BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan sistem

25 Pages·2016·1.3 MB·Indonesian

BAB III
PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan sistem yang digunakan
dalam alat efek gitar drive analog dengan sistem pengontrol digital. Secara garis besar
perancangan sistem terdiri dari perancangan untai analog, perancangan sistem digital,
dan perancangan perangkat lunak.

3.1 Deskripsi Sistem Alat
Alat yang dirancang adalah efek gitar yaitu alat yang berfungsi untuk menggolah
sinyal elektrik keluaran dari pickup gitar yang selanjutnya hasil pengolahan sinyal oleh
efek gitar akan diteruskan ke penguat suara gitar.

Gambar 3.1. Penggunaan Alat
Jenis efek gitar yang dirancang adalah jenis efek drive. Pada efek gitar drive yang
dirancang mempunyai beberapa parameter yang dapat diatur nilainya. Parameter-
paremeter tersebut adalah drive, 3 band equalizer (low, mid, high) dan level/volume.
Sistem kerja utama dari efek gitar yang dirancang ini adalah penggantian
potensiometer mekanik yang terdapat pada untai analog yang digantikan dengan
potensiometer digital. Pengolahan sinyal hanya murni dilakukan oleh untai analog saja
sementara rangkaian digital mikrokontroller hanya berfungsi untuk mengendalikan
potensiometer digital yang digunakan dalam untai analog. Terdapat 3 tahapan yang
dilakukan dalam proses penggolahan sinyal pada untai analog dengan urutan berturut-
turut yaitu proses pemenggalan (clipping), proses ekualiser (equalizer), dan proses
penguatan (amplification).

15
Proses pemenggalan sinyal adalah proses utama dari efek drive. Kadar efek drive
yang diperoleh akan sesuai dengan sedikit banyakya sinyal yang terpengal yang
berturut-turut akan menghasilkan jenis suara : overdrive, distortion dan fuzz.
Selanjutnya sinyal akan masuk proses penyaringan yang akan berfungsi sebagai efek
equalizer. Proses penyaringan ini memiliki 3 band bati penyaringan yaitu low, middle
dan high. Dan terakhir sinyal akan dikuatkan atau dilemahkan yang akan berfungsi
sebagai efek booster atau level yaitu untuk mengatur besar kecilnya amplitudo sinyal
keluaran akhir atau volume akhir audio yang telah diolah oleh efek.
Terdapat 5 buah potensiometer digital yang masing-masing akan mewakili
pengaturan drive, low, middle, high, dan level pada untai analog. Kelima potensiometer
digital tersebut akan dikontrol oleh mikrokontroller sehingga nilai hambatan dari
potensiometer digital pada masing-masing pengaturan drive, low, middle, high, dan
level dapat simpan melalui beberapa pre-set yang disimpan di dalam EEPROM
(Erasable Programmable Read Only Memory) pada mikrokontroller. Masing-masing
pre-set akan diwakili oleh karakter tertentu pada layar LCD 4X20. Pre-set dapat terlebih
dahulu diatur oleh pengguna yaitu dengan mengatur masing-masing besar nilai
parameter dari : drive, low, middle, high, dan level sehingga setelah dihasilakan suara
yang diinginkan kemudian pre-set tersebut dapat disimpan.
Dalam pengaturan pre-set digunakan 4 buah limit switch dan 1 buah rotary
encoder sebagai inputan dan sebuah LCD 4X20 sebagai indikator penampil.
Selanjutnya pengguna dapat memilih masing-masing pre-set yang telah diatur tersebut
dengan menggunakan 3 buah limit footswitch. Dengan cara tersebut memungkinkan
pengguna untuk dapat mengakses pre-set yang tersedia pada efek gitar tersebut dalam
waktu yang bersamaan dengan saat pengguna memainkan gitarnya.
Sementara untuk mengaktifkan dan menon-akftifkan efek gitar, digunakan 3PDT
footswitch sebagai saklar true/by pass yang berfungsi untuk mengontrol apakah sinyal
masukan yang berasal dari keluaran pickup gitar akan langsung menuju ke penguat
gitar (by pass), atau sinyal yang berasal dari keluaran pickup gitar akan dimasukan ke
sistem pengolahan sinyal oleh efek gitar yang dirancang dan kemudian sinyal akan
menuju ke penguat gitar (true pass). Digunakan sebuah LED indikator, sebagai
indikator apakah efek gitar dalam keadaan true pass atau dalam keadaan by pass. LED
akan menyala jika efek gitar dalam keadaan true pass dan akan padam jika efek gitar
dalam keadaan by pass.
16
Gambar 3.2. Dimensi Ukuran Alat

14
12 13
11
1
3 4 5 6
2
7 8 9 10

Gambar 3.3. Interface Alat

Keterangan gambar beserta fungsinya :
1 LCD 4x20
Sebagai tampilan interface dalam penggunaan alat.
2 Rotary encoder
Sebagai interface pemberi nilai parameter pada saat proses pengaturan pre-set,
parameter meliputi Drive, Low, Mid, High, dan Level.
3 Limit switch to move left
Untuk memindah cursor ke kiri saat proses pengaturan pre-set.

17
4 Limit switch to move right
Untuk memindah cursor ke kanan saat proses pengaturan pre-set.
5 Limit switch to edit
Untuk masuk pada proses pengaturan pre-set pada pre-set yang sedang digunakan.
6 Limit switch to save
Untuk melakukan save pre-set jika pre-set tersebut telah selesai diatur.
7 3PDT Footswitch true/by pass effect
Untuk mengontrol sinyal masukan akan di true pass atau di by pass.
8 Limit footswitch preset up
Untuk memilih pre-set di urutan berikutnya dari pre-set yang sedang digunakan.
9 Limit footswitch preset down
Untuk memilih pre-set di urutan sebelumnya dari pre-set yang sedang digunakan.
10 Limit footswitch select preset
Untuk mensetujui pre-set yang telah dipilih untuk digunakan.
11 LED indicator true/by pass
Sebagai LED indikator yang mengindikasikan apakah sinyal masukan di true pass
(LED menyala) atau di by pass (LED mati).
12 6,35mm female jack output signal
Sebagai konektor keluaran sinyal menuju ke penguat gitar.
13 6,35mm female jack input signal
Sebagai konektor masukan sinyal dari pickup gitar.
14 Female jack input DC supply
Sebagai konektor masukan 9 volt DC dari power supply.

18
3.2 Untai Analaog
Terdapat 3 tahapan proses pada pengolahan sinyal di dalam untai analog dengan
urutan berturut-turut yaitu proses pemenggalan (clipping), proses ekualiser (equalizer),
dan proses penguatan (amplification).

Gambar 3.4. Diagram Untai Analog

3.2.1 Pemenggalan (Clipping)
Untai pemenggal (clipper) berfungsi untuk memenggal atau
menghilangkan titik puncak sinyal sinus (efek drive). Terdapat dua jenis
pemenggalan sinyal dalam efek drive gitar yaitu hard clipping dan soft clipping.
Masing-masing pemenggalan sinyal tersebut akan menghasilkan karakter suara
efek drive gitar yang berdeda. Pada hard clipping menghasilkan jenis suara
distortion sementara pada soft clipping menghasilkan jenis suara overdrive.
Alat yang dirancang menggunakan untai pemenggal (clipper) sebagai pada
Gambar 3.5.
V6
V4 9V
9V +V
+V
RLY1 D1 RLY2
5VSPDT 1N4148 5VSPDT
Q3
V53V BC10Q92BP 1ND42148 BC109BP V07V
330 330
R7 R8 R9
100k 50%
Vs 1Cu4F 1R060 D3 D4
1N4148 1N4148
V5
Vi 9+VV Vo
Vi U8 C5
-140m/140mV C3 + TL071 1uF
1uF
1kHz R5 R10
220k 10k
Vs

Gambar 3.5.Untai Pemengal Aktif (Active Clipper)
19
Pada untai pemenggal yang dirancang digunakan dua buah relay yaitu
RLY dan RLY yang keduanya dikontrol oleh mikrokontoler. Kedua relay ini
1 2
berfungsi untuk memilih jenis pemenggalan sinyal apakah akan dilakukan secara
soft clipping atau secara hard clipping. Dalam penggunaanya kedua relay ini akan
diaktifkan secara bergantian. Jika RLY aktif maka sinyal akan mengalami
1
pemenggalan secara soft clipping oleh dioda D dan D , sementara jika RLY aktif
1 2 2
maka sinyal akan mengalami pemenggalan secara hard clipping oleh dioda D
3
dan D . Besar kecilnya pemenggalan sinyal akan berfungsi sebagai efek drive.
4
Efek drive ini akan ditentukan oleh penguatan sinyal (Av) yang dilakukan sebelum
pemenggalan sinyal terjadi. Besar penguatan sinyal (Av) diatur oleh potensiometer
R , maka :
8
Av = 1 + (cid:1)(cid:2)((cid:4)(cid:5)(cid:6)) = 1 + (cid:9)(cid:10)(cid:10)(cid:11) = 1001
(max)
(cid:1) (cid:9)(cid:10)(cid:10)
(cid:8)
Besar dari nilai penguatan maksimal (Av ) tersebut diperoleh dari hasil
(max)
uji coba yang dilakukan oleh penulis untuk mendapatkan karakter suara dari efek
gitar drive yang diinginkan. Sementara saat potensiometer R berada pada posisi
8
minimal (R ≈0Ω) kedua relay akan di non-aktifkan sehingga untai akan berfungsi
8
sebagai buffer saja (V =V ). Pada kondisi ini efek gitar akan melewatkan jenis
in out
suara clean. Pada Gambar 3.6 dan Gambar 3.7 berikut adalah gambar hasil
pemenggalan sinyal oleh untai secara soft clipping maupun secara hard clipping
yang disimulasikan melalui Circuit Maker.

Gambar 3.6.Gambar Sinyal Soft Clipping melalui Simulasi Circuit Maker
20
Gambar 3.7.Gambar Sinyal Hard Clipping melalui Simulasi Circuit Maker

Perhitungan presentanse maksimal sinyal yang terpotong dapat dihitung
dengan cara dibawah ini:

Gambar 3.8.Sinyal yang Dilewatkan dan Sinyal yang Terpotong

Jika tegangan buka dioda (V ) = 0,7 V maka V ≈ V = 0,7 Vp.
dioda a dioda
Dari hasil pengukuran V pickup gitar rata-rata ≈ 100mVrms.
out
V pickup gitar = V = 100mVrms
out in
V = √2 100m Vp = 0,14 Vp.
in
V = Av V = 1001 0,14 = 140,14 Vp.
c(max) (max) in
(cid:14) (cid:16) (cid:14)
(cid:15)((cid:4)(cid:5)(cid:6)) (cid:5)
% V = 100%
b(max)
(cid:14)
(cid:15)((cid:4)(cid:5)(cid:6))
(cid:9)(cid:18)(cid:10),(cid:9)(cid:18) – (cid:10),(cid:21)
= 100% = 99,5 %

(cid:9)(cid:18)(cid:10),(cid:9)(cid:18)

21
3.2.2 Ekualiser (Equalizer)
Setelah sinyal mengalami proses pemenggalan maka selanjutnya sinyal
akan menuju ke proses ekualiser. Untai ekualiser (equalizer) adalah sebuah untai
yang digunakan untuk mengatur suatu band frekuensi tertentu, yaitu berfungsi
untuk menambahkan atau mengurangi band frekuensi tertentu sesuai dengan yang
diinginkan. Alat yang dirancang menggunakan untai ekualiser (equalizer) pada
Gambar 3.9.
R18
100k 50%
R19
Vi V7 100k 1% R21
U2 9+VV 3.3k Vo
-140mV/i140mV 1Cu6F TL071 + 3R.131k R20 V12 C11u3F
100k 50% 9V
TLU0171+V
700 Hz R10 R3
220k + 10k
Vs
R12 R14 R16
1k 1k 1k
C7 C9 C11
1uF V9 94nF V10 35nF V11
9V 9V 9V
U5 +V U3 +V U4 +V
20Cn8F TL071 + 2Cn1F0 TL071 + 7C0102pF TL071 +
R13 R15 R17
100k 100k 100k
Vs Vs Vs
Gambar 3.9.Untai Ekualiser (Equalizer)

Untai ekualiser yang dirancang adalah untai 3 band ekualiser grafik
dengan frekuensi resonansi low=100Hz, mid = 1kHz dan high=3,2kHz dengan
bati ±12 dB. Penentuan nilai dari ketiga frekuensi resonansi tersebut ditentukan
dari range frekuensi gitar elektrik pada umumnya yaitu antara 80Hz sampai 3kHz
keatas [7]. Sementara nilai untuk bati penguatan juga disesuaikan dengan nilai
bati penguatan ekualiser gitar yang umumnya beredar dipasaran.
Perhitungan nilai komponen untuk setiap frekuensi resonansi pada
ekualiser telah dijabarkan pada bab 2.2. Nilai R , R , R (Gambar 3.9) bernilai
12 14 16
sama besar dikarenakan akan berfungsi sebagai R (Gambar 2.5) dalam
1
perhitungan bati penguatan equalizer. Sementara untuk nilai R , R , R
13 15 17
(Gambar 3.9) akan bekerja dengan baik apabila ketiga resistor tersebut memiliki
nilai yang retatif besar yaitu lebih besar dari 80KΩ [10].

22
Dalam perancangan grafik ekualiser besar Q (factor kualitas) berkisar
antara 1,4 sampai 3 bergantung dari banyaknya frekuensi yang akan dirancang
[10]. Dari penjelasan diatas maka dapat ditentukan nilai dari komponen-
komponen tersebut sebagai berikut R = R = R = 1kΩ, R = R = R =
12 14 16 13 15 17
100kΩ, dan Q = √2.

• Berikut adalah contoh perhitungan untuk frekuensi resonansi 100 Hz.
Ditentukan R = 1kΩ, R = 100kΩ, dan Q = √2
12 13
(cid:9) (cid:9)
maka, C = = = 1,126 µF ≈ 1 µF
7
(cid:23)(cid:24) (cid:25) (cid:1)(cid:26)(cid:27) (cid:28) (cid:23)(cid:24) (cid:9)(cid:10)(cid:10) (cid:9)(cid:11) √(cid:23)
(cid:9) (cid:9)
L = = = 2 H
( (cid:23)(cid:29) (cid:25) )(cid:27) (cid:30) ( (cid:23)(cid:29) (cid:9)(cid:10)(cid:10) )(cid:27) (cid:9)(cid:10) !
(cid:31)
" (cid:23)
C = = = 20 nF
8
(cid:1) (cid:1) (cid:9)$ (cid:9)(cid:10)(cid:10)$
(cid:26)(cid:27) (cid:26)#

• Perhitungan bati ±12 dB
12 dB = 20 log Av
Av = 10(cid:9)(cid:23)⁄(cid:23)(cid:10) = 3,891 ≈ 4
untuk max gain R = R = R
11 21 E
(cid:1) )(cid:1)
Av = ( (cid:26)
(cid:1)
(cid:26)
(cid:1) )(cid:9)(cid:11)
4 = (
(cid:9)(cid:11)
R = 3k
E

Hasil simulasi tanggapan frekuensi pada masing-masing frekuensi
resonansi melalui Circuit Maker dilakukan saat penggujian untai ekualiser pada
bab 4.3.

23
3.2.3 Penguatan (Amplification)
Pada tahap akhir pengolahan sinyal digunakan untai penguatan
(amplification) yang berfungsi untuk menguatkan atau melemahkan sinyal. Untai
penguatan yang dirancang ditunjukan oleh Gambar 3.10.

100k 99%
R23
Vi
V13 Vo
9V
-140mV/i140mV 1Cu1F3 R329k2 ++V TLU0171 1Cu1F4
1kHz R3
R24 10k
220k
Vs

Gambar 3.10.Untai Penguatan (Amplification)

Proses penguatan ini difungsikan sebagai level atau volume akhir dari
sinyal yang diproses. Pada proses penguatan digunakan potensiometer R yang
23
berfungsi sebagai pengatur penguatan sinyal. Pada untai penguatan penulis
memilih untuk menggunakan untai penguat inverting dengan tujuan selain sinyal
dapat dikuatkan sinyal juga dilemahkan lebih kecil dari sinyal masukan.

(cid:14) (cid:1)(cid:23).
A = * = −
v
(cid:14) (cid:1)(cid:23)(cid:23)
+,
maka (cid:14)* = −(cid:1)(cid:27)#((cid:4)(cid:5)(cid:6)) = −(cid:9)(cid:10)(cid:10)$ = −2,56 (Av )
max
(cid:14) (cid:1) ./$
+, (cid:27)(cid:27)
(cid:14)* = (cid:1)(cid:27)#((cid:4)+,) = (cid:10) = 0 (Av )
min
(cid:14) (cid:1) ./$
+, (cid:27)(cid:27)

Besar dari nilai penguatan maksimal Av tersebut diperoleh dari segi
(max)
hasil uji coba suara yang dilakukan oleh penulis untuk mendapatkan penguatan
dan pelemahan sinyal suara dari efek gitar sesuai dengan yang diinginkan penulis.

24