rancang bangun sistem penghilang bising aktif

Rancang Bangun Sistem Penghilang Bising Aktif

Abdi Cahya Pawitra1 dan Purnomo Sidi Priambodo2

1.Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia 2.Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia

Email: [email protected]

Abstrak

Kebisingan merupakan polusi bagi indra pendengaran yang dapat memengarhi kesehatan fisik dan psikis. Ironisnya, kebisingan menjadi hal yang sering diabaiakan dengan alasan sulit dalam penanganan. Opsi penanganan yang ada saat ini adalah perbaikan akustik ruangan dan menggunakan pelindung telinga, tetapi untuk perbaikan akustik rungan membutuhkan biaya yang lumayan mahal dan opsi penggunaan alat pelindung telinga juga sering diabaikan karena dianggap kurang memberikan kenyamanan. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, peneliti mengajukan suatu opsi untuk mengurangi kebisingan dengan menggunkan sistem penghilang bising aktif. Penghilang bising aktif menangkap suara bising dengan menggunakan mikrofon referensi, tegangan masukan dari mikrofon akan dibalik fasanya, dikuatkan dengan menggunakan power amplifier, kemudian dikeluarkan dengan menggunakan speaker. Suara yang telah dibalik fasanya akan bersuperposisi dengan suara bising, sehingga meredam suara bising yang ada di ruangan. Pengujian sistem menunjukan keandalan sistem dalam menurunkan tingkat tekanan suara bising pada satu titik dan juga pada satu ruang. Pada kebisingan satu titik, sistem berhasil menurunkan tingkat tekanan suara hingga mencapai -12 dB. Sedangkan untuk penurunan tingkat bising pada satu ruang dibagi menjadi dua, yaitu pengujian pada ruangan demo yang menghasilkan penuruan mencapai -9 dB dengan rata-rata penurunan -4 dB pada semua titik di frekuensi 2400 Hz, dan teruji menurunkan kebisingan pada Laboratorium Sistem Tenaga Listrik Universitas Indonesia mencapai -6 dB dengan rata-rata penurunan sebesar -1,75 dB.

Design and Fabrication of Noise Cancellation System

Abstract

Noise is a pollution for hearing that bring negative effect for health physically and mentally. Ironically, noise become tolerated because of the difficulty to overcome the problem. Some solution that exist are acoustic treatment and using ear protector, but the cost of acoustic treatment for is extremely high and people are not comfortable to use ear protector. In this research, we propose a solution for noise problem by designing an active noise cancellation device. Active noise cancellation use reference microphone to sample noise to be cancelled, phase of input voltage from microphone will be inverted and amplified by power amplifier, later generated by speaker. Superposition of inverted phase noise and the noise itself will reduce sound pressure level of noise. In the experiment, our active noise cancellation system capable to recduce sound pressure level of noise in local area and room area. In local area, system can reduce noise sound pressure level to -12 dB. While using room analysis, experiment tested in two location. First, in demo room, noise sound pressure level reduce to -

Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017

9 dB with average of reduction -4 dB (at 2400 Hz) and second, tested to reduce noise level to -6 dB with average of reduction -1,75 dB in Electrical Power System Laboratory Universitas Indonesia.

Keywords: Active noise cancellation, sound pressure level, phase inverting, amplifier 1. Pendahuluan

Pada lingkungan kerja terdapat beberapa bahaya yang dapat memengaruhi kinerja

seperti faktor fisika, kimia, ergonomi, dan juga psikologi. Dengan salah satu yang paling

mencolok diantara faktor-faktor tersebut yang paling sering diabaikan adalah pada faktor

polusi suara berupa bising (noise). Bising bisa didefinisikan sebagai suara yang tidak

diharapkan. Menurut Kepmen LH 48 Tahun 1996 pasal 1 ayat 1 [1], kebisingan adalah bunyi

yang tidak diinginkan dari usaha atau kegiatan dalam tingkat dan waktu tertentu yang dapat

menimbulkan gangguan kesehatan dan kenyamanan lingkungan. Dalam lingkungan tempat

kerja pada industri, bising bersumber pada mesin-mesin produksi, seperti generator, motor,

CNC, kompresor, gerinda, dll.

Nilai Ambang Batas (NAB) yang diizinkan menurut Permenakertrans No Per.

13/Men/X/2011 Tahun 2011 Tentang Nilai Ambang Batas Faktor Fisika dan Faktor Kimia di

Tempat Kerja pasal 5 ayat 1 adalah sebesar 85 decibel A (dBA) dan pada pemaparan berlebih

akan diatur sesuai dengan waktu paparan dan intensitas yang ditentukan [2]. Efek yang

disebabkan dari pemaparan melebihi dari Nilai Ambang Batas adalah terganggunya

kesehatan, baik kesehatan jasmani maupun kesehatan rohani.

Terganggunya kesehatan jasmani utamanya adalah gangguan pada pendengaran, yaitu

kerusakan mekanis dan kenaikan aktivitas metabolisme pada tingkat sel. Kerusakan mekanis

adalah akibat dari paparan umum kepada suara dengan intensitas tinggi yang mengakibatkan

sel rambut berkurang kekakuannya dan mengurangi kemampuan untuk bekerja secara efektif.

Perubahan ini terjadi sepanjang waktu hingga akhirnya sel sensori benar-benar rusak dan

tidak dapat menjalankan tugasnya. Sedangkan kenaikan metabolisme pada tingkat sel terjadi

karena pada saat paparan sel rambut membutuhkan energi yang tinggi selama periode

paparan yang intens.

Sedangkan pada sisi kesehatan rohani, dikaitkan dengan mental dan psikologi. Efek

yang terjadi adalah stress, hilangnya konsentrasi, menurunnya motivasi, dan juga kelelahan

batin. Penelitian dari British Journal of Psychology menunjukkan bahwa bekerja dalam latar

belakang yang bising dapat mengurangi produktivitas hingga 67% [3].


Banyak aplikasi yang dapat dilakukan untuk mengurangi bising dalam bekerja, seperti

menggunakan alat pelindung pendengaran, manajemen akustik, perawatan dan perbaikan

mesin, dan juga membuat sebuah alat yang mampu menghilangkan bising. Menggunakan alat

pelindung pendengaran seringkali membuat pekerja menjadi tidak nyaman dan bisa

mengakibatkan kerusakan pada telinga (contoh pada pemakaian earbud). Manajemen akustik

ruangan dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan aplikasi tata ruang yang baik dan juga

pemasangan peredam atau pemecah suara, tetapi cara ini tidak telalu efisien dan efektif

dimana biaya yang dibutuhkan bisa lebih besar dalam penggunaan peredam dan pemecah

suara, tidak mudah merombak kembali struktur bangunan yang sudah permanen, dan juga

tidak dapat mengurangi bising 100% karena biasanya hanya terpusat pada pengurangan

frekuensi-frekuensi tertentu saja. Serta untuk melakukan perawatan dan perbaikan mesin

seringkali tidak terlalu efektif menghilangkan bising pada mesin dan biasanya lebih kepada

penggantian mesin yang memakan biaya lebih mahal.

Pilihan yang paling realistis dan efektif adalah dengan merancang sebuah alat yang

mampu mengurangi atau mengilangkan bising pada tempat kerja atau disebut juga

penghilang bising aktif. Pemilihan penghilang bising aktif sebagai solusi yang tepat

didasarkan dari biaya yang dapat ditekan karena rancang bangun rangkaian dapat

diseesuaikan dengan biaya yang ada, dapat dibuat adaptif dengan nilai bising yang ingin

sihilangkan yang artinya dapat memilih frekuensi yang dihilangkan tanpa perlu pemasangan

permanen, dan dimensi yang lebih kecil. Prinsip utama yang digunakan adalah dengan cara

mengambil sinyal bising yang ada lalu mebalik dan menggeserkan fasa sebanyak 180° yang

kemudian dikeluarkan kembali melalui speaker sehingga kedua fasa saling mengimbangi dan

bising hilang.

Salah satu tempat dengan karakteristik masalah dengan mesin dan bising adalah

Laboratrium Sistem Tenaga Listrik Universitas Indonesia. Penggunaan mesin Power System

Simulator (PSS) pada praktikum dan kegiatan analisis lainnya sedikit terganggu karena suara

bising yang dihasilkan saat mesin dijalankan.

Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dibahas mengenai karakter, simulasi, dan

perancangan purwarupa sistem penghilang bising untuk menghilangkan kebisingan yang ada

pada Laboratorium Sistem Tenaga Listrik.

2. Tinjauan Pustaka


Penghilang bising aktif, atau dikenal juga sebagai “anti-bising” dan “kontrol bising

aktif melibatkan pembangkitan elektro-akustik (biasanya dengan speaker) dari medan suara

untuk menghilangkan medan suara yang tidak diinginkan [4]. Penghilang bising aktif adalah

sebuah konsep dimana kebisingan dapat dikurangi atau dihilangkan dengan cara memberkan

sinyal yang destruktif terhadap sinyal bising dengan memanfaatkan konsep penjumlahan fasa

pada gelombang sinusoidal.

Konsep penghilang bising aktif merupakan terobosan dalam mengurangi atau

menghilangkan kebisingan yang menawarkan alternatif solusi yang lebih murah dan efektif

dibanding solusi-solusi lainnya.

2.1 Konsep Penghilang Bising Aktif

Gelombang suara adalah rambatan energi dari suatu sumber yang berosilasi, melalui

proses rapat dan renggang molekul-molekul udara atau medium penghantar gelombang suara

sebagai akibat dari osilasi sumber suara. Gelombang suara dapat berbentuk sinyal sinusoidal

seperti misalnya suara nada tunggal atau sinyal kompleks seperti misalnya wicara atau bising.

Penghilang bising aktif adalah pengendalian sinyal bising dengan cara membangkitkan sinyal

bising yang sama (sinyal bising sekunder) tapi dengan fase yang berbeda 180 derajat dari

sinyal bising yang hendak dikendalikan (sinyal bising primer). Interferensi antara sinyal

bising primer dan sekunder tersebut menyebabkan terjadinya peristiwa saling menghapuskan

atau kanselasi (cancellation) antara keduanya sehingga diharapkan bising primer dapat

dihilangkan. Peristiwa kanselasi tersebut sering tidak terjadi secara ideal sehingga masih

diperoleh residu sinyal bising walaupun dengan amplitudo yang rendah. Metode

penghilangan gelombang untuk pengendalian bising aktif dipengaruhi oleh banyak hal, antara

lain arah rambatan atau fase gelombang primer dan sekunder, kandungan frekuensi dalam

sinyal bising primer, serta fluktuasi sinyal bising terhadap waktu, konsep ditunjukkan dalam

gambar 2.1.


Gambar 2.1 Cara kerja penghilang bising aktif [5]

Aplikasi prinsip dasar penghilang bising aktif membutuhkan sistem pengendali

elektronik dasar yang terdiri dari mikrofon penangkap sinyal bising primer, pengendali fase,

penguat dan loudspeaker sinyal bising sekunder dan mikropon kesalahan untuk mengoreksi

pengendali fase sedemikian sehingga interferensi sinyal bising primer dan sekunder

menghasilkan residu bising minimum.

2.2 Struktur dasar

Sebuah sistem penghilang bising satu kanal pada umumnya melibatkan komponen

berupa [11],

• Sebuah mikrofon referensi yang bekerja sebagai sensor untuk menyuplik gangguan yang

ingin dihilangkan,

• Sebuah sistem kontrol elektronik untuk memroses sinyal referensi dan membangkitkan

sinyal kontrol,

• Sebuah speaker yang diatur oleh sinyal kontrol untuk membangkitkan gangguan

penghilang, dan sebuah mikrofon error untuk memberikan informasi kepada kontroler

sehingga bisa diatur guna meminimalisir medan suara yang dihasilkan.

Sistem penghilang bising aktif yang disebutkan diatas dikenal sebagai sistem

“adaptif” karena dapat membuat dirinya beradaptasi dan mengubah karakteristik kebisingan

yang akan dihilangkan dan mengubah kondisi lingkungan yang akan memengaruhi medan

akustik.

Perkembangan dari sistem penghilang bising aktif pada saat ini adalah dengan adanya

penggunaan mikrokontroler dan juga sistem lunak. Tujuan penggunaan mikrokontroler dan

juga sistem lunak adalah memaksimalkan pembalikan fasa gelombang, memastikan tidak

adanya umpan balik yang merugikan, dan bisa juga digunakan sebagai tampilan kepada

pengguna.

2.3 Konfigurasi dasar

Secara garis besar ada dua tipe dari sistem kontrol bising aktif yang dapat

dipertimbangkan, yaitu filter secara adaptif (umpan maju atau umpan balik) dan sistesis

bentuk gelombang (sebuah tipe dari kontrol umpan maju yang hanya cocok untuk kebisingan


yang periodik). Pada gambar 2.2 ditunjukkan skema konfigurasi sistem umpan maju dan

umpan balik. Pada kontrol umpan maju, sebuah sensor referensi (biasanya mikrofon) akan

mengambil sampel dari sinyal masukan, yang kemaudian akan difilter oleh kontroler

elektronik untuk memproduksi sinyal keluaran untuk mengatur sumber kontrol (dalam kasus

ini speaker). Waktu pemrosesan sinyal dari kontroler harus lebih kecil dibandingkan dengan

waktu yang dibutuhkan sinyal akustik untuk memropagasi dari sensor referensi ke sumber

kontrol untuk mengontrol bising pita lebar, sedangkan untuk mengontrol bising bernada

waktu proses yang diijinkan dapat lebih lama, tetapi dibatasi oleh kecepatan pada amplitudo

dan frekuensi pergantian nada.

Gambar 2.2 Filter adaptif (a) Sistem umpan maju (b) Sistem umpan balik [4]

Berbeda dengan sistem umpan maju yang bertumpu pada pengukuran prediktif dari

gangguan yang datang untuk membangkitkan gangguan “penghilang” yang pantas, sistem

umpan balik bertujuan untuk mengecilkan efek yang tersusa dari gangguan setelah gangguan

tersebut lewat. Tidak seperti sistem umpan maju yang sistem fisik dan kontrollernya dapat

dioptimasi secara terpisah, sistem umpan balik harus didesain dengan mempertimbangkan

sistem fisik dan kontroler sebagai sebuah sistem kopel tunggal.


Gambar 2.3 Konfigurasi sistem sintesis bentuk gelombang [4]

Sistem sintesis bentuk gelombang menggunakan konfigurasi yang ditunjukkan pada

gambar 2.3. Denyut dari sinyal tachometer digunakan secara langsung oleh kontroler

elektronik untuk membangkitkan sinyal penghilang. Setiap denyut dari tachometer kemudian

dikonversi oleh kontroler elektronik menjadi amplitudo keluaran yang berhubungan.

Kontroler tersebut harus diprogram dengan jumlah denyut yang akan diberikan untuk satu

sikulus utuh pada frekuensi dasar yang akan dikontrol. Dengan cara itu kontroler dapat

memberikan amplitudo keluaran yang pantas berhubungan dengan setiap denyut dan

kemudian akan memberikan nilai yang baru setelah setiap siklus berdasarkan nilai sinyal

error.

3. Metode Penelitian

Pada bagian ini dijelaskan mengenai alur penelitian rancang bangun sistem

penghilang bising. Hal yang paling pertama dilakukan adalah melakukan identifikasi tingkat

kebisingan dari Power System Simulator pada Laboratorium Sistem Tenaga Listrik

Universitas Indonesia yang kemudian akan menentukan parameter-parameter yang dibuthkan

dalam perancangan sistem.

Selanjutnya adalah merancang sistem penghilang bising aktif yang dapat mengurangi

tingkat kebisingan dari laboratorium tesebut, gambaran sistem yang diajukan dalam

penelitian ini ditunjukkan pada gambar 3.1, yaitu berupa:

1. Menggunakan konfigurasi umpan balik.

2. Menggunakan satu buah mikrofon yang digunakan sebagai mikrofon referensi.

3. Menggunakan preamp dan rangkaian pembalik fasa. Pada pembalik fasa menggunakan IC

NE5532.

4. Menggunakan power amplifier analog dengan komponen utama transistor NPN 2SC5200.


5. Menggunakan speaker SICA 8N yaitu speaker dengan respon frekuensi yang tinggi.

Gambar 3.1 Sistem penghilang bising aktif yang diajukan

Dari penjabaran tersebut secara proses menghilangkan fasa yang diajukan adalah

suara bising dari Power System Simulator akan ditangkap oleh mikrofon referensi, kemudian

bising dalam bentuk tegangan yang masuk dalam mikrofon akan dikuatkan agar dapat

diproses, sinyal akan diteruskan kepada rangkaian pembalik fasa dan dibalik fasanya baru

kemudian diteruskan kepada rangkaian penguat dan akan dikeluarkan menjadi suara bising


yang sudah dibalik fasanya.

Gambar 3.2 Implementasi sistem penghilang bising

Pada gambar 3.2 ditunjukkan implementasi rancangan sistem penghilang bising. Pada

sistem tersebut menggunakan mikrofon V8 Chiara CD-08 [6], rangkaian pembalik fasa

dengan inti komponen IC NE5532 [7], rangkaian power amplifier analog kelas AB dengan

inti komponen transistor NPN 2SC5200 [8], dan speaker SICA 6 inci [9]. Mikrofon akan

disambungkan dengan kabel kurang lebih 1 meter guna memberikan fleksibilitas dalam

penangkapan suara bising. Rangkaian pembalik fasa dan power amplifier dimasukkan ke

dalam kotak beserta dengan catu daya. Dan yang terakhir speaker diberikan kotak sendiri

untuk memberikan kualitas suara yang lebih baik pada frekuensi rendah.

Tahap penelitian selanjutnya adalah melakukan pengujian terhadap sistem penghilang

bising. Pengujian yang dilakukan dilakukan secara bertahap dari lingkup permasalahan yang

paling kecil yaitu pengujian karakteristik sistem pada alat ukur, pengujian peredaman bising

pada satu titik dengar dan satu ruang, hingga yang terakhir pengujian peredaman bising pada

laboratorium Sistem Tenaga Listrik.

4. Hasil Penelitian

Hasil penelitian akan dijabarkan menjadi empat pengujian, yaitu pengujian

karakteristik sistem, pengujian sistem penghilang bising pada satu titik dengar, pengujian

sistem penghilang bising pada ruang demo, dan pengujian sistem penghilang bising pada

laboratorium STL UI.

4.1 Pengujian Karakteristik Sistem

Pengujian karakteristik sistem dilakukan dengan dua cara, yaitu pengujian

karakteristik pembalikan fasa rangkaian pembalik fasa dengan variasi tegangan masukan dan

uji pembalikan fasa dengan masukan variasi frekuensi pada mikrofon dan rangkaian

pembalik fasa.

Hasil pengujian karakteristik pembalikan fsa rangkaian pembalik fasa dengan variasi

tegangan masukan ditunjukkan pada tabel 4.1. Dapat dilihat bahwa pada tabel nilai VPP tidak

berubah untuk semua tegangan masukan, tetapi setiap fasa mengalami pembalikan senilai

180º. Hal tersebut menunjukkan bahwa rangkaian pembalik fasa dapat menerima tegangan

acuan untuk masukan dari mikrofon sebesar 1 mV - 25 mV (2 mVpp - 50mVpp) dengan baik,


sehingga seharusnya untuk integrasi rangkaian pembalik fasa dan mikrofon dapat

menghasilkan pembalikan yang optimal untuk semua sinyal masukan yang diterima

mikrofon.

Tabel 4.1 Hasil pengujian pembalikan fasa rangkaian pembalik fasa

Vin (mVpp) Vout (mVpp) Gain Nilai Fasa (º) Skala (mV) 2 2 1 180 5 mV 3 3 1 180 5 mV 4 4 1 180 5 mV 5 5 1 180 10mV

10 10 1 180 10mV 15 15 1 180 20 mV 20 20 1 180 20 mV 25 25 1 180 50 mV 30 30 1 180 50 mV 35 35 1 180 50 mV 40 40 1 180 50 mV 45 45 1 180 50 mV 50 50 1 180 50 mV

Pengujian selanjutnya adalah pengujian integrasi mikrofon dengan rangkaian

pembalik fasa. Mikrofon akan diberikan masukan berupa gelombang suara sinusoidal yang

dibangkitkan oleh generator nada dan speaker dengan variasi frekuensi dengan kelipatan 300

Hz, dengan batas uji pada frekuensi 4200 Hz. Hasil yang didapatkan dapat dilihat pada

gambar 4.1. Pada gambar 4.1 ditunjukkan respon frekuensi dari mikrofon dan rangkaian

pembalik fasa, pada respon frekuensi tersebut menunjukkan bahwa semua frekuensi uji dapat

dibalik dengan sempurna dimana nilai gain 0 dB (tidak ada penguatan atau pelemahan dalam

sinyal). Hal tersebut menunjukkan bahwa mikrofon dan rangkaian pembalik fasa memiliki

respon frekuensi yang baik dan juga karakteristik pembalikan yang sesuai dengan yang


diinginkan.

Gambar 4.1 Respon frekuensi mikrofon dan rangkaian pembalik fasa pada frekuensi 300 Hz -

4200 Hz

4.2 Pengujian Sistem Penghilang Bising pada Satu Titik Dengar

Pengujian sistem penghilang bising pasa satu titik dengar didasarkan oleh jurnal

acuan [10] dan [11] dimana pengukuran terhadap sistem penghilang bising dilakukan dengan

cara menempatkan satu atau dua alat pengukuran pada jarak tertentu dari sumber bising dan

sistem penghilang bising. Sehingga diasumsikan dalam pengambilan data, selisih tingkat

tekanan suara yang didapatkan adalah peredaman yang dihasilkan oleh sistem penghilang

bising pada titik tersebut. Sehingga diasumsikan dalam pengambilan data, selisih tingkat

tekanan suara yang didapatkan adalah peredaman yang dihasilkan oleh sistem penghilang

bising pada titik tersebut. Hasil yang didapatkan ditunjukan pada gambar 4.2 sebagai berikut,

Gambar 4.2 Respon frekuensi mikrofon dan rangkaian pembalik fasa pada frekuensi 300 Hz - 4200 Hz

Dari data yang didapatkan pada grafik 4.2, nilai negatif menunjukkan adanya

penurunan tingkat kebisingan akibat pengaktifan sistem penghilang bising. Pada grafik dapat

dilihat bahwa nilai kebisingan turun pada semua frekuensi, hanya saja efek dari penghilang

bising berbeda-beda terhadap masing-masing frekuensi. Nilai maksimal penurunan terjadi

pada frekuensi 3500 Hz dimana penurunan terjadi hingga mencapai -12 dB, sedangkan nilai

penurunan terendah terjadi pada frekuensi 4700 Hz yaitu hanya -3 dB, dan rata-rata

penurunan pada titik dengar untuk semua frekuensi sebesar -7,75 dB.

-‐15

-‐10

-‐5

0

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

2900

3100

3300

3500

3700

3900

4100

4300

4500

4700

4900

5100

5300

5500

TINGK

AT TEKAN

AN SUAR

A (DB)

FREKUENSI UJI

HASIL PENGUJIAN SATU TITIK DENGAR

Selisih desibel sumber bising dan penghilang bising


Data tersebut cukup menunjukkan bahwa secara sistemik untuk pengukuran di satu

titik tertentu, sistem penghilang bising dapat secara efektif menurunkan tingkat tekanan suara

bising. Dalam praktiknya, pada saat sistem penghilang bising diaktifkan suara pada titik

dengar mengalami penurunan tetapi, suara tidak hilang dengan sepenuhnya. Hal ini dapat

terjadi karena selain di titik dengar, suara bising yang merambat secara omnidireksional (ke

semua arah), sehingga suara yang tidak mengarah langsung ke titik dengar peneliti akan tetap

sampai ke telinga

4.3 Pengujian Sistem Penghilang Bising dengan Variasi Frekuensi pada Ruangan

Dalam data ditunjukkan pada pengujian sebelumnya sistem dapat dikatakan berhasil

untuk menurunkan bising pada titik dengar yang berada tepat di depan sumber bising.

Pengujian selanjutnya adalah uji kemampuan perangkat penghilang bising dalam menurangi

bising satu ruangan. Sebelumnya, pengujian penghilang bising pada satu ruangan masih

dianggap hal yang tidak mungkin, karena di dalam ruangan suara bising akan tersebar ke

segala arah dan pada setiap titik dalam ruangan suara akan memiliki karakter yang berbeda-

beda akibat adanya pantulan dan redaman. Karakter suara yang berbeda-beda tadi adalah

tingkat tekanan suara dan juga fasanya.

Ruangan yang digunakan untuk pengujian adalah ruang demo di Armaya Workshop

yang merupakan kantor dari V8SOUND.COM. Ruangan tersebut dipilih karena memiliki

memiliki akustik ruang yang cukup baik dan kedap terhadap bunyi dari luar. Pengujian

dilakukan sebagai simulai respon sistem rangkaian di ruangan sebelum nantinya akan diuji di

Laboratorium Sistem Tenaga Listrik yang memiliki medan lebih sulit. Pada pengujian ruang,

titik dengar akan dihitung dengan jarak masing-masing 1 meter dari titik dengar yang lain.

Hasil yang didapatkan ditunjukkan oleh gambar 4.3.


Gambar 4.3 Hasil percobaan variasi titik dengar

Pada gambar 4.3 didapatkan data sebagai berikut,

• Pada pengujian di frekuensi 300 Hz, didapatkan rata-rata suara bising yang

dihasilkan adalah sebesar 58,5 dB yang didapatkan dari semua titik pengujian

Dalam pengujian terlihat bahwa nilai kebisingan tidak semua turun, bahkan

bertambah nilainya hingga selisih 3 dB pada titik a, b, l, dan n. Sedangkan untuk

penurunan tertinggi berada pada titik j yaitu sebesar -5 dB. Sistem penghilang

bising aktif dapat menurunkan rata-rata tingkat kebisingan dari 58,5 dB ke 58,125

atau memiliki selisih sebesar -0,375 dB dari nilai kebisingan sebelum pengaktifan

sistem penghilang bising aktif.


dihasilkan adalah sebesar 55,31 dB yang didapatkan dari semua titik pengujian.

Dalam pengujian terlihat bahwa nilai kebisingan dominan naik dan hanya

mengalami penurunan di 5 titik dari 16 titik. Kenaikan terbesar terjadi pada titik j

sebesar 9 dB dimana nilai kebisingan meningkat dari 52 dB ke 61 dB, sedangkan

penurunan terbesar terjadi pada titik b sebesar -2 dB dimana nilai kebisingan turun

dari nilai 56 dB ke 54 dB. Sistem penghilang bising aktif tidak dapat menurunkan

rata-rata tingkat kebisingan. Rata-rata tingkat kebisingan bertambah dari nilai rata-

rata 55,31 dB ke 56,75 dB atau dengan kata lain mengalami kenaikan sebesar 1,44

dB.


dihasilkan adalah sebesar 62.56 dB yang didapatkan dari semua titik pengujian.

Dalam pengujian terlihat bahwa nilai kebisingan dominan turun dan hanya

-‐10 -‐8 -‐6 -‐4 -‐2 0 2 4 6 8

10

a b c d e f g h i j k l m n o p

Selisih SPL oleh pe

rangkat (dB

)

TiSk dengar

HASIL PENGUJIAN VARIASI TITIK DENGAR

300 Hz 800 Hz 1200 Hz 2400 Hz 3500 Hz


mengalami stagnasi di 2 titik dari 16 titik. Penuruanan terbesar terjadi pada titik h

sebesar -5 dB dimana nilai kebisingan turun dari 64 dB ke 59 dB. Sistem

penghilang bising aktif dapat menurunkan rata-rata tingkat kebisingan dari 62,56

dB ke 60,31 atau memiliki selisih sebesar -2,25 dB dari nilai kebisingan sebelum

pengaktifan sistem pengilang bising aktif


dihasilkan adalah sebesar 62.69 dB yang didapatkan dari semua titik pengujian.

Dalam pengujian terlihat bahwa nilai kebisingan mengalami penurunan di semua

titik. Penurunan terbesar terjadi pada titik h sebesar -9 dB dimana nilai kebisingan

turun dari 63 dB ke 54 dB. Sistem penghilang bising aktif dapat menurunkan rata-

rata tingkat kebisingan dari 62,69 dB ke 58,69 atau memiliki selisih sebesar -4

dB dari nilai kebisingan sebelum pengaktifan sistem pengilang bising aktif


dihasilkan adalah sebesar 59 dB yang didapatkan dari semua titik pengujian.

Dalam pengujian terlihat bahwa nilai kebisingan mengalami penurunan hampir

di semua titik, hanya terjadi kenaikan di satu titik yaitu pada titik b sebesar 5 dB

yaitu dari nilai 56 dB ke 61 dB. Penurunan terbesar terjadi pada titik n sebesar -6

dB dimana nilai kebisingan turun dari 61 dB ke 55 dB. Sistem penghilang bising

aktif dapat menurunkan rata-rata tingkat kebisingan dari 59 ke 57,94 atau

memiliki selisih sebesar -1,06 dB dari nilai kebisingan sebelum pengaktifan

sistem pengilang bising aktif

Secara garis besar, sistem penghilang bising berhasil untuk mengurangi bising dimana

4 dari 5 pengujian frekuensi, hanya satu frekuensi dimana sistem penghilang bising dikatakan

tidak dapat mengurangi bising, yaitu pada frekuensi 800 Hz dimana rata-rata bising pada

ruangan naik 1,44 dB. Kesalahan yang terjadi pada pengujian bersifat acak, ditunjukkan

dengan tidak adanya titik dominan yang menjadi lokasi kesalahan, dan sebaliknya pada

pengujian yang lain titik yang bermasalah menjadi tidak bermasalah karena berhasil

berkurang, hal ini disebut dengan penghilangan lokal [4]. Penghilangan lokal dapat terjadi

dimana suara bising dan suara yang telah direproduksi oleh sistem penghilang bising telah

mengalami kontaminasi atau perlakukan lingkungan seperti pantulan dan redaman ke suara

sebelum sampai ke titik dengar.

4.4 Pengujian Sistem Penghilang Bising pada Laboratorium Sistem Tenaga Listrik


Pengujian yang terakhir adalah menguji sistem penghilang bising aktif di

Laboratorium Sistem Tenaga Listrik Universitas Indonesia. Ada dua perbedaan pengujian ini

dengan pengujian 4.3, yang pertama adalah kondisi tempat, pada pengujian 4.3 ruangan yang

digunakan untuk pengujian tidak memiliki perabotan menghalangi gelombang rambatan dari

sumber bising dan sistem penghilang bising, sehingga mengurangi kemungkinan gelombang

memantul sebelum sampai di titik uji, sedangkan pada laboratorium kondisi dari ruang

memiliki bidang pantul yang cukup banyak dimana mesin Power System Simulator berada di

tengah ruangan dan generator yang menjadi sumber bising berada di dalam kerangka mesin

tersebut, sehingga suara yang keluar dari generator dapat terpantul dan terpeangkap di dalam

kerangka mesin. Yang kedua adalah gelombang suara, pada pengujian 4.3 gelombang yang

digunakan adalah sinyal sinus murni dimana hanya satu frekuensi yang dikeluarkan,

sedangkan untuk pengujian ini sumber bising adalah suara mesin generator dimana berbentuk

spektrum yaitu memiliki lebih dari satu frekuensi.

Pengujian yang pertama adalah pengujian variasi titik dengar, titik dengar akan

dihitung dengan jarak masing-masing 1 meter dari titik dengar yang lain. Hasil yang

didapatkan ditunjukkan pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Hasil percobaan variasi titik dengar pada laboratorium STL UI

Pada pengujian di laboratorium didapatkan rata-rata suara bising sebesar 79, 56 dB

yang didapatkan dari semua titik pengujian. Dalam pengujian terlihat bahwa nilai kebisingan

mengalami penurunan hampir di semua titik, hanya terjadi kenaikan di dua titik yaitu pada

titik i dan j masing-masing 1 dB. Penurunan terbesar terjadi pada titik d sebesar -6 dB dimana

nilai kebisingan turun dari 82 ke 76 dB. sistem penghilang kebisingan aktif dapat

-‐7

-‐6

-‐5

-‐4

-‐3

-‐2

-‐1

0

1

2

A B C D E F G H I J K L M N O P

TINGK

AT TEKAN

AN SUAR

A (DB)

TITIK UJI

EFEK PEMBERIAN SISTEM PENGHILANG FASA PADA LAB STL UI

Selisih hasil penghilang bising


menurunkan rata-rata tingkat kebisingan dari 79.56 ke 77,81 atau memiliki selisih sebesar -

1,75 dB dari nilai kebisingan sebelum pengaktifan sistem pengilang bising aktif.

Bising juga dipengaruhi dengan kecepatan putar motor, oleh karena itu dilakukan

pengujian terhadap bising yang dikontrol oleh kecepatan putar motor. Hasil yang didapatkan

ditampilkan pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Hasil percobaan variasi kecpatan putar motor pada Lab STL

Dalam gambar 4.5 ditunjukan selisih nilai tingkat kebisingan sesudah diberikan

sistem penghilang bising. Dalam pengujian terlihat bahwa kenaikan kecepatan putar

berpengaruh berbanding lurus dengan tingkat tekanan suara yang dihasilkan. Nilai kebisingan

tertinggi berada pada nilai 84 dB pada kecepatan putar 1520 rpm. Setelah pemasangan

sistem, nilai tingkat kebisingan menurun untuk semua frekuensi dengan rata-rata penurunan

sebesar -1,53 dB, sedangkan penurunan paling besar sebesar -4 dB. Hal ini menunjukkan

bahwa sistem penghilang bising dapat dikatakan adaptif untuk mengikuti perubahan tingkat

tekanan suara dari sumber.

Pengujian terakhir adalah menguji sistem penghilang bising aktif untuk mengurangi

frekuensi yang dominan dari suara bising mesin Power System Simulator. Suara bising yang

keluar dari generator berbentuk sebuah spektrum dengan frekuensi yang dominan yaitu pada

frekuensi 300-310 Hz dan frekuensi 5500 Hz. Hasil yang didapatkan ditampilkan pada

gambar 4.6.

65

70

75

80

85

1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520

Tingkat tekanan su

ara (dB)

Kecepatan putar motor (rpm)

PERUBAHAN TINGKAT KEBISINGAN TERHADAP KECEPATAN PUTAR MOTOR

Besar bising sesuai kecepatan putar motor Hasil pemasangan penghilang bising


(a)

(b) Gambar 4.6 Analisa spekrum yang menunjukkan frekuensi dominan (a) Frekuensi 300 Hz dan 5500 Hz

dari bising (b) Frekuensi 300 Hz dan 5500 Hz hasil setelah sistem penghilang bising dipasang

Pada gambar 4.6, frekuensi 300 HZ dan 5500 Hz yang merupakan frekuensi dominan

mengalami penurunan yang drastis, untuk frekuensi 300 Hz turun sebesar -7 dB dari 71 dB ke

64 dB, sedangkan untuk frekuensi 5500 Hz tingkat tekanan suara turun sebesar -9 dB dari 71

dB ke 62 dB. Hal ini disebabkan oleh pembalikan fasa dengan tingkat tekanan suara yang

sama sehingga frekuensi dengan tingkat ketanan suara yang besar akan lebih mudah

ditangkap dan dikarakterisasi dibanding dengan frekuensi yang lain, sehingga gelombang

frekuensi tersebut lebih mudah dibalik dan diadisi lagi dengan gelombang dari sumber bising.

Sebaliknya pada frekuensi lain terjadi kenaikan efek dari spektrum suara yang

memiliki tingkat tekanan suara yang hampir sama, sehingga tidak terjadi pembalikan seperti

pada frekuensi 300 Hz dan 5500 Hz dan tidak menghasilkan hasil yang drastis.


5. Pembahasan

Dari berbagai pengujian yang telah dilakukan, sistem dapat membuktikan bahwa

dapat mengurangi kebisingan yang dianggap mengganggu. Sistem telah mengalami pengujian

dari tingkat terkecil yaitu uji rangkaian masukan dengan penggunaan oscilloscope, pengujian

sistemik berupa uji satu titik dan variasi titik pada ruangan, dan yang terakhir uji sistem pada

masalah bising yang benar-benar terjadi. Penurunan tingkat tekanan suara paling besar

didapatkan sebesar -12 dB yang merupakan nilai penurunan terbesar yang dapat dilakukan

oleh sistem penghilang bising dalam satu titik.

Pendekatan ruang yang dilakukan oleh peneliti dalam pengujian juga dikatakan

berhasil karena lebih dari setengah jumlah titik pengujian di sekeliling sumber bising

mengalami penurunan tingkat tekanan suara. Penurunan pada titik-titik sekeliling sumber

bising tersebut membuktikan bahwa sistem bersifat omnidireksional atau menyebar ke segala

arah sehingga bising pada sekeliling sumber bising mengalami penurunan. Hal ini

menunjukkan bahwa melakukan penghilangan bising dalam ruangan dengan menggunakan

prinsip penghilang bising aktif dapat dilakukan dan masih dapat dikembangkan lebih lanjut.

Tentunya untuk mengurangi bising dalam sebuah ruangan harus memperhatikan hal-

hal yang dapat memengaruhi produksi dan rambatan dari suara itu sendiri, yaitu permukaan

pantul dan bidang serap suara yang ada dalam ruangan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

kedua hal di atas memengaruhi peredaman yang dihasilkan. Pada ruang demo, tidak ada

perabotan yang menghalangi rambat suara ke titik dengar sehingga nilai peredaman dapat

mencapai -9 dB (nilai maksimal pada 2400 Hz), sedangkan pada Laboratorium Sistem

Tenaga Listrik hanya menghasilkan maksimal peredaman -6 dB karena sumber bising sendiri

adalah bidang pantul yang cukup besar dan sumber bising yang asimetris dengan ruangan,

walaupun posisi titik dengar hampir serupa.

Beberapa pengembangan yang dapat dilakukan dari penelitian ini adalah percobaan

dengan penggunakaan speaker dengan tingkat tekanan suara yang lebih tinggi dan juga

memiliki sifat omnidireksional yang lebih baik, penggunaan lebih dari satu sistem penghilang

bising dan langsung mengarah kepada titik dengar, atau juga pengembangan sistem

penghilang bising dengan konfigurasi umpan maju. Pada pengembangan selanjutnya

diharapkan untuk sistem penghilang bising dapat mengurangi nilai tingkat bising hingga -15

dB untuk titik tertingginya.


6. Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan yang dijelaskan pada bab – bab sebelumnya, maka dapat

diperoleh kesimpulan bahwa:

1. Telah berhasil dilakukan rancang bangun sistem penghilang bising aktif yang dapat

digunakan untuk sinyal masukan 1 mV-25 mV yang merupakan nilai sinyal tipikal

masukan dari mikrofon.

2. Sistem mampu menekan bising dengan rentang frekuensi dari 100 Hz sampai dengan

5500 Hz pada uji satu titik dengan peredaman maksimal mencapai -12 dB.

3. Sistem berhasil mengurangi rata-rata tingkat tekanan suara pada ruangan dengan

peredaman hingga -9 dB dan rata-rata bising turun sebesar -4 dB di semua titik uji pada

frekuensi 2400 Hz.

4. Sistem berhasil mengurangi rata-rata tingkat tekanan suara pada Laboratorium Sistem

Tenaga Listrik Universitas Indonesia hingga -6 dB dengan rata-rata penurunan sebesar -

1,75 dB di semua titik uji.

5. Frekuensi dominan yang mengganggu pada Laboratorium Sistem Tenaga Listrik dapat

diredam, yaitu pada frekuensi 300 Hz turun sebesar -7 dB dari 71 dB ke 64 dB,

sedangkan untuk frekuensi 5500 Hz tingkat tekanan suara turun sebesar -9 dB dari 71 dB

ke 62 dB.

6. Sistem berhasil mengurangi bising yang terjadi pada satu titik tertentu dan bising pada

satu ruangan penuh.


DAFTAR REFERENSI

[1] SK Menteri Negara Lingkungan Hidup No: Kep.Men-48/MEN.LH/11/1996

[2] PERMENAKERTRANS No PER.13-MEN-X-2011

[3] Banbury, Simon dan Dianne C. Berry. (1998). Disruption of Office-Related Tasks by

Speech and Speak Noise. British Journal of Psychology, vol 89, issue 3, 499-517

[4] Hansen, Colin H. (2003). Understanding Active Noise Cancellation. Spon Press: New

York

[5] Gether, Horst. (2013). Active Noise Cancellation: Trends, concepts, and technical

challenges EDN Network. 5 Mei 2017. <http://www.edn.com/design/consumer/

4422370/Active-noise-cancellation--Trends--concepts--and-technical-challenges>

[6] V8SOUND.COM (2017). V8 Chiara CD-08. V8SOUND.COM Microphones. 5 Mei

2017 <https://product.v8sound.com/index.php/all-product/microphone/v8-chiara-cd-08-

detail>

[7] NE5532 Datasheet. (2017). All Data Sheet. 5 Mei 2017 < http://www.

alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Ne5532p%20datasheet>

[8] Transistor 2SC5200. (2017). All Data Sheet. 5 Mei 2017 <

http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=2SC5200>

[9] SICA 8 N 2,5 PL 8Ω 500W. (2017) SICA Loudspeaker Product. . SICA Professional. 5

Mei 2017< <https://www.sica.it/en/products.html ?page=shop.browse&category_id

=3&parentCategory=1>

[10] Shan Hu, Rajesh Rajamani, dan Xun Yu. (2012). Invisible Speakers in Home Windows

for Simultaneous Auxiliary Audio Playback and Active Noise Cancellation. Journal of

Mechatronic 22, 1031-1042. Elsevier

[11] Wisler, Alan dan Issa M. S Panahi. (2013). Implementation of a Real-Time Feedback

Active Noise Control System to Cancel Noise within a 3-Dimensional Enclosure. 8th

International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (ISPA 2013)


rancang bangun sistem penghilang bising aktif

Documents