BAB II DASAR TEORI Pada bab ini akan dijelaskan teori-teori yang mendasari perancangan sistem alat efek gitar drive analog dengan sistem pengontrol digital. Pada alat efek gitar drive analog dengan sistem pengontrol digital yang dirancang digunakan untai analog yang berfungsi untuk mengolah sinyal elektrik gitar yang terdiri dari untai pemenggal (clipper), untai ekualiser (equalizer), dan untai penguat (amplifier). Sedangkan untuk sistem pengontrol digital terdiri dari potensiometer digital sebagai varibel resistor pada untai analog yang dikendalikan oleh mikrokontroler. 2.1 Untai Pemenggal ( Clipper ) Untai pemenggal (clipper) berfungsi untuk memenggal atau menghilangkan bagian puncak sinyal sinus (efek drive). Terdapat dua jenis pemenggalan sinyal dalam efek drive gitar yaitu hard clipping dan soft clipping. 2.1.1 Hard Clipping Sinyal gitar yang menggalami proses hard clipping akan menghasilkan karakter suara yang disebut dengan distortion. Gambar 2.1. Untai Hard Clipping Aktif 5
Gambar 2.2. Sinyal Hard Clipping Pada untai hard clipping aktif terdapat rangkaian penguat dengan tujuan agar V o(tanpa dioda) dapat lebih besar dari tegangan buka dioda (V dioda ) 0,7 V (V o(tanpa dioda) >0,7 Vp) sehingga sinyal tersebut dapat terpenggal oleh dioda. Pemenggalan sinyal oleh untai hard clipping aktif dapat dirumuskan sebagai berikut. V o = V dioda = 0,7 Vp = 1,4 Vpp (1) 2.1.2 Soft Clipping Sinyal gitar yang menggalami proses soft clipping akan menghasilkan karakter suara yang disebut dengan overdrive. Gambar 2.3. Untai Soft Clipping Aktif 6
Gambar 2.4. Sinyal Soft Clipping Untai soft clipping aktif dapat bekerja jika selisih antara V o(tanpa dioda) dengan Vs lebih besar dari tegangan buka dioda (V dioda ) 0,7 V (V o(tanpa dioda) Vs > 0,7Vp). Oleh karena itu diperlukan rangkaian penguat agar sinyal dapat memenuhi syarat tersebut dan sinyal dapat terpenggal oleh dioda. Pemenggalan sinyal oleh untai soft clipping aktif dapat dirumuskan sebagai berikut. V o = V s + V dioda = (V s + 0,7) Vp = (2V s + 1,4) Vpp (2) 2.2 Untai Ekualiser ( Equalizer ) Rangkaian ekualiser adalah sebuah rangkaian yang digunakan untuk mengatur bati suatu pita frekuensi tertentu. Gambar 2.5. Untai 3 Band Ekualiser Grafik 7
Untuk membuat rangkaian grafik ekualiser pada Gambar 2.5 diperlukan suatu rangkaian RLC. Untuk mensimulatorkan rangkaian RLC digunakan rangkaian gyrator, yaitu rangkaian yang berfungsi untuk memodelkan L yang terdiri dari R, C dan Op-amp Gambar 2.6. Untai Gytator L = R 1 x R 2 x C L (3) C = (4) Q = [ / ] L = F = (5) (6) (7) dimana p = bandwith. F = frekuensi resonansi. Q = faktor kualitas. Dari hasil subtitusi persamaan (6) ke persamaan (4) maka menghasilkan: C = (8) ( ) atau L= ( ) (9) 8
Gambar 2.7. Untai Ekualiser dengan Sebuah Pemodelan Filter Pemenggal Frekuensi Dari Gambar 2.7. dapat didapat persamaan = (10) Potensiometer (Rp) berpengaruh terhadap penguatan ekualiser. Maka saat potensiometer (Rp) berada dalam kondisi ekstrim dapat diperoleh max gain dan min gain dengan menghilangkan masing-masing Rp 2 atau Rp 1 dari persamaan (10) maka akan dipeloleh persamaan berikut : = (max gain) (11) = (min gain) (12) 9
2.3 Untai Penguat ( Amplifier ) Untai penguat berfungsi untuk menguatkan sinyal. Terdapat 2 jenis penguat sinyal menggunakan operational amplifier (opamp) yaitu penguat inverting dan penguat noninverting. 2.3.1 Penguat Inverting Gambar 2.8. Untai Penguat Inverting Penguatan penguat Inverting = Av = 1 2 (13) 2.3.2 Penguat Non-inverting Gambar 2.9. Untai Penguat Non-inverting Penguatan penguat Non-inverting = Av = 1 + (14) 2.4 Mikrokontroler Secara umum mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer mini yang di dalamnya telah terdapat prosesor, RAM, dan ROM serta interface IO untuk berhubungan dengan dunia luar. Mikrokontroler memiliki fungsi utama sebagai pusat sistem kendali yang dapat diatur sesuai dengan keinginan pengguna. Pengaturan tersebut dilakukan melalui algoritma yang ditanamkan pada mikrokontroler tersebut. Saat ini, mikrokontroler telah mengalami kemajuan pesat, dahulu fitur mikrokontroler hanya sebatas pada IO saja, kini untuk mikrokontroler jenis AVR telah memiliki fasilitas yaitu sistem mikrokontroler RISC (Reduced Instruction Set Computing), memiliki flash ROM yang cukup besar, memiliki ADC internal, terdapat timer yang dapat digunakan sebagai penghasil PWM, terdapat jalur komunikasi serial, SPI dan I2C, terdapat pula jalur interupsi, serta memiliki analog komparator. 10
2.4.1. Arduino Mega Arduino Mega adalah modul mikrokontroler dengan spesifikasi sebagai berikut: Microcontroller ATmega1260 Operating Voltage 5V Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V Digital I/O Pins 54 (of which 15 provide PWM output) Analog Input Pins 16 DC Current per I/O Pin 40 ma DC Current for 3.3V Pin 50 ma Flash Memory 128 KB of which 4 KB used by bootloader SRAM 8 KB EEPROM 4 KB Clock Speed 16 MHz Gambar 2.10. Arduino Mega 11
2.5 Potensiometer Digital Potensiometer digital adalah sebuah komponen elektronik yang dikendalikan secara digital yang memiliki fungsi analog seperti suatu potensiometer. Potensiometer jenis ini sering dipakai untuk memotong dan mengukur sinyal analog oleh mikrokontroler. Potensiometer digital ini biasanya digunakan untuk mengendalikan piranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat dan sebagai pengendali masukan untuk sirkuit elektronik. Potensiometer digital ini dikendalikan oleh protokol digital SPI (Serial Peripheral Interface). Suatu potensiometer digital memiliki step atau langkah. Jumlah step yang tersedia menentukan resolusi potensiometer digital. Jumlah step dari potensiometer digital biasanya ditandai dengan nilai bit, misalnya 8 bit setara dengan 256 step. jumlah bit. Tabel 2.1 di bawah ini merupakan nilai step atau langkah yang tersedia, termasuk Tabel 2.1 Nilai Step dan Bit pada Potensiometer Digital Urutan Step Bits 5 6 7 8 9 10 Steps 32 64 128 256 512 1024 2.5.1. IC MCP42100 IC MCP42100 adalah salah satu komponen elektronika potensiometer digital. IC MCP42100 memiliki nilai resistansi potensiometer 100 kω dengan resolusi 8 bit sebagai pengganti pontensiometer mekanik, dalam 1 buah IC tipe ini memiliki dua potensiometer digital. Gambar 2.11. Potensiometer Digital MCP42100 12
2.6 Rotary Encoder Rotary Encoder adalah suatu komponen elektro mekanis yang memiliki fungsi untuk memonitoring posisi anguler pada suatu poros yang berputar. Dari perputaran benda tersebut data yang termonitoring akan diubah ke dalam bentuk data digital oleh rotary encoder yaitu berupa pulsa yang kemudian dihubungkan ke kontroler (Mikrokontroler). 2.6.1. Keyes KY-040 rotary encoder Keyes KY-040 rotary encoder adalah perangkat input rotary (dalam bentuk knob) yang memberikan indikasi berapa banyak knob telah diputar dan arah mana (CW/CCW) knob tersebut berputar. Perangkat ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor stepper dan motor servo atau menggunakannya untuk mengontrol perangkat seperti dalam bidang audio. Gambar 2.12. Keyes KY-040 Rotary Encoder 2.7 LCD (Liquid Crystal Display) LCD adalah layar penampil interface yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi. LCD yang digunakan adalah LCD dengan ukuran 20x4, yaitu LCD yang dapat menampilkan 20 karakter horizontal dan 4 karakter vertical. Gambar 2.13. LCD 4x20 13
2.8 3PDT (3Pole Double Throw) Footswitch 3PDT (3pole double throw) footswitch adalah saklar yang berupa tombol atau kenop yang cara penggunaanya dengan cara diinjak. Saklar ini mempunyai 3 pole (kutub) yang masing-masing pole berisi 2 throw (lemparan ke kutub yang lainya). Gambar 2.14. 3PDT (3Pole Double Throw) Footswitch 14