Perekan Analog

Karena perekam analog dapat menjanjikan kualitas yang tinggi, maka masih banyak aplikasi profesional yang menggunakan sistem analog. Namun, sistem ini juga memiliki kelemahannya, dan untuk memastikan hasil berkualitas tinggi, dibutuhkan beberapa pertimbangan yang mahal:

1. Gulungan kecepatan tinggi: kecepatn pita proporsional terhadap kuantitas partikel magnetik yang lewat dibawah recording head setiap unit waktunya. Semakin tinggi kecepatan, semakin besar jumlah partikel magnetik, sehingga memungkinkan reproduksi sinyal yang lebih akurat.

2. Lebar pita: untuk alasan yang sama, semakin lebar pita, semakin banyak partikel yang terlibat dalam menyimpan sinyal elektrik. Disini kita berbicara tentang multitrack recorder dimana setiap track mendapatkan satu bagian tertentu dari pita.

3. Sistem pereduksi kebisingan: salah satu efek yang paling tidak diinginkan dari pita magnetik adalah suara kebisingan latarbelakang akibat partikel yang memiliki orientasi yang acak, bahkan setelah magnetisasi pita terjadi. Suara kebisingan ini berkurang semakin meningkatnya kecepatan pita karena sifat magnetisasinya (siklus histeresis). Namun, pada kecepatan tertinggi sekalipun, kebisingan masih bisa terdengar sehingga dibutuhkan sistem pereduksi suara.

Kelemahan utama dari sistem pendukung magnetik adalah:

Keausan seiring berlalunya waktu: sifat dari pita magnet cenderung berkurang seiring waktu, sehingga menghambat penggunaan sistem analog untuk arsip penyimpanan yang permanen.

Kalibrasi kontinyu perekam: telah kita lihat bagaimana rapuhnya rancangan dari perekam analog dan kalibrasi terus-menerus yang dibutuhkannya.

Dimensi media magnetik yang dibutuhkan: karena kecepatan gulungannya yang tinggi, suatu reel 18 inci (format yang umum digunakan) bertahan selama 30 menit. Karena lebarnya yang berukuran 2 inci, untuk merekam setengah jam musik, dibutuhkan reel yang sangat besar (khususnya bila kita bandingkan dengan media penyimpanan suara yang lainnya).

Meski tingginya biaya dan kelemahan yang lain, perekam analog masih digunakan di studio rekaman terbaik di seluruh dunia karena kualitasnya yang sangat tinggi.

Pemasangan

Pada bagian ini kita melihat berbagai operasi yang terjadi secara periodis untuk mempertahankan multitrack recorder berada dalam kondisi yang bagus.

Mesin-mesin ini memiliki rangkaian listrik dan bagian mekanis yang perlu dikalibrasi dengan teliti agar mendapatkan reproduksi suara seakurat mungkin. Biasanya kalibrasi bagian elektrik dilakukan dengan menerapkan sinusoid 1 kHz dengan amplitudo 0 Vu kepada input line (nilai tegangan efektif dari 0 Vu pada mesin-mesin tertentu dinyatakan oleh pembuatnya). Sinyal uji ini dilewatkan melalui rangkaian internal yang telah dikalibrasi dan diset pada 0 Vu. Sinyal kemudian disalurkan ke output recorder dan dimonitor di input mixer. Setelah ini selesai dilakukan, kita kemudian merekam pada pita uji coba yang fluksivitasnya bervariasi dan pada berbagai variasi kecepatan yang tersedia. Sekali lagi, rangkaian harus sudah dikalibrasi sehingga sinyal input dan output berada pada 0 Vu. Arus bias juga dikalibrasi agar tidak menjenuhkan pita. Terakhir, perbedaan fase antara head disesuaikan dengan menerapkan square wave pada masing-masing head dan memeriksa outputnya pada osiloskop. Square wave disesuaikan fasenya dengan mengkalibrasi posisi setiap head.

Seperti yang telah dikatakan, selain kalibrasi elektrik, juga ada kalibrasi mekanik yang perlu dilakukan. Posisi head yang salah bisa memunculkan distorsi ketika berkontak dengan pita magnetik.

1. Ketinggian

Semua head harus memiliki ketinggian yang sama; bila tidak sinyal bisa terekam pada satu zona dari pita, tetapi ketika reproduksi head melakukan kontak dengan zona yang berbeda (lebih tinggi atau rendah) yang menghasilkan hilang sinyal yang nyata.

Gambar berikut menunjukkan penyesuaian ketinggian yang salah antara repro head dan recording head:

Gambar 6.11 Ketinggian

2. Zenith

Sudut head bisa menghasilkan distribusi tekanan yang tidak merata pada pita:

Gambar 6.12 Zenith

3. Pembungkusan

Jika head terlalu ke depan dibandingkan dengan posisi pita, pita dapat membungkus head secara berlebihan:

Gambar 6.13 Pembungkusan

4. Azimuth

Sudut head terhadap pita. Axis head harus tegak lurus betul dengan arah pita:

Gambar 6.14 Azimuth

Untuk menerapkan semua pertimbangan operasi ini membutuhkan pengalaman dan keahlian. Niat dari penjelasan ini adalah untuk membuat pembaca menyadari bahwa kualitas suara ditentukan oleh banyak faktor, termasuk beberapa yang mungkin tampak tidak penting. Pada akhirnya, komitmen yang menyeluruh kepada setiap detail ini memberikan hasil yang bagus secara keseluruhan dan memuaskan untuk praktisi dan pendengar.

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.

Histeresis Pita Magnet Yang Bergerak

Ketika pita magnetik termagnetisasi kita perlu mempertimbangkan pergerakan pita itu sendiri. Ketika suatu bagian dari pita termagnetisasi oleh recording head, pita langsung bergerak menjauh dari head. Jadi, gaya magnet yang diterapkan kepada bagian pita tersebut berkurang seiring semakin jauh dari head. Dengan mengurangi gaya magnet yang diterapkan, siklus histeresis berkontraksi hingga akhirnya ambruk pada titik 0.

Gambar 6.8 Histeresis pita magnet bergerak

Ini berarti jika pita tidak bergulung dengan cepat, efek histeresis menghapus magnetisasi begitu magnetisasi diterapkan. Oleh karena itu kecepatan gulungan pita yang cepat meminimasi fenomena yang tidak diinginkan ini.

Siklus Histeresis

Semua material magnetik yang dikenakan medan magnet bereaksi menurut suatu pola yang dideskripsikan dengan siklus histeresis. Setiap material dengan karakteristik magnet memiliki diagramnya sendiri yang mendeskripsikan tingkah lakunya. Grafik berikut menunjukkan siklus histeresis umum:

Gambar 6.6 Siklus histeresis

A: semua partikel sejajar pada posisi acak
B: pita mengalami kejenuhan positif
C: magnet residual (remnance), pita bergerak menjauhi head r
D: ketiadaan magnet pada pita
E: pita mengalami kejenuhan negatif
F: magnet residual negatif
Br: remnance
Hc: koersivitas, kuantitas medan magnet yang dibutuhkan untuk menghapus pita yang telah jenuh

X-axis memberikan medan magnetik yang diterapkan pada material magnetik (dalam kasus kita, partikel magnet pada pita), Y-axis memberikan remnance. Untuk mendapatkan gambaran lebih jelas mengenai laju magnetisasi, kita umpamakan suatu medan magnet sinusoid diterapkan kepada pita magnetik pada frekuensi tertentu. Grafik berikut menunjukkan sinusoid dimana ditunjukkan titik-titik A, B, C, dst yang berkorespondensi dengan fase yang sama pada diagram histeresis yang selanjutnya akan kita analisa satu demi satu.

Gambar 6.7 Medan magnet yang diterapkan kepada pita

Kita mulai dari titik A yang menunjukkan ketiadaan magnetisasi. Pada kedua diagram terdapat amplitudo sebesar 0. Ketika medan magnetik ditingkatkan dicapai titik B pada sinusoid. Pada siklus histeresis kita melihat reaksi non-linear dari partikel magnetik yang mengikuti gaya yang diterapkan hingga mencapai titik B dimana pita mengalami kejenuhan. Sekarang kita kurangi gaya yang diterapkan dan mengembalikannya ke 0 (titik C). Disini kita memperhatikan tingkat remnance tidak mencapai 0 seiring dengan gaya tetapi pita mempertahankan sejumlah kemagnetannya. Inilah karakteristik khas dari pita magnetik: mampu mengingat magnetisasi bahkan setelah gaya magnetnya sudah tidak ada lagi. Semakin turun pada jalur sinusoid, kita memperhatikan bahwa untuk mengembalikan remnance kembali ke 0 kita butuh menerapkan medan magnetik negatif. Kemudian kita mencapai titik D dimana remnance tidak ada. Jika kita meningkatkan jumlah medan magnetik negatif lebih lanjut hingga mencapai titik E, terjadi kejenuhan negatif. Jika kita mengurangi jumlah medan magnetik negatif kita mencapai titik F (pada titik F terjadi kekurangan medan magnetik), yang dikarakterisasikan oleh remnance negatif. Selanjutnya kita tingkatkan medan magnetik sehingga berhasil membatalkan magnetisasi pita (titik G) dan mengembalikannya ke kejenuhan. Semakin siklus histeresis mirip dengan bujur sangkar (remnance tinggi ketika tidak ada medan magnet yang diterapkan) semakin bagus kualitas pita.

Karakteristik Transfer Pita Magnetik

Sebelum termagnetisasi, partikel magnet diam di tempat dan membutuhkan sejumlah tertentu energi awal untuk mengatasi inersia (partikel-partikel ini sungguh tidak ingin diganggu). Namun, setelah partikel mulai bergerak, mereka mengikuti sinyal magnetik dengan baik hingga titik kejenuhan. Diagram berikutnya memperlihatkan karakteristik transfer umum dari pita magnetik dan tingkah lakunya ketika suatu medan magnetik diterapkan kepadanya.

Gambar 6.5 Karakteristik transfer pita magnetik

Grafik menunjukkan medan magnet yang diberikan pada X-axis, dan remnance (kuantitas magnetisasi yang telah ditransfer ke pita) pada Y-axis. Bentuk grafik ini bervariasi bergantung kepada frekuensi tetapi tingkah lakunya cenderung sama dengan yang ditunjukkan pada diagram. Ketika kita menerapkan medan magnetik yang lemah, kita berada pada zona non-linear. Ini berarti selama medan magnet tetap rendah, partikel tidak mengalami polarisasi sehingga tetap diam dikarenakan gaya inersianya. Jika kita meningkatkan medan magnet kita memasuki zona kejenuhan, dimana semua partikel pada pita telah terpolarisasi sehingga remnance tetap konstan. Jelas, fenomena yang sama terjadi sebaliknya dengan medan magnet negatif (suara terdiri dari kompresi dan rarefaksi).

Kuantitas Karakteristik Magnet

Berikutnya kita akan melihat kuantitas fisik yang mendeskripsikan berbagai aspek terkait dengan magnet untuk lebih memahami bagian-bagian berikutnya.

Medan magnet. Teori medan magnet tidak akan dibahas pada kursus ini. Cukuplah mengatakan bahwa medan magnet adalah medan gaya yang diukur dalam Weber (Wb).

Polarisasi. Ini adalah gaya yang diberikan oleh suatu medan magnet pada partikel magnet di pita. Partikel-partikelnya mensejajarkan dirinya dengan arah medan magnet yang diberikan.

Remnance. Ini adalah jumlah magnetisasi yang tersisa pada pita setelah suatu medan magnet diberikan. Laju remnance dalam hubungannya dengan variasi medan magnet dideskripsikan pada diagram yang disebut dengan diagram histeresis.

Penjenuhan pita. Ini terjadi ketika medan magnet yang diberikan kepada pita telah mempolarisasikan semua partikel magnet yang ada sehingga remnance tidak bisa lebih besar lagi.

Koersivitas. Kuantitas medan magnetik yang dibutuhkan untuk menghapus pita magnet yang telah jenuh.

Fluksivitas. Jumlah medan magnet yang dapat disimpan dalam satu pita. Diukur dalam nWb/m (nanoWeber per meter).

Partikel Magnet

Permukaan pita magnetik dipenuhi oleh partikel magnetik. Kita telah melihat bagaimana partikel magnetik bergerak bergantung kepada arah medan magnetik yang dihasilkan recording head. Kita juga telah melihat bagaimana orientasi ini menghasilkan medan magnet yang kemudian diubah menjadi sinyal listrik oleh repro head. Karakteristik partikel merupakan parameter yang esensial ketika mengevaluasi kualitas dari pita magnetik. Prinsipnya adalah bahwa semakin kecil partikelnya, semakin akurat reproduksi dari suara yang terekam.

Bentuk dari partikel juga merupakan parameter penting: partikel dengan bentuk yang iregular memiliki lebih banyak jarak diantara partikel sehingga meyisakan banyak ruang kosong. Ini mengakibatkan peningkatan suara detar latarbelakang. Sekarang kita lihat pada jenis-jenis material yang digunakan dan karakteristiknya:

Oksida besi (FeO2). Partikel yang terbuat dari material ini termasuk yang terbesar (0,7 μm) dan memiliki bentuk yang iregular. Seperti yang dikatakan sebelumnya, hal ini mengakibatkan suara detaran.

Kromium Dioksida (CrO2). Partikel ini lebih kecul daripada oksida besi tetapi memiliki bentuk yang lebih reguler sehingga memungkinkan kepadatan partikel yang lebih tinggi. Ini juga berarti respon yang lebih baik terhadap frekuensi tinggi.

Logam. Partikel sangat kecil (0,2 μm). Ini berarti ketepatan yang tinggi meski dibutuhkan medan magnet yang lebih besar untuk memagnetisasi pita.

Mode Fungsi

Perekam analog profesional memiliki 3 head, satu untuk reproduksi, satu untuk merekam, dan satu untuk menghapus. Penghapusan perlu karena merekam pada pita yang sudah digunakan menciptakan suatu efek memori dan mencegah kelancaran magnetisasi baru.

Ketiga head tersebut beserta fungsinya adalah:

Erase head (penghapusan), menghapus sinyal yang terekam dan mengatur ulang partikel magnet secara acak

Sync head (rekaman), bekerja dalam mode rekaman pada beberapa track dan dalam mode repro di track yang lain. Hal ini memungkinkan melakukan overdubbing.

Repro head (reproduksi), dirancang untuk reproduksi sinyal. Ketika merekam, monitoring sebaiknya dilakukan menggunakan sync head, sedangkan untuk mengendalikan kualitas suara rekaman ketika tahap reproduksi gunakan repro head.

Ada tiga mode fungsi untuk recorder, bergantung kepada operasi yang dibutuhkan. Ketiga mode berikut adalah:

Input mode

Mode ini digunakan ketika tahap awal rekaman dimana pemasangan level dilakukan. Dalam diagram kita dapat melihat bagaimana sinyal input memasuki sync head (dan karenanya dapat direkam meski pada tahap ini belum terjadi karena belum memungkinkan untuk mendengar apa yang sedang direkam ke pita) dan bagaimana kopi dari sinyal dikirim ke output untuk monitoring.

Gambar 6.2 Input mode

Repro mode

Mode ini digunakan pada tahap reproduksi. Kita dapat melihat bagaimana sinyal output datang langsung dari repro head sehingga dapat direproduksi dengan kualitas sangat tinggi. Konfigurasi ini ideal untuk mixdown (mixing) namun jarang digunakan untuk rekaman. Dalam diagram kita dapat melihat bagaimana sinyal input mencapai recording head juga sehingga memungkinkan operasi ini berlangsung. Namun, kesenjangan fase antara recording head dan repro head menyulitkan reproduksi real-time dari sinyal yang terekam.

Gambar 6.3 Repro mode

Sync mode

Dalam kasus ini hanya sync head yang digunakan (yang bila kita ingat, mampu mereproduksi beberapa track dan merekam yang lain pada saat yang sama). Ini memungkinkan overdubbing dilakukan.

Gambar 6.4 Sync mode

Tabel 6.1 Kecepatan putaran pita magnetik

Kecepatan pita (ips, inches per second)	Penggunaan
17/8	Perekam kaset. Dukungan analog yang paling buruk yang tersedia
33/4	Perekam studio portabel
71/2	Perekam analog semi-profesional
15	Perekam 2-track profesional/ perekam 24-track semi profesional
30	Perekam 24-track profesional

Tabel 6.2 Perekam analog

Lebar (inci)	Aplikasi	Track	Arah	Penggunaan
1/8”	Perekam kasetStudio portabel	44-8	21	AmatirDemo
1/4”	ATRATR MTR	42 4-8	21 1	AmatirSemi-pro Amatir
1/2”	ATRMTR	28-16	11	Pro ATRSemi-pro
1”	MTRMTR MTR	816 24	11 1	ProSemi-pro Semi-pro
2”	MTRMTR MTR	1624 32	11 1	Kualitas maksimumMTR standar industri Pro MTR

ATR (Analogue ribbon recorder): mengidentifikasi perekam 2-track analog
MTR (Multitrack recorder): mengidentifikasi perekam analog multi-track

Kriteria Proyeksi

Kecepatan konstan pita: karakteristik ini penting agar tidak terjadi variasi pada kandungan frekuensi dibandingkan dengan suara aslinya. Jika pita bertambah cepat, variasi polaritas arus terinduksi terjadi lebih cepat sehingga menghasilkan frekuensi lebih tinggi daripada yang terkandung dalam sinyal asli. Jika pita melamban, hal yang sebaliknya terjadi.

Penggunaan level rekaman yang tepat: adalah sangat penting untuk merekam menggunakan level yang cukup tinggi untuk mengatasi suara detaran. Detaran terjadi karena ketika partikel tidak termagnetisasi, mereka tersebar secara acak dan sebagian memiliki arah yang sama meski seharusnya tidak terdapat medan magnet sedikit pun akibat keacakan tersebut. Ini menghasilkan suatu arus yang meskipun kecil tetap terdengar sebagai suara detaran di latarbelakang. Juga penting untuk tidak merekam pada level yang berlebihan agar tidak terjadi distorsi. Distorsi terjadi karena jumlah partikel yang terkandung dalam setiap unit pita terbatas sehingga bila terjadi arus yang berlebihan, jumlah partikel magnetik tidak cukup untuk mereproduksi intensitas yang sama. Dengan kata lain setelah semua partikel terkumpul pada arah yang sama, polarisasi lebih lanjut tidak dapat terjadi sehingga menghasilkan distorsi.

Keketatan konstan pita: ini dibutuhkan untuk memastikan agar pita tidak melebar sehingga karakteristik fisik, dan juga sinyal yang tersimpan, tidak berubah.

Minimisasi gerakan lateral dari pita: gerakan lateral dari pita dapat mengubah secara acak jumlah permukaan yang terpapar kepada head sehingga mengubah kualitas reproduksi.

Minimisasi pemakaian dan keausan pita: beberapa pertimbangan tertentu digunakan dalam pembuatan perekam analog profesional. Sebagai contoh suatu perekam 2-track profesional memiliki:

Tension reel: fungsinya untuk mengkompensasi variasi tegangan pita ketika berjalan.

Guide: mencegah gerakan lateral dari pita.

Tape lifter: digunakan ketika perekam diam (berhenti) atau ketika fast-forward dan rewind.

Capstan

Pinch roller: mempertahankan kecepatan jalan pita se-konstan mungkin.

Fungsi Perekam

6.2.1 Prinsip perfungsian

Tujuannya adalah mampu menyimpan informasi yang merepresentasikan gelombang suara dan memungkinkan reproduksi suara tersebut. Kita umpamakan gelombang yang perlu kita simpan sebagai suatu gelombang sinusoid sederhana sebagai contoh meski prinsip ini bisa diterapkan untuk gelombang yang lebih kompleks. Kita asumsikan gelombang tersebut sudah ditangkap oleh mikrofon dan dikonversi menjadi sinyal elektrik. Head dari perekam memiliki induktansi yang dilalui arus dari mikrofon. Pita magnetik terbuat dari berbagai bahan yang akan kita lihat lebih lanjut nanti. Saat ini kita memusatkan perhatian pada satu lapisan pita tertentu yang terdiri dari ribuan partikel magnetik, masing-masing bersifat polar yaitu memiliki kutub positif dan negatif. Ketika pita bergulung di atas head, induktansi mempolarisasikan partikel sehingga menggerakkan partikel-partikel tersebut ke arah sesuai dengan polaritas arus.

Pada gambar berikut kita dapat melihat untuk sinyal sinusoid partikel magnet dipaksa berputar ke arah tertentu saat semi-gelombang positif dan pada arah berlawanan ketika semi-gelombang negatif.

Gambar 6.1 Magnetisasi pita magnetik

Jadi disposisi partikel pada pita termagnetisasi mewakili informasi yang kita butuhkan untuk merekonstruksi sinyal asli. Ketika tahap reproduksi, head yang berbeda berkontak dengan pita magnet dan menginduksikan arus ke induktansi yang terdapat pada head. Arus terinduksi ini, ketika teramplifikasi secara memadai oleh loudspeaker, mereproduksi gelombang yang tersimpan pada fase rekaman.

Perekam Analog – Pendahuluan

Kebutuhan menyimpan gelombang suara telah menghasilkan peemuan berbagai sistem perekam. Salah satunya adalah perekam analog, yang hingga saat ini masih digunakan di beberapa studio rekaman. Meskipun sistem perekam ini telah menjalani perubahan tak terhitung selama masanya, prinsip-prinsip dasarnya tetap sama dan begitu pula dengan penggunaannya. Mesin-mesin ini telah berevolusi menjadi teknologi digital, tapi tetap penting untuk melihat cara kerjanya karena sistem ini memiliki prinsip yang masih menjadi referensi untuk rekaman.

Filter

Filter digunakan untuk mengeliminasi rentang frekuensi dari sinyal original. Umumnya filter dirancang dengan rangkaian pasif dan diidentifikasikan oleh cut frequency f_C (lagi, ini dihitung dimana gain berkurang 3 dB).

5.3.1 Low-pass filter dan high-pass filter

Dua jenis filter yang paling penting adalah low-pass filter (LPF) dan high-pass filter (HPF). LPF memungkinkan frekuensi dibawah cut frequency lewat, dengan kata lain frekuensi diatas cut frequency berkurang secara progresif hingga ke titik dimana menjadi tidak relevan lagi. HPF melakukan hal yang sama seperti LPF tetapi sebaliknya, yaitu hanya melewatkan frekuensi tinggi.

Gambar 5.8 Low-pass filter dan high-pass filter

HPF digunakan untuk mengeliminasi getaran frekuensi rendah seperti yang dihasilkan oleh suara langkah kaki musisi yang terekam oleh mikrofon, atau background noise dari AC (air conditioning). LPF digunakan untuk mengeliminasi suara putaran atau noise frekuensi tinggi.

Berikut adalah gambar yang membandingkan antara LPF dengan shelf equalizer:

Gambar 5.9 Perbandingan antara LPF dengan shelf equalizer

Perhatikan bagaimana shelf equalizer mengamplifikasi rentang frekuensi dan membiarkan frekuensi yang lain tetap utuh, sedangkan LPF tidak mempengaruhi frekuensi rendah dan mengatenuasi frekuensi diatas cut frequency. Kita bisa melihat bahwa setelah beberapa oktaf, gain berkurang sebanyak selusin dB atau lebih, yang berarti frekuensi ini tidak relevan lagi, amplitudonya jauh lebih inferior dibandingkan dengan frekuensi dibawah cut frequency.

5.3.1.1 Laju slope

Slope dari suatu filter menentukan seberapa cepat amplitudo berkurang. Kita telah melihat bagaimana pada situasi yang berbeda slope yang hampir vertikal dibutuhkan. Pada kenyataannya hal ini tidak mungkin terjadi, tetapi kita bisa mengaproksimasi laju slope tersebut.

Laju slope diukur dalam dB/oktaf. Dengan kata lain, laju slope menyatakan berapa dB pengurangan yang terjadi dalam satu oktaf (ingat bahwa satu oktaf berarti penggandaan frekuensi). Kita lihat contoh numerik:

Gambar 5.10 Laju slope dari filter

Kita dapat melihat bahwa gain dari filter pertama, dari f_C ke 2f_C, berkurang sebesar 12 dB, sedangkan gain pada filter kedua dari 2f_C ke 4f_C (masih satu oktaf) berkurang sebesar 6 dB. Jadi, filter pertama memiliki laju slope 12 dB/oktaf sedangkan yang kedua 6dB/oktaf.

Tabel 5.2 Nilai umum laju slope filter

Laju slope (dB/oktaf)	Orde filter	Jumlah pole
6	Pertama	1
12	Kedua	2
18	Ketiga	3
24	Keempat	4

Jumlah pole dihitung dari persamaan yang mendeskripsikan rangkaian. Dalam kursus ini, cukuplah untuk mengatakan bahwa setiap kali jumlah pole meningkat 1, laju slope meningkat 6 dB/oktaf.

Filter digital yang dibuat menggunakan algoritma perangkat lunak juga ada. Beberapa filter ini digunakan untuk menciptakan suara melalui emulasi subtractive synthesis menggunakan filter 6-pole (36 dB/oktaf).

5.3.2 Band-pass filter

Jika kita mengkombinasikan antara LPF dan HPF kita mendapatkan dua macam filter lebih lanjut: band-pass filter dan band-rejection filter. BPF memungkinkan beberapa rentang frekuensi lewat dan menghambat sinyal yang lain (perbandingan yang sama seperti bell equalizer dapat diterapkan pada band-pass filter). BRF menghmabt rentang frekuensi tertentu dan melewatkan sinyal yang lain.

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:
   
   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:
   Gambar 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:

Gambar 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:
   
   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 f_c = 100 Hz dan w = 40 Hz yang berarti bell memiliki pengaruh pada rentang frekuensi relatif 80 – 120 Hz
   kita mendapatkan
   jika f_c = 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 f_C 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

Gambar 5.4 Shelf equalizer

5.2.3 Parametric equalizer

Full parametric: adalah memungkinkan untuk memodifikasi ketiga kuantitas pada bell equalizer: central frequency (f_C), 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 f_C 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.

Gambar 5.5 Equalizer pada mixer non-profesional

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:

Gambar 5.7 Perbandingan antara active dan passive equalizer

Equalizer dan Filter – Pendahuluan

Kita telah melihat bagaimana frekuensi yang dapat didengar telinga manusia berada dalam rentang 20 – 20 kHz. Ketika suatu sinyal elektrik yang mewakili gelombang akustik memasuki suatu rangkaian (sebagai contoh sinyal yang datang dari mikrofon yang diletakkan dekat dengan sumber suara), sinyal tersebut termanipulasi dan kandungan frekuensinya termodifikasi. Untuk mendapatkan gambaran yang jelas tentang ini, kita perlu membayangkan representasi sinyal dalam waktu dan frekuensi. Kita umpamakan sinyal x(t) memasuki rangkaian dan sinyal y(t) keluar dari rangkaian. Setiap saat dalam waktu, rangkaian mempengaruhi sinyal yang masuk sesuai dengan pola perilaku yang merupakan fungsi dari rangkaian dan dideskripsikan oleh fungsi waktu yang kita sebut h(t).

Setelah kita memiliki tiga fungsi x(t), y(t), dan h(t), kita perlu mendapatkan versi ekivalen masing-masing dalam domain frekuensi yaitu X(f), Y(f), dan H(f). Dalam domain frekuensi persamaan berikut berlaku:

Persamaan 5.1 Fungsi transfer dari rangkaian

Formula ini memungkinkan kita mendapatkan gambaran yang lebih baik bagaimana rangkaian equalizer dan filter bekerja pada sinyal. Kita mengidentifikasi H(f) sebagai fungsi transfer, sedangkan kita menyebut h(t) sebagai impulsive response atau respons impulsif.

Catatan: penting untuk ditekankan bahwa formula diatas tidak menunjukkan domain waktu, dimana terdapat hubungan matematika yang berbeda antara x(t), y(t), dan h(t) yang lebih rumit, tetapi tidak kita perlukan dalam pembahasan kursus ini.

Dalam diagram berikut kita menyimpulkan apa yang telah kita paparkan:

Gambar 5.1 Sinyal yang melalui suatu rangkaian

Impedansi Rangkaian

Rangkaian yang telah kita amati sejauh ini melibatkan komponen seperti hambatan, kapasitor, dan induktor. Selama tegangan dan arus tetap kontinyu, atau memiliki level amplitudo yang konstan, nilai hambatan, kapasitas, dan induktansi tetap konstan. Namun, ketika rangkaian ini diberikan tegangan dan arus yang berubah-ubah atau beralternasi (sinusoid frekuensi tetap, atau sinyal audio yang mengandung berbagai frekuensi), nilai komponen berubah ketika frekuensi berubah. Ini berarti suatu rangkaian merespon berbeda terhadap frekuensi yang berbeda. Dengan menggunakan tiga komponen R, L, dan C, kita bisa memperkenalkan hukum Ohm yang tergeneralisir sesuai formula berikut:

Persamaan 4.11 Hukum Ohm tergeneralisir

Persamaan ini menyatakan semua kuantitas bergantung kepada frekuensi. Khususnya nilai Z(f), yang mengukur impedansi, dengan kata lain kuantitas hambatan dan reaktansi keseluruhan di dalam rangkaian. Melihat bahwa kuantitas ini bervariasi, mereka tidak dapat dideskripsikan menggunakan nilai konstan sederhana sehingga dibutuhkan fungsi matematis sebagai penggantinya agar kita dapat memplot grafik yang menggambar fungsi impedansi, terutama nilai impedansi pada semua frekuensi sinyal yang diberikan.

Dalam kenyataan, semua kuantitas ini membutuhkan dua grafik untuk menggambarkannya, satu memperlihatkan amplitudo (ditandai dengan huruf A) dan satu memperlihatkan fase (ditandai dengan lambang Φ). Kita akan melihat contoh yang menggambarkan konsep ini pada tingkatan yang praktis.

Sebagai contoh kita gunakan high-pass filter yang membutuhkan suatu kapasitor. Dari sudut pandang rangkaian suatu loudspeaker bisa dianggap sebagai hambatan (atau lebih tepatnya impedansi, tetapi untuk kasus ini kita abaikan reaktansinya) maka high-pass filter dideskripsikan oleh rangkaian seperti gambar berikut:

Gambar 4.16 High-pass filter

Impedansi dari rangkaian ini diberikan dalam formula berikut:

Persamaan 4.12 Impedansi rangkaian high-pass filter

Dimana R_c adalah hambatan dari kapasitor. Melalui perhitungan (yang tidak akan dijelaskan disini karena melibatkan bilangan imajiner) kita mendapatkan diagram amplitudo dan fase yang berhubungan dengan impedansi Z(f). Lebih dari perhitungannyam kita tertarik dengan laju kedua diagram dan maknanya.

Rangkaian umum high-pass filter bisa memiliki diagram berikut untuk amplitudo dan fasenya:

Gambar 4.17 Diagram amplitudo dan fase dari high-pass filter

Diagram amplitudo: karena dalam high-pass filter semua frekuensi dibawah cut frequency (dalam kasus ini 440 Hz) dihilangkan dari sinyal, ini berarti impedansi pada frekuensi tersebut sangat tinggi sehingga memblokir sinyal lewat. Diatas 440 Hz terdapat gain sebesar 0 dB, atau dengan kata lain tidak ada impedansi, yang berarti semua amplitudo diatas cut frequency tidak mengalami perubahan.

Diagram fase: diagram ini menunjukkan kesenjangan fase antara dua kuantitas yang terbatasi dengan impedansi, dalam kasus ini tegangan V(f) dari rangkaian dan arus I(f) yang mengalir melalui komponen.

Fase adalah faktor yang sangat penting tetapi sering diabaikan dalam sound engineering, karena dapat menghasilkan efek yang sangat terdengar. Pada umumnya kita menginginkan diagram dengan fase yang datar pada 0 derajat. Ini berarti kuantitas berada dalam fase dan tidak terjadi masalah apapun. Namun, ini tidak dapat dicapai karena setiap komponen rangkaian menambahkan kesenjangan pada setiap frekuensi yang berbeda. Tetapi, sistem yang sangat rumit mulai dirancang dengan tujuan mendapatkan laju amplitudo dan fase yang diinginkan.

Hukum Ohm, Daya, Gaya Elektromotif (Lanjutan)

Ketika komponen elektrik terhubungkan satu sama lain untuk mendapatkan hasil tertentu maka didapatkan rangkaian listrik. Rangkaian listrik dapat dideskripsikan dengan menggunakan simbolisme yang tepat untuk komponen dan kuantitas elektrik yang terlibat. Setiap komponen bereaksi terhadap kuantitas listrik yang merangsangnya sesuai aturan tertentu. Melalui skema elektrik dan formula terkaitnya, kita mendapatkan kendali penuh atas fungsionalitas rangkaian yang terkait. Pada rangkaian contoh berikut kita melihat bagaimana pemberian tegangan pada kedua ujung suatu hambatan menghasilkan arus yang mengalir melaluinya.

Gambar 4.12 Rangkaian sederhana

Sekarang kita melihat beberapa contoh rangkaian sederhana tetapi penting, karena rangkaian yang lebih rumit merupakan perpanjangan dan elaborasi dari contoh-contoh sederhana ini.

Rangkaian seri: pada rangkaian tipe ini semua arus melewati setiap hambatan:

Gambar 4.13 Rangkaian seri

Rangkaian secara keseluruhan memiliki hambatan total sama dengan jumlah setiap hambatan dalam rangkaian.

Persamaan 4.8 Hambatan total rangkaian seri

Kita dapat melihat bagaimana nilai total meningkat ketika hambatan meningkat.

Rangkaian paralel: dalam rangkaian ini, aliran arus terbagi menjadi beberapa bagian yang masing-masing melewati setiap hambatan. Semakin rendah hambatan, semakin besar jumlah arus yang melewatinya:

Gambar 4.14 Rangkaian paralel

Rangkaian secara keseluruhan memiliki hambatan total:

Persamaan 4.9 Hambatan total rangkaian paralel

Kita dapat melihat bagaimana nilai total berkurang dengan meningkatnya jumlah hambatan

Pembagi tegangan: tipe rangkaian ini digunakan ketika perlu dilakukan pembagian tegangan utama menjadi beberapa tegangan lebih kecil:

Gambar 4.15 Rangkaian pembagi tegangan

Persamaan 4.10 Formula yang menggambar pembagi tegangan

Hukum Ohm, Daya, Gaya Elektromotif

4.4.1 Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatukan kuantitas suatu sirkuit dalam satu formula: tegangan (V), arus (I) dan hambatan (R):

Sekarang kita lihat contoh praktis sebagai pemahaman langsung kuantitas ini. Jika kita memberikan tegangan 220 Volt kepada konduktor 50 Ohm didapatkan arus sebesar:

Persamaan 4.5 Perhitungan arus berdasarkan Hukum Ohm

4.4.2 Daya

Dalam fisika, daya adalah kerja yang dilakukan sumber daya ketika dihasilkan perpindahan dalam suatu unit waktu. Dengan kata lain, jika kita mengangkat beban dan memindahkannya beberapa meter, kita telah melakukan kerja, yang diukur sebagai daya.

Dalam elektronika, daya dihitung secara berbeda, tetapi penting untuk mengingat pada konteks fisik dimana kita menghitung daya, hasil akhirnya adalah ekivalen. Sebagai contoh: suatu amplifier yang mendorong loudspeaker. Untuk menggerakkan membran loudspeaker (yang kemudian menggerakkan udara) kita perlu melakukan sejumlah kerja yang sama dengan daya. Jadi amplifier kita perlu menghasilkan daya listrik yang sama dengan daya fisik yang dibutuhkan untuk menggerakkan membran.

Hukum Ohm dapat diekspresikan dalam berbagai cara selain yang telah disebutkan di atas. Salah satu ekspresi ini mengidentifikasi daya: daya adalah produk dari tegangan dikali dengan arus dan diukur dalam Watt:

Persamaan 4.6 Daya

Jika kita mensubstitusi V atau I dengan ekspresi hukum Ohm, kita mendapatkan:

Persamaan 4.7 Hukum Joule

Ekspresi ini disebut Hukum Joule
4.4.3 Gaya elektromotif

Contoh gaya elektromotif yang paling baik ditemukan dalam baterai rumah tangga. Baterai menyediakan perbedaan potensial secara konstan pada kedua ujungnya hingga habis. Ini terjadi karena adanya kombinasi kandungan unsur kimia yang menghasilkan elektron ketika melakukan kontak. Selagi elektron terkonsumsi (ketika baterai digunakan dalam senter misalkan), komponen kimia berubah dan perlahan kehilangan sifat elektriknya. Ketika komponen ini tidak bisa lagi menyediakan elektron, baterai habis.

Singkatnya gaya elektromotif dapat disebut sebagai: elemen (baterai) yang menyediakan gaya elektromotif sehingga menghasilkan tegangan konstan pada kedua ujungnya.