Tag Archives: telinga manusia

6.10 Arus Bias

Frekuensi tinggi mengandung energi lebih sedikit sehingga lebih sulit mempolarisasikan partikel pada pita. Ini terjadi ketika partikel belum bergerak sehingga membutuhkan energi yang lebih besar untuk mengalahkan inersianya agar menggerakkan partikel dari keadaan diam. Solusi terhadap fenomena ini adalah menerapkan energi magnetik pada saat partikel sudah dalam keadaan bergerak sehingga memudahkan polarisasinya. Untuk melakukan ini, kita menambahkan suatu arus bias kepada sinyal yang ingin kita rekam. Arus bias adalah arus dengan kandungan frekuensi tinggi yang melebihi daya dengar telinga manusia dan cukup kuat untuk menggerakkan partikel. Diagram berikut menunjukkan sinusoid dengan penambahan arus bias, dan sinyal yang dihasilkan dikirim ke recording head.

Gambar 6.9 Arus bias

Gambar berikut menunjukkan sudut pandang yang berbeda bagaimana arus bias menggerakkan sinyal suara dan memindahkannya ke zona linear pita.

Gambar 6.10 Arus bias dan karakteristik transfer pita magnetik

Arus bias bisa menjadi solusi yang efisien untuk menghapus pita magnetik. Jika kita menerapkan arus bias menggunakan daya magnet paling kuat (dengan menghindari kejenuhan), partikel pada pita terpolarisasi semuanya sehingga mengeliminasi informasi yang berhubungan dengan magnetisasi sebelumnya.

5.2 Equalizer

Equalizer adalah rangkaian yang mampu mengamplifikasi atau mengatenuasi rentang frekuensi tertentu dan membiarkan yang lain tetap utuh. Sekarang kita memiliki pengetahuan yang cukup untuk menerjemahkan kurva yang menggambarkan perilaku equalizer. Adalah grafik, yang diplot pada diagram amplitudo-frekuensi, kemudian dilipatgandakan oleh sinyal input untuk mendapatkan sinyal output (kita ingat sekali lagi bahwa X(f), Y(f), dan H(f) berada dalam domain frekuensi).

Dua contoh menjelaskan lebih lanjut.

  1. H(f) = konstan dan bernilai 1 untuk seluruh spektrum. Kita mendapatkan persamaan berikut:

    Y(f) 	= X(f)

    Dengan kata lain sinyal input tidak terpengaruhi oleh rangkaian sehingga output tidak mengalami perubahan

  2. H(f) = 1 untuk rentang frekuensi tertentu, dan lainnya 0:

    5_2_example_ideal_filterGambar 5.2 Contoh filter ideal

    Hasil Y(f) didapatkan dengan mengalikan X(f) dan H(f). Ketika H(f) sama dengan 0 kita mendapatkan Y(f) = 0. Ketika H(f) = 1, kita dapat Y(f) = X(f). Ini adalah contoh dasar dari filter band-pass ideal. Meski topik ini akan dibahas lebih detail, kita sudah bisa mulai melibat bagaimana fungsi transfer tipe ini memungkin kita mengekstrak rentang frekuensi tertentu dari sinyal input (antara 5 kHz dan 10 kHz pada diagram diatas).

    Filter ini disebut ideal karena pada kenyataannya tidak mungkin ada rangkaian dengan fungsi transfer yang sedemikian mendadak. Pada kenyataannya transisi terjadi secara gradasi dan kita akan melihat bagaimana laju meningkat seiring kompleksitas, dan juga harga, dari rangkaian meningkat. Ada beberapa macam equalizer, dan kita akan menganalisa equalizer yang paling penting pada bagian berikut:

5.2.1 Bell equalizer – Peak bell EQ

Transfer fungsi equalizer tipe ini ditunjukkan gambar berikut:

5_3_bell_equalizerGambar 5.3 Bell equalizer

Equalizer tipe ini memiliki 3 kendali:

  1. Gain (reduksi/amplifikasi – cut/boost)

    Bertindak atas amplitudo A dari bell yang bisa positif (amplifikasi) dan negatif (atenuasi). Amplifikasi maksimum adalah parameter yang bergantung kepada kualitas rangkaian: untuk mencapai 15 dB gain tanpa tambahan distorsi membutuhkan teknologi yang rumit. Pada umumnya kita temukan EQ tipe ini pada mixing desk channel. Semakin profesional kualitas mixer, semakin tinggi level gain yang bisa didapat melalui EQ peak tanpa tambahan distorsi. Pada mixer kualitas medium, level gain sekitar 12 dB (mengingat antara 12 dan 15 dB terdapat penggandaan sinyal dari segi elektrik, sehingga merupakan perbedaan yang signifikan).

  2. Cut frequency

    Ini adalah frekuensi yang memiliki gain tertinggi atau terendah pada bell. Umumnya dikendalikan oleh potentiometer sehingga memungkinkan bell ditempatkan tepat di tengah-tengah rentang frekuensi yang ingin kita ubah.

  3. Q-factor

    Ini adalah parameter yang mengukur amplitudo bell, dengan kata lain, amplitudo dari rentang frekuensi yang diamplifikasi (atau teratenuasi). Dihitung menggunakan formula:

    Q = \frac{f_c}{relative bandwidth}

    dimana relative bandwidth diukur pada 3 dB dibawah peak (lihat diagram sebelumnya). Q-factor bekerja independen dari rentang frekuensi yang terlibat. Hal ini terlihat jelas melalui contoh numerik, mengingat bahwa rentang frekuensi logaritmik. Antara 20 dan 100 Hz lebar dari relative band adalah 80 Hz. Jika kita bergerak ke rentang lebih tinggi, I.e 10000 Hz, bell akan meliputi rentang antar 9960 dan 10040 Hz. Dengan kata lain, kita mendapatkan bell yang sangat sempit (yang mustahil direproduksi karena alasan fisik sederhana).

    Jadi, jika kita mempertahankan rentang relatif dari bell dan jika, dengan kendali frekuensi tengah, kita memindahkan filter sepanjang spektrum frekuensi, bell akan menyempit semakin kita mencapai frekuensi tinggi dan melebar semakin rendah frekuensi. Kita menginginkan rentang relatif dari bell konstan setelah ditentukan nilainya, maka kita menambahkan frekuensi tengah kepada formula Q-factor sebagai faktor normalizing.

    Sekarang kita lihat melalui contoh numerik bagaimana kuantitas yang terlibat berubah (w = relative bandwidth):

    Jika fc = 100 Hz dan w = 40 Hz yang berarti bell memiliki pengaruh pada rentang frekuensi relatif 80 – 120 Hz

    kita mendapatkan

    jika fc = 10000 Hz dan Q = 2,5

    kita mendapatkan: yang berarti rentang antara 8000 – 12000 Hz

    Disini terlihat jelas bahwa w harus berubah jika bentuk bell ingin dipertahankan sepanjang spektrum frekuensi (karena telah ditetapkan Q-factor yang konstan). Karena fC telah digandakan, mempertahankan Q-factor yang sama, rentang juga harus digandakan, dengan cara ini bentuk bell tetap utuh (kita tidak lupa bahwa frekuensi direpresentasikan secara logaritmik untuk mendapatkan representasi lebih tepat akan cara telinga manusia mendengar suara. Dengan frekuensi rendah perbedaan 20 Hz relevan, sedangkan pada frekuensi tinggi perbedaan 200 Hz menjadi tidak relevan).

5.2.2 Shelf equalizer – Shelving EQ

Equalizer tipe ini digunakan untuk mengendalikan ujung ekstrim dari spektrum frekuensi suara yang dapat didengar, memiliki dua kendali standar:

  1. Cut-off requency (roll-off): dihitung pada titik dimana kurva gain jatuh 3 dB dari nilai maksimumnya

  2. Gain: menerapkan amplifikasi atau atenuasi sinyal diatas cut frequency

5_4_shelf_equalizerGambar 5.4 Shelf equalizer

5.2.3 Parametric equalizer

Full parametric: adalah memungkinkan untuk memodifikasi ketiga kuantitas pada bell equalizer: central frequency (fC), gain (A), Q-factor (Q). Mixer profesional memiliki 4-band parametric equalizer pada setiap channel.

  1. Semi parametric: Q-factor tetap. Bentuk bell tetap (umumnya Q ditetapkan pada nilai 1,5)

  2. Peak: nilai fC dan Q tetap dan hanya gain yang bisa diubah. EQ ini merupakan yang termurah di pasar dan terpasang pada mixer kualitas rendah.

Diagram berikut membandingkan bagian ekualisasi dari mixer kualitas rendah dengan mixer kualitas tinggi. Kita dapat melihat gain maksimum adalah 12 dB pada mixer pertama, dan 15 dB (bahkan 18 dB) pada yang kedua. Selebihnya, spektrum frekuensi dibagi menjadi 3 band (low, mid, dan high) pada mixer kualitas rendah, sedangkan pada mixer kualitas tinggi dibagi menjadi 4 band (low, mid-low, mid-high, high). Juga pada mixer kualitas tinggi, kurva gain dari low dan high bisa berupa bell atau shelf equalizer sehingga menyediakan fleksibilitas lebih tinggi.
5_5_equalizer_non_professional_mixer

Gambar 5.5 Equalizer pada mixer non-profesional

5_6_equalizer_professional_mixer

Gambar 5.6 Equalizer pada mixer profesional

5.2.4 Graphic equalizer

Graphic equalizer terdiri dari serangkaian single bell equalizer. Lebar dari bell bergantng kepada konteks rancangan equalizer.

Tabel 5.1 Klasifikasi graphic equalizer

Konteks kerja

Lebar bell

Jumlah band

Musician/Hi-Fi

1 oktaf

10

Semi profesional

1/2 oktaf

20

Profesional

1/3 oktaf

31

5.2.5 Active dan Passive Equalizer

Passive equalizer hanya menggunakan komponen pasif yang tidak membutuhkan arus sehingga tidak memunculkan peningkatan nyata dalam gain. Umumnya ketika gain berada pada puncaknya, amplitudo sinyal tidak berubah, sedangkan sinyal teratenuasi ketika gain dikurangi melalui potentiometer atau kursor. Kelemahan utamanya adalah passive equalizer menghasilkan sedikit kehilangan sinyal karena komponen pasif. Active equalizer menggunakan komponen aktif, seperti transistor dan memungkinkan peningkatan gain yang nyata. Namun, sebagai akibat rangkaian aktif maka tingkat distorsi dan noise lebih tinggi terjadi, meski ini hanya terjadi pada equalizer kualitas rendah. Diagram berikut membandingkan gain level dari active dan passive equalizer:

5_7_comparison_active_passiveGambar 5.7 Perbandingan antara active dan passive equalizer

3.9 Phonometer

3.9.1 dBspl meter

Umumnya phonometer memiliki mikrofon yang sangat sensitif dan terkalibrasi agar menangkap tingkat tekanan suara dengan respons yang sama seperti telinga manusia. Biasanya terdapat suatu tombol yang dapat mengubah respons terhadap suara, sehingga mengaktifkan sirkuit-sirkuit yang berbeda:

Circuit A: kurva respons dari sirkuit ini mewakili kurva isofonik telinga manusia pada 40 phons dan memungkinkan pengukuran tingkat tekanan suara menengah seperti pada pembicaraan normal. Pengukuran menggunakan sirkuit ini dinyatakan dalam dB-A.

Circuit B: kurva respons dari sirkuit ini mewakili kurva respons telinga manusia pada 70 phon. Ideal untuk mengukur tingkat tekanan antara 55 hingga 85 dBspl. Pengukuran menggunakan sirkuit ini dinyatakan dalam dB-B.

Circuit C: mengaktivasi suatu sirkuit dengan kurva respons yang rata. Ideal untuk mengukur nilai lebih dari 85 dBspl (terkadang ada sirkuit tipe D untuk mengukur tingkat tekanan suara yang sangat tinggi). Pengukuran menggunakan sirkuit ini dinyatakan dalam dB-C.

3.9.2 VU meter

Nilai 0 pada Vu meter selalu mengindikasi SOL, sehingga dalam peralatan profesional ini berarti +4 dBu (1,2V) sedangkan untuk Hi-Fi -10dBu (0,25V). Vu meter mengukur RMS (Root Mean Square) dari suatu signal, atau dengan kata lain nilai efektifnya, dan digunakan untuk peralatan analog, terutama untuk perekam. Meter ini tidak dirancang untuk mengukur semua transien dari sinyal dikarenakan inersia massa dari jarum penunjuknya.

3.9.3 PPM Meter

PPM adalah singkatan untuk Peak Program Meter, dan seperti namanya, memberikan pengukuran peak dari sinyal dan bukan nilai efektifnya. Meter ini mengikuti semua transien sinyal dan terutama digunakan mengukur sinyal digital. Unit pengukurannya adalah dBfs (dB Full Scale).

3.8 Rentang Dinamika

Rentang dinamika adalah interval terukur dalam dB (dB bergantung kepada konteks yang dibicarakan) antara level terendah dan tertinggi suatu sinyal audio. Di alam, suara memiliki dinamika tertentu. Hembusan angin memiliki dinamika yang rendah karena level tertinggi dBnya tidak berbeda dengan level keheningan suara. Contoh lain, dinamika suara yang dihasilkan angin topan jauh lebih lebar, dst. Selain daripada itu, akan selalu ada suara kebisingan latarbelakang, misal untuk lingkungan perkotaan yang ramai sekitar 30 dBspl. Jadi, suara yang memiliki level dBspl lebih rendah dari 30 dapat diabaikan karena tertutup oleh kebisingan latarbelakang sehingga tidak akan terdengar. Secara umum bisa dikatakan sebagian besar suara tidak melebihi 100 dBspl sehingga kita menggunakannya sebagai referensi SOL. Namun, dalam periode yang singkat terkadang terjadi level suara dengan intensitas tinggi yang kita anggap tidak lebih dari 120 dBspl (nilai ini berhubungan dengan ambang batas rasa sakit telinga manusia). Pada sisi kiri gambar berikut, kita bisa melihat skala dengan nilai-nilai ini:

Gambar 3.3 rentang dinamika

Perbedaan dalam dB antara SOL dengan kebisingan latarbelakang disebut signal to noise ratio (atau rasio sinyal terhadap suara) disingkat SNR, dan menyediakan pengukuran seberapa kencang suatu suara dibandingkan dengan latarbelakangnya. Perbedaan dB antara nilai maksimum dinamika dengan SOLnya disebut headroom. Jumlah dB antara headroom dan SNR memberikan kita rentang dinamika (lihat sisi kiri gambar di atas untuk mendapatkan gambaran lebih jelas). Setelah nilai fisik ini didefinisikan, kita bisa melihat ekivalen elektriknya pada sisi kanan gambar. Pertama kita perhatikan suara. Setiap peralatan elektronik menghasilkan suara (seperti suara termal dari peralatan elektronik atau suara putaran pita magnetik). Namun, kali ini terdapat suara elektronik sehingga kita mengukurnya dalam dBu (voltase) dan bukan dBspl (tekanan). Terdapat suara latarbelakang dengan tingkat -66 dBu ekivalen dengan 30 dBspl. SOL kita tetapkan pada +4 dBu (karena bekerja dengan peralatan profesional) ekivalen dengan 100 dBspl, dengan jumlah headroom 20 dBu agar tetap realistik.

Dengan beberapa perhitungan didapatkan SNR sebesar 70 dBu dan rentang dinamika 90 dBu. Dengan nilai ini, kita bisa dengan baik mereproduksi suara antara 30 dBspl dan 120 dBspl. Dengan kata lain rentang dinamika 90 dBspl. Bila kita asumsikan lagu-lagu kelab malam memiliki rentang dinamika maksimal 30 dB, bayangkan seberapa banyak yang bisa dilakukan dengan 100 dB.

Contoh yang baik adalah ketika merekam orkestra. Dalam hal ini terdapat dBspl yang sangat rendah pada bagian dimana hanya satu instrumen yang berbunyi, sampai ke level yang sangat tinggi ketika semua instrumen berbunyi mencapai klimaks. Dengan 90 dBu kita bisa merekam semua suara ini dengan intensitasnya yang bervariasi dan mendapatkan kejernihan yang sama.

Contoh yang lain adalah ketika merekam suatu lagu dimana penyanyi mungkin bertransisi dari bisikan yang intim hingga ke nyanyian lantang. Biasanya dipasang beberapa mikrofon dan preamplifier dipasang pada berbagai SOL, masing-masing dioptimasi untuk intensitas suara tertentu. Pada tahap mixing, semua bagian rekaman ini digabung untuk memastikan reproduksi suara memiliki konsistensi.

Sekarang kita memiliki pemahaman yang lebih baik dari tabel 3.2. Nilai SOL yang lebih besar, dan tingkat voltase yang lebih besar, memungkinkan rentang dinamik yang lebih besar karena jauh dari suara latarbelakang.

3.6 Kuantitas Elektrik dalam Desibel

Melihat bahwa dB mengukur persepsi kuantitas suara oleh telinga manusia, masuk akal untuk mengekspresikan dB sebagai kuantitas elektrik yang berhubungan dengan suara. Ukuran yang umum digunakan adalah sebagai berikut:

3.4.1 dBm (daya)

Awalnya digunakan untuk mengukur tingkat daya jalur telepon. Sirkuit yang digunakan untuk ruang lingkup ini memiliki impedansi 600Ω. Nilai referensi untuk daya adalah 1mW, sehingga:

Persamaan 3.8 dBm

dBm=10log\frac{P1}{0,001W}

Dari formula ini kita bisa menghasilkan ekivalen yang mengukur tegangan. Substitusi daya dengan tegangan yang didapatkan dari persamaan:
P=\frac{V^2}{R}

dan mendefinisikan:
R1=R2

kita mendapat:

dBm=10log\frac{\frac{V1}{R1}}{\frac{V2}{R2}}^2=20log\frac{V1}{V2}

Dapat kita lihat dalam formula ini untuk mendapatkan nilai dB dari nilai tegangan, faktor pengali logaritmiknya adalah 20. Oleh karena itu faktor pengali untuk daya adalah 10 sedangkan faktor pengali untuk tegangan adalah 20.

3.4.2 dBu (Voltase)

Nilai ini muncul dari kebutuhan, sebagai akibat dari kebutuhan untuk memasukkan sirkuit dengan nilai impedansi selain dari 600Ω. Huruf ‘u’ dalam dBu menyatakan kuantitas ‘unloaded’ atau tidak terbebani, dengan kata lain bebas dari impedansi. Untuk menghitung dBu, beban dihitung dalam nilai tegangan referensinya, yang bisa didapat dari perhitungan berikut:

P=\frac{V^2}{R}

sehingga

V=\sqrt{P*R}=\sqrt{0,001W*600 ohm}=\sqrt{0,6}=0,775V

tegangan ini mencakup nilai daya referensi 1mW dan nilai hambatan referensi 600Ω. Formulasi terakhir untuk menghitung dBu adalah:

Persamaan  3.9 dBu

dBm=20log(\frac{V}{0,775})

3.4.3 dBV (Voltase)

Dalam kasus ini nilai voltase referensi adalah 1 Volt sehingga formula berikut digunakan:

Persamaan 3.10 dBV

dBV=20log(\frac{V1}{1V}

3.4.5 dBfs (full scale)

Skala dB digital sedikit berbeda dalam hal menggunakan satuan dBfs dan memiliki nilai tertinggi 0 dBfs. Diatas nilai ini terjadi distorsi digital. Suara distorsi digital sangat berbeda dengan distorsi analog; distorsi analog meningkat secara progresif diatas zona headroom sedangkan sinyal digital berubah secara cepat dari reproduksi yang benar (dibawah 0 dBfs) menjadi distorsi (diatas 0 dBfs). Berikut adalah beberapa perbandingan antara skala dBfs dan dBu. Kita bisa melihat pada gambar dibawah bahwa 0 Vu,, dengan kata lain 4 dBu, sama dengan -15 dBfs.

Gambar 3.2 Nilai tipikal dBfs

3.3 Desibel di Bidang Audio

Kuantitas yang sering kita temui adalah dBspl (spl adalah singkatan untuk sound pressure level, tingkat tekanan suara), didefinisikan seperti berikut:

Persamaan  3.2 dBspl

dB SPL = 20 log \frac{P1}{P0}

dimana P0 adalah nilai referensi tekanan atmosferik yang umumnya terukur pada 0,00002 Pa = μPa (tekanan diukur menggunakan satuan Pascal). Nilai ini adalah tingkat tekanan suara dimana diatasnya telinga manusia mulai mengindera suara.

Sebagai contoh, nilai 20 μPa adalah nilai referensi untuk tekanan suara di suatu lingkungan yang tidak memiliki gelombang akustik sama sekali. Ini berarti tingkat tekanan suara 20 μPa tidak mengeluarkan tekanan suara yang bisa diindera telinga manusia. Sebaliknya, tingkat tekanan suara 10 Pa menghasilkan sejumlah dB yang terhitung sebagai berikut:

Persamaan  3.3 perhitungan tekanan suara

dB SPL = 20 log \frac{P}{20 \mu Pa} = 20 log \frac{10Pa}{20 \mu Pa}=114 dB

Membaca formula dari sudut pandang yang berbeda kita bisa mengatakan kalau tingkat tekanan suara 114 dB berhubungan dengan gelombang akustik yang menghasilkan tekanan 10 Pa. Gambar berikut mengilustrasikan beberapa suara umum dan intensitasnya diukur dalam dBspl:

Gambar 3.1 nilai dBspl umum

2.12 Spektrum Frekuensi Pendengaran

Kita telah menyebutkan bagaimana rentang pendengaran telinga manusia berkisar antara 20 Hz dan 20 kHz. Sekarang kita akan mencoba memberi keterangan untuk frekuensi-frekuensi ini untuk memahami dengan lebih baik keberadaan mereka di rentang pendengaran.

Tabel 2.2 Spektrum frekuensi

Nama

Rentang

Ekstensi

(ekstensi oktaf)

Komentar

Frekuensi subsonik

1–20 Hz

4

Tidak dapat didengar oleh telinga manusia. Dihasilkan oleh gempa bumi, atau organ besar di gereja-gereja

Frekuensi sangat rendah

20-40 Hz

1

Oktaf terendah yang bisa didengar manusia. Bass drum dari drum kit dan not rendah pada piano, juga suara petir dan AC adalah contoh rentang ini

Frekuensi rendah

4-160 Hz

2

Hampir semua frekuensi rendah pada musik ada dalam rentang ini

Frekuensi rendah-menengah

160-315 Hz

1

C tengah pada piano (216 Hz) ada dalam rentang ini. Rentang ini mengandung banyak informasi sinyal suara yang bisa dirubah oleh teknik ekualisasi yang buruk

Frekuensi tengah

315 Hz-2.5 kHz

3

Sensitifitas telinga paling tinggi pada rentang ini. Rentang ini memiliki kualitas suara seperti telpon bila diisolasi

Frekuensi tinggi

2.5-5 kHz

1

Dalam rentang ini kurva isofonik memiliki puncaknya yang tertinggi sehingga telinga paling sensitif terhadap rentang ini. Ekualisasi instrumen pada rentang ini meningkatkan kehadirannya dalam mix, membawanya ke depan instrumen yang lain; dan sebaliknya

Frekuensi tinggi

5-10 kHz

1

Rentang dimana kita mempersepsi brightness atau terang suatu suara karena mengandung harmonik yang dihasilkan not dalam rentang sebelumnya. Energi akustik sangat rendah pada rentang ini, dan konsonan ‘s’, ‘t’, dan ‘c’ ada dalam rentang ini

Frekuensi sangat tinggi

10-20 kHz

1

Lebih sedikit lagi energi akustik ada dalam rentang ini. Hanya harmonik tertinggi dari instrumen tertentu ada dalam rentang ini, tetapi tetap penting karena brightness berasal dari harmonik ini dan mix akan terdengar dull tanpanya.