BAB II DASAR TEORI Pada bab ini akan dijelaskan teori

BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini akan dijelaskan teori-teori yang mendasari perancangan sistem alat
efek gitar drive analog dengan sistem pengontrol digital.
Pada alat efek gitar drive analog dengan sistem pengontrol digital yang dirancang
digunakan untai analog yang berfungsi untuk mengolah sinyal elektrik gitar yang terdiri
dari untai pemenggal (clipper), untai ekualiser (equalizer), dan untai penguat
(amplifier). Sedangkan untuk sistem pengontrol digital terdiri dari potensiometer digital
sebagai varibel resistor pada untai analog yang dikendalikan oleh mikrokontroler.
2.1
Untai Pemenggal ( Clipper )
Untai pemenggal (clipper) berfungsi untuk memenggal atau menghilangkan
bagian puncak sinyal sinus (efek drive). Terdapat dua jenis pemenggalan sinyal dalam
efek drive gitar yaitu hard clipping dan soft clipping.
2.1.1 Hard Clipping
Sinyal gitar yang menggalami proses hard clipping akan menghasilkan
karakter suara yang disebut dengan distortion.
Gambar 2.1. Untai Hard Clipping Aktif
5
Gambar 2.2. Sinyal Hard Clipping
Pada untai hard clipping aktif terdapat rangkaian penguat dengan tujuan agar
Vo(tanpa dioda) dapat lebih besar dari tegangan buka dioda (Vdioda)≈0,7 V (Vo(tanpa dioda)
>0,7 Vp) sehingga sinyal tersebut dapat terpenggal oleh dioda. Pemenggalan
sinyal oleh untai hard clipping aktif dapat dirumuskan sebagai berikut.
Vo = Vdioda = 0,7 Vp = 1,4 Vpp
(1)
2.1.2 Soft Clipping
Sinyal gitar yang menggalami proses soft clipping akan menghasilkan
karakter suara yang disebut dengan overdrive.
Gambar 2.3. Untai Soft Clipping Aktif
6
Gambar 2.4. Sinyal Soft Clipping
Untai soft clipping aktif dapat bekerja jika selisih antara Vo(tanpa dioda) dengan Vs
lebih besar dari tegangan buka dioda (Vdioda)≈0,7 V (Vo(tanpa dioda) – Vs > 0,7Vp).
Oleh karena itu diperlukan rangkaian penguat agar sinyal dapat memenuhi syarat
tersebut dan sinyal dapat terpenggal oleh dioda. Pemenggalan sinyal oleh untai
soft clipping aktif dapat dirumuskan sebagai berikut.
Vo = Vs + Vdioda = (Vs + 0,7) Vp = (2Vs + 1,4) Vpp
2.2
(2)
Untai Ekualiser ( Equalizer )
Rangkaian ekualiser adalah sebuah rangkaian yang digunakan untuk mengatur
bati suatu pita frekuensi tertentu.
Gambar 2.5. Untai 3 Band Ekualiser Grafik
7
Untuk membuat rangkaian grafik ekualiser pada Gambar 2.5 diperlukan suatu
rangkaian RLC. Untuk mensimulatorkan rangkaian RLC digunakan rangkaian gyrator,
yaitu rangkaian yang berfungsi untuk memodelkan L yang terdiri dari R, C dan Op-amp
Gambar 2.6. Untai Gytator
L = R1 x R2 x CL
C=
Q=
(3)
(4)
[
/]
(5)
L=
F=
√ dimana
(6)
(7)
p = bandwith.
F = frekuensi resonansi.
Q = faktor kualitas.
Dari hasil subtitusi persamaan (6) ke persamaan (4) maka menghasilkan:
C=
(8)
( ) atau
L=
(9)
( ) 8
Gambar 2.7. Untai Ekualiser dengan Sebuah Pemodelan Filter Pemenggal
Frekuensi
Dari Gambar 2.7. dapat didapat persamaan
=
(10)
Potensiometer (Rp) berpengaruh terhadap penguatan ekualiser. Maka saat
potensiometer (Rp) berada dalam kondisi ekstrim dapat diperoleh max gain dan min
gain dengan menghilangkan masing-masing Rp2 atau Rp1 dari persamaan (10) maka
akan dipeloleh persamaan berikut :
=
=
(max gain)
(11)
(min gain)
(12)
9
2.3
Untai Penguat ( Amplifier )
Untai penguat berfungsi untuk menguatkan sinyal. Terdapat 2 jenis penguat sinyal
menggunakan operational amplifier (opamp) yaitu penguat inverting dan penguat noninverting.
2.3.1 Penguat Inverting
Gambar 2.8. Untai Penguat Inverting
"
Penguatan penguat Inverting = Av = − "1
2
(13)
2.3.2 Penguat Non-inverting
Gambar 2.9. Untai Penguat Non-inverting
Penguatan penguat Non-inverting = Av = 1 +
2.4
(14)
Mikrokontroler
Secara umum mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer mini yang di
dalamnya telah terdapat prosesor, RAM, dan ROM serta interface IO untuk
berhubungan dengan dunia luar. Mikrokontroler memiliki fungsi utama sebagai pusat
sistem kendali yang dapat diatur sesuai dengan keinginan pengguna. Pengaturan
tersebut dilakukan melalui algoritma yang ditanamkan pada mikrokontroler tersebut.
Saat ini, mikrokontroler telah mengalami kemajuan pesat, dahulu fitur mikrokontroler
hanya sebatas pada IO saja, kini untuk mikrokontroler jenis AVR telah memiliki
fasilitas yaitu sistem mikrokontroler RISC (Reduced Instruction Set Computing),
memiliki flash ROM yang cukup besar, memiliki ADC internal, terdapat timer yang
dapat digunakan sebagai penghasil PWM, terdapat jalur komunikasi serial, SPI dan I2C,
terdapat pula jalur interupsi, serta memiliki analog komparator.
10
2.4.1. Arduino Mega
Arduino Mega adalah modul mikrokontroler dengan spesifikasi sebagai
berikut:
Microcontroller
ATmega1260
Operating Voltage
5V
Input Voltage (recommended)
7-12V
Input Voltage (limits)
6-20V
Digital I/O Pins
54 (of which 15 provide PWM
output)
Analog Input Pins
16
DC Current per I/O Pin
40 mA
DC Current for 3.3V Pin
50 mA
Flash Memory
128 KB of which 4 KB used by
bootloader
SRAM
8 KB
EEPROM
4 KB
Clock Speed
16 MHz
Gambar 2.10. Arduino Mega
11
2.5
Potensiometer Digital
Potensiometer digital adalah sebuah komponen elektronik yang dikendalikan
secara digital yang memiliki fungsi analog seperti suatu potensiometer. Potensiometer
jenis ini sering dipakai untuk memotong dan mengukur sinyal analog oleh
mikrokontroler. Potensiometer digital ini biasanya digunakan untuk mengendalikan
piranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat dan sebagai pengendali
masukan untuk sirkuit elektronik. Potensiometer digital ini dikendalikan oleh protokol
digital SPI (Serial Peripheral Interface).
Suatu potensiometer digital memiliki step atau langkah. Jumlah step yang tersedia
menentukan resolusi potensiometer digital. Jumlah step dari potensiometer digital
biasanya ditandai dengan nilai bit, misalnya 8 bit setara dengan 256 step.
Tabel 2.1 di bawah ini merupakan nilai step atau langkah yang tersedia, termasuk
jumlah bit.
Tabel 2.1 Nilai Step dan Bit pada Potensiometer Digital
Bits
Steps
5
32
6
64
Urutan Step
7
8
128
256
9
512
10
1024
2.5.1. IC MCP42100
IC MCP42100 adalah salah satu komponen elektronika potensiometer
digital. IC MCP42100 memiliki nilai resistansi potensiometer 100 kΩ dengan
resolusi 8 bit sebagai pengganti pontensiometer mekanik, dalam 1 buah IC tipe
ini memiliki dua potensiometer digital.
Gambar 2.11. Potensiometer Digital MCP42100
12
2.6
Rotary Encoder
Rotary Encoder adalah suatu komponen elektro mekanis yang memiliki fungsi
untuk memonitoring posisi anguler pada suatu poros yang berputar. Dari perputaran
benda tersebut data yang termonitoring akan diubah ke dalam bentuk data digital oleh
rotary encoder yaitu berupa pulsa yang kemudian dihubungkan ke kontroler
(Mikrokontroler).
2.6.1. Keyes KY-040 rotary encoder
Keyes KY-040 rotary encoder adalah perangkat input rotary (dalam bentuk
knob) yang memberikan indikasi berapa banyak knob telah diputar dan arah mana
(CW/CCW) knob tersebut berputar. Perangkat ini biasanya digunakan untuk
mengontrol motor stepper dan motor
servo atau menggunakannya untuk
mengontrol perangkat seperti dalam bidang audio.
Gambar 2.12. Keyes KY-040 Rotary Encoder
2.7
LCD (Liquid Crystal Display)
LCD adalah layar penampil interface yang dapat digunakan dalam berbagai
aplikasi . LCD yang digunakan adalah LCD dengan ukuran 20x4, yaitu LCD yang dapat
menampilkan 20 karakter horizontal dan 4 karakter vertical.
Gambar 2.13. LCD 4x20
13
2.8
3PDT (3Pole Double Throw) Footswitch
3PDT (3pole double throw) footswitch adalah saklar yang berupa tombol atau
kenop yang cara penggunaanya dengan cara diinjak. Saklar ini mempunyai 3 pole
(kutub) yang masing-masing pole berisi 2 throw (lemparan ke kutub yang lainya).
Gambar 2.14. 3PDT (3Pole Double Throw) Footswitch
14