PREKAYASAAN SISTEM AUDIO

PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
i
ii
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Penulis
: HENDRO HERMANTO
Editor Materi
: WIDIHARSO
Editor Bahasa
:
Ilustrasi Sampul
:
Desain & Ilustrasi Buku
:PPPPTK BOE MALANG
Hak Cipta © 2013, Kementerian Pendidikan & Kebudayaan Semua hak cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak (mereproduksi), mendistribusikan, atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku teks dalam bentuk apapun atau dengan cara apapun, termasuk fotokopi, rekaman, atau melalui metode (media) elektronik atau mekanis lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit, kecuali dalam kasus lain, seperti diwujudkan dalam kutipan singkat atau tinjauan penulisan ilmiah dan penggunaan non-komersial tertentu lainnya diizinkan oleh perundangan hak cipta. Penggunaan untuk komersial harus mendapat izin tertulis dari Penerbit. Hak publikasi dan penerbitan dari seluruh isi buku teks dipegang oleh Kementerian Pendidikan & Kebudayaan. Untuk permohonan izin dapat ditujukan kepada Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, melalui alamat berikut ini: Pusat Pengembangan & Pemberdayaan Pendidik & Tenaga Kependidikan Bidang Otomotif & Elektronika:
MILIK NEGARA TIDAK DIPERDAGANGKAN
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
iii
DISKLAIMER (DISCLAIMER)
Penerbit tidak menjamin kebenaran dan keakuratan isi/informasi yang tertulis di dalam buku tek ini. Kebenaran dan keakuratan isi/informasi merupakan tanggung jawab dan wewenang dari penulis. Penerbit tidak bertanggung jawab dan tidak melayani terhadap semua komentar apapun yang ada didalam buku teks ini. SetiaISKLp komentar yang tercantum untuk tujuan perbaikan isi adalah tanggung jawab dari masing-masing penulis. Setiap kutipan yang ada di dalam buku teks akan dicantumkan sumbernya dan penerbit tidak bertanggung jawab terhadap isi dari kutipan tersebut. Kebenaran keakuratan isi kutipan tetap menjadi tanggung jawab dan hak diberikan pada penulis dan pemilik asli. Penulis bertanggung jawab penuh terhadap setiap perawatan (perbaikan) dalam menyusun informasi dan bahan dalam buku teks ini. Penerbit tidak bertanggung jawab atas kerugian, kerusakan atau ketidaknyamanan yang disebabkan sebagai akibat dari ketidakjelasan, ketidaktepatan atau kesalahan didalam menyusun makna kalimat didalam buku teks ini. Kewenangan Penerbit hanya sebatas memindahkan atau menerbitkan mempublikasi, mencetak, memegang dan memproses data sesuai dengan undang-undang yang berkaitan dengan perlindungan data.
Katalog Dalam Terbitan (KDT) Audio Video, Edisi Kedua 2013 Kementrian Pendidikan & Kebudayaan Direktorat Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik & Tenaga Kependidikan, Tahun 2013 : Jakarta
iv
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas tersusunnya buku teks ini, dengan harapan dapat digunakan sebagai buku teks untuk siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) Program Keahlian Bidang Studi Audio Video,Perekayasaan Sistem Audio Penerapan kurikulum 2013 mengacu pada paradigma belajar kurikulum abad 21 menyebabkan terjadinya perubahan, yakni dari pengajaran (teaching) menjadi belajar (learning), dari pembelajaran yang berpusat kepada guru (teachers-centered) menjadi pembelajaran yang berpusat kepada peserta didik (student-centered), dari pembelajaran pasif (pasive learning) ke cara belajar peserta didik aktif (active learning) atau Student Active Learning. Buku teks ″Perekayasaan Sistem Audio″ ini disusun berdasarkan tuntutan paradigma pengajaran dan pembelajaran kurikulum 2013 diselaraskan berdasarkan pendekatan model pembelajaran yang sesuai dengan kebutuhan belajar kurikulum abad 21, yaitu pendekatan model pembelajaran berbasis peningkatan keterampilan proses sains. Penyajian buku teks untuk Mata Pelajaran ″Perekayasaan Sistem Audio″ ini disusun dengan tujuan agar supaya peserta didik dapat melakukan proses pencarian pengetahuan berkenaan dengan materi pelajaran melalui berbagai aktivitas proses sains sebagaimana dilakukan oleh para ilmuwan dalam melakukan eksperimen ilmiah (penerapan scientifik), dengan demikian peserta didik diarahkan untuk menemukan sendiri berbagai fakta, membangun konsep, dan nilai-nilai baru secara mandiri. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, dan Direktorat Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik dan Tenaga Kependidikan menyampaikan terima kasih, sekaligus saran kritik demi kesempurnaan buku teks ini dan penghargaan kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam membantu terselesaikannya buku teks siswa untuk Mata Pelajaran Perekayasaan Sistem Audio Kelas X / Semester 2 Sekolah Menengah Kejuruan (SMK). Jakarta, 12 Desember 2013 Menteri Pendidikan dan Kebudayaan
Prof. Dr. Mohammad Nuh, DEA
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
v
Daftar Isi
Halaman Francis.................................................................................................. iii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv
1.Rangkaian pengatur nada (tone control) penguat audio ................................ 1
KOMPETENSI INTI (KI-3) ................................................................................ 1
KOMPETENSI INTI (KI-4) ................................................................................ 1
1.1. Arsitektur rangkaian penguat pengatur. .............................................. 1
1.2. Pengatur kuat suara ........................................................................... 2
1.3 Pengatur Nada........................................................................................ 5
TUGAS 1 ........................................................................................................ 13
TUGAS 2 ........................................................................................................ 15
TUGAS 3 ........................................................................................................ 25
2.Rangkaian Pencampur (Mixer) Audio. ......................................................... 27
KOMPETENSI INTI (KI-3) .............................................................................. 27
KOMPETENSI INTI (KI-4) .............................................................................. 27
2.1. Arsitektur rangkaian pencampur (mixer) penguat audio. ...................... 28
3.Rangkaian Penguat Daya Audio(Power Amplifier) .......................................... 29
KOMPETENSI INTI (KI-3) .............................................................................. 29
KOMPETENSI INTI (KI-4) .............................................................................. 29
3. Penguat akhir ............................................................................................. 30
3.1. Dasar Penguat Akhir ............................................................................ 30
3.2. Rangkaian Penguat Daya .................................................................... 35
vi
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
TUGAS 1 ........................................................................................................ 42
TUGAS 3 ........................................................................................................ 48
TUGAS 4 ........................................................................................................ 49
3.4. Pengukuran Kualitas Penguat Suara ............................................... 51
4. Instalasi Sistem Audio Paging ........................................................................ 54
KOMPETENSI INTI (KI-3) .............................................................................. 54
KOMPETENSI INTI (KI-4) .............................................................................. 54
4. Instalasi Sistem Audio Paging ........................................................................ 55
4.1.Bising dan Tekanan Bunyi Loudspeaker ............................................... 55
Tekanan Bunyi Keluaran Speaker dan Pelemahan Bunyi. .......................... 56
Latihan ........................................................................................................... 63
4.3. Penghantar .......................................................................................... 65
4.4. Penyesuaian Tegangan Konstan ......................................................... 69
Latihan ........................................................................................................ 73
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
1
1.Rangkaian pengatur nada (tone control) penguat audio KOMPETENSI INTI (KI-3)
KOMPETENSI INTI (KI-4)
Kompetensi Dasar (KD): 1. Merencana rangkaian pengatur nada (tone control) penguat audio
Kompetensi Dasar (KD): 1. Mengukur rangkaian pengatur nada (tone control) penguat audio
Indikator: 1.1. Memahami arsitektur rangkaian pengatur nada rangkaian pengatur nada penguat audio. 1.3. Mendimensikan komponen DC (statis) dan komponen AC (dinamis) pengatur nada (tone control) penguat audio 1.2. Merencana penguat audio 1.4. Mendimensikan tanggapan frekuensi rangkaian pengatur nada penguat audio 1.5. Mendeskripsikan faktor cacat dan cakap silang (cross talk) rangkaian pengatur nada penguat audio sistem stereo 1.6. Mengerti kegunaan dan penerapan spesifikasi data teknis pengatur nada pada penguat audio
Indikator: 1.1. Menggambar skema rangkaian pengatur nada audio (tone control) beserta daftar komponen dan nama komponen. 1.2. Mendesain, merakit papan rangkaian tercetak (PRT) pengatur nada audio (tone control) menggunakan perangkat lunak. 1.3. Melakukan pengukuran titik kerja DC (statis) dan AC (dinamis) rangkaian pengatur nada (tone control) menggunakan perangkat lunak dan interprestasi data hasil pengukuran 1.4. Melakukan pengukuran tanggapan frekuensi rangkaian pengatur nada (tone control)menggunakan perangkat lunak dan interprestasi data hasil pengukuran 1.5. Melakukan pengukuran faktor cacat dan cakap silang (cross talk) rangkainpengatur nada (tone control)sistem stereo 1.6. Menyajikan spesifikasi data teknis rangkaian pengatur nada (tone control)sistem audio
1.1. Arsitektur rangkaian penguat pengatur.
Diantara blok rangkaian penguat depan denngan penguat akhir terdapat blok penguat pengatur. Dalam penguat pengatur ini terdapat pengaturan kuat suara, pengaturan nada dan pengatur kesetimbangan kanal untuk sistem stereo. Pengatur kuat suara berfungsi menyesuaiakan kuat suara sekeliling dengan
2
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
kebiasaan mendengar. Sedang pengatur nada untuk menyesuaikan dengan
akustik ruangan.
Gambar 1.1 Gambar diagram sebuah penguat suara
1.2. Pengatur kuat suara
1.2.1. Pengatur Kuat Suara Sederhana
100%
50%
R
sudut putar
45 90 125 180 225 270
A B
Potensiometer
linier
Potensiometer
logaritmis
Potensiometer
Gambar 1.2. Gambar simbol
Potensiometer dan karakteristiknya
Pengatur paling sederhana dengan
sebuah potensiometer yang bekerja
sebagai pembagi tegangan
sederhana. Digunakan logaritmis
posistif, karena hubungan antara
tekanan bunyi yang terpancarkan dan
perasaan pendengaran yang
mendekati logaritmis.
Gambar 1.2. memperlihatkan gambar
simbol potensiometer dan
karakteristiknya
Pengatur kuat suara sederhana tidak mengoreksi perasaan pendengaran pada
frekuensi rendah dan tinggi pada kuat suara lemah. Digunakan potensiometer
dari jenis logaritmis positif akan menyebabkan saat posisi lemah pengaturan
akan perlahan tidak sebanding dengan sudut putar potensiometer.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
3
Untuk mengoreksi perasaan pendengaran pada frekuensi rendah dan tinggi pada
kuat suara yang berlainan digunakan pengaturan sesuai dengan
pendengaran,yang biasa disebut pengaturan kuar suara dengan loudness.
1.2.3. Pengatur Kuat Suara sesuai Pendengaran ( Psikologis )
kuat suara
frekuensi
0
20
40
60
80
100
30 60 120 250 500 1k 2k 4k 8k 16k
dB
10
20
30
40
50
60
70
80
90 Phon
ambang dengar
Gambar 1.3. Karakteristik pendengaran
Pendengaran manusia tidak
mempunyai fungsi yang linier.
Semakin lemah kuat suara sebuah
sumber bunyi, tekanan bunyi harus
lebih kuat pada frekuensi rendah dan
tinggi untuk menimbulkan tekan nada
yang “ linier “ didalam telinga. Pada
kuat suara sangat keras perasaan
pendengaran hampir linier. Gambar
1.3. memperlihatkan karakteristik
pendengaran tersebut.
Gambar 1.4. berikut ini menunjukkan pengatur kuat suara sesuai pendengaran
terjadi pada kuata suara lemah ( penggeser potensiometer dekat dengan
hubungan Massa/ 0V ) tegangan berfrekuensi rendah (bass) dan tinggi (treble)
sedikit diangkat lebih tinggi dibanding pada frekuensi tengah (middle).
Gambar 1.4. Pengatur kuat suara
Pendengaran manusia tidak
mempunyai fungsi yang linier.
Semakin lemah kuat suara sebuah
sumber bunyi, tekanan bunyi harus
lebih kuat pada frekuensi rendah dan
tinggi untuk menimbulkan tekan nada
yang “ linier “ didalam telinga. Pada
kuat suara sangat keras perasaan
pendengaran hampir linier. Gambar
1.4. memperlihatkan karakteristik
4
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
dengan loudness
pendengaran tersebut.
Untuk memahami cara kerja rangkaian, kita sederhanakan rangkaian diatas.
Posisi penggeser potensiometer dianggap seperti gambar 1.5. dibawah ini.
A B
47pF
10pF
22k
C1
C2
R
RA
RB
RC
Ui Uo
A
B
47pF
10pF
22k
C1
C2
R
Ui
Uo
RA~80k
RB~15k
RC~5k
X
Y
Gambar 1.5. Rangkaian pengganti pengatur kuat suara dengan loudness
Frekuensi berganti dari 1000Hz ke frekuensi lebih tinggi. Kapasitor C1 akan
bertahanan rendah. Tegangan jatuh di X akan menjadi kecil, di Y menjadi besar.
Dengan demikian tegangan keluaran Ua akan lebih besar. Frekuensi berganti
dari 1000Hz ke frekuensi lebih rendah. Kapasitor C2 akan bertahanan tinggi.
Tegangan jatuh di Y akan menjadi besar.
Gambar 1.6. Tanggapan frekuensi
sebuah pengaturan kuat suara sesuai
pendengaran
Dengan demikian tegangan keluaran
Ua juga menjadi besar. Kapasitor C1
mengakibatkan pengangkatan
tegangan keluaran pada frekuensi
rendah. Frekuensi rendah dan tinggi
direproduksi lebih kuat daripada
frekuensi pada kuat suara lemah. Sifat
untuk jaringan ini dapat dilihat dalam
grafik pada gambar 1.6.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
5
1.3 Pengatur Nada
Pengatur nada bertugas menyesuaikan nada frekuensi tinggi dan rendah dengan selera pendengar dan akustik ruang, sehingga timbul gambaran nada yang diinginkan. Keterpengaruhan nada yang dapat dikoreksi :
 Tenggapan frekuensi dari sumber bunyi yang berbeda-beda
 Karakteristik reproduksi dari loudspeaker
 Penurunan perasaan pendengaran untuk frekuensi tinggi dalam usia tua
 Sifat bunyi ruangan
 Dan lain-lain
1.3.1 Pengatur nada pasif Gambar 1.7. Diagram blok pengatur nada pasif
Pada pengatur nada pasif sinyal melalui keterpengaruhan frekuensi pada dasarnya selalu diperlemah. Secara diagram blok dapat digambarkan seperti gambar 1.7.
Gambar 1.8. Pengatur nada paling sederhana melalui peredam tegangan sinyal frekuensi tinggi dan rendah
Penguat penyangga mempunyai tugas menaikkan level sinyal yang terendam pengatur nada. Melalui tingginya penguatan penguat antara atau penguat penyangga/ buffer. akan timbul faktor harmonis dan cacat intermodulasi yang merupakan keburukan pengatur nada pasif ini.
6
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Cara kerja pengatur nada Gambar 1.8 sebagai berikut, melalui kapasitor C1 frekuensi tinggi sampai pada potensiometer T (Potensiometer pengatur Trebel/nada tinggi). Sesuai posisi penggeser banyak atau sedikit sinyal frekuensi tinggi dihubung singkat dengan massa sedang untuk frekuensi rendah kapasitor C2 mempunyai tahanan yang besar. Sedang frekuensi tinggi melewati C2 tanpa rintangan. C2 terletak paralel dengan potensiometer B (Potensiometer pengatur Bass/nada rendah), maka sinyal berfrekuensi rendah akan melewati potensiometer ini . Tergantung posisi penggeser potensiometer T frekuensi rendah sedikit atau banyak dilewatkan hingga mencapai transistor TR2.. Rangkaian ini mempunyai keburukan yang besar, bahwa pengatur nada rendah dan tinggi saling mempangaruhi dan kuat suara berubah. Rangkaian pengatur nada seperti Gambar 1.9 berikut memperbaiki keburukan tersebut. Gambar 1.9. Pengatur nada pasif Frekuensi rendah dan tinggi dikuatkan atau diredam terpisah tanpa terpengaruh oleh pengaturan satu sama lain. Pada rangkaian tengah potensiometer (posisi penggeser potensiometer berada ditengah-tengah) menghasilkan tanggapan frekuensi yang datar dengan redaman dasar sebesar 20 dB.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
7
Redaman ini disesuaikan dengan penguat antara TR2. Sehingga secara keseluruhan jaringan pengatur nada mempunyai redaman 0 dB pada potensiometer posisi tengah. Sementara transistor TR1 dirangkai sebagai penyesuai impedansi dengan dirangkai kolektor bersama (common collector). Grafik berikut menampilkan capaian frekuensi jaringan pengatur nada. Gambar 1.10. Tanggapan frekuensi pengatur nada pasif Pada frekuensi 100 Hz “BASS “ dapat dikuatkan 12 dB atau diredam minus 12 dB pada frekuensi 10 kHz “ TREBEL “ dapat dikuatkan plus 12 dB Pada frekuensi 1000 Hz tifdak tejadi pengaruh pengaturan nada rendah dan tinggi. Perbandingan pembagi tegangan dengan bantuan gambar rangkaian pengganti berikut terlihat cara kerja pengaturan bass dan terbel. 1. Perhitungan hanya perhitungan kasar, Tetapi menunjukkan karakteristik dengan sangat jelas.
8
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Tabel 1 Pengaturan nada rendah : Komponen pengaturan nada tidak
mempengaruhi pengaturan nada rendah
Gambar
pengganti pada
nada rendah
maksimum posisi
2700
R1
P1
R2
Ui
Ui
C2
Gambar
pengganti pada
nada rendah
maksimum posisi
00
R1
P1
R2
Ui
Ui
C2
f = 1 kHz f = 50 Hz f = 1 kHz f = 50 Hz
R1=1k,
R2=100,
P1=10k,
Xc2=72
R1=1k,
R2=100,
P1=10k
Xc2=14,4
R1=1k,
R2=10k
R2=100
Xc2=720
R1=1k,
R2=100,
P1=10k,
Xc2=14,4
Perhitungan kasar
Xc2<<P1,
R2>Xc2
maka
. Ui
R + R
R
Uo
1 2
2 
1 k + 100
100
=
 

Ui
Uo
1,1
0,1
=
Ui
Uo
11
10
= 20 log
Ui
Uo
dB
= - 1 dB
Ui
Uo
dB
Xc2 < P1
R2 << P1
maka
Ui.
R + P
Uo
1 1
1 P

 

1 k + 10k
10k
=
Ui
Uo
11
=
10
Ui
Uo
11
10
= 20 log
Ue
Ua
dB
= - 1 dB
Ue
Ua
dB
Xc1 << R1,> XC1
maka
Ui
R + R
R
Uo
1 2
2 
1 k + 100
100
=
 

Ui
Uo
1,1
0,1
=
Ui
Uo
11
1
= 20 log
Ui
Uo
dB
= - 21 dB
Ui
Uo
dB
Xc1<P1,P1,>>R1
maka
. Ui
P + P
R
Uo
1 2
2 
10 k + 100
100
=
 

Ui
Uo
10,1
0,1
=
Ui
Uo
101
1
= 20 log
Ui
Uo
dB
= - 40dB
Ui
Uo
dB
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
9
Tabel 2 Pengaturan nada tinggi : Komponen Rk, C2, R2 dari pengatur nada
rendah masih mempunyai pengaruh atas pengaturan nada tinggi . Tetapi
potensiometer P1 tidak mempengaruhi
Gambar
pengganti pada
nada tinggi
maksimum posisi
2700
Rk
P2
R2
Ui
Uo
C3
C2
C4
Gambar
pengganti pada
nada tinggi
maksimum posisi
00
Rk
P2
R2
Ui
Uo
C3
C2
C4
f = 1kHz f = 10kHz f = 1kHz f = 10kHz
Xc3 = 16k,
P2 = 10k
Xc4 = 1k,
Xc2 = 72
R2 = 100 ,
Rk = 1k
Xc3 = 1,6k,
P2 = 1,0k
Xc4 = 100k,
Xc2 = 7,2 
R2 = 100 ,
Rk = 1k
Xc3 = 16k,
P2 = 10k
Xc4 = 1k,
Xc2 = 72
R2 = 100,
Rk = 1k
Xc3 = 1,6k,
P2 = 1,0k
Xc4 = 100k,
Xc2 = 7,2
R2 = 100 ,
Rk = 1k
Perhitungan kasar
P2>>Rk+Xc2+R2
Rk>>Xc2+R2
Maka :
Uo  Rk
+ Rk
3
Xc
Ui
16 k 1 k
1 k
=
Ui
Uo
  

17
1
=
Ui
Uo
17
1
= 20 log
Ui
Uo
dB
= - 24 dB
Ui
Uo
dB
P2>>Rk+Xc2+R2
Rk>>Xc2+R2
Maka :
Uo  Rk
+ Rk
3
Xc
Ui
  

1,6 k 1 k
1 k
=
Ui
Uo
2,6
1
=
Ui
Uo
2,6
1
= 20 log
Ui
Uo
dB
= - 8 dB
Ui
Uo
dB
Xc3>P2
Xc4<Rk+Xc2+R2
Maka :
4
Xc
4
Xc
3
Xc
Ui
o
U 


16 k 1 k
1 k
=
Ui
Uo
  

17
1
=
Ui
Uo
17
1
= 20 log
Ui
Uo
dB
= - 24 dB
Ui
Uo
dB
P2>>Xc3
Xc4<<Rk+Xv2+R2
Maka :
4
Xc
4
+ Xc
2
P
Uo
o
U  
10k 100k
0,1 k
=
Ui
Uo
  

10,1
0,1
=
Ui
Uo
101
1
= 20 log
Ui
Uo
dB
= - 40 dB
Ui
Uo
dB
10
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Gambar berikut ini adalah berdasarkan hasil perhitungan kasar tersebut
dB
Uo
Ui
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
0
-5
-10
-15
-20
5
10
15
20
20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k
f [Hz]
pengaturan tanpa penguat
sinyal keluaran dikuatkan 20dB
Gambar 1.11 Tanggapan frekuensi dari hasil hitungan
Dari proses cara kerja pengatur nada pasif yang hanya merupakan pelemahan,
jadi sinyal dengan frekuensi yang diinginkan dilemahkan atau diredam. Untuk
mengembalikan lagi ke level awal, maka setelah diolah di jaringan pengatur nada
maka perlu dikuatkan. Pada kejadian seperti diperlihatkan dalam gambar 6.11,
dikuatkan sebesar 20dB. Dampak dari hal ini, sinyal yang tidak diinginkan pun
ikut dikuatkan 20dB, sehinggal level desis naik.
6.3.2 Pengatur Nada Aktif
Untuk mengurangi keburukan pengatur nada pasif, digunakan pengatur nada
aktif. Pada pengatur ini jaringan pengatur nada terletak dalam rangkaian umpan
balik penguat. Gambar 1.12 memperlihatkan diagram blok penguat pengatur
nada aktif. Pada pengatur nada aktif, mengatur nada berarti mengatur penguatan
penguat, maka jaringan pengatur diletakkan pada jaringan umpan balik
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
11
Gambar 1.12. Diagram blok pengatur nada pasif (kiri) dan aktif (kanan)
Berikut akan dibahas penguat pengatur nada aktif dengan transistor sebagai
komponen aktifnya. Transistor pertama difungsikan sebagai penguat penyesuai,
karena jaringan pengatur nada memiliki impedansi rendah, agar tidak
membebani penguat sebelumnya transistor ke 2 berfungsi sebagai penguat
pengatur nada . Transistor ke 3 berfungsi sebagai penguat penyesuai karena
keluaran penguat akan dihubungkan ke umpan balik yang didalamnya berupa
jaringan pengatur nada yang memiliki impedansi rendah. Transistor TR2 dan
TR3 disambung secara arus searah mirip pada pembahasan penguat depan di
bab sebelum ini.
a
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7 R8
R9
R10
R11
P1
P2
C1
C2
C4 C5
C3
C10
C6 C7
C8
C9
+ Us
0V
TR1
TR2
R12
R13 R14
R15
R16
R17
1
3
2
C11
C12
R18
R2
C14
C13
A
4
5
C13
LOUDNESS
OFF
ON
PADA PANEL
Gambar 1.13. Rangkaian lengkap penguat pengatur nada
12
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Rangkaian arus searah.
Setelah proses pensaklaran berlalu maka yang tertinggal adalah keadaan statis.
Semua kapasitor terisi penuh dan berpotensial konstan rangkaian no 53-11.01
secara arus searah terlihat seperti berikut.
R2
R3
R4
R5
R11
+ Us
0V
TR1 TR3
R12
R13 R14
R15
R16
R17
TR2
UC1
Gambar 1.14 Rangkaian arus searah PRT 53-11.01
Untuk membahas rangkajan arus searah penguat pengatur ini, dapat
perbandjngkan dengan rangkaian arus searah dari penguat depan universal
yang dibahas pada bab terdahulu. Gambar berikut ditampilkan, ditampilkan
kembali rangkaian arus searah penguat depan.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
13
R2
R3
R5
R4
R6
R7
R9
+Us
0V
TR1
TR2
Us
UC2
UE2
UB2
UE1
UB1
UC1=
IC2
IC1 IB2
IE1
IE2
IB1
Gambar 1.15. Rangkaian arus searah
penguat depan universal
Kita perbandingkan rangkaian arus
searah dalam gambar 1.14 dan
gambar 1.15. Kedua rangkaian itu
mempunyai kesamaan pada rangkaian
gambar 1.14 transistor TR2 dan TR3
dibangun persis sama dengan
rangkaian gambar 1.15. Sedang
rangkaian dengan transistor TR1 pada
penguat pengatur sederhana saja
resistor R4 nantinya akan sangat
berkepentingan dengan tegangan
sinyal bekerja sama dengan kapasitor
C2,
yang akan dibicarakan pada paragraf rangkaian AC. Sedikit perbedaan dalam
mengawali perhitungan nilai-nilai tegangan. Karena keluaran atau output diambil
dari kaki emitor TR3, maka besarnya UE3 harus ditetapkan sebesar setengah
tegangan catu. Jadi jika tegangan catu 9V maka UE3 harus sebesar 4,5V.
TUGAS 1
Hitunglah nilai tegangan dan arus dari rangkaian penguat pengatur dari gambar
1.14
No Titik ukur Perhitungan Hasil
1 UE3 ………………………………………………………………
…………
………………………………………………………………
…………
2 UB3 ………………………………………………………………
…………
………………………………………………………………
…………
14
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
No Titik ukur Perhitungan Hasil
3
U15
………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
4
UE2
………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
5
UC2
………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
6
UB2
………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
7
UC1
………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
8
UE1
………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
9
UB1
…………………………………………………………………………
………………………………………………………………
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
15
No Titik ukur Perhitungan Hasil
…………
TUGAS 2
a. Buatlah papan rangkaian tercetak PRT/PCB (Printed Circuit Board) untuk penguat dengan gambar rangkaian yang ditampilkan pada gambar 1.13. PRT bisa cara langsung dengan spidol atau dengan cara sablon dengan penggambaran menggunakan perangkat lunak.
b. Setelah PRT selesai solderlah hanya resistor dan transistornya saja.
c. Berilah tegangan catu sebesar 9Volt dan lakukan pengukuran pada kaki-kaki transistor, lengkapi tabel pengukuran.
d. No Titik ukur Nilai tegangan secara teori Hasil Pengukuran Selisih (%)
1
UE3
2
UB3
3
U15
4
UE2
5
UC2
6
UB2
7
UC1
8
UE1
9
UB1
Semua pengukuran diukur terhadap 0V (massa)
Kesimpulan : ……………………………………………...……………………………… ……………………………………………………………….………………………..……
16
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Rangkaian Arus Bolak-Balik.
Rangkaian penguat pengatur dapat kita pilahkan dalam 3 kelompok sehingga
nampak jelas per bagiannya. Bagian-bagian itu adalah :
I. Penguat penyesuai masukan
II. Penguat pengatur nada
III. Pengatur kuat suara (volume)
Sedang pada penguat pengatur nada untuk uraian nantinya dapat dibagi lagi
menjadi beherapa bagian
A. Jaringan penguat.
B. Jaringan umpan balik negatif dalam.
C. Jaringan umpan balik negatif luar.
a
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7 R8
R9
R10
R11
P1
P2
C1
C2
C4 C5
C3
C10
C6 C7
C8
C9
+ Us
0V
TR1
TR2
R12
R13 R14
R15
R16
R17
1
3
2
C11
C12
R18
R2
C14
C13
A
4
5
C13
LOUDNESS
OFF
ON
PADA PANEL
II III
I
C
A
B
Gambar 1.16. Pemilahan rangkaian.
Jaringan penguat dengan umpan balik dalam secara prinsip dapat dipersamakan
dengan penguat depan. Dalam Jaringan penguat sendiri ada perbedaan dengan
rangkaian penguat depan. Perbedaan itu terletak pada bangunan dasar
rangkaian transistor TR1 ,TR2 dan TR3. Transistor TR1 dibangun dalam bentuk
kolektor bersama dengan masukan bootstrap. Transistor TR2 dibangun dalam
bentuk emitor bersama dimana rangkaian ini mempunyai penguatan yang besar
sedang transistorTR3 dibangun datam bentuk kolektor bersama.
Dasar pembentukan ini adalah:
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
17
a. Rangkaian kolektor bersama mempunyai tahanan keluaran yang
rendah untuk penyesuaian dengan tingkat berikutnya.
b. Untuk memisahkan jaringan pengatur nada dengan tingkat berikutnya
sehingga tingkat berikutnya tidak mempengaruhi kerja pengatur nada.
c. Rangkaian kotektor bersama dengan bootsbap pada transistor TR1
untuk menaikkan tahanan masukan dengan cukup tinggi sehingga
Jaringan pengatur nada tidak membebani tingkat sebelumnya.
Selanjutnya akan dibahas pula rangkaian ini pada penguat akhir.
a. Rangkaian Penyesuai Masukan.
Transistor TR1 disusun dalam rangkaian kolekor bersama (common colector)
untuk memisahkan (decoupling) tingkat pengatur nada TR2. Masukan dari
rangkaian ini mempunyai tahanan masukan yang cukup tinggi dan
tahanan/impedansi keluaran cukup rendah sehingga jaringan pengatur nada
tidak membebani penguat tingkat sebelumnya. Secara lebih lanjut rangkaian
dengan bootstrap akan dijelaskan pada Job sheet yang lain.
b. Penguat Pengatur Nada
Penguatan beban kosong VUO
Perhitungan untuk penguatan beban kosong (open loop gain / VUO)dimana
penguat TR2 diperhitungkan saat hanya terpasang umpan balik negatif dalam
(jaringan B).
Untuk transistor TR2 dan lembar data dengan IC  260 A diperoleh :
h11e = hie  25k
  200
VUO =
ie
11
h
xR



25k
200x15k
 120 = 41dB
Maka penguat dengan umpan balik
negatif “dalam” dapat disederhanakan
seperti gambar 1.17.
18
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Ui Uo
PENGUAT
Vuo
Vuo = 120X = 41dB
Gambar 1.17 Penguat beban terbuka
untuk penguat pengatur nada
Penguat dengan jaringan umpan balik luar.
Gambar 1.18 dapat disederhanakan seperti berikut (bagian pengatur nada):
R7 R8
R9
R10
P1
P2
C4 C5
C6 C7
C8
1
3
2
VUO
Penguat
Ui UA
Gambar 1.18. Penyederhanaan penguat
pengatur nada.
Dari gambar 1.18 terlihat bahwa
jaringan pengatur nada berada dalam
untaian umpan balik negatif, dari
keluaran penguat dikembalikan ke
masukan (-) melalui jaringan pengatur
nada.
Kemudian disederhanakan lagi menjadi :
Gambar 1.19. Penguat dengan umpan
balik Z2 dan Z1
Penguatan dengan umpan balik luar
dari rangkaian gambar 1.19
VU =
i
O
U
U
dan
Ii - Ii’ = I2
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
19
Karena impedansi masukan penguat sangat besar maka,
Ii = I2

karena Ii’  0
Dengan Ii =
Z1
Ui dan Ii =
Z2
U A
 - Ii =
Z2
UA
Maka :
i
A
U
U
=
x Z1
x Z2
i
2
I
I
i
A
U
U
= VU =
Z1
Z2
Umpan balik negatif bekerja dengan Z1 dan Z2, dari rumus diatas, penguatan
dengan umpan balik negatif ditentukan oleh umpan balik Z1 dan
Proses pengaturan nada
a. Pengaturan nada rendah
R7 R8
R9
P1
C4 C5
1
3
2
VUO
Penguat
Ui
UO
Z1 Z2
Gambar 1.20. Pengatur nada pada
jaringan pengatur nada rendah
Penguatan dan pelemahan nada
rendah (frekuensi rendah) dilakukan
dengan menggeser potensiometer
P1. Pada frekuensi tengah ke atas (1
kHz ke atas) kapasitor C4 dan C5
mempunyai tahanan arus bolak-balik
yang kecil dibanding tahanan P1.
Kapasitor C4 dan C5 akan
menghubung singkat P1.
Maka rangkaian penggantinya seperti benkut :
R7 R8
C4 C5
1
3
2
VUO
Penguat
Ui
UO
Z1 Z2
Impedansi Z1 = Z2 maka VU = 1 = 0
dB untuk frekuensi tengah ke atas
dan tidak terpengaruh oleh
kedudukan potensiometer P1. Untuk
frekuensi rendah penguatan
tegangan akan tergantung dari
20
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Gambar 1.21. Pengatur nada pada
jaringan pengatur nada rendah (saat
sinyal berfrekuensi tinggi)
pengaturan P1.
b. Pengaturan nada tinggi.
P2'
C6 C7
1
3
2
VUO
Penguat
Ui
UO
Z1 Z2
P2"
Gambar 1.22. Pengatur nada pada
jaringan pengatur nada tinggi
Kapasistor C3 dan C4 mempunyai
tahanan AC yang besar untuk
frekuensi tengah ke bawah. Sehingga
pengaturan nada tinggi tidak
mempengaruhi tanggapan frekuensi
pada daerah tengah ke bawah.
Dengan naiknya frekuensi menjadi
lebih besar dari 1kHz maka C6
dan C7 menjadi bertahanan rendah. Pada kondisi ini penguatan tegangan
terpengaruh oleh kedudukan pengaturan P2. Kondisi yang dibahas dengan tidak
menyertakan R9 dan R10, bila tahanan-tahanan ini diperhitungkan maka tentu
penguatan tegangan akan menjadi lain. Dan hal ini akan sangat kompleks sekali.
Pada uraian terlihat bahwa Jaringan pengatur nada tinggi hampir tidak punya
pengaruh pada pengaturan nada rendah, karena pada frekuensi rendah C6 dan
C7 mempunyai tahanan buta (Xc) yang sangat besar sehingga jaringan nada
rendah dapat diabaikan.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
21
Rangkuman cara kerja penguat pengatur nada
TABEL I
Posisi
Pot-m
Skema Pengganti Perhitungan penguatan
Tengahtengah
Z1 = Z2
VU=1≈ 0 dB
Penguatan
tidak
tergantung
frekuensi
Kanan (secara skema)
.f = 50Hz
Z1 ≈ 56kΩ
Z2 ≈ 4,7kΩ
0 084x
56k
4 7k
VU ,
,




≈ - 21,5dB
Sinyal
berfrekuensi
50Hz
diredam
sebesar
21,5dB
.f = 20kHz
Z1 ≈
(4,7k+(169//100k)=4,9k
Ω
Z2 ≈ 4,7kΩ
0 96x
4 9k
4 7k
VU ,
,
,




≈ - 0,35dB
Sinyal
berfrekuensi
20kHz
dilalukan
sebesar -
0,35dB
Kiri (secara skema)
.f = 50Hz
Z1 ≈ 56kΩ
Z2 ≈ 4,7kΩ
119x
4 7k
56k
VU ,
,




≈ 21,5dB
Sinya
berfrekuensi
50Hz
dikuatkan
sebesar
21,5dB
22
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
.f = 20kHz
Z2 ≈
(4,7k+(169//100k)=4,9k
Ω
Z1 ≈ 4,7kΩ
104x
4 7k
4 9k
VU ,
,
,




≈ 0,34dB
Sinyal
berfrekuensi
20kHz
dilalukan
sebesar
0,34dB
TABEL II
Posisi
Pot-m
Skema Pengganti
Perhitungan
penguatan
Tengah-tengah
Z1 = Z2
VU=1≈ 0 dB
Penguatan
tidak
tergantung
frekuensi
Kanan (secara skema)
.f = 20kHz
Z1 ≈ 103,6kΩ
Z2 ≈ 3,6kΩ
0 035x
103 6k
3 6k
VU ,
,
,




≈ - 28,8dB
Sinyal
berfrekuensi
20kHz
diredam
sebesar
28,8dB
.f = 50Hz
Z1 ≈ 1,54MΩ
Z2 ≈ 1,45MΩ
0 94x
154M
1 45M
VU ,
,
,




≈ - 0,5dB
Sinyal
berfrekuensi
20kHz
dilalukan
sebesar -
0,5dB
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
23
Kiri (secara skema)
.f = 20kHz
Z1 ≈ 3,6kΩ
Z2 ≈ 103,6kΩ
28 7x
3 6k
103 6k
VU ,
,
,




≈ 29dB
Sinya
berfrekuensi
50Hz
dikuatkan
sebesar 29dB
.f = 50Hz
Z2 ≈ 1,54MΩ
Z1 ≈ 1,45MΩ
106x
1 45M
154M
VU ,
,
,




≈ 0,5dB
Sinyal
berfrekuensi
20kHz
dilalukan
sebesar
0,34dB
24
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Gambar 1.23. Tanggapan frekuensi pengatur nada Dengan pegaturan potensiometer, maka perbandingan Z1 dan Z2 dari jaringan pengatur nada dapat diubah-ubah sesuai kedudukan potensiometer. Dengan demikian penguatan dari penguat pengatur nada berubah. Karena pengaturan nada dengan jalan mengatur penguatan penguat, maka pengatur nada ini dinamakan pengatur nada aktif. Jaringan pengatur nada berada dalam jaringan umpan balik dan jaringan pengatur nada ini mengatur penguatan.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
25
TUGAS 3
Siapkan peralatan yang diperlukan
Alat : Osiloskop 2 kanal
FG
DC Power Supply
Penguat Pengatur Nada.
Gambar kerja Tindakan
FG PSU CRO
a A
+ U s
0V
T T
R 6
1. Rangkailah penguat pengatur
nada dan peralatan seperti
gambar disamping
2. Atur R6 dan Potensiometer
volume sehingga menyebabkan
level maksimum. Potensiometer
Bass dan Treble tengah-tengah.
3. Atur tegangan catu 9V
4. Atur tegangan keluaran FG
200mV betuk gelombang sinus,
frekuensi 1kHz.
5. Lakukan pengukuran dengan
ketentuan seperti pada Table
percobaan
26
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
27
2.Rangkaian Pencampur (Mixer) Audio. KOMPETENSI INTI (KI-3)
KOMPETENSI INTI (KI-4)
Kompetensi Dasar (KD): 2. Merencana rangkaian pencampur (mixer) audio
Kompetensi Dasar (KD): 2. Mengukur rangkaian pencampur (mixer) audio
Indikator: 2.1. Memahami arsitektur rangkaian pencampur(mixer) penguat audio 2.2. Merencana rangkaian pencampur (mixer) penguat audio. 2.3. Mendimensikan komponen DC (statis) dan komponen AC (dinamis) rangkain pencampur (mixer) penguat audio 2.4. Mendimensikan tanggapan frekuensi rangkaian pencampur (mixer) penguat audio 2.5. Mendeskripsikan faktor cacat dan cakap silang (cross talk) rangkaian pencampur (mixer) pada penguat audio sistem stereo. 2.6. Mengerti kegunaan dan penerapan spesifikasi data teknis penguat pengatur nada pada sistem audio
Indikator: 2.1. Menggambar skema rangkaian pencampur audio (audio mixer) beserta daftar komponen dan nama komponen. 2.2. Mendesain, merakit papan rangkaian tercetak (PRT) rangkaian pencampur audio (audio mixer) menggunakan perangkat lunak. 2.3. Melakukan pengukuran titik kerja DC (statis) dan AC (dinamis) rangkaian pencampur audio (audio mixer) menggunakan perangkat lunak dan interprestasi data hasil pengukuran 2.4. Melakukan pengukuran tanggapan frekuensi rangkaian pencampur audio (audio mixer) menggunakan perangkat lunak dan interprestasi data hasil pengukuran 2.5. Melakukan pengukuran faktor cacat dan cakap silang (cross talk) rangkaian pencampur audio (audio mixer) sistem stereo 2.6. Menyajikan spesifikasi data teknis rangkaian pencampur audio (audio mixer)
28
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
2.1. Arsitektur rangkaian pencampur (mixer) penguat audio.
Mencampur bermacam sumber sinyal memberikan efek yang indah dan menyenangkan. Secara prinsip mencampur dua atau lebih sumber sinyal sederhananya menhubungkan sumber-sumber sinyal tadi seca
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
29
3.Rangkaian Penguat Daya Audio(Power Amplifier) KOMPETENSI INTI (KI-3)
KOMPETENSI INTI (KI-4)
Kompetensi Dasar (KD): 3. Merencana rangkaian penguat daya audio (power amplifier)
Kompetensi Dasar (KD): 3. Mengukur rangkaian penguat daya, VU-meter & protektor
Indikator: 3.1. Memahami arsitektur, klasifikasi penguat daya audio. 3.2. Merencana rangkaian penguat daya audio (power amplifier). 3.3. Mendimensikan komponen DC (statis) dan komponen AC (dinamis) rangkain penguatdaya audio 3.4. Mendimensikan tanggapan frekuensi rangkaian penguat daya audio 3.5. Mendeskripsikan faktor cacat dan cakap silang (cross talk) rangkaian penguat daya audio sistem stereo 3.6. Mengerti kegunaan dan penerapan spesifikasi data teknis penguat pengatur nada pada sistem audio 3.7. Mendimensikan rangkaian proteksi arus lebih penguat daya.
Indikator: 3.1. Menggambar skema rangkaian penguat daya audio (audio power amplifier), VU-meter, rangkaian sistem proteksi beserta daftar komponen dan nama komponen. 3.2. Mendesain, merakit papan rangkaian tercetak (PRT) penguat daya audio (audio power amplifier), VU-meter, rangkaian sistem proteksi menggunakan perangkat lunak. 3.3. Melakukan pengukuran titik kerja DC (statis) dan AC (dinamis) rangkaian penguat daya audio (audio power amplifier), VU-meter, rangkaian sistem proteksi menggunakan perangkat lunak dan interprestasi data hasil pengukuran 3.4. Melakukan pengukuran tanggapan frekuensi rangkaian penguat daya audio (audio power amplifier), VU-meter, rangkaian sistem proteksi menggunakan perangkat lunak dan interprestasi data hasil pengukuran 3.5. Melakukan pengukuran faktor cacat dan cakap silang (cross talk) rangkain penguat daya audio (audio power amplifier), VU-meter, rangkaian sistem proteksi sistem stereo
3.6. Menyajikan spesifikasi data teknis rangkaian penguat daya
30
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
audio (audio power amplifier), VU-meter, rangkaian sistem proteksi sistem audio 3.7. Menguji rangkaian proteksi arus lebih penguat daya
3. Penguat akhir
Penguat akhir bertugas menguatkan sinyal sejauh mungkin dengan daya guna yang sesuai. Kepentingan utama sebuah penguat akhir, yang juga disebut penguat daya, terletak pada pembangkitan daya bolak-balik untuk loudspeaker.Transistor harus dikendalikan maksimal jika dia seharusnya memberikan daya yang besar, karena tidak liniernya kurva transistor timbul cacat. Selain masalah efesiensi penguat daya, maksudnya perbandingan dari daya bolak-balik yang diberikan dan daya arus searah yang diambil sebesar mungkin, karena biaya operasi dan pendinginan transistor yang besar.
3.1. Dasar Penguat Akhir
3.1.1. Penguat tunggal Penguat dengan transistor tunggal bekerja selalu dalam .kelas A. Dalam gambar dibawah ini terlihat bahwa titik kerja penguat kelas A berada kira-kira ditengah daerah pengendalian. Kedua sinyal setengah gelombang dikuatkan oleh sebuah transistor.Penguat kelas A mempunyai kekurangan bahwa catu dayanya besar. Pada saat tanpa pengendalian pada masukan telah mengalir pula arus kolektor yang relatif besar. Dengan demikian daya guna dari penguat ini kecil, sehingga hanya digunakan untuk daya keluaran yang kecil. Daya guna  adalah perbandingan daya arus bolak-balik yang diberikan pada pemakai P2 dengan daya arus searah dari sumber daya Ps yang diambil, yang juga tergantungan pada rangkaian:
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
31
Gambar 3.1. Penguat akhir klas A
Ps = Us . Io (untuk catu daya)
P2 = U2 eff.I2 eff
2 2
Us
2. 2
U max
U = CE
2eff 

2
o
2. 2
max
U = C
2eff
I I

4
Us. o
2
o
.
2. 2
Us
P2
I I
 
.100% 25%
4.Vs. o
Us. o
.100%
Us. o
4
Us. o
.100%
P
P
%) =
S
2    
I
I
I
I
32
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Gambar 3.2. Garis beban penguat kelas A
3.1.2. Penguat push pull
Penguat push pull dibangun dengan dua transistor yang masing-masing bekerja
dalam kelas B. Titik kerja kelas B terletak pada batas arus sisa. Sehingga satu
transistor hanya menguatkan setengah tegangan sinyal.Tanpa pengendalian
hanya mengalir arus kolektor yang kecil yang dapat diabaikan.
Daya hilang saat diam dengan demikian kecil sehingga daya gunanya sangat
besar. Keburukan penguat kelas B adalah untuk menghasilkan tegangan bolakbalik
penuh diperlukan dua transistor cacat saat melewati titik nol, yang
dinamakan cross over atau cacat B. Cacat ini disebabkan oleh tegangan jenuh
basis-emiter. Daya guna penguat push pull kelas B lebih besar dari penguat yang
bekerja dikelas A. untuk rangkaian Gambar 26:
Ps = Us . Ic = c maks
2
Us. I

P2 = U2 eff.I2 eff
=
2
Us. max
2
max
.
2
Us
2
U max
.
2
U max
CE C C C I I
 
 
.100%
. max
2
Us.
2
s. max
.100%
P
P
%) =
C
C
S
2
I
U I

 
.100% 78%
4
.100%
2.Us.2. max
Us. max
C
C 

 
I
I
Jadi daya guna penguat push pull tiga kali dari penguat tunggal kelas A.
Penguat push pull dibagi dalam dua jenis penguat komplementer dan penguat
komplementer quasi.
Jenis ini berbeda dalam pasangan kedua transistornya.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
33
3.1.3. Penguat komplementer Penguat komplementer ini penguat push pull yang menggunakan dua transistor akhir yang berpasangan komplementer NPN dan PNP. Gambar 3.3. Rangkaian dasar penguat komplemen Transistor NPN akan hidup jika mendapat tegangan bias basis positip dan transistor PNP akan hidup jika mendapat tegangan bias basis negatip. Pada saat sinyal setengah gelombang positif transistor akan hidup dan transistor.TR2 akan mati. Maka akan terjadi aliran arus dari baterai (+) melalui transistor TR1, kapasitor C lalu loudspeaker dan kembali ke baterai (-). Arus ini sekaligus mengisi kapasitor C sesuai dengan polaritasnya. Pada sinyal setengah gelombang negatif transistor TR1akan mati dan transistor TR2 akan hidup. Aliran arus dari kapasitor C (+) melalui TR2 ke loudspeaker dan kembali ke kapasitor C (-). Pada saat sinyal setengah gelombang negatip kapasitor C sebagai catu daya transistor TR2. 3.1.4. Cacat silang Untuk dapat hidup transistor-transistor memerlukan tegangan bias. jika kedua transistor tidak diberi tegangan bias basis. Maka karakteristiknya seperti Gambar 28 yang kita peroleh yaitu adanya cacat silang. Dengan melalui pemilihan tegangan bias basis emiter kita mengatur arus diam yang kecil. Sehingga cacat yang berasal dari daerah lengkung kurva dapat dihindari.
34
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Gambar 3.4. Kerja penguat push pull tanpa tegangan bias pada TR1- TR2 Gambar 3.5.Kerja penguat push pull dengan tegangan bias pada TR1- TR2 3.1.5. Penguat komplementer quasi Penguat komplementer (complement) daya keluarannya lebih besar, kita dapat mengendalikan dua transistor akhir. Kedua transistor akhir ini bertipe sama (NPN dan NPN).
Tingkat akhir seperti ini yang dengan daya keluaran besar sudah tentu memerlukan tingkat penggerak dan tingkat depan yang dapat menyediakan arus basis untuk transistor akhir yang besar.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
35
Gambar 3.6. Penguat akhir komplementer quasi Rangkaian dasar penguat komplementer quasi diperlihatkan gambar diatas. Komponen-komponen transistor TR1dan TR2, kapasitor C dan loudspeaker dirangkai seperti penguat push pull komplemen. Masing-masing transistor komplemen mengendalikan satu transistor daya. Pada sinyal setengah gelombang posistip transistor TR1hidup dan melalui tegangan jatuh pada R1 transistor TR3 akan hidup. Kedua transistor mengalirkan arus yang besar melalui loudspeaker dan mengisi kapasitor C. Pada sinyal setengah gelombang negatip transistor TR2 hidup melalui tegangan jatuh pada R2 transistor TR4 hidup. Arus mengalir dari kapasitor C melalui kedua transistor dan loudspeaker. Dengan demikian kapasitor C mengalami pengosongan. Harga R1 dan R2 harus sama, dengan demikian kedua transistor daya dikendalikan dalam bentuk yang sama.
3.2. Rangkaian Penguat Daya
Gambar 3.7 merupakan sebuah penguat daya yang akan dibahas dalam buku ini. Penguat dengan tingkat akhir push pull komplementer.
36
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
R5 R8
R9
R3
R4
R6
R7
R12 R14
R13
R10
R11
D1
D2
C3
C4
C6
C5 C7
C8
TR1
TR2
TR3
K TR4
H
A
T
+ 12V
UO
T
Ui
Gambar 3.7 Rangkaian penguat daya
3.2.1 Skema rangkaian arus searah.
Gambar di atas menampilkan skema rangkaian arus searah dimana kapasitorkapasitor
secara DC mempunyai tahanan yang tak terhingga maka tidak
digambar. Dalam rangkaian DC kapasitpr tidak berpengaruh
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
37
R5
R8
R9
R3
R4
R7
R12
R10
R11
D1
D2
TR1
TR2
TR3
TR4
H
+ Us
0V
R1
R2 UC1
UB1
UB2
UB3
UB4
UE1
UTT
IC1
IC2 IE3
IE4
Gambar 3.8. Rangkaian DC penguat daya
3.2.2.Titik kerja
Tugas rangkaian arus searah seperti pada penguat yang lain adalah :
a. Menetapkan titik kerja.
b. Menstabilkan titik kerja.
Titik kerja dapat berubah oleh perubahan temperatur, baik temperatur ruangan
maupun dari daya rugi transistor. Hal-hal yang berubah adalah :
 Arus basis (UCE konstan).
 Tegangan basis-emitor (IB konstan).
 Penguatan arus.
 Arus halang ICB.
Perubahan-perubahan rinci telah dibahas pada penguat depan.
38
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
3.2.3.Upaya penstabilan titik kerja pada rangkaian penguat daya. Penstabilan arus diam. Arus diam adalah arus kolektor transistor tingkat akhir yang diukur pada saat tanpa sinyal. Upaya yang dilakukan dalam rangkaian ini adalah dengan dioda D1 dan D2. Dimana kedua dioda ini dalam paletakannya sesungguhnya harus dekat atau dimungkinkan dilekatkan pada pendingin transistor akhir. Tegangan basis-basis TR3 dan TR4 diperoleh dari dioda D1 seri D2 (atau dapat diganti dengan sebuah zener 1,5 Volt), dan ketepatannya diatur oleh trimpot R10.Bila temperatur sekeliling dioda D1 dan D2 naik maka tegangan dioda akan mengecil dengan demikian tegangan bias untuk TR3 dan TR4 akan turun pula ,hal ini akan menurunkan arus kolektor TR3 dan TR4.Selanjudnya diterangkan sebagai berikut:
Bila temperatur  IC3 , IC4  , UD1-2  maka UBB  IB3, IB4  sehingga IC3, IC4 
Bila temperatur  IC3 , IC4  , UD1-2  maka UBB  IB3, IB4  sehingga IC3, IC4 
Maka besar arus kolektor akan tetap tidak terpengaruh oleh temperatur, berarti titik kerja stabil. Penstabilan tegangan tengah Tegangan titik tengah (UTT) berharga setengah US untuk memebangkitkan sinyal keluaran secara simetris dan tegangan sinyal yang maksimum. Pada kenaikan temperatur sekeliling dimungkinkan terjadinya arus kolektor/emitor TR3 dan TR4 naik tidak sama. Tegangan titik tengah ini harus selalu tetap, untuk menjaga tegangan sinyal tetap simetris.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
39
+Us
Id
+Us
UTT
t
(15V)
(7,5V)
+Us
UTT
t
(15V)
(10V)
+Us
UTT
t
(15V)
(5V)
0V
UTT
A
B
C
1 2 3
Gambar 3.9. Tegangan titik tengah
Pada gambar di atas diperlihatkan tiga kenjadian dimana UTT tidak sama besar,
pertama UTT tepat setengah tegangan catu (gambar A) kedua lebih tinggi dari
setengah tegangan catu (gambar B) dan ketiga lebih rendah dari setengah
tegangan catu (gambar C).Pada gambar B dan C salah satu sisi sinyal terpotong
bila penguat memperoleh tegangan masukan yang sama seperti gambar A,atau
tengan sinyal akan lebil kecil bila diinginkan tegangan keluaran yang tidak cacat.
Proses penstabilan dapat dijelaskan sebagai berikut.
Bila UTT  , UE1  , UBE1 , IB1 , IC1  , UB2  UBE2  , IB2  , IC2  UC2  maka
UB3, UB4  IC3  IC4  maka UE3  dan UE4  UTT 
Bila UTT  , UE1  , UBE1 , IB1 , IC1  , UB2  UBE2  , IB2  , IC2  UC2  maka
UB3, UB4  IC3  IC4  maka UE3  dan UE4  UTT 
40
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
 Sehingga tegangan emitor TR3 dan TR4 selalu konstan sebesar setengah
tegangan catu.
3.2.4. Perhitungan tegangan DC dan arus DC
Berikut adalah perhitungan tegangan dan arus DC, hasil dari hitungan ini adalah
merupakan pernyataan kemampuan fungsi sebuah rangkaian.
Permisalan :
 Semua harga komponen sesuai dengan gambar skema.
 Rangkaian berfungsi dengan benar.
 Data transistor : lihat lembar data.
 Penyederhanaan IC = IE. (sebenarnya hal ini hanya berlaku untuk transistor
dengan  yang besar)
a. UTT: Agar diperoleh pengendalian yang simetris, kira-kira harus setengah
tegangan catu 7,5V
2
15V
2
S
U
=
TT
U  
b. UB3 = UE3 + UBE3 = 7,5V + 0,6V = 8,1V  tegangan jatuh
di R11 diabaikan
c. UB4 = UE4 - 0,6V = 7,5V - 0,6V = 6,9V  tegangan jatuh
di R12 diabaikan
d. UD1 = UD2 = 0,6V
e. UD1,2= UD1 + UD2 = 0,6V + 0,6V = 1,2V
f. UB2 = US - UBE2 = 15V - 0,6V = 14,4V
g. XUs 
R1+R2 + R3 + R4
R3
1 =
B
U 8,58 V
U
B
1 =
120 k
50k + 56k + 120 k + 10 k
X15 7,62Volt  R1 maks
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
41
U
B
1 =
120 k
0k + 56k + 120 k + 10 k
X15 9,67Volt  R1 min
Pengaturan arus diam
Arus diam adalah arus yang mengalir pada transistor akhir (arus kolektor) saat
tanpa sinyal. Besarnya tergantung dari karakteristik transistor bersangkutan dan
tegangan basis-basis UBB.
Dimana UBB diatur oleh R9 (trimpot) yang besarnya
UBB = UD1 + UD2 = 0,6V + 0,6V = 1,2 Volt. (UBB maksimum).
UBB = 0 Volt pada posisi R10 minimum (D1 dan D2 dihubung singkat)
Arus diam semakin besar bila UBB semakin besar. Pengaturan arus diam dengan
jalan memasukkan sinyal pada masukan dengan f = 1 kHz tegangan nominal,
kemudian kita lihat dengan CRO. R9 kita atur seminimum mungkin (dalam skema
penggeser R9 ke atas) tetapi cacat silang (croos over distortion) tidak terlihat
pada layar CRO. Sinyal kita ambil, kita ukur pemakaian arus saat tanpa sinyal,
inilah arus diam itu.
42
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
TUGAS 1
e. Buatlah papan rangkaian tercetak PRT/PCB (Printed Circuit Board) untuk penguat dengan gambar rangkaian yang ditampilkan pada gambar 8.7. PRT bisa cara langsung dengan spidol atau dengan cara sablon dengan penggambaran menggunakan perangkat lunak.
f. Setelah PRT selesai solderlah semua komponen yang diperlukan.
g. Berilah tegangan catu sebesar 15Volt dan lakukan pengukuran pada kaki-kaki transistor, lengkapi tabel pengukuran. No Titik ukur Nilai tegangan secara teori Hasil Pengukuran Selisih (%)
1
UTT
2
UE3
3
UB3
4
UC3
5
UE4
6
UB4
7
UC4
8
UE2
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
43
9
UB2
10
UC2
11
UE1
12
UB1
UC1
Semua pengukuran diukur terhadap 0V (massa)
Kesimpulan : ……………………………………………...……………………………… ……………………………………………………………….………………………..……
……………………………………………………………….……………………......… 3.3. Rangkaian tegangan bolak-balik 3.3.1. Aliran sinyal AC. Dasar untuk aliran sinyal AC dapat kita lihat lagi pada bahasan penguat depan. Dimana sumber tegangan DC merupakan hubung singkat bagi sinyal AC (tahanan dalam = 0) sehingga komponen-komponen yang terletak antara plus dan minus catu untuk sinyal AC terletak paralel. Kita dapat melihat fungsi masing-masing kapasitor dari harga kapasitor tersebut. Untuk yang bernilai besar (orde mikro) bersifat sebagai pemisah atara arus DC dengan AC (decoupling) misal C1,C3,C7. Yang terakhir (C7) juga dipakai sebagai sumber tegangan catu untuk TR4 saat setengah perioda tegangan sinyal dimana TR3 dalam keadaan mati.Untuk kapasitor yang bernilai kecil digunakan
44
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
sebagai pemotong frekuensi tinggi seperti C8,C4,C6. Kkapasitor terakhir dengan
fungsi sama tetapi dipasang dalam jatringan umpan balik
3.3.2. Jaringan umpan balik negatip pada penguat daya
R5
R8
R9
R3
R4
R6
R7
R12
R10
R11
D1
D2
C3
C4
C6
C7
C5
C8
TR1
TR2
TR3
G TR4
H
A
+ Us
0V
a
R1
R2
C1
C2
Gambar 3.10. Komponen umpan balik “luar” pada penguat daya.
R6
C3 C6
R7
UI
A
UA
UI'
UA'
Gambar 3.11. Rangkaian penguat daya memperlihatkan komponen umpan balik
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
45
Harga C3 dibuat cukup besar sehingga pada daerah frekuensi suara reaksinya
lebih kecil dibanding R6. Dari itu Z1 = R6.
Harga C6 dibuat cukup kecil sehingga pada daerah frekuansi suara reaksinya
lebih besar dibanding R7. Dari itu Z2 = R7.
Penguatan tegangan AC seluruhnya :
U A = Ui' Vuo ; U ' = U -
U
R7 + R6
R6
i i
A


U A = U - V
1
U
i uo
A

 

 
1 = -
R6
R7 + R6
Vuo
Ui
Ua


 

 
1 + Vuo 
R6
R7 + R6
=
Ui
Ua
. Vuo
1
Vuo
1
Vuo
1
X
+
+
=
R
R R
Ui
Ua
6
77 6
1
1 / Vuo + R6 / (R7 + R6)
1
Vuo
= <<
+
Ua
Ui
R
R R
6
7 6
1
R6 / (R7 + + R6)
=
R7 + R6
R6
=
R7
R6
+ 1
=
Ua
Ui
dan jika
R7
R6
1 =
R7
R6
>>
Ua
Ui
U
R7 + R6
A R6


jika
rumus penguatan
Ua
Ui



Besarnya harga C3 bagi penguatan tegangan AC tidak memiliki peran (C3 
hubung singkat), tetapi C3 mempunyai tugas penting untuk penstabilan titik kerja
seluruh rangkaian. Untuk tegangan DC kapasitor C3 seakan terbuka (Xc besar)
maka UO = Ui sehingga penguatannya.
46
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
R7 << R6 + Xc3
R6 + Xc3
R7 + R6 + Xc3
=
Ui
Ua
= 1
R6 + Xc3
R6 + Xc3
=
Ui
Ua
Ini juga berarti, bahwa goyangan titik kerja hanya dikuatkan dengan faktor
1.Penguatan pada frekuensi rendah diperkecil oleh rangkaian RC, misalnya C1,
R3, R2 dan juga C6, RL. Sedang penguatan pada frekuensi tinggi dibatasi oleh
C4. Bila frekuensi semakin tinggi maka reaktansi C4 mengecil dan R6 dihubung
singkat oleh C4, dan umpan balik ke emitor TR1 semakin besar penguatan
mengecil.Kapasitor C2 untuk menghaluskan tegangan basis TR1 bersama-sama
R5 (filter).
3.3.3.Bootstrap
Seperti yang telah pernah dibahas untuk dapat memberlakukan jaringan umpan
balik luar sebagai penentu sifat diperlukan penguatan open loop yang besar.
Salah satu upaya menaikkan Vuo dengan memasang bootstrap pada transistor
TR2.
R5
R8
R9
C4
TR2
R5
R8
R9
C4
C5
R12
R11
UR12
A
B
Gambar 3.12. Cara kerja Bootstrap
Besar penguatan rangkaian transistor TR2 adalah
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
47
V
r
UO
t
be E

 


x R
( 1) R ,
 karena di kaki emitor tidak ada tahanan RE maka
V
x R
r UO
t
be


 Rt adalah tahanan total di kaki kolektor
Maka untuk membesarkan lagi VUO adalah dengan jalan membesarkan nilai Rt
dengan cara :
Seperti diperlihatkan gambar 8.12 dimana sinyal yang dikuatkan oleh TR3
dikembalikan ke titik B.Sinyal ini mempunyai fasa yang sama dan besar
amplitudo yang kira-kira hampir sama (rangkaian kolektor)maka pada titik A dan
B mempunyai tegangan yang sama,sehingga pada R8 tidak ada arus yang
mengalir.Hanya pada tahanan takterhingga sajalah tidak ada arus yang
mengalir.Dengan cara ini diperoleh tahanan yang sangat besar (secara arus
bolak-balik / AC)
3.3.4. Daya keluaran
Daya maksimum yang dapat diberikan pada beban dengan sinyal sinus
ditentukan oleh tegangan catu dan tahanan loud speaker.Lebar simpangan
tegangan keluaran adalah Uo - 2 UCE jenuh dibagi dua, sehingga harga efektifnya
:
Us = U catu
jenuh = 0,5 Volt
CE
misalnya : U
2. 2
jenuh
CE
Us - 2 U
U eff maks = O
L
2
CE
L
O 8 R
( Us - 2 U jenuh)
R
Ua eff maks
P = maks =
48
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
=
( 15V - 2.0,5V)
2
8.4 W
=
196 V
2
32 W
6,125W
TUGAS 3
a A
+Us
0V
T
FG PSU CRO
T
PRT Penguat dummy
load
4 8
Gambar Rangkaian Pengukuran
Rangkailah peralatan seperti dalam
gambar pengukuran disamping. Atur
FG pada gelombang sinus dan
frekuensi 1kHz. Amplitudo FG diatur
5mVpp (di ubah bila bentuk gelombang
keluarannya cacat). Atur tegangan catu
seperti tabel, naikkan amplitudo FG
hingga sinyal keluaran hampir cacat.
Lengkapilah tabel pengukuran.
Lengkapi tabel tugas berikut dari hasil perhitungan teori. Masukkan hasil
pengukuran yang diperoleh
Tabel I Pengaruh Tegangan Catu dan Beban terhadap Daya Keluaran
U
Catu
Pengukuran Perhitungan
Beban 4 Beban 8 Beban 4 Beban 8
Uo maks
Vpp
P
Watt
Uo maks
Watt
P
Watt
P
Watt
P
Watt
12 V
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
49
15 V
17 V
TUGAS 4
a A
+Us
0V
T
FG PSU CRO
T
PRT Penguat dummy
load
4 8
Gambar Rangkaian Pengukuran
Rangkailah peralatan seperti dalam
gambar pengukuran disamping. Atur
FG pada gelombang sinus dan
frekuensi 1kHz. Amplitudo FG diatur
200mVpp (di ubah bila bentuk
gelombang keluarannya cacat). Atur
tegangan catu seperti tabel, ubah
frekuensi FG seperti dalam tabel.
Lengkapilah tabel pengukuran.
Tabel II Tanggapan frekuensi
Us = 15 Volt
Ui = 200 mVpp
frek (Hz) Uo (Vpp) 20 log
Uo
Ui
20 log
Uo
Uo (1 KHz)
10
20
50
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
frek (Hz) Uo (Vpp) 20 log
Uo
Ui
20 log
Uo
Uo (1 KHz)
50
100
200
500
1k
2k
5k
10k
20k
100k
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
51
3.4. Pengukuran Kualitas Penguat Suara
Untuk dapat meletakkan suatu penguat dalam suatu kelas mutu, harus mengetahui data tekniknya. Biasanya pembuat peralatan menyertakan data-data teknik antara lain untuk sebuah penguat suara, berikut diuraikan data-data yang harus ada pada penguat akhir/daya :
 Faktor cacat
 Cacat intermodulasi
 Daerah pemindahan (tanggapan frekuensi)
 Perbandingan sinyal ke desis
 Cakap silang
 Keseimbangan kanal
 Daya keluaran
 Lebar band daya
 Faktor redaman (damping)
Berikut ini hanya akan dibahas untuk poin ke 3 terakhir, karena yang lainnya sudah dibahas pada bab penguat depan. Dalam pengukurannya semua harus dilakukan pada penguat akhir ini juga. 3.4.1. Daya keluaran Besaran pengenal daya keluaran dibedakan dalam dua pengertian a. Daya keluaran nominal Disebut pula daya terus menerus sinus, daya sinus atau daya terus menerus .
Penguat suara dikendalikan hingga mencapai faktor cacat nominal dengan frekuensi 1000 Hz selama paling tidak 10 menit pada temperatur sekitar 15oC sampai 30o. Tegangan catu daya harus stabil, perubahan yang dibolehkan maksimum 1 %
52
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
b. Daya musik
Disebut juga daya maksimum sesaat, adalah daya yang dapat diberikan oleh
penguat dalam waktu yang pendek, dengan faktor cacat tidak boleh melebihi
batas nominalnya.
a
a
R
U
P
2

3.4.2. Lebar band daya (power bandwidth)
Lebar band daya adalah daerah frekuensi, padanya dicapai daya keluaran
nominal separuh harga nominal dengan cacat maksimum seperti faktor cacat
yang dibolehkan. Pengukuran sama seperti mengukur daerah pemindahan,
dengan patokan penguat dikendalikan sampai daya nominal pada frekuensi 1
kHz (sebagai 0 dB)
Pa
f
100%
50%
lebar band daya
pada cacat 1%
Ua
1 0dB
0,7 -3dB
0
Gambar 3.13. Lebar band daya
3.4.3. Faktor redaman (dumping factor)
Faktor redaman besarnya tergantung dari tahanan penguat dan tahanan beban
nominal. Faktor redaman harus sebesar mungkin sehingga loudspeaker teredam
dengan kuat dan dengan demikian getaran yang tidak diinginkan tertekan.
Pengukuran diperlihatkan gambar dibawah
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
53
G v
Ra
U2
Ze
Penguat yang
diukur
U1
Gambar 3.14. Tata cara pengukuran
Ra Ra
U1 - U2
U2
redaman =
Ra
R1

Faktor
R1 = tahanan dalam penguat (dari keluaran)
U1 = tegangan keluaran beban kosong
U2 = tegangan keluaran berbeban
54
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
4. Instalasi Sistem Audio Paging KOMPETENSI INTI (KI-3)
KOMPETENSI INTI (KI-4)
Kompetensi Dasar (KD): 4. Merencanakan & menerapkan instalasi sistem audio paging
Kompetensi Dasar (KD): 10. Menguji instalasi sistem audio paging
Indikator: 4.1. Memahami ambang batas gangguan (tingkat kebisingan) lingkungan sekitar 4.2. Merencanakan kebutuhan daya, tata letak dan jumlah loudspeaker yang akan digunakan. 4.3. Menjelaskan sistem paging suara tegangan standar 4.4. Merencanakan daya akustik sistem paging tegangan standar.
Indikator: 4.1. Mendimensikan ambang batas gangguan (tingkat kebisingan) lingkungan sekitar 4.2. Mendimensikan kebutuhan daya, tata letak dan jumlah loudspeaker yang akan digunakan. 4.3. Melakukan instalasi sistem paging suara fasilitas umum tegangan standar. 4.4. Menguji kualitas dan daya akustik sistem paging tegangan standar
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
55
4. Instalasi Sistem Audio Paging
Masalah utama dalam perencanaan sistem penyuaraan umum ( Pubblic Address / PA ) adalah bising dan karakteristik tempat dimana sistem akan diinstalasi.Bising dapat di bedakan menjadi dua jenis yaitu bising yang berasal dari dalam gedung sendiri dan dari luar gedung . Bising dalam gedung dapat dari suara sistem penyejuk ruangan, orang bicara, suara mesin atau apa saja yang terjadi dalam gedung sedang bising luar gedung bisa jadi bisingnya lalu lintas , aliran air, ombak laut atau apa saja yang terjadi dimanan itu berada . Bising ini dari waktu-kewaktu dapat berubah-ubah. Karakteristik akustik akan menjadi problem jika sistem penyuaraan umum diinstal dalam gedung . Faktor utamanya adalah pengulangan ( reverberation ) dan gema ( echo ).
4.1.Bising dan Tekanan Bunyi Loudspeaker
Jika level bising (noise) lebih tinggi dari level bunyi yang keluar dari loudspeaker maka bunyi dari loudspeaker tidak dapat didengar . Perbedaan level bunyi yang dibutuhkan antara bunyi loudspeaker (loudspeaker) dan level bising bervariasi tergantung dari jenis dan derajad dari bising, tetapi untuk perbedaan tekanan bunyi antara 6 dB sampai 10 dB sudah cukup untuk digunakan dan sekitar 3 dB cukup untuk digunakan sebagai musik latar belakang atau program musik lainnya . Sebagai patokan tabel I berikut memperlihatkan level bising pada tempat yang berlainan.
56
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
TABEL I Tempat Level (dB)
Dekat mesin jet
120
Bawah jembatan kereta api
100
Persimpanagan jalan
80
Bising kantor
60
Daerah pemukiman
40
Daun dihembus angin
20
Bunyi terdengar minimum
0
Catatan : Secara umum level bising tinggi pada frekuensi rendah dan rendah pada frekuensi tinggi. Level bising diukur dengan meter bising (noise meter/sound level meter) dan diukur dalam WRMS.
Tekanan Bunyi Keluaran Speaker dan Pelemahan Bunyi.
4.1.1. Tekanan bunyi keluaran
Tekanan bunyi keluaran termasuk dalam spesifikasi loudspeaker, dimana memperlihatkan kuat suara yang dapat diproduksi oleh loudspeaker. Tekanan bunyi keluaran diukur dengan cara loudspeaker dicatu dengan sinyal 1Watt frekuensi 1kHz sinus dan bunyi diukur dengan jarak 1 meter dari loudspeaker.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
57
Gambar 1. Pengukuran level bunyi loud speaker (atas), contoh
alat ukur (kanan)
Contoh alat ukur
Sound
Levelmeter
Tabel berikut contoh tekanan bunyi keluaran beberapa jenis loudspeaker
TABEL II
Jenis loudspeaker Tekanan bunyi keluaran
Loudpseaker lagit-langit 85dB - 93dB
Loudspeaker Gimnasium Column 90dB - 106dB
Loudspeaker Corong/Horn 95dB - 110dB
Tabel berikut memperlihatkan penambahan bunyi bila loudspeaker dicatu dengan
daya lebih dari 1 watt
58
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
TABEL III Masukan speaker tekanan bunyi penambahan Masukan speaker tekanan bunyi penambahan
1 watt
0 dB
16 watt
12 dB
2 watt
3 dB
20 watt
13 dB
3 watt
5 dB
25 watt
14 dB
4 watt
6 dB
30 watt
14.8 dB
5 watt
7 dB
32 watt
15 dB
6 watt
8 dB
40 watt
16 dB
7 watt
8.5 dB
50 watt
17 dB
8 watt
9 dB
60 watt
17.6 dB
9 watt
9.5 dB
70 watt
18.5 dB
10 watt
10 dB
80 watt
19 dB
13 watt
11 dB
90 watt
19.5 dB
15 watt
11.8 dB
100 watt
20 dB
Setiap masukan dua kali lipat memberikan penambahan 3 dB
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
59
Contoh :
1. Sebuah loudspeaker mempunyai tekanan bunyi keluaran sebesar 92 dB (1m, 1Watt) bila diberi masukan sebesar 3 watt maka tekanan bunyi yang dihasilkan
92 dB + 5 dB = 97dB.
2. Berapa watt yang harus diberikan pada masukan loudspeaker bila tekanan bunyi keluaran loudspeaker 95 dB dan diperlukan bunyi dengan tekanan 106 dB ?
Jawab : Tekanan bunyi keluaran loudspeaker 95 dB dianggap sama dengan standar 0 dB. Maka bunyi dengan tekanan 106 dB maka level bunyi yang harus ditambahkan = 106 dB - 95 dB = 11dB Sesuai dengan tabel bahwa 11dB mempunyai masukan sebesar 13 watt. Tekanan bunyi yang sama dapat diperoleh dengan penguat yang berdaya lebih rendah bila loudspeaker yang digunakan mempunyai efisiensi yang lebih besar. Sebagai contoh loudspeaker pertama mempunyai tekanan bunyi keluaran sebesar 87 dB, loudspeaker kedua mempunyai tekanan bunyi keluaran sebesar 90 dB. Untuk memperoleh tekanan bunyi 90 dB pada 1 meter loudspeaker pertama memerlukan masukan 2 watt dan yang kedua hanya 1 watt saja. Bila sinyal 1 watt dicatukan pada dua loudspeaker yang mempunyai tekanan bunyi keluaran 90 dB maka akan dihasilkan bunyi sebesar 93 dB (bertambah 3 dB). Ini lebih menguntungkan bila diinginkan bunyi 93 dB dengan loudspeaker 90 dB diperlukan masukan 2 watt. Jika hal di atas untuk tiga loudspeaker maka akan diperoleh kalau loudspeaker dicatu dengan 3 watt. Tabel berikut memperlihatkan tekanan bunyi bila dua loudspeaker atau lebih yang memiliki kapasitas yang sama diinstal pada tempat yang sama.
60
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
TABEL IV Jumlah loudspeaker Penambahan tekanan bunyi Jumlah loudspeaker Penambahan tekanan bunyi
1
0 dB
3
5 dB
2
3 dB
4
6 dB
Selain hal-hal yang telah diperhitungkan diatas, perhitungan bunyi harus ditambah dengan faktor puncak. Hal ini untuk menghindari terjadinya cacat bila sinyal informasi mengalami kenaikan amplitudo secara insidental. Untuk pembicaraan dan latar belakang musik faktor ini antara 6-10 dB dan untuk musik sampai 20 dB. Tekanan bunyi yang diperlukan = Level bising + Beda tekanan bunyi yang diinginkan + Faktor puncak
4.1.2 Pelemahan Bunyi
Tekanan bunyi keluaran loudspeaker dapat berkurang dengan bertambahnya jarak. Kuat suara berkurang secara proporsional dengan kuadrat jaraknya. Tabel berikut memperlihatkan pelemahan terhadap jarak dalam ruang bebas (out door) dengan faktor angin, pantulan, tekanan udara, temperatur dan sebagainya tidak diperhitungkan TABEL V Jarak (meter) Pelemahan (dB) Jarak (meter) Pelemahan (dB) Jarak (meter) Pelemahan (dB)
1
0
14
23
50
2
6
15
23.5
56
35
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
61
Jarak (meter) Pelemahan (dB) Jarak (meter) Pelemahan (dB) Jarak (meter) Pelemahan (dB)
3
9.5
18
60
35.5
4
20
64
5
14
22
70
37
6
15.5
25
28
80
38
7
17
28
29
90
39
8
18
30
29.5
100
40
9
19
32
30
150
43.5
10
20
36
31
200
46
11
21
40
32
300
49.5
113
22
45
33
400
52
Pelemahan bertambah 6 dB setiap penambahan jarak 2 kali lipat Pelemahan bunyi dalam ruangan (in door) lebih rendah dibanding di luar ruangan hal ini tergantung dari karakteristik akustik ruangan. Secara umum sistem penyuaraan umum dirancang dengan pelemahan suara dalam ruangan bebas digunakan sebagai patokan dan digunakan sebagai faktor puncak. Pelemahan bervariasi tergantung pula dengan frekuensi, pada frekuensi tinggi pelemahan lebih besar dibanding dengan frekuensi rendah Contoh Penentuan Daya
Berapa daya yang harus di masukan pada speaker dari sistem PA dalam sebuah kantor yang mempunyai level bising 60 dB beda tekanan bunyi 6 dB dengan
62
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
faktor puncak 10 dB speaker dipasang pada langit-langit dengan tinggi langit-langit 2.7 meter dan titik dengan 1 meter dari lantai. Sudut bukaan speaker yang digunakan 900. Penyelesaian : Langkah 1
Tekanan bunyi yang diperlukan =
Level bising+Faktor Puncak+Beda tekanan bunyi yang diinginkan
=
60 + 10 + 6
=
76 dB
Langkah 2 Tekanan bunyi yang diinginkan pada titik dengar 76 dB dengan jarak 1.7 meter dari speaker terdapat redaman sebesar 5 dB berarti diperlukan
tekanan bunyi speaker =
Tekanan Bunyi yang diperlukan + Pelemahan pada jarak yang dimaksud
=
76 + 5
=
81 dB
Langkah 3
Untuk meratakan tekanan bunyi keseluruh ruangan dengan level bunyi yang rata-rata sama maka perlu dipasang beberapa speaker. Karena sudut bukaan penyebaran speaker 900 maka
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
63
jarak antar speaker adalah = 2 x (2.7 m - 1 m)
= 3.4 m  diambil 3 meter
Langkah 4
Pemilihan speaker model langi-langit disesuaikan estetika dan dipadukan dengan
desain interior ruangan . Misalnya dipilih speaker dengan model panel tertentu
dan mempunyai tekanan bunyi keluaran 92 dB (1M, 1W) maka untuk speaker
cukup dicatu dengan daya 0.1 watt.
Latihan
1. Jelaskan yang dimaksud dengan bising
.................................................................
2. Bising dapat di bedakan menjadi dua jenis yaitu
....................................................
a. ....................................................................................
b. ....................................................................................
3. Di ketahui daya masukan pada speaker sebesar 8 watt, berapakah tekanan
bunyi penambahan yang terjadi
64
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
.............................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 4. Berapa watt yang harus diberikan pada masukan loudspeaker bila tekanan bunyi keluaran loudspeaker 75dB dan di perlukan bunyi dengan tekanan 90 dB ? ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. .......................................................................................................................... 5. Berapakah pelemahan yang terjadi pada tekanan bunyi yang mempunyai jarak 4 m ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. .................................................................................................................................
.................................................................................................................................
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
65
.................................................................................................................................
......
4.3. Penghantar
4.3.1. Tahanan Penghantar
Sebuah penghantar tahanan yang dipengaruhi oleh jenis bahan, luas
penampang (A) , panjang penghantar serta temperatur. Semakin panjang
penghantar dan semakin kecil luas penampang sebuah penghantar akan
memperbesar nilai tahannya. Tahanan jenis bahan penghantar (P) adalah
merupakan pengaruh bahan terhadap nilai tahanan penghantar. Dimana nilai
tahanan jenis ini terpengaryh oleh temperatur sekelilingnya.
R =
.l
A

R = Tahanan penghantar dalam
I = Panjang penghantar dalam meter
A = Luas penampang dalam mili meter persegi (mm )
= Tahanan jenis bahan dalam
2
2



mm
m
Berikut tabel tahanan jenis dari beberapa bahan murni dan berlaku hanya pada
temperatur 200 C
Bahan Murni Simbol 
Aluminium Al  0,029
Besi Fe 0,096
Emas Au 0,24
Germanium Ge  890
66
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Perak Ag  0,0163
Platina Pt 0,108
Silikon Si  1000
Tembaga Cu  0,0175
Contoh :
Berapa besar tahanan dari penghantar berpenampang 1 mm2 yang panjangnya
100 meter pada temperatur 200 C ? PADA MATERIAL SILICON
4.3.2. Pengaruh Tahanan Penghantar Penghantar
Penghantar sangat pendek
menghubungkan beban ke sumber daya
maka :
UL = US
Karena tahanan penghantar sangat kecil
Penghantar cukup panjang
menghubungkan beban ke sumber daya
maka :
Us = 12 V
Lampu 21 watt/12V
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
67
UL = lebih kecil dari pada Us
Karena terdapat drop tegangan pada
tahanan penghantar
Hal seperti yang digambarkan di atas akan terjadi pula pada sistem audio
semisi kita menginstal sistem dimana Loudspeaker jauh letaknya dari
perangkat penguatnya. Maka kabel yang digunakan harus mempunyai
tahanan sekecil sehingga rugi tegangan di penghantar akan semakin kecil.
Berapa daya yang terbangkit di loudspeaker bila UA = 12 Veff , ZLS = 8 
dan penghantar tembaga berpenampang 0.14 mm2 panjag 50 m yang
digunakan ?
…………………………………………...............................................................
.....
68
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
........................................................................................................................
......
........................................................................................................................
......
4.3.2. Kapasitas Penghantar
Diantara penghantar seperti terlihat pada gambar di atas akan terbangkit
medan listrik bila diantara keduanya terdapat beda potensial, bentuk
penghantar dan letak keduanya menentukan proses garis medan listrik.
Prinsip di atas memperlihatkan efek kapasitor, didalam data penghantar
(kabel) dicantumkan pula nilai kapasitansi dalam satuan panjang tertentu.
Misalnya 100pF/100m atau 235pF/ 100m. Karena nilainya yang cukup kecil
dimungkinkan tidak akan berpengaruh pada frekwensi suara.
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
69
4.4. Penyesuaian Tegangan Konstan
Keuntungan: Dalam teknik penyuaraan profesional dalam penguat daya terdapat yang dinamakan keluaran tegangan konstan. Keluaran tegangan konstan ini memudahkan penyesuaian loudspeaker dengan daya yang berbeda-beda pada pengeluaran penguat dan memungkinkan menyesuaikan pembagian daya penguat dengan karakteristik akustik ruangan. Hal ini dapat kita persamakan dengan tegangan jala-jala PLN dan loudspeaker sebagai pemakai dengan daya yang berbeda-beda disambungkan pada pengantar catu loud speaker sedang penguat daya sebagai “pembangkitnya”. Dalam norma disepakati tegangan keluaran sebesar 50 , 70 dan 100 V. Jumlah impedansi keseluruhan tidak boleh lebih kecil dari tahanan keluaran penguat. Kelebihan lainnya adalah dengan tingginya tegangan kerja maka penghantar dapat dipakai yang lebih kecil dibandingkan pada sistim tegangan rendah, juga berarti kerugian daya pada loudspeaker yang jauh dapat dihindari. Gambar 1 Peletakan Loudspeaker berjarak 100m
Jika penguat pada Gambar 1 mengeluarkan tegangan 10Vef, maka tegangan pada loudspeaker akan sebesar : ..........................................................................................................................................................................................................................................
70
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Gambar 2. Contoh pemasangan 4.4.1. Tegangan Konstan 50/70/100V Tegangan konstan antara 50/70/100, yang 50 akan mempunyai kebaikan berdasarkan keamanan, karena tegangan belum begitu tinggi sehingga aman untuk manusia. Perbedaan pengambilan daya antara 100V dan 70V berkisar antara 3 dB atau 50%, ini berarti pada pengubahan dari tegangan keluaran konstan 100 V ke 70 V dapat dipasang jumlah loudspeaker dua kali lipat dengan daya yang sama ( pembagian bunyi dipasang dengan porsi yang lebih kecil ). Untuk perubahan dari
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
71
100 V ke 50 V beban loudspeaker akan terenduksi seperempatnya, jadi akan
dapat dipasang jumlah loudspeaker empat kali lipat lebih banyak.
Dengan tegangan konstan tegangan tidak tergantung oleh pengambilan daya
keluaran sampai seharga keluaranm tegangan nominal penguat.
Dengan pemilihan tegangan konstan terutama 70 V dan 100 V dalam
pemasdangan perlu memperhatikan aturan-aturan seperti halnya pada
pemasangan listrik.
4.4.2 Penyesuaian Loudspeaker pada Keluaran Tegangan Konstan
0
8
P
(Watt)
Z
(Ohm)
U
(volt)
Z = u2/p
Z = impedansi primer
U = tegangan konstan
P = daya dalam watt (VA) dimana
U = 50,70 atau 100 V
Gambar 2 Transformator Matching
Untuk impedansi sekunder disesuaikan loudspeaker.
72
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
Tabel impedansi (dibulatkan) dihitung dengan rumus diatas.
Daya 50V 70V 100V
0,5 W 5 k 10 k 20 k
1 W 2,5 k 5 k 10 k
2 W 1,25 k 2,5 k 5 k
5 W 500  1000  2 k
10 W 250  500  1000 
50 W 50  100  200 
100 W 25  5  100 
Untuk transformator yang dapat diubah untuk dapat menyesuaikan dengan
akustik ruang sebagai patokan digunakan pada pengaturan maksimumnya.
6W
1/4
12,5W
1/2
25W
penuh
100V 0 0
100V 8
6W
0 0
100V 8
6W
Gambar 3 Attenuator ( Volume Control)
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO
73
Latihan
1. Mengapa jumlah impedansi keseluruhan beban penguat tidak boleh lebih
kecil dari impedansi penguat sendiri ?
2.
Diketahui se[erti gambar , U = 50 Volt
P = 5 Watt
Hitunglah impedansi primer Z bila dianggap transformator penyesuai ideal
(tanpa kerugian).
3.
Diketahui U = 70 Volt
Z = 500 
Berapakah daya speaker, jika transformator penyesuai impedansi ideal ?
74
PEREKAYASAAN SISTEM AUDIO