i

TEKNIK PEMFOKUSAN SUARA DENGAN METODE

PHASED SPEAKER ARRAY PADA AUDITORIUM

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi

Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh :

Yoan Erwansyah

NIM. 201210130311008

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2018

ii

LEMBAR PERSETUJUAN

TEKNIK PEMFOKUSAN SUARA DENGAN METODE PHASED

SPEAKER ARRAY PADA AUDITORIUM

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

(S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh :

Yoan Erwansyah

NIM. 201210130311008

Tanggal Ujian : 22 Januari 2018

Tanggal Wisuda : 24 Febuari 2018

Diperiksa dan Disetujui Oleh :

Pembimbing I

M. Chasrun Hasani., ST.,MT

NIDN: 0007086808

Pembimbing II

Amrul Faruq, ST.,M.Eng

NIDN: 0718028601

iii

LEMBAR PENGESAHAN

TEKNIK PEMFOKUSAN SUARA DENGAN METODE

PHASED SPEAKER ARRAY PADA AUDITORIUM

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

(S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh:

Yoan Erwansyah

NIM. 201210130311008

Tanggal Ujian : 22 Januari 2018

Tanggal Wisuda : 24 Febuari 2018

Disetujui oleh:

1. M. Chasrun Hasani., ST., MT (Pembimbing I

NIDN: 0007086808

2. Amrul Faruq, ST., M.Eng (Pembimbing II)

NIDN: 0718028601

3. Dr. Ir. Ermanu Azizul H., MT (Penguji I)

NIDN: 0705056501

4. Ir. Nur Kasan, MT (Penguji II)

NIDN: 0707106301

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Ir. Nur Alif Mardiyah, MT

NIDN: 0718036502

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini :

NAMA : YOAN ERWANSYAH

Tempat/Tgl Lahir : TABALONG, 27 MEI 1993

NIM : 201210130311008

Fak./Jur. : TEKNIK/ ELEKTRO

Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul “Teknik

Pemfokusan Suara Dengan Metode Phased Speaker Array Pada

Auditorium” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan

merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali

dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam

karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini

maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.

Malang, 25 Januari 2018

Yoan Erwansyah

Mengetahui,

Dosen Pembimbing I

M. Chasrun Hasani, ST, MT

NIDN: 0007086808

Dosen Pembimbing II

Amrul Faruq, ST, M.Eng

NIDN: 0718028601

v

LEMBAR PERSEMBAHAN

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang

telah melimpahkan rahmat, nikmat, taufiq serta hidayah-Nya sehingga penulis

dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis menghaturkan rasa

terima kasih yang tak terhingga kepada yang terhormat :

1. Ayah tercinta Syahril dan Ibu tercinta Sri Sunarmi yang selalu meridhoi dan

mendoakan

2. Bapak Drs. Fauzan. M.Pd selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Malang

3. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, ST.MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

Universitas Muhammadiyah Malang.

4. Bapak M. Chasrun Hasani., ST., MT. Selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak

Amrul Faruq, ST., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing II bagi penulis yang

senantiasa selalu sabar membimbing penulis.

5. Seluruh Dosen Pengajar dan staff karyawan Universitas Muhammadiyah

Malang yang telah memberikan ilmu-ilmu yang berguna bagi penulis.

6. Dias Hasna Astri Semanti, Muhammad Baim, Salsabila, Nayla, Syila, dan

Keyla yang selalu mendukung dan memberikan semangat sampai dapat

mencapai tahap ini.

7. Sahabat saya Andre Setiabudi yang telah memberikan ilmu, waktu, dan

dukungan dalam penyelesai tugas akhir ini.

8. Semua pihak yang telah banyak membantu, yang penulis tidak bisa sebutkan

namanya satu-persatu.

vi

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan

rahmat dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang

berjudul:

“TEKNIK PEMFOKUSAN SUARA DENGAN METODE PHASED

SPEAKER ARRAY PADA AUDITORIUM”

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis tidak akan mampu tanpa

mendapat bimbingan dari bapak dan ibu Dosen, berkat ketekunan dan kesabaran

beliau akhirnya penulis mampu menyelesaikan tugas akhir ini yang merupakan

salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan laporan ini

masih banyak kekurangan, maka saran dan kritik yang bersifat membangun

penulis harapkan untuk perbaikan atas kelemahan dan kekurangan penulis.

Semoga laporan ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembaca. Amin

Malang, 25 Januari 2017

Yoan Erwansyah

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... iii

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN ..................................................... iv

ABSTRAK .................................................................................................. v

ABSTRACT .................................................................................................. vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ....................................................................... vii

KATA PENGANTAR ................................................................................. viii

DAFTAR ISI ............................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiii

DAFTAR GRAFIK ...................................................................................... xiv

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 3

1.3 Batasan Masalah ................................................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................. 3

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................. 3

BAB II. LANDASAN TEORI

2.1 Studi Yang Pernah Dilakukan ................................................................ 5

2.2 Audio Beem Steering ............................................................................. 5

2.3 Loudspeaker .......................................................................................... 10

2.4 Power Amplifier .................................................................................... 10

2.5 Mikrokontroller Arduino Due ................................................................. 12

2.6 Interferensi Gelombang .......................................................................... 13

BAB III. PERANCANGAN SISTEM

3.1 Desain Alat ............................................................................................ 15

3.2 Prinsip Kerja Alat ................................................................................... 16

3.3 Perancangan Perangkat Keras ................................................................. 17

viii

3.3.1 Perancangan Susunan Speaker .......................................................... 18

3.3.2 Perancangan Amplifier ..................................................................... 19

3.4 Perancangan Perangkat Lunak ................................................................ 20

3.4.1 Pembangkit Gelombang Pulsa .......................................................... 20

3.4.2 Perhitungan Delay ............................................................................ 25

3.5 Diagram Alir .......................................................................................... 26

BAB IV. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian Pulse Generator ..................................................................... 29

4.2 Beda Fasa Gelombang Atau Pulsa .......................................................... 33

4.3 Pengujian Komunikasi Serial Dengan Code (Terminal) .......................... 37

4.4 Komunikasi Program Destop Dan Arduino ............................................ 40

4.5 Pengujian Keseluruhan ........................................................................... 42

BAB V. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 47

5.2 Saran ...................................................................................................... 47

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Deret Loudspeaker Dalam Sistem ABS ................................... 6

Gambar 2.2 Delapan loudspeaker dengan muka gelombang yang

dipancarkan ............................................................................. 7

Gambar 2.3 Pandangan diperbesar dari 3 elemen pertama ........................... 7

Gambar 2.4 Gambar geometris deret sumber suara ..................................... 8

Gambar 2.5 Susunan bagian dari loudspeaker ............................................. 10

Gambar 2.6 Tingkat penguat akhir menggunakan CMOS ........................... 11

Gambar 2.7 Blok dasar penguat kelas D ..................................................... 12

Gambar 2.8 Modul arduino due (epictinker.com/Arduino-Due) .................. 13

Gambar 2.9 Visualisasi interferensi konstruktif dan interferensi destruktif

(http://fisikon.com/) .................................................................. 13

Gambar 2.10 Contoh gelombang baru akibat interferensi 2 gelombang ....... 14

Gambar 3.1 Blok diagram Sistem Audio Beam Steering .............................. 15

Gambar 3.2 Blok Diagram Perangkat Keras ................................................ 16

Gambar 3.3 Diagram Blok Pemfokusan Suara ............................................. 17

Gambar 3.4 Conus pada speaker ................................................................. 18

Gambar 3.5 Rancangan Deret Enam Speaker .............................................. 19

Gambar 3.6 Rangkaian amplifier TDA2040................................................. 20

Gambar 3.7 Blok diagram PWM ................................................................. 21

Gambar 3.8 Tampilan Fungsional dari blok diagram Saluran ....................... 23

Gambar 3.9 Bentuk gelombang PMW ......................................................... 25

Gambar 3.10 Penentuan nilai sudut yang dicari ........................................... 25

Gambar 3.11 Flowchart program arduino due ............................................. 27

Gambar 3.12 Flowchart program destop ...................................................... 28

Gambar 4.1 Diagram pengujian pulse-generator .......................................... 29

Gambar 4.2 Hasil capture gelombang pulsa (a) 100Hz dan (b) 200Hz ........ 30

Gambar 4.3 Hasil capture gelombang pulsa (a) 300 Hz dan (b) 400Hz ........ 30

Gambar 4.4 Hasil capture gelombang pulsa 500Hz ..................................... 31

Gambar 4.5 Diagram pengujian beda fasa .................................................... 33

Gambar 4.6 Hasil capture gelombang pulsa 500Hz dengan sudut 15˚ .......... 34

x

Gambar 4.7 Hasil capture gelombang pulsa 400Hz dengan sudut (a) 0˚ dan

(b) -15˚..................................................................................... 34

Gambar 4.8 Hasil capture gelombang pulsa 400Hz dengan sudut (a) -30˚

dan (b) -45˚ .............................................................................. 35

Gambar 4.7 Hasil capture gelombang pulsa 400Hz dengan sudut (a) 45˚ dan

(b) 30˚ ...................................................................................... 35

Gambar 4.10 Hasil capture gelombang pulsa 400Hz dengan sudut 15˚......... 35

Gambar 4.11 Hasil capture komunikasi serial (a) #p# dan (b) #a100# ......... 37

Gambar 4.12 Hasil capture komunikasi serial (a) #d90# dan (b) #f100# ...... 38

Gambar 4.13 Program Arduino .................................................................... 40

Gambar 4.14 Program destop bagian configure............................................ 41

Gambar 4.15 Program destop bagian messege ............................................. 42

Gambar 4.16 Sudut ruangan pengujian ........................................................ 44

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Perbandingan frekuensi yang diharapkan dan yang dihasilkan ...... 31

Tabel 4.2 Hasil penundaan waktu yang diharapkan ...................................... 36

Tabel 4.3 Komunikasi serial code ................................................................ 38

Tabel 4.4 Pengarahan suara pada frequensi 350Hz ...................................... 43

xii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Hasil rata-rata kesalahan frequensi ............................................. 32

Grafik 4.2 Hasil hara-rata kesalahan duty cyrcle .......................................... 32

Grafik 4.3 Hasil pengukuran intensitas suara dengan sudut arahan 60˚ ......... 44

Grafik 4.4 Hasil pengukuran intensitas suara dengan sudut arahan 30˚ ....... 45

Grafik 4.5 Hasil pengukuran intensitas suara dengan sudut arahan 0˚ ......... 45

Grafik 4.6 Hasil pengukuran intensitas suara dengan sudut arahan -30˚ ...... 46

Grafik 4.7 Hasil pengukuran intensitas suara dengan sudut arahan -60˚ ...... 46

xiii

DAFTAR PUSTAKA

1. Olszweski.Dirk, Prasetyo.Fransiskus, Linhard.Klaus, “ Steerable Highly

Directional Audio Beam Loudspeaker”: INTERSPEECH, 2005.

2. Datasheet“TDA2040 : 25 W hi-fi audio power amplifier”,STMicroelectronics,

2012,“http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet_pdf/sgs-thomson

microelectronics/TDA2040.pdf “ . Diakses pada 22 Januari 2017

3. Ballou, Glen M. “Handbook for Sound Engineers Fourth Edition”: Focal

Press, 2013

4. MeyerSound, Laboratoris “DSP Beam Steering with Modern Line Arrays”,

MEYER SOUND LABORATORIES INC. 2832 San Pablo Ave. Berkeley,

CA 94702.

5. Kuutti. Jussi, Leiwo.Juhana, and Sepponen. Raimo E, “ Local Control of

Audio Environment : A Review of Methods and Applications”, 2014

6. Anderson, Brian E. Moser, Brad Gee, Kent L., 2012. “Loudspeaker line array

educational demonstration”, The Journal of the Acoustical Society of

America.

7. Anderson B.E., 2006. Grating lobe reduction in transducer arrays through

structural filtering of supercritical plates. Ph.D. thesis, The Pennsylvania State

University, University Park, PA, pp. 9-26.

8. Atkins, J., 2010. Optimal spatial sampling for spherical loudspeaker arrays.

IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing

(ICASSP), pp. 97-100.

9. Baykaner, K. H. C. M. R. a. B. S., 2013. The prediction of the acceptability of

auditory interference based on audibility. Proceedings of the 52nd AES

International Conference on Sound Field Control.

10. Berthilsson, S. B. A. B. L.-J. a. S. M., 2012. Acoustical zone ¨reproduction for

car interiors using a MIMO MSE framework. Proceedings of the 48th AES

International Conference on Automotive Audio.

11. Blackstock D.T., 2000. Fundamentals of Physical Acoustics. Wiley, New

York, pp. 495-506.

12. Coleman, Philip “Loudspeaker Array Processing for Personal Sound Zone

Reproduction” ,Centre for Vision, Speech and Signal Processing, Faculty of

xiv

Engineering and Physical Sciences University of Surrey Guildford, Surrey

GU2 7XH, U.K. 2014.

13. Duran Audio. (2012). Intellivox DDS (Digital Directivity Synthesis).

Available:http://www.duran-audio.com/index.php?page=technical-papers.

Last accessed 17/02/2012.

14. Ishikawa, Takemichi Yokoyama, Shuma Harashima, Noboru Takahashi, Dai

Shiozawa, Jun Yoshino, Michitaka Yasuda, Akira “Digest of Technical Papers

- IEEE International Conference on Consumer Electronics”, 2014 IEEE

International Conference on Consumer Electronics (ICCE).

15. Kinsler L.E., Frey A.R., Coppens A. B., dan Sanders, J.V., 2000.

Fundamentals of Acoustics, 4th ed.. Wiley, New York, pp. 195-199.

16. Szoka, E., 2009. Phased Array Speaker System. Proceedings of the 127th

Audio Engineering Society Convention.

17. Yamada, Masashi Itsuki, Nobuyuki Kinouchi, Yohsuke “Adaptive Directivity

Control of Speaker Array”, International Conference on Control, Automation,

Robotics and Vision Kunming, China, 6-9th December 2004.

18. Ansai, Michelle Regalbuto, Robby “Sound Localizing Speaker Array”,

Physics 406, Spring Semester 2013,Professor Errede.

19. Magnúsdóttir, Helga Björk “Array Loudspeakers and their Application in

Room Acoustics”

20. Olson, Harry F “ACOUSTICAL ENGINEERING” Director, Acoustical and

Electromechanical Research Laboratory, RCA Laboratories, Princeton, New

Jersey

21. Ureda, Mark S. “Analysis of Loudspeaker Line Arrays”,AES: Journal of the

Audio Engineering Society.