Makalah Sensor Suara ~ Rizwan Juara

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Di era globalisasi sekarang ini, semakin pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di dunia. Ilmu pengetahuan dan teknologi ini dimanfaatkan dan dikembangkan oleh manusia untuk dapat membantu pekerjaan mereka sehingga dapat menyelesaikan pekerjaan dengan lebih mudah dan efesien. Oleh karena itu, setiap manusia terutama mahasiswa dituntut agar mampu beradaptasi dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi tersebut. Sebenarnya intansi pendidikan di Indonesia dan negara lainnya telah menerapkan perkembangan iptek tersebut, salah satunya seperti adanya pembelajaran mengenai rangkaian elektronika pada jurusan teknikal diberbagai intansi pendidikan

Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya (Petruzella, 2001). Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik (misalnya : temperatur, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional.

Sensor merupakan komponen utama dari suatu tranduser, sedangkan tranduser merupakan sistem yang melengkapi agar sensor tersebut mempunyai keluaran sesuai yang kita inginkan dan dapat langsung dibaca pada keluarannya. Ada berbagai macam sensor yang ada dipasaran, namun berhubung aplikasi yang akan diwujudkan pada perancangan kali ini adalah sistem pendeteksi dan pengaman kebakaran, maka penulis hanya akan membahas sensor suhu dan sensor asap, mengingat aplikasi dan perancangan yang akan dibahas nanti berhubungan dengan kedua sensor ini.

Klasifikasi Sensor

Terdapat beberapa tipe sensor yang berdasar pada :

Keperluan Power Suplaynya

Pasif, sensor yang tidak memerlukan power supply pada saat bekerja, outputnya muncul akibat adanya rangsangan atau dikatakan sensor pasif apabila energi yang dikeluarkannya diperoleh seluruhnya dari sinyal masukan. Misalnya: Termocouple, piezoelectric, microphone.
Aktif, sensor yang memerlukan power supply dari luar agar sensor tersebut dapat berfungsi atau memiliki sumber energi tambahan yang digunakan untuk output sinyalnya, adapun sinyal input hanya memberikan kontribusi yang kecil terhadap daya keluaran.

Tujuan

1. Mengerti tentang macam-macam dan fungsi dari sensor dengan baik.

2. Mengerti tentang jenis, fungsi dan kegunaan dari sensor suara dalam sistem kendali berumpan balik dengan baik

II. DASAR TEORI

Sensor suara adalah sebuah alat yang mampu mengubah gelombang Sinusioda suara menjadi gelombang sinus energi listrik (Alternating Sinusioda Electric Current). Sensor suara berkerja berdasarkan besar/kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang juga terdapat sebuah kumparan kecil di balik membran tadi naik & turun. Oleh karena kumparan tersebut sebenarnya adalah ibarat sebuah pisau berlubang-lubang, maka pada saat ia bergerak naik-turun, ia juga telah membuat gelombng magnet yang mengalir melewatinya terpotong-potong. Kecepatan gerak kumparan menentukan kuat-lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.

Sensor suara adalah sensor yang cara kerjanya merubah besaran suara menjadi besaran listrik, dan dipasaran sudah begitu luas penggunaannya. Komponen yang termasuk dalam Sensor suara yaitu electric condenser microphone atau mic kondenser.

Intensitas suara adalah ukuran dari "aliran energi melewati satuan luas per satuan waktu" dan unit pengukuran adalah W/m2 Probe intensitas suara mikrofon ini dirancang untuk menangkap intensitas suara bersama dengan unit arah aliran sebagai besaran vektor. Hal ini dicapai dengan menggabungkan lebih dari satu mikrofon di probe untuk mengukur aliran energi suara. mikrofon konvensional dapat mengukur tekanan suara (unit: Pa), yang mewakili intensitas bunyi di tempat tertentu (satu titik), tetapi dapat mengukur arah aliran. Mikrofon intensitas bunyi Oleh karena itu digunakan untuk sumber suara memeriksa dan untuk mengukur kekuatan suara.

III. ISI DAN PEMBAHASAN

A. Sensor suara

Sensor suara bekerja berdasarkan besar/kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang juga terdapat sebuah kumparan kecil dibalik membran tadi naik dan turun. Oleh karena kumparan tersebut sebenarnya adalah ibarat sebuah pisau berlubang-lubang, maka pada saat ia bergerak naik turun, ia juga telah membuat gelombang magnet yang mengalir melewatiya terpotong-potong. Kecepatan gerak kumparan menentukan kuat-lemahnya gelombang listrik yg dihasilkannya. Komponen yang termasuk dalam Sensor suara yaitu:

Ø Microphone

Micropone adalah komponen elektronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkn oleh gelobang suara akan menghasilkan sinyal listrik dan lain-lain.

Gambar 1 (mikrofon)

Sebuah sensor untuk mendeteksi suara, secara umum, yang disebut mikrofon. Mikrofon dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis dasar termasuk dinamis, elektrostatik, dan piezoelektrik menurut sistem konversi mereka.

Mikrofon dinamis masih memiliki tuntutan besar terutama di dunia musik, sementara mikrofon piezoelektrik secara luas digunakan terutama untuk mikrofon untuk meter rendah tingkat frekuensi suara. Mikrofon dinamis masih memiliki tuntutan besar terutama di dunia musik, sementara mikrofon piezoelektrik Digunakan secara luas terutama untuk mikrofon untuk meter rendah tingkat frekuensi suara. Untuk pengukuran, tipe elektrostatik (kondensor) mikrofon yang paling populer karena mereka dapat dirampingkan, memiliki respon frekuensi rata selama rentang frekuensi yang luas, dan menyediakan nyata stabilitas yang tinggi dibandingkan dengan jenis lain mikrofon.

Mikrofon kondensor tersedia dalam dua jenis: jenis dan kembali bias tipe electret. Perbedaannya adalah apakah tegangan DC diterapkan dari luar atau film polimer secara permanen terpolarisasi elektrik digunakan di tempat penerapan tegangan Secara umum, jenis bias memberikan sensitivitas yang lebih tinggi dan stabilitas.

Ø Intensitas suara Mikrofon

Ada dua macam microphone:

1. Microphone arang

2. Microphone capasitor

Kualitas dari micropone capasitor lebih baik daripada yang arang. Lebih sensitive dan tentu menyebabkan harganya lebih mahal.

Prinsip kerja microphone arang:

Suara-->membran-->serbuk arang--->arang padat

Membrane dicatu tegangan positif dan arang dicatu negative. Membrane yang peka terhadap tekanan suara menekan serbuk arang sehingga kepadatan arang berubah. Perubahan kepadatan inilah yang mempengaruhi besarnya impedansi, atau dalam hal ini resistansi dari arang, sehingga mempengaruhi besarnya arus (v=i(t).r(t)).

Prinsip kerja microphone capasitor

Suara-->membran-->celah udara-->bahan kapasitor(pelat inductor)

Membrane yang dipengaruhi tekanan suara terhadap waktu mempengaruhi lebarnya celah antara membrane dengan bahan kapsitor. Sehingga besanya impedansi, dalam hal ini kapasitansi, berubah karena lebar celah yang berubah terhadap waktu. Hal ini pula yang mempengaruhi besarnya arus.

B. Pembuatan Sensor Suara

1. Komponen-komponen sensor suara

Komponen-komponen yang di gunakan dalam pembuatan sensor suara ini dapat kita paparkan seperti dibawah ini, komponennya sangat mudah untuk didapatkan dan dana yang digunakan tidaklah terlalu mahal, adapun daftar komponennya adalah sebagai berikut :

Ø RESISTOR : adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya, berdasarkan hukum Ohm

1 k Ω : 2 biji

68 k Ω : 1 biji

100 Ω : 1 biji

101k Ω : 1 biji

Ø CONDENSATOR

3,3 ^uF / 50 v : 2 biji

100 ^uF / 16 : 1 biji

10 ^uF / 16 v : 2 biji

C 100 ⁿF : 1 biji

C 2,2 ⁿF : 1 biji

Ø TRIMPOT: adalah resistor yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan cara memutar porosnya dengan menggunakan obeng. Untuk mengetahui nilai hambatan dari suatu trimpot dapat dilihat dari angka yang tercantum pada badan trimpot tersebut.

47 Ω : 3 biji

Ø Dioda : Dioda merupakan suatu semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus listrik dan tegangan pada satu arah saja. Bahan pokok untuk pembuatan dioda adalah Germanium (Ge) dan Silikon/Silsilum (Si).

IN 4148 : 2 biji

Ø IC (INTEGRATED CIRCUIT) atau IC (SIRKUIT TERPADU)

Ø Condensator Mic : 1 biji

Ø LED : 1 biji

LED merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Ø Timah

Ø PCB Matriks

Ø Potensio Meter 100 k Ω

Ø Condensator Mic 1 buah

Ø Solder

Ø Kabel secukupnya

2.Cara Kerja Sensor Suara

Sensor suara adalah sensor yang cara kerjanya yaitu merubah besaran suara menjadi besaran listrik. Sinyal yang masuk akan di olah sehingga akan menghasilkan satu kondisi yaitu kondisi 1 atau 0. Sensor suara banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, Contoh Pengaplikasian sensor ini adalah yang bekerja pada system robot. Suara yang diterima oleh microfon akan di transfer ke pre amp mic, fungsi pre amp mic ini adalah untuk memperkuat sinyal suara yang masuk kedalam komponen.

Setelah sinyal suara diterima oleh preamp mic, kemudian di kirim lagi ke rangkaian pengkonfersi yang mana rangkaian ini berfungsi untuk merubah sinyal suara yang berbentuk sinyal digital menjadi sinya analog agar bisa dibaca oleh mikrokontroler. Jika sinyal tersebut diterima oleh mikro kontroler maka akan diolah sesuai dengan program yang dibuat, apakah robot akan berjalan atau berhenti.

Suara yang masuk direkam oleh komponen kemudian akan disimpan oleh memory. Sebagai contoh jika kita bertepuk tangan 1 kali maka akan dikenali sebagai kondisi 1 atau on sehingga robot dapat berjalan. Jika bertepuk tangan 2 kali maka robot akan mati atau mendapat sinyal kondisi 0. Penggunaan sinyal tergantung dari user bagaimana dia menggunakannya.

Kesensitifan sensor suara dapat diatur, semakin banyak condensator yang digunakan pada pre amp maka akan semakin baik daya sensitive dari sensor suara tersebut. Begitu juga pada saat penggunaan suara harus dalam kondisi tertentu, karena jika terdapat suara lain yang masuk maka akan tidak dikenali oleh sensor, begitu pula frekuensi yang digunakan harus sesuai pada saat kita menginput suara awal dan input suara pada saat menjalankan program.

3.Rangkaian sensor suara

Gambar 2 (rangkaian sensor suara)

Rangkaian sensor suara diatas sangat mirip dengan rangkaian sensor sentuh yang saya buat dan tampilkan di blog ini. Keduanya saya gunakan rangkaian monostable IC555 sebagai penentu lamanya rangkaian alarm diaktifkan setelah menerima satu kali picu pada bagian input sensor. Anda bisa saja tidak menggunakan rangkaian monostable dan langsung menggantinya dengan lampu atau rangkaian alarm. Tapi ingat bahwa lampu atau rangkaian output lainnya yang anda pasang akan langsung mati pada saat input sensor berubah kembali. Atau anda menggunakan rangkaian penahan aktif yang lain seperti rangkaian JK flip-flop dan flip-flop yang lain. Hal itu tergantung juga pada kondisi yang anda inginkan pada bagian output, apakah rangkaian output akan diaktifkan selama jangka waktu tertentu atau akan diaktfkan selamanya sampai diadakan reset kembali pada rangkaian sensor tersebut.

Rangkaian di atas memanfaatkan mikrofon sebagai alat pengubah suara menjadi gelombang listrik. Gelombang listrik yang dihasilkan oleh mikrofon sangat kecil sekali dan berbentuk bolak balik atau sinus. Gelombang listrik sinus ini kemudian diloloskan melalui kapasitor C3 untuk kemudian diperkuat oleh rangkaian penguat darlington yang terdiri dari transistor Q1 dan Q2. Kolektor dari transistor Q2 langsung dikopel dengan input pemicu rangkaian monostable. Rangkaian monostable tersebut akan menghasilkan output yang positif jika pada bagian triggernya (pin 2) berubah dari logika 1 ke 0. Jika kita amati pada saat rangkaian sensor tanpa sinyal input maka kolektor-emitor transistor Q2 akan seperti saklar terbuka (kondisi cut-off), dengan kata lain idealnya tegangan pada kolektor akan sebesar tegangan supply. Tapi karena kolektor tersebut paralele dengan input IC 555 maka bisa saya pastikan tegangan pada kolektor akan berkurang pengaruh hubungan parallel keduanya. Tetapi dengan demikian tegangan kolektor akan memberikan kondisi tinggi pada input monostable (pin 2). Pada saat sinyal suara dari input sensor membuat transistor Q2 jenuh maka hubungan antara kolektor dan emitor idealnya bagai seutas kawat, sehingga tegangan pada kolektor akan 0 volt. Dengan begitu rangkaian monostable akan terpicu dan mengaktifkan rangkaian output (pin 3) selama waktu yang ditentukan oleh R1 dan C!. Jika anda ingin mengkondiskan lebih lama, anda cukup memperbesar nilai dari R1 dan atau C1.

IV. KESIMPULAN

1. Sensor suara adalah sebuah alat yang mampu mengubah gelombang Sinusiuda suara menjadi gelombang sinus energi listrik (Alternating Sinusioda Electric Curret). Sensor suara bekerja berdasarkan besar/kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang juga terdapat sebuah kumparan kecil dibalik membran tadi naik dan turun.

2. Sensor suara tersebut cara kerjanya yaitu dengan merubah besaran suara menjadi besaran listrik. Sinyal yang masuk akan di olah sehingga akan menghasilkan satu kondisi yaitu kondisi 1 atau 0, yang mana sinyal tersebut dibaca oleh mikrokontroler.

3. Sensor suara bekerja berdasarkan besar/kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang juga terdapat sebuah kumparan kecil dibalik membran tadi naik dan turun.

4. Micropone adalah komponen elektronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkn oleh gelobang suara akan menghasilkan sinyal listrik dan lain-lain.