PENGKAJIAN DAN PENGUJIAN

DIRECT DIGITAL AMPLIFICATION (DDX)

Disusun Oleh

Dhika Muftia Maula

NIM : 612008078

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Maret 2014

PENGKAJIAN DAN PENGUJIAN

DIRECT DIGITAL AMPLIFICATION (DDX)

Dhika Muftia Maula

Nim : 612008078

Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro

Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga

2014

Pembimbing :

DR. Matias H.W.Budhiantho

Deddy Susilo, M.Eng

INTISARI

Sistem penguat audio bersumber masukan digital yang umum digunakan saat ini masih

berbasis pada sistem analog dimana DAC (digital to analog converter) masih dibutuhkan.

Teknologi DDX dikembangkan untuk meningkatkan performa dan menurunkan biaya yang

dibutuhkan untuk membangun sistem penguat audio yang berbasis pada masukan digital.

Dengan teknologi DDX, isyarat audio dari sumber audio digital diolah dan dikuatkan

langsung tanpa dikonversi menjadi isyarat audio analog. Berbagai keuntungan dapat

diperoleh ketika membangun penguat audio dengan sistem ini. Diantaranya pengolahan

isyarat audio secara digital yang memungkinkan menghilangkan perangkat audio tambahan

seperti perangkat ekualisasi dan pengatur nada, dan menurunkan biaya produksi karna

teknologi DDX tidak lagi membutuhkan DAC. Pada tugas akhir ini dirancang sebuah

sistem penguat audio yang berbasis pada teknologi DDX. Penguat tersebut kemudian diuji

berdasarkan spesifikasi tertentu untuk mengetahui performa dan tingkat kelayakan sistem

penguat audio dengan teknologi DDX yang telah dibuat.

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang

memberi kehidupan dan harapan. Semua bisa terjadi hanya karna-Nya.

Penulis mengucap terima kasih pada pihak-pihak yang memberi dukungan

bimbingan dan bantuan dalam pengerjaan tugas akhir ini. Yaitu kepada :

1. Bapak dan Emak yang selalu bersabar selama 6 tahun masa kuliah si penulis.

Dan sekali lagi mumpung tidak lupa, penulis ucapkan terima kasih atas dukungan moral

dan material yang diberikan hingga saat ini dan nanti waktu. Terima kasih M. Mufti Arif

Amir dan Aryaningsih.

2. Bapak DR. Mathias H.W. Budhianto dan Deddy Susilo M.Eng selaku

pembimbing yang dengan sabar membimbing, memberi saran serta koreksi pada

pengerjaan tugas akhir ini.

3. Semua dosen, staf TU dan laboran FTEK lainnya yang tidak mungkin

disebutkan satu persatu. Terima kasih atas pengalaman dan ilmu yang diberikan.

4. Teman-teman seperjuangan lab XT, Yahya, Penda, Erik (Sembir), Danus,

Bagong, Rio, Rofian, Putu, Handoko, Gading, Demas, dll, yang menemani penulis

mengerjakan tugas akhir selama 1 tahun lebih ini.

5. Teman-teman AME, Caesar, Richard, Abdi, Tepe, Mbak Christin, Vino, dll,

yang senantiasa meluangkan waktu untuk membantu pengerjaan dan menonton ujian.

6. Teman angkatan 2008 dan lainnya yang selalu mampu memberikan

kebahagiaan hingga saat terakhir. Terima kasih Bambut, Jemblink Pantek dll-nya atas

bantuan hingga tugas akhir ini berhasil dikerjakan tepat waktu.

7. Dan pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Salatiga, Maret 2014

Penulis

DAFTAR ISI

INTISARI .......................................................................................................................... i

KATA PENGANTAR ....................................................................................................... ii

DAFTAR ISI .................................................................................................................... iii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ v

DAFTAR TABEL ........................................................................................................... vii

BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................................. 1

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

1.2 Tujuan ................................................................................................................ 4

1.3 Spesifikasi Alat .................................................................................................. 4

1.4 Sistematika Penulisan......................................................................................... 4

Bab II. LANDASAN TEORI .......................................................................................... 6

2.1. Pengolah Digital DDX IC STA308A ................................................................. 6

A. Bagian Yang Dilewati Data Audio Masukan ..................................................... 7

A.1. Bagian Treble, Bass, Eq (Biquads) ............................................................. 9

A.1.1. Fungsi-Fungsi Tapis Biquad Pada IC STA308A ........................... 10

A.1.2. Aturan Penulisan Koefisien Tapis Biquad Pada IC STA308A ...... 11

A.2. Bagian Volume Limiting ........................................................................... 12

B. Bagian Yang Berfungsi Sebagai Kendali ......................................................... 12

2.2. Penguat Daya IC STA508 ................................................................................ 13

2.3. Komunikas Antar IC ........................................................................................ 14

2.3.1. I2S (Inter IC Sound) ..................................................................................... 14

2.3.2. I2C (Inter Integrated Circuit) ...................................................................... 15

2.4. Dekoder S/PDIF ke I2S .................................................................................... 17

A. Antarmuka S/PDIF ........................................................................................... 18

B. format Data Audio Yang Dikirim Sumber S/PDIF (IEC60958) ...................... 19

C. Dekoder S/PDIF Ke I2S IC CS8416 ................................................................. 21

2.5. Tapis Lolos Rendah .......................................................................................... 22

2.6. Pengendali ........................................................................................................ 23

BAB III PERANCANGAN PENGUAT AUDIO DIGITAL DENGAN TEKNOLOGI DDX

........................................................................................................................ 25

3.1. Diagram Kotak Penguat Audio Digital Dengan Teknologi DDX ................... 25

3.2. Perancangan Penerima S/PDIF ........................................................................ 27

3.3. Perancangan Dekoder S/PDIF Ke I2S IC CS8416 ........................................... 28

3.4. Perancangan Pengolah Digital DDX IC STA308A ......................................... 31

3.5. Perancangan Pengendali Mikrokontroler ATmega32 ...................................... 34

3.6. Perancangan Penguat Daya IC STA508 .......................................................... 37

3.7. Untai Tapis Lolos Rendah ................................................................................ 39

3.8. Antarmuka Pengguna ....................................................................................... 40

A. Penampil LCD .................................................................................................. 40

B. Tombol-Tombol Masukan ................................................................................ 43

C. Perangkat Lunak Tapis Biquad ......................................................................... 46

BAB IV PENGUJIAN PENGUAT AUDIO DIGITAL DENGAN TEKNOLOGI DDX47

4.1. Pengujian Tanggapan Frekuensi Penguat ........................................................ 47

4.2. Pengujian Signal To Noise Ratio (SNR) Penguat ............................................ 53

4.3. Pengujian Total Harmonic Distortion (THD) Penguat .................................... 57

4.4. Pengujian Daya Keluaran Penguat ................................................................... 59

4.5. Pengujian Efisiensi Penguat ............................................................................. 62

BAB V. PENUTUP ......................................................................................................... 66

5.1. Kesimpulan ...................................................................................................... 66

5.2. Saran Pengembangan ....................................................................................... 67

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 68

LAMPIRAN A ................................................................................................................ 69

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Gambaran sistem penguat audio digital dengan keluaran analog ................ 2

Gambar 1.1. Gambaran sistem penguat audio digital dengan teknologi DDX ................. 3

Gambar 2.1. Diagram kotak pengolah digital DDX IC STA308A ................................... 7

Gambar 2.2. Gambaran penggunaan dekoder ................................................................... 8

Gambar 2.3. Diagram kotak penguat daya IC STA508 .................................................. 14

Gambar 2.4. Konfigurasi perangkat dan basic timing I2S .............................................. 15

Gambar 2.5. Konfigurasi perangkat-perangkat pada komunikasi I2C ............................ 16

Gambar 2.6. Transfer data pada komunikasi I2C ............................................................ 17

Gambar 2.7. Gambaran penggunaan antarmuka S/PDIF ................................................ 18

Gambar 2.8. Antarmuka S/PDIF ..................................................................................... 18

Gambar 2.9. Susunan data audio berdasarkan IEC60958 ............................................... 20

Gambar 2.10. Bentuk kode biphase-mark ...................................................................... 21

Gambar 2.11. Diagram kotak dekoder S/PDIF ke I2S IC CS8416 ................................. 21

Gambar 2.12. Sistem kerja pengendali ........................................................................... 23

Gambar 3.1. Diagram kotak penguat audio digital dengan teknologi DDX ................... 25

Gambar 3.2. Wujud fisik PLR135/T10 ........................................................................... 27

Gambar 3.3. Untai penerima S/PDIF PLR135/T10 ........................................................ 28

Gambar 3.4. Untai dekoder S/PDIF ke I2S IC CS8416 .................................................. 29

Gambar 3.5. Diagram alir pengendalian kinerja IC CS8416 .......................................... 30

Gambar 3.6. Untai pengolah digital DDX IC STA308A ................................................ 32

Gambar 3.7. Diagram alir pengendalian kinerja pengolah digital DDX IC STA308A .. 33

Gambar 3.8. Untai pengendali mikrokontroler ATmega32 dan untai antarmuka pengguna

........................................................................................................................ 35

Gambar 3.9. Diagram alir program pada mikrokontroler ............................................... 37

Gambar 3.10. Untai penguat daya IC STA508 dan tapis lolos rendah ........................... 39

Gambar 3.11. Tanggapan frekuensi tapis lolos rendah ................................................... 40

Gambar 3.12. Pengaturan pengolahan data audio yang dapat diubah pengguna ............ 42

Gambar 3.13. Antarmuka pengguna penguat audio digital dengan teknologi DDX ...... 43

Gambar 3.14. Tampilan pemilihan kanal dan frekuensi cuplik data audio masukan ..... 44

Gambar 3.15. Tampilan pengaturan ekualisasi penguat DDX ........................................ 44

Gambar 3.16. Tampilan pengaturan pengatur nada penguat DDX ................................. 44

Gambar 3.17. Tampilan pengaturan kekerasan bunyi penguat DDX ............................. 44

Gambar 3.18. Tampilan pengaturan pembatas kekerasan bunyi penguat DDX ............. 45

Gambar 3.19. Tampilan perangkat lunak tapis biquad pada komputer ........................... 46

Gambar 4.1. Prosedur pengukuran tanggapan frekuensi penguat audio ......................... 48

Gambar 4.2. Tanggapan frekuensi penguat audio DDX mode ekualisasi preset flat ..... 49

Gambar 4.3. Tanggapan frekuensi penguat audio DDX mode ekualisasi preset rock .... 50

Gambar 4.4. Tanggapan frekuensi pengua audio DDX mode ekualisasi graphic .......... 51

Gambar 4.5. Tanggapan frekuensi penguat audio DDX mode ekualisasi preset flat dengan

pengatur nada diubah-ubah ............................................................................ 52

Gambar 4.6. Prosedur pengukuran SNR penguat ........................................................... 53

Gambar 4.7. Tegangan RMS derau ................................................................................. 55

Gambar 4.8. Tegangan isyarat sinus keluaran ................................................................ 56

Gambar 4.9. Prosedur pengukuran THD penguat ........................................................... 58

Gambar 4.10. Hasil pengukuran THD penguat terhadap frekuensi ketika daya keluaran 1

Watt ................................................................................................................ 58

Gambar 4.11. Hasil pengukuran THD penguat terhadap daya keluaran dengan isyarat

masukan sinus 1kHz ....................................................................................... 59

Gambar 4.12. Prosedur pengukuran daya keluaran penguat audio ................................. 60

Gambar 4.13. Tegangan maksimum pada beban keluaran ............................................. 61

Gambar 4.14. Prosedur pengujian efisiensi penguat ....................................................... 62

Gambar 4.15. Tegangan catu daya ketika daya keluaran maksimum ............................. 64

Gambar 4.16. Grafik daya keluaran terhadap efisiensi penguat daya ............................ 64

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik antarmuka S/PDIF ..................................................................... 19

Tabel 3.1 konfigurasi penggunaan pin mikrokontroler ATmega32 ................................ 36

Tabel 4.1 Hasil pengukuran daya yang dibutuhkan bagian-bagian sebelum penguat

daya ................................................................................................................. 63