BAB II DIGITISASI DAN TRANSMISI SUARA 2.1 Umum Telinga manusia memiliki kemampuan menerima frekwensi dalam kisaran 16Hz 20 khz, yang dikenal sebagai frekwensi audio. Suara menghasilkan frekwensi yang sempit berkisar 100 Hz 10 khz. Bila semua frekwensi itu ada di dalam bentuk gelombang suara yang ditransmisikan, maka suara yang diterima itu adalah lebih bersifat alami dan tidak mengalami gangguan saat suara di transmisikan. Kapasitas suara yang dapat diterima oleh frekwensi transmisi dalam kisaran 300 3400 Hz. Sinyal suara dengan band terbatas sering disebut kualitas suara rendah. Sebagian sistem komunikasi suara, dirancang dengan memiliki bandwidth 3.1 khz. Dalam kisaran band yang terbatas, telinga sangat sensitif terhadap frekwensi yang berkisar 3 khz [1]. Saluran dalam sistem komunikasi yang memiliki transmisi terbatas akan mengarah pada gangguan kebisingan. Ketika jalur transmisi semakin panjang, maka rasio sinyal terhadap kebisingan pada saat menerima hasil akan menurun. Dalam transmisi suara analog, pengaruh kebisingan dan interferensi terlihat selama suara terhenti dan ketika besaran sinyal mendekati nol. Sistem transmisi digital mengatasi beberapa masalah yang dihadapi sistem analog. Dalam sistem transmisi digital, suara yang terhenti akan diberi kode, dan di transmisi kan secara konstan. Kemampuan transmisi digital untuk menolak pembicaraan silang adalah keunggulan sistem transmisi digital daripada sistem analog. Pertama, tingkat
persilangan yang rendah akan dihilangkan karena sinyal amplitudo yang bergerak secara konstan. Lalu, besaran tertinggi yang menghasilkan kesalahan deteksi yang tidak beraturan. Keunggulan lain dari sistem digital adalah kemampuan untuk mendukung layanan tanpa suara dan data, mudah dimengerti dan juga mudah untuk memantau kinerja pada sistem tersebut. Namun sistem digital membutuhkan bandwidth yang besar dibandingkan dengan sistem analog, hal ini tidak menguntungkan. Namun keuntungan yang ditawarkan oleh sistem transmisi digital lebih banyak dari pada sistem analog[1]. 2.2 Sampling Pada Digitisasi dan Transmisi Suara Langkah pertama dalam digitisasi suara, merupakan rangkaian dari waktu diskrit dimana bentuk gelombang input dapat dijadikan sampel. Sampel diskrit dapat ditempatkan pada interval / jarak regular atau irregular. Frekwensi pengambilan sampel minimum kepada kriteria Nyquist atau teorema yang dapat dinyatakan sebagai berikut : fs 2H (2.1) dimana, fs = frekwensi pengambilan sampel atau nilai Nyquist. H = komponen frekwensi yang tertinggi dalam bentuk gelombang analog input. Dalam percobaan ini, bentuk gelombang asli akan dibentuk dengan melewatkan nilai sampel melalui low pass filter yang diperhalus dan juga menyisipkan sinyal diantara nilai sampel. Pengambilan sampel adalah proses perkalian besaran konstan pada bagian impuls dengan sinyal input. Dengan
kata lain, ini adalah proses pulse amplitude modulation (PAM). Skema ini ditunjukkan pada Gambar 2.1. (a) Pengambilan sampel dan perolehan bentuk gelombang analog (b) Spektrum sinyal PAM (c) Spektrum tumpang tindih ketika fs < 2H Gambar 2.1 Transmisi digital menggunakan PAM 2.3 Kuantisasi dan Pengkodean Biner Sistem pulse amplitudo modulation (PAM) secara umum tidak bermanfaat untuk jarak yang jauh, karena disebabkan oleh kesinggungan dari amplitudo. Dengan mengkonversi sampel PAM ke dalam format digital, besaran ini dapat berkurang ataupun menghilang. Sehingga penggunaan repeater regeneratif
berguna untuk menghilangkan ketidaksempurnaan transmisi sebelum menghasilkan error. Proses dari kuantisasi digambarkan dalam Gambar 2.2. Gambar 2.2. Proses kuantisasi. Sinyal V adalah rentang dari VL ke VH, dan rentang ini dibagi ke dalam M (M = 8) dengan cara yang sama, ukuran langkah S dirumuskan dengan : S = (VH VL) / M (2.2) kita menempatkan level kuantisasi V0, V1,..., Vm-1. Sinyal kuantisasi Vq berlangsung pada salah satu nilai yang dikuantisasi. Sinyal V dikuantisasi pada level kuantisasi terdekat. Nilai batasan itu akan diseimbangkan dari dua level kuantisasi dan konvensi yang dapat diadopsi untuk mengkuantisasinya pada setiap tingkat. Misalkan : Vq = V3 jika (V3 S/2) V < (V3 + S/2) Vq = V4 jika (V4 S/2) V < (V4 + S/2) Sehingga, sinyal Vq membuat lompatan kuantum dari ukuran S dan pada kondisi waktu error dengan kuantisasi V Vq dengan besaran yang sama dengan atau lebih kecil dari S / 2. Proses kuantisasi di dalam langkah itu merata pada kisaran sinyal yang rendah yang dikenal sebagai kuantisasi yang linier.
Proses kuantisasi itu sendiri akan membawa kebisingan tertentu terhadap sinyal. Sistem pengkodean dari transmisi ini disebut pulse code modulation (PCM). Fitur penting dari PCM biner dengan sinyal input analog dibatasi pada kisaran -4V hingga + 4V, dengan ukuran langkah satu volt, dan Delapan level kuantisasi akan digunakan dan berada pada -3.5 V, -2.5V,..+3.5V, diperlihatkan dalam Gambar 2.3. Code number 7 6 5 4 3 2 1 0 V 4 3 2 1 0-1 - 2-3 - 4 Sample value Quantised value Code number Binary code 1.3 2.7 0.5-1.1-0.7 0.1-0.1-1.6 1.5 2.5 0.5-1.5-0.5 0.5-0.5-1.5 5 6 4 2 3 4 3 2 101 110 100 010 011 100 011 010 Gambar 2.3. Fitur PCM Biner. Masing-masing nomor kode ini memiliki ekuivalensi representasi 3-bit. Dengan melihat contoh sampel yang ada dalam gambar 2.3, bila sinyal analog yang ditransmisikan, maka nilai tegangan 1.3, 2.7, 0.5 dst, akan ditransmisikan. Bila nilai yang dikuantisasi ditransmisikan, maka nilai tegangannya 1.5, 2.5, 0.5 dst, akan ditransmisikan. PCM biner dengan pola kode 101, 110, 100 akan
ditransmisikan. Diagram blok dibawah ini akan memperlihatkan apa fungsi dari sistem PCM tersebut, diperlihatkan pada Gambar 2.4. Gambar 2.4. Sistem PCM untuk komunikasi suara. Sinyal input analog V adalah band terbatas pada 3.4 khz. Sampel dikuantisasi untuk menghasilkan sinyal PAM yang terkuantisasi yang kemudian diberikan pada enkoder. Pengkuantisasi dan pengkodean ini dillakukan secara bersama-sama dari konversi analog ke digital. Operasi yang pertama pada receiver adalah pemisahan sinyal dari kebisingan. Level PAM yang tekuantisasi akan dilewatkan melalui filter yang menolak komponen frekwensi, yang berada di luar baseband dan menghasilkan bentuk rekonstruksi gelombang dari band asli dengan sinyal terbatas [1].