio atau disebut juga audio mixer. Pencampur audio merupakan bagian dari sistem reproduksi sinyal audio yang berfungsi untuk mencampurkan dua atau lebih sinyal audio masukan menjadi satu sinyal keluaran. Rangkaian audio konvensional dibangun disekitar penguat linier. Sinyal diterapkan ke masukan rangkaian kemudian masing-masing tahap dalam jajaran penguat harus memperbesar sinyal tersebut tanpa merubah bentuknya. Selanjutnya sinyal yang telah dikuatkan akan muncul pada keluaran rangkaian audio yang bersangkutan. Namun demikian sejalan dengan kemajuan dalam pembuatan perangkat elektronika menyebabkan teknik pembuatan rangkaian audio tersebut mengalami perubahan juga. Sinyal audio masukan dapat diubah ke dalam bentuk pulsa-pulsa yang nantinya dapat diubah kembali menjadi sinyal audio aslinya melalui teknik pencuplikan. Demikian pula halnya pada pembuatan pencampur audio ini, pulsa-pulsa diperoleh dengan menerapkan metode pencuplikan pada sinyal masukan menggunakan sistem PAM-TDM. Untuk mengetahui sejauh mana kemampuan teknik pencuplikan dalam hal ini sistem PAM-TDM dapat diterapkan dalam pembuatan pencampur audio maka akan dibuat pencampur audio dengan sistem PAM-TDM yang merupakan salah satu teknik dalam pencuplikan sinyal. Permasalahan yang timbul dalam pembuatan pencampur audio sistem PAM-TDM ini adalah Bagaimana teknik pencuplikan sinyal dilakukan agar dapat diterapkan pada pencampur audio dengan banyak kanal masukan dan bagaimana memperoleh kembali sinyal audio asli dari sinyal tercupliknya. 35

2 Kajian ini bertujuan menentukan tahaptahap dalam perancangan dan pembuatan pencampur audio sistem PAM-TDM. Hasil dari perancangan ini adalah untuk memperoleh sebuah alat pencampur audio yang dibuat dengan sistem PAM-TDM. II. PERANCANGAN 2.. Blok Diagram Rangkaian Blok diagram pencampur audio multi kanal yang akan dibuat ditunjukkan dalam Gambar 2... Pengkondisi sinyal masukan Digunakan untuk meredam frekuensi sinyal masukan yang melebihi bandstop nya 2. Pembangkit clock Rangkaian ini berfungsi menghasilkan pulsa yang akan digunakan dalam proses pencuplikan. 3. Rangkaian pencacah Rangkaian ini digunakan untuk memberikan sinyal kontrol rangkaian pencuplik agar dapat bekerja. 4. Rangkaian pencuplik Rangkaian ini diperlukan untuk mencuplik sinyal dari kanal masukan secara bergantian kemudian meneruskan sinyal-sinyal hasil pencuplikan tersebut dalam waktu yang sangat cepat. 5. Demodulator Rangkaian yang berfungsi untuk mendemodulasi sinyal-sinyal diskrit akibat proses pencuplikan dan meredam frekuensi pencupliknya. 6. Rangkaian penguat penyangga Rangkaian ini digunakan untuk menjaga level tegangan sinyal keluaran demodulator tidak berubah, dan memberikan penguatan tehadap tegangan keluaran yang akan diumpankan pada penguat daya. Gambar 2.. Blok diagram pencampur audio sistem PAM-TDM melalui rangkaian pengkondisi sinyal masukan 2.2. Prinsip Kerja Sistem agar komponen frekuensi yang melebihi Prinsip kerja dari pencampur audio frekuensi potongnya dapat diredam. Kemudian sistem PAM-TDM ini yaitu dimulai dari sinyal audio tersebut akan diolah oleh pemberian masukan berupa sinyal audio rangkaian pencuplik yang akan mencuplik tiapdengan lebar pita frekuensinya berkisar antara 20 Hz-20 KHz. Sinyal audio masukan ini akan 36

3 tiap sinyal masukan sehingga dihasilkan satu sinyal keluaran berupa sinyal PAM. Rangkaian pencuplik membutuhkan sinyal kontrol agar dapat bekerja. Sinyal kontrol ini diperoleh dari pencacah yang digerakkan oleh rangkaian pembangkit detak. Rangkaian pencacah juga berguna untuk mengatur banyaknya pulsa pencuplikan yang digunakan oleh pencuplik sesuai dengan jumlah kanal yang digunakan. Selanjutnya sinyal PAM yang dihasilkan akan melalui rangkaian waktu penjaga utuk menjaga agar antar komponen sinyal tidak saling bertumpuk (overlap). Sinyal PAM dengan waktu penjaga dilewatkan pada rangkaian demodulator untuk membentuk kembali sinyal analog dari cuplikan-cuplikannya. Tahap akhir dari pencampur audio ini adalah rangkaian penguat penyangga menjaga agar level tegangan sinyal keluaran dari demodulator tidak berubah. Sinyal keluaran yang dihasilkan diumpankan ke sebuah penguat daya (power amplifier) Pengkondisi Sinyal dan demodulator Pengkondisi sinyal dan demodulator digunakan untuk meredam frekuensi sinyal masukan yang melebihi bandstop nya. Rangkaian pengkondisi sinyal berupa tapis aktif lolos rendah orde empat Sallen Key dengan jenis komponen sama. Pemilihan filter jenis ini karena kemudahan dalam perancangan dengan kualitas sinyal keluaran yang relatif bagus. Untuk tapis lolos rendah ini meredam frekuensi diatas 20 KHz. Perhitungan nilai-nilai komponen penyusun tapis menggunakan rumus sebagai berikut: f (i) 2 R R C C 2 2 Karena ditentukan nilai R = R 2 = R 5 = R 6 = R serta C 2 = C 3 = C 4 = C 5 = C maka persamaan menjadi: f (ii) 2 RC Ditentukan nilai C = nf sehingga diperoleh nilai R adalah R R= 796, Sedangkan nilai-nilai R 3 dan R 4 ditentukan berdasarkan rumus: R4 R3(2 ) dengan adalah koefisien damping. Nilai R 3 dan R 7 ditentukan sebesar 0 K dan sesuai dengan tabel filter Butterworth diperoleh =,848 sehingga diperoleh R 4 : R 4 R3(2.848) R R3 R K 4 Sedangkan nilai R 8 diperoleh dengan memasukkan nilai = sehingga diperoleh: R 8 R7( ) R8. 235R C R K 8 37

4 Tabel 2.. Koefisien damping dan faktor penskalaan frekuensi untuk respon orde empat Overall Response Shape First Section Second Section Bessel Butterworth db Chebyshev dB Chebyshev dB Chebyshev k f k f Gambar 2.2. Rangkaian pengkondisi sinyal dan demodulator 2.4. Pembangkit Detak Rangkaian ini berfungsi untuk menghasilkan t tinggi 0,69( R34 R35) C26...(iii) pulsa yang akan digunakan dalam Dengan menentukan C = 0.0 F dan proses pencuplikan. Rangkaian pembangkit menentukan R 34 = R 35 diperoleh hasil detak berupa multivibrator astabil. Multivibrator R R35 ini direalisasikan dengan menggunakan komponen 5 8 0, utama yaitu IC 555. Pada perancangan 289, ditentukan frekuensi pembangkit detak sebesar ( R 34 R35) 2R34 2R35 289, KHz. Multivib-rator astabil dapat bekerja bebas pada frekuensi yang ditentukan oleh R 34, R 34 R 35 44,9 50 R 35, C 25 dan C 26. Penentuan nilai-nilai komponen tersebut berdasarkan persamaan (Gayakwad, 993: 426): Gambar 2.3. Rangkaian Pembangkit Detak 38

5 2.5. Pencacah Rangkaian pencacah digunakan sebagai pemberi sinyal kontrol bagi rangkaian pencuplik sekaligus sebagai pengatur banyaknya pulsa pencuplikan.jenis pencacah yang digunakan yaitu pencacah lingkar modulus sepuluh dengan komponen utama yaitu IC 407. Untuk mereset cacahan diperlukan pemasangan gerbang AND dan OR pada jalan keluar reset dari pencacah. Susunan gerbang AND dan OR akan menentukan jumlah cacahan sesuai dengan masukan yang diberikan. Susunan gerbang AND direalisasikan dengan menggunakan IC 408 dan IC 4082 sedangkan gerbang OR direalisasikan menggunakan IC Rangkaian pencacah ditunjukkan dalam Gambar Rangkaian Pencuplik Rangkaian pencuplik digunakan untuk mencuplik sinyal sekaligus digunakan dalam proses pencampuran sinyal. Rangkaian pencuplik direalisasikan dengan memanfaatkan IC 406 yang memuat empat saklar analog Gambar 2.4. Rangkaian pencacah bilateral serta IC 4069 yang merupakan rangkaian enam buah penjungkir. Rangkaian saklar pencuplik ini memang dirancang untuk bekerja saling berkebalikan agar pada saat yang sama, rangkaian hanya mencuplik satu sinyal masukan dari empat kanal masukan yang tersedia. Gambar 2.5. Rangkaian pencuplik untuk dua sinyal masukan 39

6 Gambar 2.6. Rangkaian penjaga 2.7. Rangkaian Waktu Penjaga Fc : Frekuensi detak Rangkaian ini digunakan untuk Tc : Periode detak memberi waktu penjagaan (guard times) antar Lebar pulsa: pulsa untuk menghindari terjadinya tumpang tindih (overlap) antar pulsa. Untuk mendapatkan rangkaian waktu penjaga, sinyal detak dengan frekuensi (f C ) 500 KHz duty cycle 50 % digunakan sebagai masukan sinyal kontrol. Dianggap bahwa periode pulsa PAM sama dengan periode sinyal detak (T C )(Rachmat Imanullah, 997:46): TS Tc..(iv) M f c dengan Ts : periode pencuplikan M : Banyaknya kanal T S M D (v) dengan D adalah duty cycle) % 0 6 detik Waktu penjagaan (T g ) diperoleh: Ts Tg (vi) M T g detik 6 Gambar 2.7. Rangkaian penguat penyangga 40

7 III. PENGUJIAN DAN ANALISIS 3.. Pengujian Pengkondisi Sinyal dan Demodulator mengamati tanggapan frekuensi keluaran dan mengetahui lebar jalur frekuensi tapis aktif lolos rendah orde empat 20 KHz. Hasil pengujian ditunjukkan oleh Tabel 3., yang dapat dibuat grafik tanggapan tapis aktif lolos rendah orde empat 20 KHz seperti diperlihatkan oleh Gambar 3.2. Gambar 3.. Diagram blok pengujian rangkaian tapis lolos rendah 20 KHz Tabel 3.. Hasil pengukuran tegangan keluaran tapis aktif lolos rendah orde empat 20 KHz No. Frekuensi (Hz) V out (Vp-p) Penguatan (V o /V i ) Penguatan (db) , , Gambar 3.2. Grafik tanggapan filter lolos rendah 20 KHz 3.2. Pengujian Pembangkit Detak Keluaran pembangkit detak berupa gelombang kotak dengan amplitudo sekitar 5 volt. Dari mengetahui bentuk gelombang serta frekuensi keluaran rangkaian. gelombang kotak frekuensi yang dihasilkan adalah 500 KHz. 4

8 Gambar 3.3. Rangkaian pengujian pembangkit detak Keluaran dari pencacah berupa 3.3. Pengujian Pencacah gelombang persegi dengan frekuensi sebesar 50 KHz untuk tiap-tiap jalan keluarannya. mengetahui bentuk sinyal keluaran dan mengetahui besarnya frekuensi keluaran. Gambar 3.4. Prosedur pengujian rangkaian pencacah 3.4. Pengujian Rangkaian Pencuplik frekuensi 20 Hz dan 20 KHz. Amplitudo tegangan puncak ke puncak sinyal keluaran mengetahui tingkat keberhasilan pencuplikan sekaligus pencampuran sinyal. yaitu 90 mv. Pencampuran dua sinyal masukan tidak saling menimbulkan cacat. Hasilnya berupa dua sinyal PAM hasil pencampuran dua sinyal masukan dengan Gambar 3.5. Prosedur pengujian rangkaian pencuplik dan pencampur penjagaannya dan untuk membandingkan 3.5. Pengujian Rangkaian Waktu Penjaga perulangan pulsa yang terjadi pada sinyal PAM terhadap perulangan sinyal detak. mengetahui bentuk sinyal PAM dengan waktu 42

9 Gambar 3.6. Prosedur pengujian rangkaian waktu penjaga Perulangan pulsa yang terjadi pada sinyal PAM sama dengan perulangan pada pulsa detak. Waktu penjagaan yang dihasilkan yaitu 0,00 ms Pengujian Penguat Penyangga mengamati sinyal keluaran rangkaian penguat penyangga pada taraf penguatan yang berbeda-beda. Gambar 3.7. Prosedur pengujian rangkaian penguat penyangga Rangkaian penguat penyangga dapat bekerja 3. Rangkaian pencacah dapat mencacah dengan baik pada frekuensi antara 20 Hz sampai 20 KHz. sesuai dengan masukan yang diberikan dari luar. 4. Rangkaian pencuplik yang direalisasikan menggunakan saklar analog bilateral IV. KESIMPULAN DAN SARAN mampu mencuplik sekaligus mencampur 4.. Kesimpulan sinyal masukan dengan baik. Dari hasil perencanaan, pengujian 5. Rangkaian waktu penjaga dapat serta analisis dapat disimpulkan sebagai memberikan waktu penjagaan sebesar berikut:. Rangkaian pengkondisi sinyal masukan det. 6. Rangkaian penguat penyangga dapat yang berupa tapis lolos rendah, dapat meloloskan frekuensi audio antara 20 Hz sampai 20 KHz. 2. Pembangkit clock mampu menghasilkan gelombang persegi dengan frekuensi 500 menguatkan sinyal 0 kali pada skala penuh. 7. Dengan memberikan dua sinyal masukan yang berbeda frekuensinya pada sistem pencampur audio yang dibuat dihasilkan KHz untuk menggerakkan pencacah. 43

10 satu sinyal keluaran yang mengandung isyarat dari kedua sinyal masukannya Saran Untuk peningkatan serta pengembangan pencampur audio sistem PAM- TDM ini maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut:. Untuk mendapatkan cuplikan sinyal yang tepat maka penentuan frekuensi pencuplikan harus benar-benar memperhatikan syarat laju pencuplikan. 2. Perlu dipertimbangkan penambahan rangkaian pengontrol nada maupun pengontrol volume untuk memperbaiki tanggapan serta intensitas frekuensinya. DAFTAR PUSTAKA Kleitz, William. (996) Digital Electronic. 4 th edition, Prentice hall Inc. New Jersey USA. Marston, R. M. (993) CMOS Circuit Manual. BPB publications. New delhi India. Noll, Michael A. (988) Introduction to Telecomunication electronics. Artech house Inc. USA. Schwartz, Mischa. (986) Transmisi Informasi, Modulasi, dan Bising. Edisi ketiga. Alih bahasa Sri Jatno W. Erlangga. Jakarta. Tocci, Ronald J. (995) Digital Systems Principles and Applications, 6 th edition. Prentice Hall International. New Jersey USA. Wakerly, John F. (994) Digital Design Principles and Practices. 2 nd edition. Prentice Hall International. New Jersey USA. Elektuur. (986) Linear Application Handbooks. National Semiconductor Corp. USA. Adamson, Thomas A. (988) Electronic Communications, 2 nd edition. Delmar Publisher, Inc. Canada USA. Chen, Carson. (982) Active Filter Design. Hayden book company Inc, Rochelle park New Jersey. Dailey, Denton J. (989) Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits Theory and Applications. MC Graw Hill International. Singapore. Frenzel, Louis E. (986) Communication Electronics. MC Graw Hill publishing company. Singapore Gayakwad, Ramakant A. (993) OP-Amps and Linear Integrated Circuits, 3 rd edition. Prentice Hall Inc. New Jersey. Hughes, Frederick W. (990) Panduan Op- Amp. Alih bahasa Ignatius Hartono. PT Elex Media Komputindo. Jakarta. 44