Laporan Implementasi Filter IIR untuk Pemrosesan Sinyal Audio

LAPORAN
PENGOLAHAN SINYAL DIGITAL
Implementasi Filter IIR untuk Pemrosesan Sinyal Audio
Dosen Pengampu : Tonny Suhendra, S.T., M.Cs
Disusun Oleh :
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN TEKNOLOGI KEMARITIMAN
UNIVERSITAS MARITIM RAJA ALI HAJI
TANJUNGPINANG
2024/2025
DAFTAR ISI
BAB I
PENDAHULIAN
1.1 Latar Belakang
Dalam dunia teknologi modern, pemrosesan sinyal audio digital telah berkembang pesat dan
menjadi elemen penting dalam berbagai aplikasi, mulai dari perangkat telekomunikasi hingga
sistem multimedia. Pemrosesan ini memungkinkan manipulasi sinyal audio untuk tujuan tertentu,
seperti peningkatan kualitas suara, pengurangan noise, atau pemisahan frekuensi untuk analisis
lebih lanjut. Salah satu teknik yang digunakan secara luas dalam pemrosesan sinyal audio adalah
penggunaan filter digital. Filter ini bertugas untuk memodifikasi sinyal berdasarkan kebutuhan
spesifik, seperti meningkatkan kejernihan atau menghilangkan gangguan pada sinyal.
Di antara berbagai jenis filter digital, filter Infinite Impulse Response (IIR) menonjol karena
kemampuannya dalam menghasilkan filter dengan performa tinggi dan efisiensi komputasi yang
lebih baik dibandingkan dengan filter Finite Impulse Response (FIR). Filter IIR dapat menangani
berbagai spektrum frekuensi dengan lebih efisien, sehingga sangat cocok digunakan dalam aplikasi
audio yang membutuhkan pemrosesan sinyal dalam waktu nyata. Keunggulan inilah yang
menjadikannya pilihan utama dalam banyak sistem audio digital, mulai dari perangkat rekaman
hingga sistem komunikasi suara.
Namun, meskipun filter IIR menawarkan banyak keunggulan, penerapannya dalam pemrosesan
sinyal audio tidaklah sederhana. Salah satu tantangan terbesar adalah bagaimana menyesuaikan
parameter filter agar sesuai dengan karakteristik sinyal audio yang diproses. Setiap jenis sinyal
audio memiliki sifat dan kebutuhan yang berbeda, seperti frekuensi dominan atau tingkat noise
yang ada dalam sinyal tersebut. Oleh karena itu, penyesuaian parameter filter IIR harus dilakukan
secara cermat agar filter dapat memberikan hasil yang optimal, sesuai dengan karakteristik sinyal
yang diinginkan.
Selain itu, stabilitas sistem juga menjadi faktor penting dalam implementasi filter IIR. Karena
filter IIR memiliki umpan balik dalam strukturnya, kesalahan dalam penentuan parameter dapat
menyebabkan ketidakstabilan, yang berujung pada distorsi atau bahkan kerusakan sinyal. Dalam
pemrosesan audio, hal ini dapat menyebabkan degradasi kualitas suara yang signifikan, seperti
munculnya noise berlebihan atau ketidakakuratan dalam representasi sinyal asli. Oleh karena itu,
pemeliharaan stabilitas filter menjadi tantangan penting yang harus diperhatikan dengan seksama.
Menghadapi tantangan-tantangan tersebut, penelitian mengenai implementasi filter IIR dalam
pemrosesan sinyal audio sangat penting. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi metode
yang tepat dalam menyesuaikan parameter filter, menjaga stabilitas sistem, serta mengoptimalkan
kualitas sinyal yang dihasilkan. Dengan memahami dan mengatasi tantangan tersebut, diharapkan
filter IIR dapat diterapkan secara efektif untuk berbagai kebutuhan pemrosesan audio, mulai dari
pengurangan noise hingga pemisahan frekuensi yang lebih presisi.
1.2 Rumusan Masalah
Implementasi filter IIR menghadirkan berbagai tantangan, seperti penyesuaian parameter filter
agar sesuai dengan karakteristik sinyal, pemeliharaan stabilitas sistem, dan pengoptimalan kualitas
sinyal keluaran. Mengingat kompleksitas tersebut, penelitian ini difokuskan pada rumusan
masalah: Bagaimana cara mengimplementasikan filter IIR secara efektif dalam pemrosesan sinyal
audio digital?
1.3 Tujuan
Dengan tujuan ini, penelitian akan mengeksplorasi cara menyesuaikan parameter filter untuk
menghasilkan keluaran sinyal yang sesuai dengan karakteristik yang diinginkan, menjaga stabilitas
filter, dan meningkatkan kualitas sinyal. Diharapkan hasil dari penelitian ini dapat memberikan
panduan yang jelas bagi aplikasi filter IIR dalam berbagai konteks pemrosesan audio, seperti
pengurangan noise, peningkatan kejernihan sinyal, dan pemisahan frekuensi tertentu.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pemrosesan Sinyal Audio
Pemrosesan sinyal audio adalah suatu teknik yang digunakan untuk mengubah, mengolah, atau
menganalisis sinyal audio agar mencapai kualitas yang diinginkan. Proses ini melibatkan berbagai
metode, seperti penghilangan noise, penajaman sinyal, serta pemisahan komponen frekuensi. Salah
satu tujuan utama pemrosesan sinyal audio adalah untuk meningkatkan kualitas suara dan
memastikan bahwa sinyal audio yang dihasilkan bebas dari gangguan yang mengurangi kejernihan
atau kualitas pendengaran. Berbagai metode pemrosesan sinyal audio digital dapat diterapkan
melalui algoritma yang mengubah data audio dalam domain waktu atau frekuensi.
2.2 Filter Digital
Filter digital adalah alat yang digunakan untuk memanipulasi sinyal digital dengan cara
mengubah atau mengontrol komponen frekuensinya. Filter ini dapat dibagi menjadi dua kategori
utama, yaitu Filter Finite Impulse Response (FIR) dan Filter Infinite Impulse Response (IIR).
Kedua jenis filter ini memiliki karakteristik dan aplikasi yang berbeda. Filter FIR lebih mudah
dianalisis dan lebih stabil karena tidak memiliki umpan balik, namun filter IIR sering lebih efisien
dalam hal penggunaan sumber daya komputasi, sehingga lebih sering digunakan dalam
pemrosesan sinyal audio yang memerlukan respons frekuensi yang lebih kompleks.
2.3 Filter IIR (Infinite Impulse Response)
Filter IIR adalah jenis filter digital yang menggunakan umpan balik (feedback) dalam struktur
filter-nya, yang berarti bahwa keluaran filter pada suatu waktu bergantung pada nilai keluaran
sebelumnya. Filter IIR memiliki sifat respons impuls yang tidak terbatas (infinite), yang dapat
bertahan untuk waktu yang lama meskipun inputnya telah dihentikan. Keuntungan utama filter IIR
adalah kemampuannya untuk merealisasikan filter dengan urutan yang lebih rendah dibandingkan
dengan filter FIR untuk rentang frekuensi yang sama, sehingga menghasilkan efisiensi komputasi
yang lebih tinggi.
Namun, filter IIR juga memiliki tantangan dalam penerapannya, terutama terkait dengan
stabilitas. Karena adanya umpan balik dalam struktur filter, perubahan yang tidak tepat pada
koefisien dapat menyebabkan ketidakstabilan, yang mengakibatkan osilasi atau distorsi pada sinyal
output. Oleh karena itu, perancangan filter IIR membutuhkan perhatian khusus dalam memilih dan
menyesuaikan parameter filter agar sistem tetap stabil dan menghasilkan keluaran yang akurat.
2.4 Stabilitas Filter IIR
Stabilitas filter IIR adalah salah satu aspek paling penting dalam desainnya. Dalam filter IIR,
stabilitas sistem dipengaruhi oleh posisi pole dari fungsi transfer filter. Pole yang terletak di dalam
lingkaran unit dalam bidang kompleks memastikan bahwa filter stabil. Namun, jika pole filter
terletak di luar lingkaran unit, sistem menjadi tidak stabil dan akan menghasilkan osilasi yang tidak
diinginkan. Oleh karena itu, analisis stabilitas menjadi kunci dalam perancangan dan implementasi
filter IIR untuk menghindari distorsi sinyal yang disebabkan oleh ketidakstabilan.
2.6 Aplikasi Filter IIR dalam Pemrosesan Audio
Dalam konteks pemrosesan audio, filter IIR banyak digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti
pengurangan noise, pemisahan frekuensi, dan equalization. Penggunaan filter IIR dalam
pengurangan noise bertujuan untuk menghilangkan suara latar belakang yang tidak diinginkan
tanpa memengaruhi kualitas suara utama. Dalam aplikasi pemisahan frekuensi, filter IIR dapat
digunakan untuk mengekstrak frekuensi tertentu, seperti dalam pemrosesan suara vokal atau
instrumen musik. Equalizer audio, yang memungkinkan pengguna untuk menyesuaikan respons
frekuensi audio, sering menggunakan filter IIR untuk memodifikasi tingkat kekuatan frekuensi
tertentu dalam spektrum suara.
Melalui aplikasi filter IIR, kualitas sinyal audio dapat ditingkatkan, baik dengan cara mengurangi
noise maupun mengoptimalkan keseimbangan frekuensi dalam suara. Filter IIR memungkinkan
pemrosesan sinyal yang lebih cepat dan efisien, sehingga banyak digunakan dalam sistem audio
real-time seperti perangkat rekaman digital dan aplikasi audio berbasis perangkat keras.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan
NO
Alat dan Bahan
Jumlah
1
Laptop
1
2
Mikrofon atau Sumber Audio
1
3
Aplikasi Matlab
1
4
Filter IIR (dalam bentuk algoritma)
1
3.2 Flowchart
Mulai
Persiapkan Alat dan Bahan (Laptop, Mikrofon, Matlab, Filter IIR)
Input Sinyal Audio (Mikrofon/Sumber Audio)
Proses Sinyal dengan Matlab (Menggunakan Filter IIR)
Output Sinyal yang Diproses (Hasil Pemrosesan Audio)
Selesai
3.3 Langkah Kerja
1. Persiapan Alat dan Bahan

Siapkan laptop dengan spesifikasi yang memadai untuk menjalankan aplikasi
Matlab.

Pastikan mikrofon atau sumber audio yang digunakan terhubung dengan baik ke
laptop.

Instal aplikasi Matlab jika belum terpasang di laptop.

Siapkan algoritma Filter IIR dalam bentuk skrip Matlab atau persiapkan file untuk
implementasi.
2. Input Sinyal Audio

Hubungkan mikrofon atau sumber audio ke laptop melalui port yang sesuai.

Cek bahwa perangkat audio terdeteksi dengan benar oleh sistem dan aplikasi
Matlab.
3. Pengolahan Sinyal dengan Matlab

Buka aplikasi Matlab dan buat skrip baru untuk pemrosesan sinyal.

Tulis atau import kode algoritma Filter IIR dalam skrip Matlab.

Ambil sinyal audio dari mikrofon atau sumber audio dan masukkan ke dalam skrip
Matlab untuk diproses.
4. Implementasi Filter IIR

Terapkan filter IIR pada sinyal audio yang telah diinputkan. Filter ini bisa berupa
high-pass.

Sesuaikan parameter filter (seperti nilai cut-off, order filter) sesuai dengan
kebutuhan pemrosesan sinyal yang diinginkan.

Verifikasi hasil pemrosesan untuk memastikan filter memberikan efek yang
diinginkan, seperti pengurangan noise atau peningkatan kualitas suara.
5. Analisis dan Output Hasil

Tinjau hasil pemrosesan sinyal setelah diterapkan filter IIR. Dengar dan analisis
perubahan kualitas audio.

Simpan hasil output audio yang sudah diproses dalam format file audio (misalnya
WAV atau MP3).