digital signal processor

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pemrosesan sinyal digital adalah suatu bagian dari sains dan teknik yang berkembang pesat

selama 30 tahun terakhir. Perkembangan yang pesat ini merupakan hasil kemajuan teknologi

komputer digital dan industri rangkaian terintegrasi. Komputer dan hardware digital selama tiga

dekade yang lampau relatif besar dan mahal sehingga konsekuensinya perangkat tersebut hanya

digunakan untuk komputasi ilmiah dan aplikasi bisnis. Kemudian kemajuan yang sangat signifikan

dimulai dengan integrasi skala medium (MSI), besar (LSI), hingga sangat besar (VLSI) dari rangkaian

elektronik memacu perkembangan yang sangat kuat, lebih kecil, lebih cepat, dan lebih murah dari

komputer dan perangkat keras digital untuk maksud khusus. Rangkaian digital yang murah dan relatif

cepat ini memungkinkan untuk mengkonstruksi sistem digital canggih yang dapat melakukan fungsi

dan tugas pemrosesan sinyal yang dilakukan secara konvensional dengan piranti analog kini dapat

dilakukan dengan perangkat keras digital yang lebih praktis dan ekonomis.

Rangkaian digital tidak hanya menghasilkan sistem yang lebih murah dan terpercaya untuk

pemrosesan sinyal, tetapi juga memiliki keuntungan-keuntungan lain. Terutama perangkat keras

pemrosesan digital memungkinkan operasi yang dapat diprogram (programmable). Sehingga antara

hardware dan software saling berkesinambungan menghasilkan suatu derajat fleksibilitas desain

sistem yang lebih besar. Juga acap kali ditemui suatu tingkat presisi yang lebih tinggi dapat dicapai

oleh hardware dan software digital dibanding perangkat analog.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Apa yang disebut Digital Signal Processor?

Bagaimana prinsip kerja Digital Signal Processor?

Apa aplikasi Digital Signal Processor?

Apa keuntungan dan kerugian penggunaan DSP?

Tugas Tambahan Praktikum Pengolahan Sinyal Digital 1

1.3 TUJUAN PENULISAN MAKALAH

Mengetahui pengertian Digital Signal Processor

Memahami cara kerja DSP.

Mengetahui aplikasi DSP.

Mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan DSP.

1.4 BATASAN MASALAH

Pada makalah ini saya akan membahas mengenai pengertian Digital Signal Processor.

Kemudian dasar-dasar pengolahan sinyal digital yang merupakan prinsip kerja digital signal

processor. Setelah mengetahui prinsip kerja DSP, perlu juga dibahas mengenai aplikasi DSP. Aplikasi

yang akan saya angkat adalah peredaman noise akustik secara aktif menggunakan DSP TMS320C50.

Dan yang terakhir akan saya bahas mengenai kelebihan dan kekurangan penggunaan DSP.

1.5 METODE PENGUMPULAN DATA

Metode yang saya gunakan dalam penulisan makalah ini adalah metode kepustakaan, yaitu

dengan mencari literatur yang berhubungan dengan bahasan makalah saya. Kemudian dilengkapi

dengan metode internet, yaitu mencari informasi dari internet untuk melengkapi makalah saya.


BAB II

PEMBAHASAN

2.1 PRINSIP KERJA

DSP (Digital Signal Processor) merupakan suatu rangkaian terintegrasi yang menyerupai

mikroprosessor, tetapi arsitekturnya memiliki spesialisasi untuk melakukan pemrosesan data diskrit

dengan kecepatan tinggi seperti proses filtering dan fast fourier transform. Kelebihan itulah yang

membuat DSP lebih baik dari mikrokomputer ataupun mikrokontroler dalam hal memproses sinyal.

Dalam pemrosesan data oleh DSP mula – mula data yang berupa sinyal analog diubah menjadi

sinyal elektronik oleh tranduser (microphone) kemudian dilakukan proses pencuplikan sinyal

masukan yang berupa sinyal kontinyu. Proses ini mengubah representasi sinyal yang tadinya berupa

sinyal kontinyu menjadi sinyal diskrit. Proses ini dilakukan oleh suatu unit ADC (Analog to Digital

Converter). Unit ADC ini terdiri dari sebuah bagian Sample/Hold dan sebuah bagian quantiser. Unit

sample/hold merupakan bagian yang melakukan pencuplikan orde ke-0, yang berarti nilai masukan

selama kurun waktu T dianggap memiliki nilai yang sama. Pencuplikan dilakukan setiap satu satuan

waktu yang lazim disebut sebagai waktu cuplik (sampling time). Bagian quantiser akan merubah

menjadi beberapa level nilai.

Gambar 2.1 Sampling & Quantizing

Sinyal input asli yang tadinya berupa sinyal kontinyu, x(T) akan dicuplik dan diquantise

sehingga berubah menjadi sinyal diskrit x(kT). Dalam representasi yang baru inilah sinyal diolah.

Keuntungan dari metode ini adalah pengolahan menjadi mudah dan dapat memanfaatkan program

sebagai pengolahnya. Dalam proses sampling ini diasumsikan kita menggunakan waktu cuplik yang

sama dan konstan, yaitu Ts. Parameter cuplik ini menentukan dari frekuensi harmonis tertinggi dari

sinyal yang masih dapat ditangkap oleh proses cuplik ini. Frekuensi sampling minimal adalah 2 kali

dari frekuensi harmonis dari sinyal.

Untuk mengurangi kesalahan cuplik maka lazimnya digunakan filter anti-aliasing sebelum

dilakukan proses pencuplikan. Filter ini digunakan untuk meyakinkan bahwa komponen sinyal yang


dicuplik adalah benar-benar yang kurang dari batas tersebut. Sebagai ilustrasi, proses pencuplikan

suatu sinyal digambarkan pada gambar berikut ini.

Gambar 2.2. Pengubahan dari sinyal kontinyu ke sinyal diskrit

Setelah sinyal diubah representasinya menjadi deretan data diskrit, selanjutnya data ini dapat

diolah oleh prosesor menggunakan suatu algoritma pemrosesan yang diimplementasikan dalam

program. Hasil dari pemrosesan akan dilewatkan ke suatu DAC (Digital to Analog Converter) dan

LPF (Low Pass Filter) untuk dapat diubah menjadi sinyal kontinyu kembali. Secara garis besar, blok

diagram dari suatu pengolahan sinyal digital adalah sebagai berikut :

Gambar 2.3. Blok diagram sistem pemrosesan sinyal pada DSP

Chip-chip DSP memiliki arsitektur khusus yang lazim dikenal dengan arsitektur Harvard, yang

memisahkan antara jalur data dan jalur kode. Arsitektur ini memberikan keuntungan yaitu adanya

kemampuan untuk mengolah perhitungan matematis dengan cepat, misal dalam satu siklus dapat

melakukan suatu perkalian matrix. Untuk chip-chip DSP, instruksi yang digunakan berbeda pula.

Lazimnya mereka memiliki suatu instruksi yang sangat membantu dalam perhitungan matrix, yaitu

perkalian dan penjumlahan dilakukan dalam siklus (bandingkan dengan 80×86, proses penjumlahan

saja dilakukan lebih dari 1 siklus mesin).

Sebenarnya perhitungan yang dilakukan untuk chip jenis DSP ini tidaklah terlalu komplek,

namun volume data yang diolahnya sangat besar dan bekerja terus menerus mengingat data yang

diolah tersebut adalah berupa data streaming, atau selalu mengucur melewati chip tersebut, sehingga

general purpose processor sering tidak mampu untuk melakukannya.

Anggaplah prosesor ini dapat mengerjakan beragam pekerjaan, namun hanya untuk aplikasi

tertentu. Karena strukturnya yang sangat sederhana, maka tentu saja chip ini dapat menterjemahkan

pekerjaannya dengan kecepatan tinggi.


2.2 APLIKASI DSP

Pada makalah ini akan saya kemukakan aplikasi DSP yang digunakan untuk peredaman noise

akustik secara aktif menggunakan DSP TMS320C50.

Metode peredaman suara secara aktif bekerja berdasarkan prinsip superposisi yang destruktif,

dimana sumber suara bising (noise), dilawan dengan sumber suara anti-noise. Sumber suara anti-noise

ini memiliki amplitudo yang sama besar dengan sumber noise utama, namun phasenya berbeda 180o.

Akibatnya kedua sumber suara ini akan saling melemahkan. Konsep ini dapat dilihat dengan jelas

seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.4. Ilustrasi sumber suara yang saling melemahkan

Sebagai media simulasi, digunakan saluran pipa PVC sebagai tempat perambatan gelombang

suara. Pipa ini dilengkapi dengan speaker noise, speaker anti-noise, microphone input, dan

microphone error. Dalam hal ini, speaker berfungsi sebagai sumber suara, baik noise maupun anti-

noise. Sedangkan microphone berfungsi sebagai sensor penangkap sinyal suara.

Gambar 2.5 Simulasi peredaman aktif

Kondisi real dari jalur-jalur akustik tempat perambatan gelombang suara diimplementasikan

dalam bentuk filter-filter digital. Sedangkan untuk membantu pemroses sinyal-sinyal digital tersebut,

digunakan Digital Signal Processing (DSP) TMS320C50. Processor ini memiliki kecepatan


http://pradinipus.files.wordpress.com/2011/05/simulasi-peredaman-noise-aktif.jpg

pemrosesan yang cukup tinggi dengan mnemonic-mnemonic yang dikhususkan untuk pemrosesan

sinyal digital.

Dalam penerapannya, sistem diuji dengan berbagai variasi step size, frekuensi noise, orde filter

dan level sinyal noise. Selain itu juga dilakukan pengujian respon sistem terhadap sinyal noise

multiple frekuensi dan pengujian respon parameter akustik yang terdapat pada saluran pipa PVC.

Dari pengujian terhadap masing-masing variasi tersebut, ternyata sistem yang dibuat ini cukup

efektif untuk meredam sinyal noise yang frekuensinya narrow-band. Frekuensi-frekuensi sinyal noise

yang dapat diredam bernilai 428, 476, 502, 550, 569, 600, 625 dan 643 Hz. Dari nilai-nilai tersebut,

diperoleh nilai reduksi yang optimal sebesar 21.03 dBV, pada frekuensi noise 569 Hz. Sedangkan

untuk sinyal noise multiple frekuensi, sistem efektif untuk meredam hingga 4 frekuensi sinyal input

(quadruple-tone signal). Pada variasi level sinyal input, diperoleh hasil reduksi yang maksimal sebesar

33.86 dBV pada level sinyal input –5.99 dBV dengan frekwensi 428 Hz.

Akhirnya, pemanfaatan dan pengembangan peredaman suara secara aktif ini diharapkan dapat

menjadi dasar bagi pengembangan metode peredaman noise multiple frekuensi secara aktif yang

banyak dijumpai pada pabrik, pada interior pesawat, mobil dan lain-lain.

Gambar 3.6. Hardware Active Noise Control

Keterangan Gambar :

PRE-AMP MIC. = Penguat Depan EM = Error Microphone

POWER AMP. = Penguat Akhir SN = Speaker Noise

AIC EX = AIC Expansion SA = Speaker Anti-Noise

STPC = Serial Communication to PC SI = Sinyal Input

IM = Input Microphone SM = Saklar Mute


Gambar 2.7. Spectrum Analyzer yang digunakan sebagai alat ukur.

Gambar 2.8. Contoh grafik hasil pengukuran.

2.3 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN PENGGUNAAN DSP

Kelebihan penggunaan DSP :

1. Suatu sistem digital terprogram memiliki fleksibilitas dalam merancang ulang

operasi-operasi pengolahan sinyal digital hanya dengan melakukan pengubahan pada

program yang bersangkutan, sedangkan proses merancang ulang pada sistem analog

biasanya melibatkan rancang ulang perangkat keras, uji coba dan verifikasi agar dapat

bekerja seperti yang diharapkan.


2. Masalah ketelitian atau akurasi juga memainkan peranan yang penting dalam

menentukan bentuk dari pengolah sinyal. Pengolahan sinyal digital menawarkan

pengendalian akurasi yang lebih baik. Faktor toleransi yang terdapat pada komponen-

komponen rangkaian analog menimbulkan kesulitan bagi perancang dalam

melakukan pengendalian akurasi pada sistem pengolahan sinyal analog. Di lain pihak,

sistem digital menawarkan pengendalian akurasi yang lebih baik.

Kekurangan penggunaan DSP :

1. Bertambahnya sistem yang komplek dalam pengolahan digital untuk sinyal analog

karena diperlukan alat sebelum dan sesudah pengolahan seperti konverter A/D dan

D/A, beserta penapis dan rangkaian digital lainnya.

2. Terbatasnya jangkauan frekuensi yang dapat diproses: pada umumnya sinyal analog

kontinyu harus disampel pada frekuensi paling sedikit dua kali komponen frekuensi

terbesarnya yang ada pada sinyal tersebut, apabila kondisi ini tidak dipenuhi maka

komponen sinyal dengan frekuensi di atas setengah dari frekuensi sampling muncul

sebagai komponen sinyal di bawah frekuensi sebenarnya.

3. Kerugian ketiga berawal dari kenyataan bahwa sistem digital disusun dengan

menggunakan alat aktif yang mengkonsumsi power listrik, sedangkan algoritma

pengolahan analog diimplementasikan dengan rangkaian pasif. Dalam hal ini alat

aktif kurang dapat dipercaya daripada alat pasif untuk mengolah sinyal karena dapat

mempengaruhi sinyal yang diolahnya.

Walaupun demikian keunggulan pengolahan sinyal digital jauh lebih banyak daripada

kerugiannya dalam banyak aplikasi. Dengan terus berlangsungnya pengurangan biaya perangkat keras

pengolahan digital, karena berkembangnya teknologi, aplikasi pengolahan sinyal digital bertambah

dengan pesat.


BAB III

PENUTUP

3.1 KESIMPULAN

DSP (Digital signal processor) merupakan suatu rangkaian terintegrasi yang menyerupai

mikroprosessor yang digunakan untuk melakukan pemrosesan data diskrit dengan kecepatan tinggi.

Prinsip kerja DSP adalah mengubah sinyal analog menjadi sinyal diskrit oleh ADC (Analog to

Digital Converter) sebelum diolah dalam DSP itu sendiri. Kemudian keluaran DSP dikonversikan lagi

dalam bentuk analog oleh DAC (Digital to Analog Converter).

DSP dapat diaplikasikan untuk peredaman noise akustik secara aktif dengan menggunakan DSP

TMS320C50 untuk membantu dalam pengolahan sinyal digital.

Dalam banyak aplikasi keunggulan pengolahan sinyal digital jauh lebih banyak daripada

kerugiannya. Dengan terus berlangsungnya pengurangan biaya perangkat keras pengolahan digital,

karena berkembangnya teknologi, aplikasi pengolahan sinyal digital bertambah dengan pesat.

3.2 SARAN

Peningkatan kinerja DSP dengan meminimalkan kerugian

Dengan peningkatan teknologi yang bersifat kontinu maka diharapkan pengembangan DSP

menjadi lebih efektif, efisien, dan ekonomis.

Pemanfaatan DSP dengan baik untuk kemaslahatan umat manusia.


DAFTAR PUSTAKA

Proakis, John G dan Dimitris G. Manolakis, 1995. Digital Signal Processing. Prentice-Hall Inc,

New Jersey

Patrick, Marco. 1999. Asia Pasific International Congress on Engineering computational modeling

and Signal processing.

http://faculty.petra.ac.id/resmana/projects/noise-control/ , diakses pada 7 November 2013.

http://henry-toruan.blogspot.com/2009/10/sistem-pengolahan-sinyal-digital.html , diakses pada 7

November 2013.


http://henry-toruan.blogspot.com/2009/10/sistem-pengolahan-sinyal-digital.html

http://faculty.petra.ac.id/resmana/projects/noise-control/

digital signal processor

Documents