BAB II DASAR TEORI 2. 1 Suara Suara adalah sinyal atau gelombang yang merambat dengan frekuensi dan amplitude tertentu melalui media perantara yang dihantarkannya seperti media air, udara maupun benda padat. Manusia dapat berkomunikasi dengan manusia lainnya dengan suara. Pembangkitan ucapan manusia dimulai dengan awal konsep dari gagasan yang ingin disampaikan pada pendengar. Pengucap mengubah gagasan tadi dalam struktur linguistik dengan memilih kata atau frasa yang secara tepat dapat mewakili dan membawakannya dengan tata bahasa yang dimengerti antara pengucap dan pendengar. Ucapan yang diucapkan memiliki tujuan tertentu dengan asumsi bahwa ucapan tersebut diucapkan secara benar, dapat diterima, dan dipahami oleh pendengar yang dituju. Pembangkitan ucapan pada hakekatnya berhubungan dengan kemampuan mendengar. Sinyal ucapan dibangkitkan oleh organ vokal dan ditransmisikan melalui udara menuju telinga pendengar[1]. Pengucap Gelombang Bunyi Pendengar Produksi Suara pemahaman suara Gambar 2.1 Lingkaran komunikasi suara Gambar 2.1 memperlihatkan proses antara pengucap dengan pendengar serta mekanisme dalam produksi suara dan pemahaman suara oleh manusia. 14
Secara umum terdapat 2 faktor yang berpengaruh membentuk ciri suara manusia yaitu pitch dan timbre (warna suara). Pitch berpengaruh terhadap terhadap frekuensi dasar yang dimiliki oleh setiap benda yang bergetar dan mengeluarkan bunyi. Timbre merupakan muatan harmonik dari suara yang mempengaruhi karakteristik suara yang membuat kita bisa membedakan antara suara satu dengan suara yang lainnya. 2. 2 Pitch Berbagai macam suara yang dapat didengar manusia merambat melalui udara dan dipantulkan ke segala arah. Salah satu parameter yang dapat digunakan untuk membedakan berbagai jenis suara adalah pitch atau frekuensi dasar dari suara tersebut. Perbedaan tinggi rendah suara berhubungan dengan jarak antar pitch pada gelombang (pitch period). Panjang jarak tersebut berpengaruh pada frekuensi. Semakin pendek jarak semakin tinggi frekuensi sebaliknya semakin lebar jarak semakin rendah frekuensi. Pada lingkup musik tinggi rendah suara diwakili dengan notasi. Setiap notasi memiliki standar frekuensi dan disimbolkan dengan huruf atau angka. Frekuensi sendiri merupakan banyak getaran per detik yang bisa dinyatakan bisa dinyatakan dalam satuan Hz. Gambar 2.2 memperlihatkan hubungan antara pitch dan pitch period[2]. Gambar 2.2 Pitch dan Pitch Period 2. 3 Timbre Faktor lain yang menjadi ciri suara adalah timbre. Timbre dapat disebut sebagai kunci inti dari karakter suara manusia. Timbre merupakan faktor dari suara yang 15
membuat kita bisa membedakan antara suara yang satu dengan suara yang lainnya, walaupun pitch dan level kekerasan (loudness, dipengaruhi oleh amplitudo) suaranya sama. sebagai ilustrasi suara yang dihasilkan oleh gitar yang memainkan nada A berbeda dengan suara yang dihasilkan piano walaupun dimainkan dengan nada yang sama. Perbedaan karakter suara antara gitar dengan piano disebabkan perbedaan timbre. Getaran gelombang suara cukup kompleks, dan biasanya bergetar dalam beberapa frekuensi secara simultan. Inilah sebenarnya yang menyebabkan karakter suara masingmasing benda berbeda dikarenakan muatan harmonik timbre yang berbeda pula. Gambar 2.3 merupakan ilustrasi dari sebuah sinyal suara yang memiliki fundamental frekuensi sama dengan muatan harmonik berbeda[2]. Gambar 2.3 Muatan harmonik pada domain frekuensi 2. 4 Pengolahan Sinyal Suara Definisi dari sinyal suara yaitu suatu sinyal yang mewakili dari suara. Sinyal suara dibentuk dari kombinasi berbagai frekuensi pada berbagai amplitudo dan fasa. Pengolahan suara adalah suatu perkembangan teknik dan sistem yang memungkinkan komputer suatu perangkat untuk mengenali dan memahami kata-kata yang diucapkan dengan cara digitalisasi kata dan mencocokkan sinyal digital tersebut dengan suatu pola tertentu yang tersimpan dalam suatu perangkat. kata-kata diucapkan diubah bentuknya 16
menjadi siyal digital dengan cara mengubah gelombang suara menjadi sekumpulan angka yang kemudian disesuaikan dengan kode-kode tertentu untuk mengidentifikasi kata-kata tersebut tersebut, hasil dari identifikasi kata yang diucapkan dapat ditampilkan dalam bentuk tulisan atau dapat dibaca oleh perangkat teknologi sebagai sebuah komando untuk melakukan suatu pekerjaan[3]. 2. 5 Aliasing Semua sinyal yang dapat diproses oleh komputer hanyalah signal discrete atau sering dikenal sebagai istilah digital signal. Agar sinyal asli dapat diproses oleh komputer, maka harus diubah terlebih proses, diantaranya adalah proses sampling data. Proses sampling adalah suatu proses untuk mengambil data signal continue untuk setiap periode tertentu. Dalam melakukan proses sampling data, berlaku aturan Nyquist, yaitu bahwa frekuensi sampling (sampling rate) minimal harus 2 kali lebih tinggi dari frekuensi maksimum yang akan di-sampling. Jika signal sampling kurang dari 2 kali frekuensi maksimum sinyal yang akan di-sampling, maka akan timbul efek aliasing. Aliasing adalah suatu efek dimana sinyal yang dihasilkan memiliki frekuensi yang berbeda dengan sinyal aslinya. yang diperlihatkan Gambar 2.4[3]. Gambar 2.4 Perbedaan sinyal asli dan sinyal aliasing 17
2. 6 Filter Filter merupakan suatu sistem yang mempunyai fungsi transfer tertentu untuk meloloskan sinyal masukan pada frekuensi - frekuensi tertentu dan menyaring / memblokir / melemahkan sinyal masukan pada frekuensi-frekuensi yang lain. Berikut adalah filter menurut frekuensi yang disaring. 2.6.1 High Pass Filter High pass filter adalah suatu rangkaian yang akan melewatkan suatu isyarat yang berada diatas frekuensi cut-off (Fc) sampai frekuensi cut-off (Fc) rangkaian tersebut dan akan menahan isyarat yang berfrekuensi dibawah frekuensi cut-off (Fc) rangkaian tersebut. Adapun rangkaian high pass filter dapat dilihat pada Gambar 2.5[4]. Gambar 2.5 High pass filter Prinsip kerja dari high pass filter adalah dengan memanfaatkan karakteristik dasar komponen C dan R, dimana kapasitor akan mudah melewatkan sinyal AC yang sesuai dengan nilai reaktansi kapasitifnya dan komponen resistor yang lebih mudah melewatkan sinyal dengan frekuensi rendah. Prinsip kerja utamanya sendiri adalah dengan cara saat sinyal input dengan frekuensi diatas nilai frekuensi cut-off (Fc) maka sinyal tersebut akan dilewatkan ke output rangkaian melalui komponen kapasitor. Kemuadian pada saat sinyal input yang diberikan rangkaian gilter lolos atas atau high 18
pass filter memiliki frekuensi dibawah frekuensi cut-off (Fc) maka sinyal input tersebut akan dilemahkan melalui komponen resistor.... (2.1) Frekuensi resonansi dari filter high pass mengikuti nilai time constant (T) dari gambar rangkaian filter high pass tersebut. 2.6.2 Low Pass Filter Low pass filter adalah sebuah rangkaian filter dimana yang akan dilewatkan adalah sinyal yang memiliki frekuensi dibawah nilai cut-off, dan ketika terdapat sinyal yang berada diatas nilai cut-off maka sinyal tersebut akan dilemahkan[4].. Gambar 2.6 Low pass filter Dari Gambar 2.6 memperlihatkan bahwa rangkaian low pass filter memiliki kebalikan dari rangkaian high pass filter, dimana yang disusun paralel adalah kapasitor sedangkan pada high pass filter yang dirangkai paralel adalah resistornya. Dan memiliki prinsip kerja yang berkebalikan juga, jika pada high pass filter, yang diloloskan adalah sinyal dengan frekuensi diatas batas cut-off (Fc) namun pada low pass filter yang diloloskan adalah sinyal dengan frekuensi dibawah batas cut-off (Fc). Frekuensi cut-off (fc) dari filter pasif lolos bawah (Low Pass Filter) dengan RC. 19
=... (2.2) Rangkaian filter pasif low pass filter RC diatas terlihat seperti pembagi tegangan menggunakan R. Dimana pada filter low pass filter RC ini tegangan output diambil pada titik pertemuan RC. 2.6.3 Band Pass Filter Band pass filter adalah sebuah rangkaian yang dirancang hanya untuk melewatkan isyarat dalam suatu pita frekuensi tertentu dan untuk menahan isyarat diluar jalur pita frekuensi tersebut. Jenis filter ini memiliki tegangan keluaran maksimum pada satu frekuensi tertentu yang disebut dengan frekuensi resonansi (Fr). Jika frekuensinya berubah dari frekuensi resonansi maka tegangan keluarannya turun, ada satu frekuensi diawas frekuensi resonansi (Fr) dan satu dibawah (Fr) dimana gain (penguatannya) tetap 0,707 Ar. Frekuensi cut-off atas diberi tanda (Fh) dan frekuensi cut-off bawah diberi tanda (Fl). Pita frekuensi antara Fh dan Fl adalah bandwidht (B). Adapun rangkaian band pass filter ditunjukkan pada Gambar 2.7[4]. Gambar 2.7 Band pass filter 20
Rangkaian band pass filter adalah kombinasi antara low pass filter dengan high pass filter dimana rangkaian low pass filter dirangkai terlebih dahulu baru rangkaian itu disusun paralel dengan rangkaian high pass filter. Seperti yang terlihat pada gambar diatas. Untuk nilai frekuensi cut-off atas ditentukan oleh filter high pass =... (2.3) dan frekuensi cut-off bawah ditentukan oleh filter low pass =... (2.4) 2.6.4 Band Stop Filter Band stop filter merupakan sebuah jenis filter yang memiliki karakteristik menahan sinyal dengan frekuensi sesuai frekuensi cut-off rangkaian dan akan melewatkan sinyal yang memiliki frekuensi diluar frekuensi cut-off rangkaian tersebut baik dibawah atau diatas frekuensi cut-off rangkaian filter. Band stop filter merupakan kebalikan dari band pass filter. Jadi yang dilewatkan adalah sinyal yang tidak berada pada rentang cut-off atas dan cut-off bawah. Adapun rangkaian band stop filter ditunjukkan pada Gambar 2.8[4]. Gambar 2.8 Band stop filter 21
Pada band stop filter memiliki rangkaian yang sedikit berbeda dari rangkaian band pass filter namun masih menggunakan kombinasi dari high pass filter dan low pass filter. Dapat dilihat besar frekuensi cut-off dari filter band stop. =... (2.5) 2. 7 Analog Digital Converter (ADC) Analog Digital Converter adalah suatu teknik untuk merubah masukan sinyal analog menjadi keluaran sinyal digital, proses ini diperlukan untuk mempermudah dalam hal pengolahan data. Dalam hal ini, untuk merubah sinyal analog menjadi sinyal digital diperlukan 3 proses, diantaranya adalah proses sampling data, proses kuantisasi, dan proses pengkodean. Proses sampling adalah suatu proses untuk mengambil data signal continue untuk proses tertentu. Dalam proses untuk pengambilan data, berlaku aturan Nyquist, yaitu bahwa frekuensi sampling (sampling rate) minimal harus dua kali lebih tinggi dari frekuensi maksimum yang akan di sampling, maka akan timbul efek aliasing. Aliasing adalah suatu efek dimana sinyal yang dihasilkan memiliki frekuensi yang berbeda dengan sinyal aslinya. Proses kuantisasi adalah proses untuk membulatkan nilai data ke dalam bilangan tertentu yang telah ditentukan terlebih dahulu. Semakin banyak level yang dipakai maka semakin akurat pula data sinyal yang disimpan tetapi akan menghasilkan ukuran data besar dan proses yang lama. Proses pengkodean adalah proses pemberian kode untuk tiap-tiap data sinyal yang terkuantisasi berdasarkan level yang ditempati. Gambar 2.9 memperlihatkan dimana sinyal asli yang masih dalam bentuk analog diambil titik-titik 22
setiap sample sinyal untuk diproses ke dalam sampling, kuantisasi dan kemudian decoding untuk proses pembentukan sinya digital[5]. Gambar 2.9 Proses pembentukan sinyal digital 23