Tag Archives: LED

8.1 Koneksi Optik

Koneksi optik secara umum digunakan untuk transmisi sinyal digital. Skema koneksi optik terdiri dari LED, serat optik, dan dioda foto, seperti diagram berikut:

Gambar 8.1 Skema koneksi optik

Transmisi sinyal (seberkas foton) terjadi melalui serat optik yang memiliki struktur seperti berikut:

Gambar 8.2 Propagasi foton dalam serat optik

Serat optik memiliki lapisan luar bernama cladding, dan struktur internal yang disebut core atau inti. Perbedaan indeks refraksi keduanya menyebabkan cahaya (yang adalah gelombang elektromagnetik pada frekuensi tertentu) terpantulkan dan terpropagasi dalam serat.

Secara alamiah, tidak seluruh gelombang terpantulkan: sebagian terserap sehingga terjadi degradasi sinyal yang meningkat seiring jarak yang semakin jauh. Namun, absorpsi ini bisa diabaikan, karena distorsi yang terjadi hanya sebesar 0,5 dB/km.

Iklan

4.3 Komponen Elektronik

Sejarah elektronik telah ditandai dengan pengenalan komponen-komponen yang membuka jalur untuk solusi dan teknologi baru. Revolusi sesungguhnya terjadi dengan ditemukannya transistor, yang didahului oleh dioda, keduanya menandakan lahirnya elektronik digital yang kemudian melahirkan mikroprosesor. Berikutnya kita akan melihat komponen listrik utama dan karakteristiknya.

4.3.1 Hambatan

Hambatan adalah komponen yang melawan laju arus listrik dan melepaskan energi dalam bentuk panas. Lambang hambatan adalah R dan diukur dengan Ohm. Kita akan lihat nanti ketika menjelaskan hukum Ohm bahwa hambatan menggabungkan tegangan V dan arus I dalam satu formula. Jika kita memberi tegangan V pada hambatan R, dihasilkan arus I dan ketiga kuantitas ini tergabung dalam formula berikut:

Persamaan 4.1 Hukum Ohm

V=I x R

4.3.2 Kapasitor

Komponen ini terdiri dari dua plat metal paralel yang diletakkan berdekatan satu sama lain. Jika kita memberikan tegangan pada kedua plat, plat tersebut mampu mempertahankan muatan yang terakumulasi sehingga menghasilkan medan listrik di dalam celah yang memisahkan kedua plat, yang dapat disamakan seperti laju arus seperti ditunjukkan gambar berikut:

Gambar 4.2 Muatan kapasitor

Kuantitas muatan yang dapat disimpan kapasitor disebut kapasitas (C) dan diukur dalam Farad. Gambar diatas menunjukkan kapasitor dengan kapasitas C dimana tegangan V diberikan. Berikut adalah formula antara kapasitas, tegangan, dan muatan tersimpan:

Persamaan 4.2 Muatan kapasitor

C = \frac{Q}{V}

Ketika kita memberikan tegangan pada kapasitor yang awalnya tidak bermuatan, kapasitor akan mulai menyimpan elektron hingga tercapai batas maksimum. Lebih dari batas ini kapasitor tidak dapat menyimpan muatan dan, jika tegangan dilepas, akan tetap bermuatan. Kapasitor bermuatan memiliki tegangan yang konstan antara kedua ujungnya dan ketika dihubungkan dengan hambatan akan melepaskan tegangan tersebut sehingga menimbulkan arus. Dua proses menyimpan dan melepas muatan suatu kapasitor tidak terjadi secara instan tetapi membutuhkan waktu tertentu agar terjadi, bergantung kepada karakteristik kapasitor dan sirkuit yang digunakannya. Saat kapasitor menyimpan muatan, muatan dengan polaritas berlawanan terakumulasi pada kedua plat, dan gerakan muatan ini menimbulkan arus. Perilaku inilah yang menjadi dasar sirkuit high-pass filter.

Sekarang kita bayangkan kapasitor yang diberikan tegangan sinusoidal. Jika laju sinusoid sedemikian sehingga semi-gelombang positif lebih cepat dari waktu simpan kapasitor, maka kapasitor tidak dapat mencapai batas maksimum cukup cepat, dan semi-gelombang negatif tiba dan melepaskan muatan. Dengan cara ini aliran arus dalam kapasitor tidak terganggu. Sebaliknya bila diberikan tegangan dengan frekuensi rendah, kapasitor mencapai batas maksimum sebelum semi-gelombang positif habis sehingga menghambat aliran arus. Sehingga, suatu kapasitor menghambat aliran frekuensi rendah (yang menyebabkan penyimpanan muatan maksimal dan menghambat aliran arus) dan dapat digunakan sebagai high-pass filter.

Gambar 4.3 High-pass filter sederhana

4.3.3 Induktor

Ketika konduktor dikenakan suatu medan magnetik, medan tersebut menarik elektron dalam konduktor dan membuatnya bergerak sehingga menghasilkan arus. Sebaliknya, dekat dengan suatu konduktor yang memiliki suatu arus, dihasilkan medan magnetik dengan distribusi garis magnet seperti berikut:

Gambar 4.4 Medan magnetik induksi arus dari konduktor

Dalam sirkuit induktor biasanya diberi label L dan nilai induktansinya diukur dalam Henry. Induktor adalah konduktor dengan bentuk spiral. Ketika suatu arus melaluinya, medan magnet dihasilkan dengan distribusi garis magnet seperti berikut:

Gambar 4.5 Medan magnetik induksi arus dari induktor

Induktor dapat digunakan sebagai low-pass filter dengan memanfaatkan inersia dari medan magnetiknya. Dengan memberikan arus dengan laju sinusoidal dihasilkan medan magnetik yang juga memiliki laju sinusoidal. Namun, jika frekuensinya terlalu tinggi, semi-gelombang negatif menghasilkan medan magnetik dengan garis magnet yang berlawanan dengan yang dihasilkan semi-gelombang positif yang belum habis: sehingga menghambat aliran arus. Gambar berikut menunjukkan contoh sirkuit low-pass filter:

Gambar 4.6 Low-pass filter sederhana

Dengan menggabungkan konduktor dan induktor dapat dihasilkan band-pass filter sederhana:

Gambar 4.7 Band-pass filter sederhana

4.3.4 Impedansi

Ketika kita memberikan suatu sinyal yang mengandung berbagai frekuensi berbeda kepada suatu kapasitor, seperti suatu sinyal audio, kapasitor akan bereaksi secara berbeda terhadap frekuensi yang berbeda. Selanjutnya, karena setiap komponen dibuat dengan material yang memiliki karakteristik tertentu, maka untuk mendeskripsikan perilakunya kita akan menggunakan nilai kuantitas yang memperhitungkan karakteristik tersebut. Kuantitas ini disebut impedansi dan diberi label Z. Dalam kapasitor impedansi memiliki nilai berikut:

Persamaan 4.3 Impedansi kapasitor

Zc(f) = Rc + j(\frac{1}{2\pi f C})

Formula ini menandakan bahwa impedansi dari suatu kapasitor bergantung kepada frekuensi. Selanjutnya, impedansi memiliki dua komponen: yang pertama adalah resistivitas yang memberikan nilai sesungguhnya dari hambatan komponen. Kedua disebut reaktansi dan mengenalkan kebergantungan terhadap frekuensi. Simbol j menandakan bahwa reaktansi adalah bilangan imajiner. Jangan khawatir! Kita tidak akan mendalami lebih lanjut dari ini. Semua yang sudah dinyatakan cukup untuk memahami signifikansi dari faktor-faktor ini dalam hubungannya dengan sinyal audio dan sirkuit-sirkuit yang berhubungan. Perhatikan pada f=0 (seperti dalam arus kontinyu), arus kapasitor menjadi tak terhingga, mensimulasikan sirkuit terbuka, sedangkan pada f=tak terhingga impedansi sama dengan resistansi.

Pada induktor terdapat nilai impedansi:

Persamaan 4.4 Impedansi induktor

ZL(f) = RL + j2\pi fL

Perhatikan pada f=0 impedansi sama dengan resistansi, sedangkan pada f=tak terhingga induktor berlaku seperti sirkuit terbuka. Dari sudut pandang ini, kapasitor dan induktor memiliki perilaku yang berlawanan.

4.3.5 Dioda

Komponen ini memungkinkan arus mengalir pada satu arah saja. Dengan memberikan tegangan pada polaritas tertentu pada ujung-ujungnya dihasilkan aliran arus. Jika polaritas kemudian dibalik, maka arus terhenti. Simbol berikut digunakan dalam sirkuit untuk mewakili komponen ini:

Gambar 4.8 Dioda

Salah satu tipe dioda adalah LED (light emitting diode). Komponen ini mampu memancarkan foton (dengan kata lain: menyala!) ketika arus melaluinya.

4.3.6 Transistor

Transistor didapatkan dengan mengatur dua dioda dengan cara tertentu. Transistor memiliki tiga terminal: base, collector, dan emitter.

Ini adalah simbol transistor:

Gambar 4.9 Transistor

Transistor digunakan untuk berbagai modalitas dan rangkaian. Dari sudut pandang sound engineering transistor menarik karena memiliki fungsi amplifikasi.

Transistor mampu menyediakan amplifikasi daya dan juga amplifikasi tegangan dan arus. Kita lihat contoh transistor berikut:

Jika kita memberikan sedikit variasi pada tegangan antara emitter dan base, arus mengalami ekskursi yang tinggi pada emitter. Sebagian dari variasi dalam arus ini dikumpulkan dalam kolektor sehingga meningkatkan perbedaan potensial antara base dengan collector. Jadi, satu variasi sedikit saja pada potensial antara base dan emitter menghasilkan perubahan yang besar pada tegangan antara base dan collector, sehingga terjadi amplifikasi tegangan.

4.3.7 Amplifier operasional

Amplifier jenis ini mampu mengamplifikasi perbedaan antara dua sinyal. Berikut adalah simbol yang digunakan sebagai identifikasi:

Gambar 4.10 Amplifier operasional

Amplifier operasional ini umum digunakan sebagai tahap input untuk koneksi yang balanced dan pada VCA fader.

4.3.8 Transformer

Komponen ini memanfaatkan fenomena induksi elektromagnetik dari konduktor yang tergulung dalam spiral. Jika kita menaruh suatu kumparan berdekatan dengan kumparan lain yang dilewati arus, medan magnetik kumparan pertama akan mengambil alih yang kedua sehingga menghasilkan arus pada kumparan kedua. Jumlah spiral dari setiap kumparan menentukan perbedaan antara kedua arus dan menentukan hubungan antara tegangan antara kedua ujung kumparan.

Jadi suatu transformer mengubah satu tegangan menjadi tegangan yang lain. Gambar berikut menunjukkan transformer yang memiliki kumparan primer 20 dan kumparan sekunder 10. Jika kita memberikan tegangan 10V kepada kumparan primer kita mendapatkan tegangan 5V pada kumparan sekunder.

Gambar 4.11 Transformer

Karakteristik penting yang lain dari transformer adalah kemampuannya berlaku sebagai adapter impedansi. Ketika menghubungkan dua komponen dibutuhkan agar impedansi output dari komponen pertama dan impedansi input dari komponen kedua memiliki nilai yang memiliki hubungan yang tepat. Ketika kita perlu mengubah impedansi (dengan kata lain melakukan impedance matchingi), kita bisa menggunakan transformer tanpa mengubah kuantitas elektrik lainnya. Dengan memvariasikan jumlah kumparan primer dan sekunder kita bisa mendapatkan impedansi yang kita butuhkan.

1.6 Representasi Waktu-Frekuensi

Mungkin ini adalah konsep paling penting untuk memahami sifat alamiah suara. Pendekatan matematis subjek ini bisa sangat rumit, sehingga dalam kasus kita cukuplah untuk menekankan konsep-konsep utamanya dan tidak menyebutkan detail yang biasa tersedia dalam konteks sains.

Grafik yang telah kita amati sejauh ini menggambarkan hubungan amplitudo terhadap waktu, dan mendeskripsikan laju amplitudo terhadap perubahan waktu. Sekarang kita akan menggunakan pendekatan yang berbeda dan melihat bagaimana mendapatkan hubungan amplitudo terhadap frekuensi.

Dalam kasus sinusoid murni dengan persamaan kita dapat mengatakan bahwa frekuensi f dan amplitudo A adalah konstan. Dalam gambar berikut kita melihat pada sisi kiri representasi umum dari sinusoid secara amplitudo-waktu. Gambar pada sisi kanan atas menunjukkan sinusoid yang sama secara amplitudo dan frekuensi, sementara dua sinusoid dari contoh sebelumnya digambarkan di sisi kanan bawah:

Gambar 1.12 Representasi waktu-frekuensi

Sehingga sinusoid dapat dilihat, dalam diagram amplitudo-frekuensi, sebagai segmen yang panjangnya berkorelasi dengan amplitudonya dan terletak pada frekuensinya (kalimat ini adalah penyederhanaan dari keadaan sesungguhnya).

Sekarang kita gabung semua hal ini. Bayangkan suatu suara yang kompleks, yang terdiri dari semua sinusoid dari 20 Hz hingga 20 kHz (ini adalah kurang lebih rentang frekuensi yang bisa diindera telinga manusia). Suara tersebut diperlihatkan gambar berikut:

Gambar 1.13 Laju sinyal suara yang kompleks

Spektrum frekuensinya bervariasi menurut waktu dan bila kita mengambil “foto” dari spektrum pada suatu instan kita mendapatkan grafik berikut yang menghubungkan amplitudo dan frekuensi pada saat kita mengambil foto:

Gambar 1.14 Spektrum frekuensi sinyal suara yang kompleks

Suatu suara tidak pernah diam tetapi terus berubah menurut waktu. Ini berarti bahwa setiap amplitudo sinusoid berubah sehingga bentuk grafik yang mewakili spektrum juga berubah. Ini menjelaskan apa yang kita lihat ketika kita memperhatikan analisa spektrum dengan LED-nya yang menyala-nyala. LED itu sebenarnya menunjukkan amplitudo dari sinusoid-sinusoid dalam spektrum. Hal ini menjelaskan tingkah laku graphic equalizer: amplifikasi atau atenuasi amplitudo sinusoid. Interval 20 Hz – 20 kHz adalah kontinyu, sehingga dalam equalizer setiap kursor mengendalikan amplitudo dari satu frequency band. Semakin banyak kursor yang ada, semakin sempit bandwith yang dikendalikan. Dalam kasus ideal teoris kursor tak terhingga, masing-masing akan mengendalikan amplitudo dari satu sinusoid.