View
16
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
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: abdicahyapawitra@gmail.com
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].
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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.
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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.
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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.
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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,
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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.
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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.
• Pada pengujian di frekuensi 800 Hz, didapatkan rata-rata suara bising yang
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.
• Pada pengujian di frekuensi 1200 Hz, didapatkan rata-rata suara bising yang
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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
• Pada pengujian di frekuensi 2400 Hz, didapatkan rata-rata suara bising yang
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
• Pada pengujian di frekuensi 3500 Hz, didapatkan rata-rata suara bising yang
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
(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.
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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.
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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.
Rancang Bangun ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
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 ..., Abdi Cahya Pawitra, FT UI, 2017
Recommended