34

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat

Penelitian ini mulai dilaksanakan pada bulan November 2014 sampai dengan

April 2015. Perancangan sistem, identifikasi kadar air pada kayu jati dan akasia

daun lebar dilaksanakan di Laboratorium Elektronika sedangkan Instrumentasi

dan pengambilan data dilaksanakan di Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika

Fakultas MIPA Universitas Lampung.

B. Alat dan Bahan

Pada penelitian ini, alat-alat yang digunakan sebagai media akuisisi dan

identifikasi kadar air serta pengukuran frekuensi adalah sebagai berikut:

1. Personal Computer (PC)

PC pada penelitian ini digunakan untuk mengolah sinyal agar dapat melihat

hasil frekuensi yang kuantitatif.

2. Palu

Palu digunakan sebagai sumber bunyi.

35

3. Mikrofon

Mikrofon digunakan untuk mendeteksi gelombang bunyi yang dihasilkan oleh

palu untuk diubah menjadi besaran elektris agar dapat diolah oleh komputer.

4. Pre-Amplifier (Penguat Mikrofon)

Penguat Mikrofon digunakan untuk menguatkan sinyal suara yang dihasilkan

oleh palu.

5. Besi penyangga

Besi penyangga digunakan sebagai tempat dudukan kayu dan palu. Besi

penyangga dapat mengurangi redaman gelombang suara dari luar.

6. Tali

Tali pada penelitian ini digunakan sebagai pengikat antara palu dan kayu.

7. Kabel penghubung

Kabel Penghubung digunakan untuk menghubungkan mikrofon ke sound card

PC/ Laptop.

Kemudian untuk bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya:

1. Kayu jati ukuran panjang 1 m dan diameter 7 cm.

2. Kayu akasia ukuran panjang 1m dan diameter 7 cm.

3. Software Matlab, digunakan untuk proses komputasi dan pengolahan sinyal

berdasarkan rumusan dari metode Transformasi Fourier Cepat (Fast Fourier

Transform). Software Matlab yang digunakan dalam penelitian ini adalah

Matlab 7.8.

36

C. Desain Penelitian

Desain penelitian yang dilakukan yaitu seperti gambar 3.1 sebagai berikut.

Gambar 3.1 Setting alat percobaan identifikasi kadar air pada kayu jati dan kayu

Akasia mangium

Keterangan :

(1) Tiang penyanggah palu

(2) Palu

(3) Papan

(4) Tali pengikat palu

(5) Kayu sepanjang 1 m

(6) Mikrofon 1

(7) Mikrofon 2

1

2

3

5

6

9

10

0

4

7 8

H=60

cm L=20

cm

40 cm

70 cm

11

12

37

(8) Mikrofon 3

(9) Penyanggah besi

(10) Papan penyanggah besi

(11) Preamplifier

(12) Laptop

Prinsip kerja peneitian ini adalah mikrofon dipasang pada ujung kayu. palu

dijatuhkan di atas kayu pada ketinggian 15 cm di atas kayu dan dijatuhkan. Benturan

palu pada ujung kayu akan menghasilkan gelombang suara (akustik) sepanjang

batang kayu. Mikrofon yang telah dipasang pada batang kayu akan merekam

gelombang suara tersebut. Kemudian gelombang suara yang telah ditangkap oleh

mikrofon akan dikuatkan oleh preamplifier sehingga suara dapat diterima oleh

soundcard laptop. Gelombang suara yang masuk ke laptop kemudian akan

diolah/dianalisis untuk diketahui perbedaan frekuensi dominan terhadap kadar air

kayu menggunakan FFT.

Diagram alir penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2

38

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian

D. Rangkaian Pre-Amplifier Mikrofon

Pre-amplifier mikrofon adalah penguat yang bekerja pada mikrofon yang berfungsi

memperkuat sinyal listrik yang berasal dari mikrofon. Pre-amplifier mikrofon

mempengaruhi kualitas suara rekaman seperti mikrofon itu sendiri. Gambar 3.3

adalah rangkaian pre-amp mikrofon yang menggunakan dua transistor.

Mulai

Menjatuhkan palu pada kayu dengan

ketinggian konstan

Setting alat untuk merekam suara

Terjadi benturan dan

menimbulkan suara

Suara ditangkap oleh

mikrofon

Dikuatkan pre-amp

Diterima oleh PC

Selesai

Pengolahan Data

Pembuatan Laporan

39

(a)

(b)

(c)

Gambar 3.3 Rangkaian penguat transistor bias pembagi tegangan dua tingkat (a),

rangkaian ekivalen AC (b dan c)

40

Rangkaian pre amplifier mikrofon atau pre-amp mic ini digunakan sebagai penguat

depan untuk mikrofon kondenser. Rangkaian penguat di atas merupakan rangkaian

penguat pre-amplifier mikrofon yang digunakan untuk menguatkan sinyal input yang

berasal dari mikrofon sebelum masuk ke sound card PC. Rangkaian Pre-amplifier

mikrofon ini menggunakan dua transistor 2N3904 yang dirangkai sebagai penguat

transistor dua tingkat common emitor dengan tanggap frekuensi respon 20 – 4000

Hz. Rangkaian Pre-amplifier mikrofon di atas didesain untuk mikrofon jenis elektret

atau mikrofon condenser. Masukan sinyal dari kaki basis terhubung dengan sebuah

kapasitor sebesar 100 yang berguna sebagai kopling, yaitu untuk menahan

frekuensi dc yang berasal dari sumber tegangan dan meloloskan frekuensi ac dari

mikrofon. Pada Gambar 3.3 (c) tegangan masukan basis pada rangkaian penguat

tingkat pertama dapat dihitung dengan persamaan berikut ini.

(3.1)

Vin adalah tegangan masukan pada mikrofon dengan sebagai hambatan mikrofon.

Besarnya impedansi masukan ( ( )) pada tingkat pertama dihitung dengan

persamaan berikut.

( ) (3.2)

r'e adalah hambatan emitor pada mode AC untuk penguat pertama besarnya dapat

dihitung dengan persamaan 3.3

=

(3.3)

Vbe merupakan tegangan basis emitor dengan nilai pendekatan sebesar 25 mV

sedangkan ie adalah arus emitor pada mode AC. Besar penguatan tegangan pada

41

transistor tingkat pertama dapat dihitung menggunakan persamaan 2.21 sebagai

berikut.

(3.4)

Dengan

Tegangan yang keluar dari rangkaian penguat tingkat pertama menjadi masukan

tegangan pada penguat tingkat kedua. Tegangan AC yang masuk ke kaki basis 2

( ) dapat dihitung dengan persamaan 3.5 sebagai berikut.

(3.5)

Besarnya impedansi masukan ( ( )) pada tingkat kedua dihitung dengan

persamaan berikut.

( ) (3.6)

Besar penguatan tegangan pada transistor tingkat kedua ( ) dapat dihitung dengan

persamaan 3.7.

(3.7)

dengan //

setelah diperoleh dan , total penguatan tegangan dapat dihitung

menggunakan persamaan berikut (Malvino, 2003).

(3.8)

Dari persamaan 3.8 diatas kita dapat memperoleh Vout menggunakan persamaan 3.9.

(3.9)

42

Rangkaian di atas juga dilengkapi dengan low pass filter yang dirancang

menggunakan resistor dan kapasitor. Besar frekuensi cut off dihitung dengan

persamaan berikut.

(3.10)

dengan: R= Hambatan yang terhubung ke output

C= Kapasitor filter

fc= Frekuensi cut off

Resistor sebesar 4,6 Ohm dan kapasitor sebesar 3,5 nF digunakan sebagai low pass

filter dengan frekuensi cut off sebesar 4000 Hz. Pemilihan frekuensi cut off sebesar

4000 Hz didasarkan pada frekuensi gelombang akustik maksimal yang diperoleh

sebesar 2000 Hz. Kemudian dari output pre-amplifier ini akan dikuatkan lagi oleh

sound card PC/laptop.

43

E. Prosedur Percobaan

Pada penelitian ini, dilakukan percobaan identifikasi tingkat kadar air pada kayu

berdasarkan spektroskopi gelombang akustik untuk diketahui frekuensi dominan

gelombang suara terhadap kadar air kayu. Kemudian membandingkannya dengan

persentase kadar air kayu yang diperoleh. Proses identifikasi persentase kadar air

kayu adalah:

1. cuplik kayu (gelondongan) yang akan diukur kadar airnya.

2. timbang massa kayu basah sebagai m1.

3. masukkan kayu ke dalam oven selama setengah jam.

4. timbang massa kayu yang telah dioven sebagai m2.

5. ulangi proses 3-4 sampai kayu memiliki massa yang tetap (mx).

6. ulangi proses 1-5 untuk kayu yang sama tetapi lain hari.

Persentase kadar air:

(3.12)

dengan:

Ka = Persentasi kadar air pada kayu (%);

= Massa basah kayu (kg);

= Massa kering kayu oven (kg).

44

Sedangkan prosedur penelitian spektroskopi gelombang akustik untuk identifikasi

tingkat kadar air kayu adalah:

1. palu diikat pada ketinggian 15 cm di atas kayu.

2. palu dijatukan pada kayu sehingga terjadi benturan (sumber gelombang bunyi).

3. bunyi merambat di sepanjang batang kayu.

4. bunyi dideteksi menggunakan mikrofon.

5. bunyi direkam melalui sound card laptop.

6. gelombang bunyi ditampilkan dalam fungsi waktu.

7. sinyal gelombang bunyi dianalisis/diolah menggunakan FFT (Fast Fourier

Transform) untuk mengetahui spectrum frekuensi bunyi.

8. ulangi proses 1-7 untuk kayu yang sama tetapi posisi mikrofon diubah ke 2 dan 3

(lihat gambar 3.2).

9. ulangi proses 1-8 untuk kayu yang sama tetapi lain hari.

Blok diagram kinerja alat ditunjukkan Gambar 3.4

Mikrofon

Gambar 3.5 Diagram blok percobaan

Gambar 3.4 terlihat proses perambatan gelombang yang telah direkam oleh mikrofon

dikuatjan dengan pre-amplifier dan dihubungkan pada sound card laptop.

Pre-amp Sound card

laptop/komputer

45

F. Rancangan Data Hasil Pengukuran

Pada penelitian ini, informasi yang akan didapatkan berupa spektrum frekuensi

gelombang suara kadar air kayu yang dilakukan dengan beberapa pengulangan

selama 15 hari. Untuk mengetahui perbedaan frekuensi dominan gelombang suara

terhadap kadar air kayu, terdapat beberapa informasi pendukung yang akan dicari

akustik spektroskopi identifikasi kadar air pada kayu ini sesuai dengan Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Data penelitian yang akan didapatkan

No Jenis

Kayu

Posisi

Mikrofon

Persentase kadar air kayu

pada hari ke-

Frekuensi dominan

gelombang suara terhadap

pada hari ke-

1 5 10 15 1 5 10 15

1. Jati 1

2

3

2. Sengon 1

2

3

Dari Tabel 3.1, jenis kayu yang digunakan dalam pengujian ada 2 yaitu jati dan

akasia. Masing-masing kayu digunakan 3 perlakuan, yakni pada hari ke-1 adalah hari

pemotongan kayu dari pohonnya, hari ke-5, hari ke-10, dan hari ke-15. Setelah proses

46

pengujian diperoleh hasil frekeuensi gelombang suara kadar air yang terkandung

dalam kayu-kayu tersebut. Semua informasi inilah yang kemudian digunakan untuk

mengetahui perbandingan frekuensi dominan terhadap kadar air kayu.

G. Pemilihan Kayu

Kayu terdiri dari beberapa bagian, yaitu bagian pangkal, batang atas dan ranting.

Ranting biasanya digunakan sebagai bahan kayu bakar, sedangkan untuk bahan

bangunan atau furniture menggunakan kayu bagian pangkal dan batang atas (bebas

cabang). Kayu bagian pangkal lebih sering digunakan sebagai bahan bangunan,

karena ukurannya yang lebih besar dibandingkan dengan kayu bagian yang lain.

Selain itu bagian pangkal juga memiliki kandungan air paling banyak karena letaknya

yang dekat dengan akar. Pada penelitian ini, kayu yang digunakan adalah kayu

gelondongan bulat bagian pangkal dengan diameter 10 cm dan panjang 1 m. Kayu

gelondongan adalah kayu yang masih utuh seperti ketika dipotong dari pohonnya

(belum dipotong dan dibelah secara vertikal dari aslinya). Kayu bagian pangkal

adalah yang paling baik untuk pertukangan. Kayu gelondongan yang digunakan

dikupas kulitnya, agar dapat menguapkan kadar air yang terkandung dalam kayu

tersebut sehingga kadar air akan cepat kering. Air dalam kayu akan bergerak dari

daerah yang berkelembaban tinggi (sebelah dalam) ke daerah yang berkelembaban

lebih rendah (permukaan). Dengan demikian, maka kayu akan mengering dari bagian

luar ke dalam atau dengan kata lain permukaan kayu akan lebih cepat kering daripada

bagian dalamnya. Sehingga kayu gelondongan yang telah dikupas kulitnya lebih baik

47

digunakan dalam penelitian karena dapat membantu mengurangi pengeringan kadar

air. Jenis kayu yang digunakan dalam penelitian ini ada dua yaitu kayu jati dan kayu

akasia daun lebar (acacia mangium).

Gambar 3.6. Kayu gelondongan sepanjang 1 m

H. Lokasi Pengambilan Kayu

Kayu jati dan kayu akasia daun lebar diambil dari Natar, Kabupaten Lampung

Selatan, Provinsi Lampung. Sampel pohon sebanyak satu pohon pada masing-

masing jenis kayu berdiameter 10 cm dengan tinggi 1 meter. Sampel diambil pada

posisi ketinggian 1,5 m pada bagian pangkal. Penebangan kayu jati dan kayu akasia

daun lebar dilakukan pada tanggal 13 Desember 2014 pada pukul 07.00-08.00 WIB.

48

Kayu yang telah ditebang sepanjang 1,5 m dikupas kulitnya dan dipotong menjadi

dua bagian yaitu 1 m dan 50 cm. Kayu sepanjang 1 m digunakan untuk penelitian

frekuensi kadar air pada kayu menggunakan program FFT. Sedangkan kayu

sepanjang 50 cm digunakan untuk sampel pengambilan tingkat kadar air pada kayu

yang masing-masing dilakukan empat kali perlakuan dengan pengambilan data lima

hari sekali selama 15 hari.

I. Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Perancangan perangkat lunak (software) dalam penelitian ini dilakukan menggunakan

bahasa pemrograman Matlab 7.8. Program dari alat ini terdiri dari dua pengolahan

yaitu perekaman suara, dan pengolahan sinyal suara menjadi frekuensi menggunakan

program Fast Fourier Transform (FFT). Diagram alir perancangan perangkat lunak

dalam penelitian ini adalah Gambar 3.7 berikut.

49

Gambar 3.7 Diagram alir perancangan perangkat lunak

Perancangan software dimulai dari proses perekaman suara. Perekaman suara ini

berfungsi untuk mengambil gelombang suara yang telah ditangkap oleh mikrofon.

Suara yang telah didapatkan kemudian akan dirunning dan diproses melalui proses

pengolahan data mulai dari proses memanggil data rekaman, program FFT (Fast

Fourier Transform), dan running kembali. Proses memanggil rekaman ini akan

mengubah suara menjadi frekuensi, yang kemudian diolah melalui program FFT

(Fast Fourier Transform). Setelah itu running kembali sebagai program FFT.

Selesai

Mulai

Panggil data rekaman

Program FFT (Fast

Fourier Transform)

Suara diolah

menggunakan FFT

Suara berubah menjadi

frekuensi

Grafik

Perekaman suara

Simpan hasil suara