A.  PENGERTIAN GELOMBANG

Pada gambar tersebut terlihat ada beberapa bagian dari suatu sinyal audio yaitu : Amplitudo, Frekuensi, Periode. Besaran-besarn ini akan dijelaskan lebih lanjut pada pembahasan di bawah.

Gambar 1.1. Gelombang audio yang diukur dengan alat Osiloskop

1.     Amplitudo.

Pada gambar 1.1, bagian B merupakan puncak teratas dan bagian D merupakan cekungan terbawah. Besarnya puncak ke cekungan disebut juga  puncak ke puncak (peak to peak). Bila kedua puncak tersebut diakumulasi tingginya dalam nilai mutlak, maka disebut amplitudo. Dalam sinyal audio, Amplitudo indentik dengan tegangan puncak ke puncak (Vp-p). Satuan dari amplitudo adalah volt. Amplitudo juga dapat diartikan lemah-lembut atau keras-kecilnya suara.

2.     Perioda

Periode merupakan lamanya waktu dari gelombang membentuk satu siklus. Pada gambar 1.1. di atas terdapat dua buah siklus gelombang.. Waktu satu siklus gelombang atau disebut periode dinyakan dalam satuan detik (second).

3.     Frekuensi.

                                     

Gambar 1.2.  Amplitudo dan Frekuensi gelombang 

Berdasarkan waktu untuk membangun satu perioda positip dan satu perioda negatip atau untuk membetuk satu periode gelombang maka dapat dicari atau diketahui banyaknya gelombang atau siklus gelombang yang terbentuk dalam satu detik. Banyaknya siklus gelombang dalam satu detik disebut frekuensi (frequency).  Frekuensi juga dapat diartikan getaran suara atau warna suara. Besaran frekuensi dinyatakan dalam satuan Hertz. Satuan ini diambil dari nama penemu rumusnya. Perhitungan frekuensi dapat dilakukan dengan rumus

Besaran frekuensi yang mampu didengar oleh telinga manusia adalah sebesar 20 Hz s/d 20 Khz. Artinya bahwa dalam satu detik mampu menghasilkan 20 s/d 20000 gelombang. Gelombang audio bisa didengar oleh telinga manusia karena ada rambatan udara sebagai media rambatan.

4.     Kecepatan Rambat Gelombang

Kecepatan rambat gelombang suara di udara dipengaruhi oleh cuaca atau suhu. Sifat perambatan gelombang suara di udara adalah gelombang surut, artinya bahwa gelombang tersebut makin lama makin habis energinya atau dalam hal ini amplitudonya makin mengecil.

Berdasarkan penelitian, kecepatan rambat gelombang suara adalah 340 meter/detik yang diukur pada dengan kekuatan amplitudo sebesar 20 dB (deciBell), serta noise environment (lingkungan) sebesar 0% yaitu pada saat suasana hening. Kecepatan rambat suata ini juga dipengaruhi oleh suhu udara  dan angin.

Gambar 1.3.  Bentuk gelombang surut dan gelombang tak surut (stabil)

B. JENIS-JENIS GELOMBANG

1.     Pengertian Jenis Gelombang Secara Umum

Gelombang secara umum lebih dikenal dengan sebutan sinyal. Sinyal adalah besaran listrik yang memiliki ampitudo, periode dan frekuensi. Masing-masing bentuk gelombang ini dapat dikonversi ke bentuk gelombang yang lain dengan suatu rangkaian khusus. Gelombang atau sinyal yang sering digunakan dalam bidang audio berupa sinyal sinus.

2.     Gelombang Sinus (Sinusoida Wave)

Gelombang sinusioda merupakan gelombang dasar yang salah satunya dihasilkan dari putaran generator. Disebut gelombang sinus karena berbentuk grafik persamaan sinusoida. Sumber suara atau bunyi dari alam jika dikonversi ke sinyal listrik dan  dilihat dengan osiloskop juga berbentuk gelombang sinus.

 

Gambar 1.4.  Gelombang hasil pemrosesan penguat

Gambar 1.5.  Proses Digital to Analog Converter

3.     Gelombang Kotak ( Square Wave )

Square wave atau gelombang kotak banyak dikenal dalam sistem digital. Sinyal atau gelombang jenis ini dapat dikonversi ke bentuk sinus dengan mengguakan sistem ADC (Analog to Digital Converter).

 Sistem-sistem audio dewasa ini sudah banyak yang menerapkan pengolah digital. Sinyal aduio berupa sinyal sinus dirubah ke dalam bentuk gelombang kotak kemudian dikuantisasi kemudian dirubah ke dalam data stream atau urutan data yang selanjutnya menjadi data digital. Data tersebut selanjutnya diolah dalam pengolah digital. Keluaran pengolah digital selanjutnya dirubah lagi ke dalam bentuk sinyal sinusoida untuk dikuatkan dan digunakan untuk menggerakkan speaker.

Gambar 1.6. Proses Analog to Digital Converter

4.     Gelombang Gigi Gergaji ( Saw Tooth Wave )

Sawtooth Wave adalah gelombang gigi gergaji. Gelombang ini dapat dihasilkan dari gelombang sinusoida dengan rangkaian khusus. Pada sistem audio sinyal ini jarang digunakan. Penggunaan gelombang ini biasanya pada bagian penguat vertikal dari system penerima televisi hitam-putih maupun televisi berwarna.

Gambar 1.7.  Penguat integrator menghasilkan sinyal segitiga

5.     Pengertian Karakteristik Sinyal Audio dan Gelombang Bunyi

. Perlu disepakati bahwa istilah “sinyal” mengacu pada besaran listrik dan “tanpa kata sinyal” berarti mengacau pada besaran akustik. Sebagai contoh; sinyal suara berarti suara dalam besaran listrik atau suara yang dirubah ke dalam energi listrik. Sinyal suara berarti sinyal audio yang diproses dalam suatu penguat audio. Sedangkan suara berarti suara dalam bentuk akustik.

Pada dasarnya kita tidak dapat melihat bentuk suara secara langsung. Untuk melihat suara atau bunyi digunakan peralatan untuk melihat bentuk gelombang yaitu osiloskop yang juga disebut CRO (Cathode Ray Osciloscope) namun dengan cara dikonversi dulu ke dalam sinyal listrik.

Pengertian dari “bunyi”atau”suara adalah suatu getaran yang dapat dirasakan oleh pendengaran kita. Bunyi diakibatkan dari getaran benda padat yang menyebabkan partikel udara disekitarnya ikut bergetar dan getran ini sampai ke gendang telinga. Dari pengertian di atas maka agar sesuatu dapat didengar manusia harus ada sumber suara, media perantara dan gendang telinga.

Gelombang suara sebagai sumber bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia pada dasarnya merupakan sumber dari sinyal audio atau sinyal suara. Sumber bunyi pada dasarnya adalah sesuatu yang bergetar. Jika diamati, sumber suara sampai ke telinga namun tidak diikuti gerakan udara.

Gerakan udara sering kita sebut angin. Hembusan angin terkadang menghasilkan suara namun suara tidak menimbulkan hembusan angin. Angin adalah udara yang bergerak namun suara adalah partikel udara yang begerak. Getaran dari sumber bunyi membuat partikel udara bergetar menjadi rapat dan renggang mengikuti pola getaran sumber bunyi, sehingga sampai telinga kita dan menggetarkan gendang telinga. 

6.     Karakteristik Telinga Manusia

Karakteristik telinga manusia didasarkan pada persepsi level yang diterima akibat tekanan suara atau biasanya dikenal dengan istilah “phon”. Karakteristik telinga manusa sangat ditentukan oleh frekuensi suara dan usia. Karakteristik suara secara umum adalah peka terhadap frekuensi menengah dan kurang peka pada frekuensi rendah dan frekuensi tinggi. Telinga yang sangat normal mampu mendengar suara dengan frekuensi 20Hz sampai 20KHz pada tekanan suara 40dB. Namun terkadang telinga yang mampu mendengar pada frekuensi 40Hz sampai 16Hz pada level 40dB, sudah dianggap normal. Semakin bertambah usia manusia karakteristik pendengarannya semakin berubah dan kemampuan mendengarkan pada level rendah dan tinggi semakin berkurang.

Berdasar karakteristik telinga manusia pada umumnya inilah yang mendasari disain semua sistem penguat audio. Sistem penguat audio seringanya didisain dengan karakteristik yang berkebalikan dengan karakteristik telinga manusi. Hal ini bertujuan agar diperoleh persepsi level pendengaran yag sama disetiap frekuensi.

7.     Karakteristik Sinyal/ Suara Frekuensi Rendah

Di dalam sistem audio sering dilakukan pengelompokkan atau pembagian frekuensi dari rentang frekuensi dengar manusia atau frekuensi audio yakni 20 Hz-20Khz. Pengelompokkan ini di dasarkan pada  tiga daerah utama dari frekuensi dengar yaitu pada frekuensi rendah, frekuensi menengah dan frekuensi tinggi.

Sinyal suara pada bidang frekuensi rendah umumnya  ditentukan pada frekuensi 20Hz sampai 200Hz atau 300Hz. Dimana tidak ada patokan yang jelas dari sumber resmi batasan dari frekuensi rendah ini. Frekuensi ini adalah frekuensi paling sulit untuk diproduksi atau dihasilkan dalam suatu sistem audio.

Pada suatu peralatan musik, suara-suara frekuensi rendah biasanya dihasilkan dari pukulan drum, suara gong, suara guitar bass. Suara-suara ini teras “sangat dalam” menggetarkan dada. Jadi suara fekuensi rendah yang memiliki kualitas yang bagus bukan terasa di telinga tetapi terasa menggetarkan dada. Pada sistem penguat audio suara ini sangat susah dihasilkan kembali.

Frekuensi rendah memiliki panjang gelombang (λ) yang panjang. Kriteria seperti ini membuat frekuensi rendah sulit untuk dipantulkan. Frekuensi rendah dapat terdengar pada jarak yang cukup jauh, lebih jauh dari frekuensi menengah dan frekuensi tinggi.

8.     Karakteristik Sinyal/ Suara Frekuensi Menengah

Sinyal suara pada bidang frekuensi menengah umumnya  ditentukan pada frekuensi 300Hz sampai 3000Hz atau 300Hz sampai 5000Hz. (tidak ada patokan yang jelas). Frekuensi ini adalah frekuensi paling mudah untuk diproduksi atau dihasilkan dalam suatu sistem audio. Telinga manusia sangat peka terhadap frekuensi menengah.

Sumber bunyi atau suara pada umumnya menghasilkan suara pada rentang frekuensi menengah. Seperti gamelan, guitar, seruling, terompet, suaru binatang dan suara alam lainnya.

Frekuensi menengah memiliki panjang gelombang (λ) yang cukup panjang. Kriteria seperti ini membuat frekuensi menengah tidak mudah dipantulkan. Beberapa bahan seperti tembok, papan kayu masih dapat ditembus. Frekuensi menengah dapat terdengar pada jarak yang cukup jauh, lebih jauh dari frekuensi tinggi.

9.     Karakteristik Sinyal/ Suara Frekuensi Tinggi

Sinyal suara pada bidang frekuensi tinggi umumnya  ditentukan pada frekuensi 5000Hz sampai 20000Hz. Frekuensi ini adalah frekuensi dengan panjang gelombang (λ; lambda) yang paling kecil atau pendek. Kriteria seperti ini membuat frekuensi tinggi mudah dipantulkan. Telinga manusia kurang peka terhadap frekuensi tinggi.

Sumber bunyi atau suara yang menghasilkan suara pada rentang frekuensi tinggi sangat sedikit, contohnya seperti; simbal dan suara gelas jatuh. Sumber bunyi ini juga sulit untuk diubah menjadi sinyal suara dengan hasil yang baik. Tranduser pengubah suara menjadi sinyal suara tidak cukup baik memiliki karakteristik untuk frekuensi tinggi. Begitu juga proses tranduser pengubah sinyal suara menjadi suara, juga sulit untuk bekerja pada frekuensi yang relatif tinggi.

10.  Karakteristik Sinyal/ Suara Frekuensi Sangat Rendah dan Sangat Tinggi

Sinyal suara pada bidang frekuensi sangat rendah biasa disebut subsonic. Frekuensi ini pada rentang 1Hz sampai 20Hz.  Frekuensi ini adalah frekuensi yang sering menggangu sistem penguat audio. Frekuensi ini tidak dapat didengar oleh telinga manusia tetapi membutuhkan daya yang besar. Sinyal ini tidak sadar telah ikut dikuatkan dalam sistem penguat. Untuk mengurangi efek tersebut biasanya dalam sistem penguat dilengkapi dengan filter subsonic.

Sinyal suara pada bidang frekuensi sangat tinggi biasa disebut ultrasonic. Frekuensi ini pada rentang di atas 20KHz.  Frekuensi ini tidak dapat didengar oleh telinga manusia. Dalam sistem audio fekuensi ini jarang ditemui, namun dalam sistem elektronika yang lain sinyal ini sering dimanfaatkan untuk keperluan penginderaan.

Sumber : Dok Pribadi, rangkuman materi Pengertian Sinyal Audio (Bp Taufiq Afandi)