PEMBUATAN MEDIA PEMBELAJARAN PADA MATA KULIAH TEKNIK KONTROL ADAPTIF SUB POKOK BAHASAN PENGHAPUSAN DERAU

Transkripsi

1 Techno, ISSN Volume 5 No. 2 Otober 204 Hal PEMBUATAN MEDIA PEMBELAJARAN PADA MATA KULIAH TEKNIK KONTROL ADAPTIF SUB POKOK BAHASAN PENGHAPUSAN DERAU Instructional Media Creation on Subjects of Adaptive Control Engineering In Sub Subject of Noise Canceling Arif Johar Taufiq *, M. Taufiq Tamam Program Studi Teni Eletro, Faultas Teni Universitas Muhammadiyah Purwoerto Jl.Raya Duuh Waluh PO BOX 202 Purwoerto 5382 Telp; (028) ext 30. Fax. (028) * arifjt@yahoo.com ABSTRAK Telah dilauan pembuatan media pembelajaran pada mata uliah teni ontrol adaptif pada sub poo bahasan penghapusan derau dengan program GUI Matlab dan didapat hasil program berjalan dengan bai dapat memberian gambaran yang jelas dalam bentu grafi, suara dan data uantitatif sebagai hasil dari proses penghapusan derau. Pengguna dapat berinterasi dengan program untu mengubah parameter algoritma dan melihat hasil proses serta dapat membandingan unju erja algoritma FxLMS dan FxAFA dalam proses penghapusan derau Kata unci : Media pembelajaran, Kontrol Adaptif, FxLMS, FxAFA ABSTRACT Have been done on instructional media learning in subjects of adaptive control in sub-subject noise canceling with Matlab GUI program and obtained results of the program running properly can provide a response graphic, quantitative data and outputs the sound as a result of the noise removal process. Also the user can change the parameters to try it self to see the results of the process and be able to compare the performance of FxLMS algorithm and FxAFA the noise removal process..key-words: Iinstructional media, Adaptive Control, FxLMS, FxAFA PENDAHULUAN Salah satu mata uliah wajib pada program studi teni eletro adalah Teni Kontrol Adaptif, mata uliah ini membahasa tentang apliasi sistem adaptif untu tujuan pengendalian secara umum. Berdasaran data hasil nilai ujian semesteran tahun 20 s/d 202 program studi teni eletro Universitas Muhammadiyah Purwoerto dan usulan dalam peruliahan, dibutuhan contoh nyata penerapan sistem adaptif agar dapat lebih memahami materi uliah secara nyata. Untu itu diperluan sebuah contoh ongrit penerapan nyata salah satu materi dalam peruliahan Teni Kontrol Adaptif dalam bentu sebuah media pembelajaran yang mudah dimengerti oleh mahasiswa arena secara riil hasilnya dapat dietahui secara uantitatif maupun dalam bentu grafi dan suara. Berdasaran penelitian Rifai (202), Setiawan (202), Handoo (202), Darmana (202) bahwa media pembelajaran audio, video dapat mempercepat pemahaman pengetahuan bagi peserta didi. Maa diperluan pengembangan media pembelajaran audio video yang diemas dalam bentu program omputer simulasi untu membantu pemahaman mahasiswa dalam mata uliah Teni Kontrol Adaptif sub poo bahasan penghapusan derau. Sistem adaptif adalah sistem yang dapat menyesuaian diri dengan ondisi luar maupun di dalam sistem, sehingga erjanya tetap dapat sebai-bainya (Widrow, 985). Secara 23

2 Pembuatan Media Pembelajaran Pada Mata Kuliah Teni Kontrol Adaptif Sub Poo Bahasan Penghapusan Derau sederhana elemen dasar sistem adaptif adalah penggabung linier (tapis transversal) dapat berbentu masuan tunggal (single input) atau berupa masuan paralel (multiple input). Elemen sistem salah satunya adalah penggabung linier seperti terlihat pada Gambar, jia ditambahan respon yang diinginan (d ) maa dapat diturunan proses adaptasi dengan penurunan persamaan fungsi unju erja (ξ) atau MSE (Mean Square Error) dan dicari MSE minimum. X z - X - z - X -2 z - X -L w 0 w w 2 w L y + - Gambar. Penggabung linier adaptif dan respon yang diinginan d Galat e dari Gambar dapat dicari sbb: e = d - y e = d - X T W = d - W T X () Jia galat ini diuadratan untu menghilangan efe galat negatif dan positif dan dicari nilai harapannnya, dengan asumsi e, d, X bersifat stasioner secara statisti dan W bersifat menentu, maa MSE ditulis dalam bentu ringas sbb: MSE (2) = ξ = E[e 2 ] = E[d 2 ] + W T RW 2P T W Nilai unju erja MSE ini dapat dibuat minimum dengan mendiferensialan e vetor bobot W dan menyamaan dengan nol, maa nilai W yang didapat adalah W* (optimal). W * = R - P (3) dengam R matris nonsingular Jadi bobot W yang menyebaban MSE minimum adalah W* = R - P disebut persamaan Wiener-Hopf. Algoritma LMS pada dasarnya adalah penyelesaian bobot optimal W*=R - P yang d e dilauan secara iteratif sambil jalan berdasar runtun data isyarat masuan dan data yang diinginan. Algoritma penurunan tercuram (steepest descent) dirumusan pencarian W * secara iteratif dari penggabung linier. Galat e dapat dicari sbb: e T = d X W (4) pada algoritma stepeest descent peremajaan bobot dicari dengan oresi gradien oleh Widrow dicari secara sederhana dengan mendiferensialan langsung e W. maa didapatan algoritm LMS sbb (Widrow, 985): W + = W µ = W + 2µ e X (5) Sedangan Algoritma FxAFA dirumusan sbb (Ahtar,d. 2005): w + = w + µ ex' (6) dengan: w = w m m= (7) e x' = µ emx' m (8) µ γ m= Persamaan (7) mencerminan bahwa peremajaan (updating) bobot dihitung dari ratarata bobot dan gradien. Penghitungan secara reursif persamaan (7) dan (8) dicari dengan cara sbb: ( ) w w ) w = + γ µ e x ( ) µ e (9) ( x' e x' ) ' = µ γ + 0) α didefinisian sebagai parameter penguatan rendah yang berubah terhadap watu (Slowly Varying Gain parameter) sbb: α = () γ 24

3 Pembuatan Media Pembelajaran Pada Mata Kuliah Teni Kontrol Adaptif Sub Poo Bahasan Penghapusan Derau Strutur sistem adaptif untu penghapusan derau (Noise Cancellation) digambaran sebagai beriut (Widrow, 985): window MATLAB atau bisa juga lewat Icon GUIDE, seperti terlihat pada Gambar 3. Signal source Noise source Primary input Reference Input S+n 0 n Adaptive filter Σ + - Filter output y Error System output ε Adaptive noise canceler Gambar 2 Strutur dasar penghapus derau adaptif Strutur penghapus derau adaptif Gambar 2 beerja dengan mengubah-ubah bobot pada blo adaptive filter secara iteratif dengan algoritma adaptasi. Pada saat dicapai bobot optimal maa eluaran sistem mendeati nol, dan sistem adaptif menghasilan eluaran y yang mengestimasi n mendeati n 0 (n n 0 ) sehingga eluaran sistem (error) menghasilan s (sinyal utama). Syarat penghapus derau adaptif ini adalah adanya orelasi antara derau n dan n 0 atau dari sumber derau yang sama. Isyarat utama s tida berorelasi dengan edua derau n 0 maupun n dan derau bersifat stasioner. Pada saat adaptasi tercapai: sehingga y = n 0 e = (s+n 0 ) y = (s+n 0 ) n 0 = s Untu mendisain tampilan program apliasi berbasis grafi layanya program yang dibuat dengan bahasa pemrograman Visual Basic, Delphi atau lainnya. Maa dilingungan progran MATLAB telah disediaan apliasi untu mendisain form, command button, listbox dan lainnya melaui perintah GUIDE di command Gambar 3 Memanggil apliasi GUI-nya Matlab Apliasi GUIDE memberian eluwesan programmer untu mendisain tampilan user interface sesuai yang diinginan. Tampilan Guide seperti Gambar 4. Gambar 4 Guide GUI-nya Matlab Untu proses disain dengan mudah dilauan dengan cara li dan drag e tempat form yang dinginan sesuai tata leta yang diehendai. 25

4 Pembuatan Media Pembelajaran Pada Mata Kuliah Teni Kontrol Adaptif Sub Poo Bahasan Penghapusan Derau Gambar 5 Contoh form dan omponen GUInya Matlab Sedangan untu masing-masing obje omponen memilii pengaturan property dan script m-file seperti pada tanda panah pada Gambar 5. Tampilan menu awal menu utama dengan program GUIDE pada MATLAB. Menu utama: Keluar, Informasi, Penghapusan Derau dan Bantuan Sub menu: Informasi: Strutur, Algoritma dan Visualisasi Penghapusan Derau: Penghapusan Derau, Pembandingan Algoritma Bantuan: tentang program 5. Algoritm yang aan digunaan adalah FxLMS dan FxAFA 6. Pengodean penerjemahan algoritma e bahasa program matlab 7. Ujicoba hasil program dan tampilan 8. Perbaian jia masih ada esalahan BAHAN DAN METODE PENELITIAN Alat-alat yang digunaan adalah:. Komputer dengan spesifiasi cuup: a. Processor: Pentium Core 2 Duo b. Mainboad: Intel DG33 c. RAM 2GB d. HD 250 GB e. DVD RW f. Sound Card 2. Microprone dan Headset 4. MP3 player 5. Penguat Audio 6. Software penduung: a. Sistem operasi Windows XP SP2 b. Matlab c. MsOffice 7. Peralatan penduung lain: Printer Canon 900 Langah-langah penelitian sebagai beriut:. Ambil salah satu penerapan sistem adaptif, pada penelitian ini dipilih untu proses penghapusan derau dari suara utama pembicara. 2. Jenis derau yang aan ditampilan adalah suara hujan, suara pesawat tae off, suara angin diterowongan, omba, eramaian jalan ota. 3. Suara utama berupa suara orang dewasa 4. Rancangan program 26 HASIL DAN PEMBAHASAN Media pembelajaran dibuat dengan program GUI Guide Matlab dengan tampilan awal seperti Gambar 6. yang dapat dijalanan dengan program Matlab dengan mengetian file MasterAnc di command window Matlab. Gambar 6 Tampilan awal program Di awal tampilan menginformasian epada pemaai atau mahasiswa dengan menu utaman: Keluar, Informasi, Penghapusan derau dan Bantuan. Menu Keluar terdiri dari menu pilihan Ya atau Tida untu memberian esempatan pengguna untu melanjutan program atau eluar program. Menu Informasi terdiri dari sub menu: Strutur, Algoritman dan Visualiasi isyarat masuan.

5 Pembuatan Media Pembelajaran Pada Mata Kuliah Teni Kontrol Adaptif Sub Poo Bahasan Penghapusan Derau Sub menu Strutur menjelasan strutur blo diagram proses adaptif untu penghapusan derau dan sub menu Algoritma menjelasan langah-langah untu proses penghapusan derau dengan algoritma yang dipaai yaitu FxLMS (Filtered x Least Mean Square) dan FxAFA (Filtered x Adaptive Filtering with Averaging). Sedangan sub menu Visualisasi isyarat masuan menampilan grafi dan suara dari isyarat masuan derau, suara utama dan suara utama yang tercampur dengan suara derau. Untu proses penghapusan dan unju erja perbandingan dua algoritma dan variasi pemilihan jenis derau, setting parameter algoritma dan hasil tampilan grafi spetrum freuensi serta hasil proses penghapusan yang dapat didengar dapat dilihat pada menu Penghapusan derau. Visualisasi Isyarat Masuan Visualisasi ini memberian gambaran nyata epada mahasiswa atau pemaai program dengan pilihan isyarat masuan derau, isyarat masuan suara utama pembicara dan suara utama pembicara yang terganggu dengan adanya suara derau atau campuran suara utama dan suara derau. Isyarat ini dapat dilihat dalam bentu visualisasi grafi watu dan freuensinya atau spetrum freuensi dari isyarat masuan serta dapat didengar lewat pengeras suara omputer/laptop. Berdasaran grafi watu aan terlihat dinamia isyarat masuan sedangan arateristi isyarat masuan dapat dilihat pada spetrum freuensinya dengan rentang freuensi yang dapat dilihat serta dominasi freuensi yang ada. Gambar 7 Visualisasi isyarat masuan suara utama (tutur) Gambar 8 Visualisasi isyarat masuan suara derau (hujan) Pilihan visualisasi suara derau, suara utama dan suara utana yang tercampur derau dapat dipilih dengan mudah. Beriut ini tampilan suara utama yang tercampur dengan suara derau hujan. 27

6 Pembuatan Media Pembelajaran Pada Mata Kuliah Teni Kontrol Adaptif Sub Poo Bahasan Penghapusan Derau Gambar 9 Visualisasi isyarat masuan suara utama+derau Dengan adanya visualisasi grafi dan suara ini sangat membantu imajinasi pengguna media ini atau mahasiswa yang bersangutan, pemaai media dengan mudah melihat grafi, data suara dan suara nyata tersebut. Penghapusan Derau Proses penghapusan derau dilauan pada Menu Penghapusan derau, disini ditampilan grafi dinamia error, dinamia bobot dan perbandingan spetrum saat proses penghapusan sedangan On (beerja) dan saat Off (tida beerja) sehingga terlihat perbedaan spetrum saat penghapusan derau saat beerja dimana SNR (Signal to Noise Ratio) aan nai. Text box isian, pengguna program dapat memasuan nilai parameter langah adaptasi, besar gangguan penguuran jia ada, emudian menjalanannya dan langsung dapat dilihat hasilnya yang juga dapat dilihat besar galat MSE (Mean Square Error) juga perubahan suara dari suara utama yang tercampur bising menjadi suara utama yang bersih dari gangguan derau. Gambar 0 Visulisasi grafi, data dan suara proses penghapusan derau. Sebagai variasi jenis gangguan juga dapat dipilih sumber derau dari suara hujan, hujan2, tae off, wind tunnel, omba dan city traffic hal ini semua aan semain memberian gambaran nyata pemahaman aan apliasi sistem adaptif untu penghapusan derau. Perbandingan Algoritma Perbandingan penyelesaian proses penghapusan derau secara berbarengan dengan dua algoritma hasilnya dapat dilihat secara bersama seacara langsung pada menu Perbandingan Unju Kerja. Pada menu ini proses penghapusan derau dengan dua algoritma yang berbeda dapat dibandingan untu dilihat unju erjanya berdasaran data SNR, MSE dan suara yang dihasilan. Proses intertif pemasuan nilai parameter untu masing-masing algoritma juga diberian untu mencoba nilai parameter dan hasil yang diberian. 28

7 Pembuatan Media Pembelajaran Pada Mata Kuliah Teni Kontrol Adaptif Sub Poo Bahasan Penghapusan Derau Gambar Perbandingan unju erja algoritma FxLMS dan FxAFA KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilauan didapat esimpulan sebagai beriut:. Program media pembelajaran telah beerja sesuai rancangan 2. Visualisasi grafi, data dan suara telah dapat ditampilan untu memberian penjelasan yang mudah bagi pengguna 3. Pengguna dapat berinterasi dengan memasuan nilai parameter dan hasil yang didapat. 4. Pengguna dapat membandingan algoritma adaptfi FxLMS da FxAFA untu penyelesaian penghapusan derau serta dapat melihat unju erjanya dalam bentu data anga, grafi dan suara yang dihasilan. Saran yang dapat diberian epada peneliti lainnya adalah:. Media pembelajaran ini dapat ditambahan jenis algoritma lain. 2. Perlu ditambahan variasi jumlah bobot. Noise Control System, IEEE Signal Processing LetterVol No 6 June, Hal Darmana, Satria., Samiyono Suryono., Pembuatan Media (Trainer) Radio Pada Mata Kuliah Audio Video Di Teni Eletro UNNES., Jurnal Teni Eletro., Vol 4 No. 2 Juli-Desember 202, ISSN , Jurusan Teni Eletro Faultas Teni Universitas Negeri Semarang. Handoo, Khotib Tri., Subiyanto, Setyabudi., 203, Efetifitas Media Interatif Mata Pelajaran Merawat Peralatan Listri Rumah Tangga., Jurnal Teni Eletro hal 80 Vol 4 Nomor Januari-Juni 202., Jurusan Teni Eletro Faultas Teni Universitas Negeri Semarang. Rifai, Muchamand., Sugeng Purbawanto., 202., Penggunaan Media Pembelajaran Berbasis Multimedia Pada Mata Kuliah Dasar Teleomniasi Poo Bahasan Sistem Modulasi Analog., Jurnal Teni Eletro Vol 4 No. Januari-Juni 202 ISSN , Jurusan Teni Eletro Faultas Teni Universitas Negeri Semarang. Setiawan, Farly., Isdiyarto., Yohanes Primadiono., 202, Simulasi Prinsip Kerja Alat Pengaman Listri Sebagai Media Pembelajaran Mata Kuliah Instalasi Penerangan dan Tenaga Pada Program Studi Pendidian Ten Eletro UNNES., Jurnal Teni Eletro, hal 60 Vol 4 Nomor Januari-Juni 202., Jurusan Teni Eletro Faultas Teni Universitas Negeri Semarang. Taufiq, Arif Johar., 2007., Penghapusan Adaptif Derau Austi dengan Algoritma FxAFA, Tesis S2, UGM Yogyaarta Widrow, Benard, Samual D, Stearns., 985, Adaptive Signal Processing, Prentice Hall, New Jersey DAFTAR PUSTAKA Ahtar, M. Tahir., Masahide Abe, Masayui Kawamata., 2005, Adaptive Filtering with Averaging-Based For Feedwad Active 29