METODE PENELITIAN. Penelitian ini mulai dilaksanakan pada bulan November 2014 sampai dengan

Transkripsi

1 34 III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian ini mulai dilaksanakan pada bulan November 2014 sampai dengan April Perancangan sistem, identifikasi kadar air pada kayu jati dan akasia daun lebar dilaksanakan di Laboratorium Elektronika sedangkan Instrumentasi dan pengambilan data dilaksanakan di Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Lampung. B. Alat dan Bahan Pada penelitian ini, alat-alat yang digunakan sebagai media akuisisi dan identifikasi kadar air serta pengukuran frekuensi adalah sebagai berikut: 1. Personal Computer (PC) PC pada penelitian ini digunakan untuk mengolah sinyal agar dapat melihat hasil frekuensi yang kuantitatif. 2. Palu Palu digunakan sebagai sumber bunyi.

2 35 3. Mikrofon Mikrofon digunakan untuk mendeteksi gelombang bunyi yang dihasilkan oleh palu untuk diubah menjadi besaran elektris agar dapat diolah oleh komputer. 4. Pre-Amplifier (Penguat Mikrofon) Penguat Mikrofon digunakan untuk menguatkan sinyal suara yang dihasilkan oleh palu. 5. Besi penyangga Besi penyangga digunakan sebagai tempat dudukan kayu dan palu. Besi penyangga dapat mengurangi redaman gelombang suara dari luar. 6. Tali Tali pada penelitian ini digunakan sebagai pengikat antara palu dan kayu. 7. Kabel penghubung Kabel Penghubung digunakan untuk menghubungkan mikrofon ke sound card PC/ Laptop. Kemudian untuk bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya: 1. Kayu jati ukuran panjang 1 m dan diameter 7 cm. 2. Kayu akasia ukuran panjang 1m dan diameter 7 cm. 3. Software Matlab, digunakan untuk proses komputasi dan pengolahan sinyal berdasarkan rumusan dari metode Transformasi Fourier Cepat (Fast Fourier Transform). Software Matlab yang digunakan dalam penelitian ini adalah Matlab 7.8.

3 36 C. Desain Penelitian Desain penelitian yang dilakukan yaitu seperti gambar 3.1 sebagai berikut H=60 cm L=20 cm 40 cm 3 70 cm Gambar 3.1 Setting alat percobaan identifikasi kadar air pada kayu jati dan kayu Keterangan : Akasia mangium (1) Tiang penyanggah palu (2) Palu (3) Papan (4) Tali pengikat palu (5) Kayu sepanjang 1 m (6) Mikrofon 1 (7) Mikrofon 2

4 37 (8) Mikrofon 3 (9) Penyanggah besi (10) Papan penyanggah besi (11) Preamplifier (12) Laptop Prinsip kerja peneitian ini adalah mikrofon dipasang pada ujung kayu. palu dijatuhkan di atas kayu pada ketinggian 15 cm di atas kayu dan dijatuhkan. Benturan palu pada ujung kayu akan menghasilkan gelombang suara (akustik) sepanjang batang kayu. Mikrofon yang telah dipasang pada batang kayu akan merekam gelombang suara tersebut. Kemudian gelombang suara yang telah ditangkap oleh mikrofon akan dikuatkan oleh preamplifier sehingga suara dapat diterima oleh soundcard laptop. Gelombang suara yang masuk ke laptop kemudian akan diolah/dianalisis untuk diketahui perbedaan frekuensi dominan terhadap kadar air kayu menggunakan FFT. Diagram alir penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2

5 38 Mulai Setting alat untuk merekam suara Menjatuhkan palu pada kayu dengan ketinggian konstan Terjadi benturan dan menimbulkan suara Suara ditangkap oleh mikrofon Dikuatkan pre-amp Diterima oleh PC Pengolahan Data Pembuatan Laporan Selesai Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian D. Rangkaian Pre-Amplifier Mikrofon Pre-amplifier mikrofon adalah penguat yang bekerja pada mikrofon yang berfungsi memperkuat sinyal listrik yang berasal dari mikrofon. Pre-amplifier mikrofon mempengaruhi kualitas suara rekaman seperti mikrofon itu sendiri. Gambar 3.3 adalah rangkaian pre-amp mikrofon yang menggunakan dua transistor.

6 39 (a) (b) (c) Gambar 3.3 Rangkaian penguat transistor bias pembagi tegangan dua tingkat (a), rangkaian ekivalen AC (b dan c)

7 40 Rangkaian pre amplifier mikrofon atau pre-amp mic ini digunakan sebagai penguat depan untuk mikrofon kondenser. Rangkaian penguat di atas merupakan rangkaian penguat pre-amplifier mikrofon yang digunakan untuk menguatkan sinyal input yang berasal dari mikrofon sebelum masuk ke sound card PC. Rangkaian Pre-amplifier mikrofon ini menggunakan dua transistor 2N3904 yang dirangkai sebagai penguat transistor dua tingkat common emitor dengan tanggap frekuensi respon Hz. Rangkaian Pre-amplifier mikrofon di atas didesain untuk mikrofon jenis elektret atau mikrofon condenser. Masukan sinyal dari kaki basis terhubung dengan sebuah kapasitor sebesar 100 yang berguna sebagai kopling, yaitu untuk menahan frekuensi dc yang berasal dari sumber tegangan dan meloloskan frekuensi ac dari mikrofon. Pada Gambar 3.3 (c) tegangan masukan basis pada rangkaian penguat tingkat pertama dapat dihitung dengan persamaan berikut ini. (3.1) V in adalah tegangan masukan pada mikrofon dengan sebagai hambatan mikrofon. Besarnya impedansi masukan ( ( )) pada tingkat pertama dihitung dengan persamaan berikut. ( ) (3.2) r' e adalah hambatan emitor pada mode AC untuk penguat pertama besarnya dapat dihitung dengan persamaan 3.3 = (3.3) V be merupakan tegangan basis emitor dengan nilai pendekatan sebesar 25 mv sedangkan ie adalah arus emitor pada mode AC. Besar penguatan tegangan pada

8 41 transistor tingkat pertama dapat dihitung menggunakan persamaan 2.21 sebagai berikut. (3.4) Dengan Tegangan yang keluar dari rangkaian penguat tingkat pertama menjadi masukan tegangan pada penguat tingkat kedua. Tegangan AC yang masuk ke kaki basis 2 ( ) dapat dihitung dengan persamaan 3.5 sebagai berikut. (3.5) Besarnya impedansi masukan ( ( )) pada tingkat kedua dihitung dengan persamaan berikut. ( ) (3.6) Besar penguatan tegangan pada transistor tingkat kedua ( ) dapat dihitung dengan persamaan 3.7. (3.7) dengan // setelah diperoleh dan, total penguatan tegangan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Malvino, 2003). (3.8) Dari persamaan 3.8 diatas kita dapat memperoleh Vout menggunakan persamaan 3.9. (3.9)

9 42 Rangkaian di atas juga dilengkapi dengan low pass filter yang dirancang menggunakan resistor dan kapasitor. Besar frekuensi cut off dihitung dengan persamaan berikut. (3.10) dengan: R= Hambatan yang terhubung ke output C= Kapasitor filter f c = Frekuensi cut off Resistor sebesar 4,6 Ohm dan kapasitor sebesar 3,5 nf digunakan sebagai low pass filter dengan frekuensi cut off sebesar 4000 Hz. Pemilihan frekuensi cut off sebesar 4000 Hz didasarkan pada frekuensi gelombang akustik maksimal yang diperoleh sebesar 2000 Hz. Kemudian dari output pre-amplifier ini akan dikuatkan lagi oleh sound card PC/laptop.

10 43 E. Prosedur Percobaan Pada penelitian ini, dilakukan percobaan identifikasi tingkat kadar air pada kayu berdasarkan spektroskopi gelombang akustik untuk diketahui frekuensi dominan gelombang suara terhadap kadar air kayu. Kemudian membandingkannya dengan persentase kadar air kayu yang diperoleh. Proses identifikasi persentase kadar air kayu adalah: 1. cuplik kayu (gelondongan) yang akan diukur kadar airnya. 2. timbang massa kayu basah sebagai m masukkan kayu ke dalam oven selama setengah jam. 4. timbang massa kayu yang telah dioven sebagai m ulangi proses 3-4 sampai kayu memiliki massa yang tetap (m x ). 6. ulangi proses 1-5 untuk kayu yang sama tetapi lain hari. Persentase kadar air: (3.12) dengan: Ka = Persentasi kadar air pada kayu (%); = Massa basah kayu (kg); = Massa kering kayu oven (kg).

11 44 Sedangkan prosedur penelitian spektroskopi gelombang akustik untuk identifikasi tingkat kadar air kayu adalah: 1. palu diikat pada ketinggian 15 cm di atas kayu. 2. palu dijatukan pada kayu sehingga terjadi benturan (sumber gelombang bunyi). 3. bunyi merambat di sepanjang batang kayu. 4. bunyi dideteksi menggunakan mikrofon. 5. bunyi direkam melalui sound card laptop. 6. gelombang bunyi ditampilkan dalam fungsi waktu. 7. sinyal gelombang bunyi dianalisis/diolah menggunakan FFT (Fast Fourier Transform) untuk mengetahui spectrum frekuensi bunyi. 8. ulangi proses 1-7 untuk kayu yang sama tetapi posisi mikrofon diubah ke 2 dan 3 (lihat gambar 3.2). 9. ulangi proses 1-8 untuk kayu yang sama tetapi lain hari. Blok diagram kinerja alat ditunjukkan Gambar 3.4 Pre-amp Sound card laptop/komputer Mikrofon Gambar 3.5 Diagram blok percobaan Gambar 3.4 terlihat proses perambatan gelombang yang telah direkam oleh mikrofon dikuatjan dengan pre-amplifier dan dihubungkan pada sound card laptop.

12 45 F. Rancangan Data Hasil Pengukuran Pada penelitian ini, informasi yang akan didapatkan berupa spektrum frekuensi gelombang suara kadar air kayu yang dilakukan dengan beberapa pengulangan selama 15 hari. Untuk mengetahui perbedaan frekuensi dominan gelombang suara terhadap kadar air kayu, terdapat beberapa informasi pendukung yang akan dicari akustik spektroskopi identifikasi kadar air pada kayu ini sesuai dengan Tabel 3.1. Tabel 3.1 Data penelitian yang akan didapatkan No Jenis Kayu Posisi Mikrofon Persentase kadar air kayu pada hari ke- Frekuensi dominan gelombang suara terhadap pada hari ke Jati Sengon Dari Tabel 3.1, jenis kayu yang digunakan dalam pengujian ada 2 yaitu jati dan akasia. Masing-masing kayu digunakan 3 perlakuan, yakni pada hari ke-1 adalah hari pemotongan kayu dari pohonnya, hari ke-5, hari ke-10, dan hari ke-15. Setelah proses

13 46 pengujian diperoleh hasil frekeuensi gelombang suara kadar air yang terkandung dalam kayu-kayu tersebut. Semua informasi inilah yang kemudian digunakan untuk mengetahui perbandingan frekuensi dominan terhadap kadar air kayu. G. Pemilihan Kayu Kayu terdiri dari beberapa bagian, yaitu bagian pangkal, batang atas dan ranting. Ranting biasanya digunakan sebagai bahan kayu bakar, sedangkan untuk bahan bangunan atau furniture menggunakan kayu bagian pangkal dan batang atas (bebas cabang). Kayu bagian pangkal lebih sering digunakan sebagai bahan bangunan, karena ukurannya yang lebih besar dibandingkan dengan kayu bagian yang lain. Selain itu bagian pangkal juga memiliki kandungan air paling banyak karena letaknya yang dekat dengan akar. Pada penelitian ini, kayu yang digunakan adalah kayu gelondongan bulat bagian pangkal dengan diameter 10 cm dan panjang 1 m. Kayu gelondongan adalah kayu yang masih utuh seperti ketika dipotong dari pohonnya (belum dipotong dan dibelah secara vertikal dari aslinya). Kayu bagian pangkal adalah yang paling baik untuk pertukangan. Kayu gelondongan yang digunakan dikupas kulitnya, agar dapat menguapkan kadar air yang terkandung dalam kayu tersebut sehingga kadar air akan cepat kering. Air dalam kayu akan bergerak dari daerah yang berkelembaban tinggi (sebelah dalam) ke daerah yang berkelembaban lebih rendah (permukaan). Dengan demikian, maka kayu akan mengering dari bagian luar ke dalam atau dengan kata lain permukaan kayu akan lebih cepat kering daripada bagian dalamnya. Sehingga kayu gelondongan yang telah dikupas kulitnya lebih baik

14 47 digunakan dalam penelitian karena dapat membantu mengurangi pengeringan kadar air. Jenis kayu yang digunakan dalam penelitian ini ada dua yaitu kayu jati dan kayu akasia daun lebar (acacia mangium). Gambar 3.6. Kayu gelondongan sepanjang 1 m H. Lokasi Pengambilan Kayu Kayu jati dan kayu akasia daun lebar diambil dari Natar, Kabupaten Lampung Selatan, Provinsi Lampung. Sampel pohon sebanyak satu pohon pada masingmasing jenis kayu berdiameter 10 cm dengan tinggi 1 meter. Sampel diambil pada posisi ketinggian 1,5 m pada bagian pangkal. Penebangan kayu jati dan kayu akasia daun lebar dilakukan pada tanggal 13 Desember 2014 pada pukul WIB.

15 48 Kayu yang telah ditebang sepanjang 1,5 m dikupas kulitnya dan dipotong menjadi dua bagian yaitu 1 m dan 50 cm. Kayu sepanjang 1 m digunakan untuk penelitian frekuensi kadar air pada kayu menggunakan program FFT. Sedangkan kayu sepanjang 50 cm digunakan untuk sampel pengambilan tingkat kadar air pada kayu yang masing-masing dilakukan empat kali perlakuan dengan pengambilan data lima hari sekali selama 15 hari. I. Perancangan Perangkat Lunak (Software) Perancangan perangkat lunak (software) dalam penelitian ini dilakukan menggunakan bahasa pemrograman Matlab 7.8. Program dari alat ini terdiri dari dua pengolahan yaitu perekaman suara, dan pengolahan sinyal suara menjadi frekuensi menggunakan program Fast Fourier Transform (FFT). Diagram alir perancangan perangkat lunak dalam penelitian ini adalah Gambar 3.7 berikut.

16 49 Mulai Perekaman suara Simpan hasil suara Panggil data rekaman Program FFT (Fast Fourier Transform) Suara diolah menggunakan FFT Suara berubah menjadi frekuensi Grafik Selesai Gambar 3.7 Diagram alir perancangan perangkat lunak Perancangan software dimulai dari proses perekaman suara. Perekaman suara ini berfungsi untuk mengambil gelombang suara yang telah ditangkap oleh mikrofon. Suara yang telah didapatkan kemudian akan dirunning dan diproses melalui proses pengolahan data mulai dari proses memanggil data rekaman, program FFT (Fast Fourier Transform), dan running kembali. Proses memanggil rekaman ini akan mengubah suara menjadi frekuensi, yang kemudian diolah melalui program FFT (Fast Fourier Transform). Setelah itu running kembali sebagai program FFT.