Abstrak —Studi  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  perubahan frekuensi  pada  alat  musik  Theremin  pada  saat  dimainkan dengan  menyesuaikan  jarak  tangan  pemain  dengan  antena. Konsep  dari  Theremin  ini  adalah  sebuah  alat  musik,  dimana cara  memainkan  alat  musik  tersebut  tidak  menggunakan kontak  fisik  langsung  terhadap  alat  tersebut,  dimana menggunakan teori arus perpindahan yaitu suatu medan listrik yang berubah terhadap waktu yang dimana arus perpindahan itu akan terjadi ketika terdapat dua lempeng penghantar atau kapasitor  pada  suatu  dielektrik  yang  diberikan  tegangan  dan akan  menghasilkan  medan  listrik.  Pada  alat  ini  juga  terdapat prinsip  heterodinamis  dimana  terdapat  dua  frekuensi  antena yang bercampur yang saling mengurangi sehingga menghasilkan  frekuensi  yang  dapat  didengar  oleh  telinga manusia.  Pada  eksperimen  dapat  dilihat  hasilnya  bahwa  pada saat  tangan  pemain  mendekati  antena,  frekuensi  yang  akan dihasilkan  akan  semakin  besar  sehingga  menghasilkan  nada yang lebih tinggi, begitu juga sebaliknya.
Kata  Kunci —Hukum  Maxwell,  Karakteristik Pitch  Controll, Perubahan Frekuensi, Theremin.

## I. PENDAHULUAN
NDUSTRI kreatif musik dengan mencipatakan alat musik elektronik  di  Indonesia  dibutuhkan  kreativitas  dan perkembangan  dalam  dunia  musik  elektronik.  Seperti  yang kita  tahu  bahwa  alat  musk  elektronik  ini  memiliki  ragam musik  elektronik  yang  perkembanganya  belum  signifikan. Perkembangan musik Theremin di Indonesia masih terbilang jarang  bahkan  banyak  masyarakat  Indonesia  yang  belum mengetahui  alat  tersebut.  Theremin  adalah  alat  musik  yang dimana  cara  memainkan  alat  musik  tersebut  yaitu menggunakan tangan pemain tanpa menyentuh alat tersebut, perubahan  nada  tersebut  akan  diatur  melalui  jarak  pemain dengan antena dari Theremin tersebut.
Pada  Medan  Elektromagnetik  terdapat  konsep  Arus Perpindahan  yang  merupakan  cara  kerja  dari  alat Theremin ini, dimana menjelaskan  bagaimana suatu medan listrik yang berubah  terhadap  waktu  akan  menghasilkan  suatu  medan magnet  karena  adanya  arus  perpindahan  tersebut.  Arus perpindahan  ini  akan  terjadi  ketika  terdapat  dua  lempeng kapasitor  yang  diberikan  tegangan  yang  berubah  terhadap waktu  yang disusun secara paralel sehingga kedua lempeng tersebut  akan  menghasilkan  medan  listrik.  Pada  teori  arus perpindahan  ini  juga  akan  menjelaskan  keterkaitan  dengan persamaan  Maxwell  bahwa  medan  listrik  dan  arus perpindahan ini dapat menimbulkan suatu medan magnet.
Pada alat  Theremin ini juga terdapat prinsip heterodinamis,  dimana  prinsip  tersebut menjelaskan pencampuran antara dua frekuensi  yang akan  menghasilkan frekuensi  resonansi  baru,  dengan  menggunakan  rumus heterodinamis, dua frekuensi yang berada pada Theremin ini dihasilkan  pada  rangkaian  yang  digunakan  yaitu  rangkaian refrensi  dan  rangkaian  penyetara  dengan  nilai  yang
ditentukan  oleh  nilai  dari  masing-masing  induktor  dan kapasitor.  Pada  prinsip  heterodinamis  ini  dihapharapkan frekuensi  resonansi  yang  dihasilkan  dari  pencampuran  dua frekuensi  tersebut  menghasilkan  frekuensi  yang  sama  yaitu pada  saat  posisi  alat  bernilai  zero  dimana  Theremin  dalam posisi  diam  atau  tidak  mengeluarkan  suara,  yang  nantinya cara merubah penggunaan frekuensi sehingga  menghasilkan suara tersebut akan digunakan device antena yang berfungsi sebagai  pengubah  kapasitansi  yang  akan  diganggu  medan dielektriknya  menggunakan  tangan  pemain  sehingga  terjadi perubahan frekuensi output yang dihasilkan. Pada rangkaian yang  digunakan  pada  Theremin  ini  juga  akan  dilakukan analisa  terkait  jenis  osilator  yang  digunakan,  yaitu  osilator Hartley  dimana  osilasi  ini  bekerja  pada  saat  terdapat sambungan dari pusat induktor yang diserikan atau menarik tapped  coil induktor  dari  pusat  yang  dihubungkan  ke komponen  transistor  pada  bagian  emitter,  osilator  ini  juga memiliki  pengaturan  pada  induktor  dan  kapasitor  untuk mendapatkan hasil berupa frekuensi resonansi.
Berdasarkan uraian diatas permasalahan studi yang akan dibahas  dalam  studi  ini  yaitu  menganalisa  frekuensi  yang dihasilkan  dari  alat  Theremin  dengan  dua  metode,  yaitu analisa pengukuran Theremin pada saat tidak tidak dimainkan yang artinya Theremin tidak menggunakan device antena dan kontrol  suara  yang  dihasilkan  dari  Theremin  ini  akan dikendalikan  dengan  pengubahan  nilai  variabel  kapasitor, yang dilanjutkan dengan analisa pengukuran Theremin pada saat  alat  tersebut  dimainkan.  Setelah  dilakukan  pengukuran kedua metode tersebut akan dilihat hasil dari jarak nada yang dihasilkan.  Dan  juga  permasalah  lain  yang  akan  dibahas adalah  terkait  Kalibrasi  nada  dasar  dari  Theremin.  Tujuan dari penelitian studi terkait perancangan Theremin ini adalah dapat  membuat  suatu  inovasi  baru  dalam  perkembangan dunia musik elektrik, dapat menginspirasi para musisi untuk membuat  atau  memainkan  Theremin  dan  juga  dapat mengetahui faktor-faktor apa saja yang dapat mempengaruhi terkait frekuensi yang dihasilkan Theremin.

## II. STUDI LITERATURE

## A. Arus Perpindahan
Teori  Arus  Perpindahan  ini  menjelaskan  bagaimana sebuah medan listrik yang akan berubah terhadap waktu yang akan  menghasilkan  medan  magnet  karena  adanya  arus perpindahan. Dan juga menjelaskan bahwa arus perpindahan ini  akan  bekerja  pada  saat  arus  listrik  pada  medan  tersebut bernilai  nol.  Dan  juga  penyempurnaan  teori  terhadap  arus perpindahan yaitu koreksi Maxwell terhadap Hukum Ampere yang  menyatakan  bahwa  perubahan  medan  listrik  dan  arus perpindahan  dapat  menimbulkan  suatu  medan  magnet  [1].

## Rancang Bangun Alat Musik Berbasis Perubahan Arus Perpindahan
Muhammad Dwi Rifqi, Gamantyo Hendrantoro, dan Wirawan Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
E-mail : gamantyo@yahoo.com
I

## B. Heterodinamis
Metode  Heterodinamis  adalah  suatu  metode  pengukuran frekuensi dengan nilai frekuensi yang tinggi. Pada theremin ini  prinsip  heterodinamis  digunakan  untuk  menghasilkan suatu sinyal audio.

## Gambar 1. Prinsip kerja heterodinamis
Frekuensi yang pertama dihasilkan dari rangkaian refrensi atau frekuensi refrensi (fref) dan yang kedua adalah frekuensi yang  dihasilkan  dari  rangkaian  penyetara  (fx).  Kedua frekuensi  tersebut  akan  selanjutnya  akan  digabungkan  pada mixer dan akan menghasilkan frekuensi resonansi. Frekuensi resonansi ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus [2].
𝑓𝑟 = 𝑓𝑟𝑒𝑓 − 𝑓𝑥
(1)
Dimana, fr     = frekuensi resonansi Fref =  frekuensi refrensi Fx    = frekuensi penyetara

## C. Hartley Oscillator
Hartley Oscillator adalah jenis osilator yang bekerja pada saat    terdapat  rangkaian  yang  dilakukan  pengaturan  pada induktor  dan  kapasitor  dengan  susunan  paralel.  Hartley oscilator  ini  memiliki  fungsi  untuk  mencari  frekuensi resonansi  pada  suatu  rangkaian  yang  ditentukan  dari  nilai kapasitor  dan  induktor  yang  sesuai  dengan  osilasi  tersebut. Untuk  melihat  hasil  osilasi  diperlukan  koneksi  dari  pusat induktor  yang diseri atau  menarik tapped coil induktor dari pusat yang terhubung dengan suatu komponen yaitu transistor pada bagian emitter [3].
Gambar 2. Diagram Schematic Hartley Osilator
Pada  Harley Oscillator ini  dapat  ditentukana  frekuensi resonansi  dari  Theremin  dengan  melihat  komponen  dari induktor dan kapasitor tersebut dengan menggunakan rumus
𝑓𝑟 = 1 2𝜋√𝐿𝐶 (2)
Dimana,  fr = frekuensi resonansi L  = nilai induktor C  = nilai kapasitor

## D. Theremin
Cara  kerja  Theremin  ini  adalah  dengan  menggerakan tangan  pemain  mendekat  dan  menjauhi  antena pada  pitch control maupun volume  control .  Tangan  pemain  tersebut akan mengubah kapasitansi yang berada pada sirkuit tersebut yang akan merubahnya menjadi frekuensi osilasi. Penggunaan antena tidak dengan spesifikasi yang jelas tidak terlalu  dibtuhkan  dalam  Theremin  ini  karena  antena  disini berfungsi  untuk  mengubah  kapasitansi  dari  kapasitor  yang terdapat pada rangkaian tersebut. Theremin ini juga memiliki 2  frekuensi  yang  akan  saling  mengurangi  sehingga menghasilkan  suatu  suara,  yang  diharapkan  sebelum memainkan Theremin tersebut adalah Theremin berada pada posisi  diam  yang  artinya  kedua  frekuensi  yang  dihasilkan sebelum  dimulai  permainan  memilki  nilai  yang  sama sehingga  frekuensi  bernilai  zero  atau  nol.    Cara  kerja Theremin ini juga diadopsi dari teori arus perpindahan medan elektromagnetik dimana terdapat dua kapasitor yaitu antena dan  tangan  pemain.  Tangan  pemain  ini  akan  mengganggu dielektrik  udara  mendekat  dan  menjauhi  antena  yang  akan mengubah  nilai  kapasitansi  dari  kapasitor  pada  rangkaian Theremin tersebut [4]
Teknik  permainan  dari  Theremin  bisa  dikatakan  sangat sulit  karena pemain  harus  mengsinkronasikan kedua tangan dengan  kedua  antena  tersebut,  dimana  diharapkan  pemain dapat  mengendalikan  pengaturan  nada  dan  volume  secara bersamaan.  Biasanya  pemain  theremin  ini  menggunakan tangan  kananya  untuk  mengatur  tinggi  rendahnya  nada, sedangkan  tangan  kirinya  untuk  mengatur  besar  kecilnya suara yang dihasilkan [5].

## III. METODE PERANCANGAN DAN PENGUKURAN THEREMIN
Pada  perancangan  dan  pengukuran  Theremin  akan digunakan rangkaian Theremin

## Gambar 3. Rangkaian Theremin

## A. Pengukuran Theremin Sebelum Dimainkan
Pada  pengukuran  Theremin  sebelum  dimainkan  ini dilakukan  hanya  untuk  melihat  jarak  nada  yang  dihasilkan dari Theremin tanpa menggunakan device antena dan tangan pemain  yang  artinya  suara  yang  dihasilkan  dari  Theremin berasal  dari  pengaturan  variabel  kapasitor.  Hasil  dari
Theremin  sebelum  dimainkan  ini  didapatkan  dari  prinsip heterodinamis  dimana  frekuensi  refrensi  dikurangi  atau ditambahkan  frekuensi  penyetar,  yang  dimana  pendengaran manusia dapat mendengar yaitu sampai 20KHz.

## B. Pengukuran Theremin Setelah Dimainkan
Pada  pengukuran  Theremin  setelah  dimainkan  ini  yaitu penggunaan device antena sudah dipasangkan pada Theremin dan juga dirubah menggunakan tangan pemain. Dalam proses pengukuran  ini  hal  pertama  yang  dilakukan  adalah  mencari posisi zero pada Theremin yang artinya frekuensi refrensi dan frekuensi  penyetara  memiliki  nilai  yang  sama  sehingga Theremin berada pada posisi diam atau tidak mengeluarkan suara.  Setelah  didapatkan  posisi  zero  selanjutnya  adalah proses memainkan Theremin tersebut dengan menggunakan tangan  pemain  mendekati  dan  menjauhi  antena.  Setelah dilakukan  permainan  Theremin  selanjutnya  adalah  proses pengukuran  dengan  menggunakan  aplikasi spectrum analyzer seperti equalizer ,  dan  hasil  dari  suara  yang dihasilkan Theremin akan terdeteksi oleh aplikasi tersebut.

## C. Kalibrasi Theremin
Pada  proses  kalibrasi  Theremin  ini  bertujuan  untuk memadukan  suara  yang  dihasilkan  Theremin  dengan  alat musik  lain.  Dalam  proses  kalibrasi  Theremin  digunakan beberapa  perangkat  tambahan  seperti pitch  pipe dimana fungsi pitch pipe tersebut adalah  menyelaraskan suara  yang dihasilkan  dari  Theremin  dengan  suara  dari pitch  pipe tersebut sesuai dengan kunci yang tertera pada pitch pipe dan chromatic tuner dimana fungsi dari chromatic tuner ini akan mengeluarkan note nada yang dihasilkan dari Theremin.

## IV. HASIL DAN ANALISIS DATA

## A. Analisa Rangkaian Theremin
Analisa yang dilakukan adalah terkait jenis osilator. Jenis osilator  disini  menggunakan  jenis  Hartley  Osilator  dimana terdapat  komponen  yang  dihubungkan  dengan  pusat  dari tapped induktor. Fungsi dari osilator Hartley ini yaitu untuk menghitung  frekuensi  resonansi  dari  osilasi  tersebut  yang dihasilkan  dari  nilai  induktor  dan  kapasitor.  Rangkaian refrensi dan rangkaian penyetara memiliki jenis osilasi yang sama  hanya  terdapat  perbedaan  pada  nilai  dari  komponen yang digunakan. Selanjutnya analisa terhadap masing-masing rangkaian yaitu rangkaian refrensi dan rangkaian penyetara, analisa  terhadap  hasil  frekuensi  rangkaian  tersebut menggunakan  osiloskop  dan  juga  perhitungan  langsung dengan  menggunakan  perhitungan  frekuensi  resonansi. Dengan mengambil satu contoh yaitu pada rangkaian refrensi jika dilakukan dengan menggunakan perhitungan,
𝑓𝑟 = 1 2𝜋√𝐿𝐶
𝑓𝑟 = 1 2𝜋√100𝑥10 −6 𝑥 330𝑥10 −12

## 𝑓𝑟 = 876,119KHz
Sedangkan hasil dengan menggunakan osiloskop.

## Gambar 4. Frekuensi refrensi
Dari kedua  hasil tersebut terdapat perbedaan perhitungan yang  disebabkan  komponen  yang  digunakan  tidak  bernilai setara  seperti  penggunaan  induktor,  karena  induktor menggunakan  jenis  lilitan,  nilai  dari  induktor  tersebut  tidak bernilai  pas.  Begitu  juga  dengan  rangaian  penyetara dilakukan dengan 2 pengukurang tersebut dan mendapatkan hasil yang berbeda juga, yang dikarenakan karena komponen kapasitor yang berbeda-beda. Hasil yang dimasukkan dalam pengukuran  selanjutnya  adalah  hasil  dari  pengukuran menggunakan osiloskop.

## B. Analisis Theremin Sebelum Dimainkan
Analisa  terhadap  Theremin  sebelum  dimainkan  ini  yang pertama  kali  dilakukan  adalah  hasil  frekuensi  yang ditunjukkan  frekuensi  refrensi  sebesar  804,7KHz  tersebut dikurangi  dan  ditambahkan  dengan  frekuensi  yang  bisa terdengan  oleh  manusia  yaitu  20KHz.  Pada  pengukuran  ini dilakukan  pengurangan  pada perhitunagan  dengan  memutar komponen  variabel  kapasitor  untuk  mendapatkan  frekuensi tersebut dengan tujuan frekuensi manakah yang akan bekerja, jika  frekuensi  refrensi  lebih  kecil  dari  frekuensi  penyetara atau  bernilai  lebih  dari  804,7KHz  dengan  hasil  perhitungan dengan  menggunakan  rumus  heterodinamis  bernilai  mines maka  frekuensi  yang  bekerja  adalah  frekuensi  penyetara begitu juga sebaliknya jika frekuensi refrensi lebih besar atau kurang dari 804,7KHz dengan hasil perhitungan positif, maka frekuensi  yang  bekerja  adalah  frekuensi  refrensi.  Dengan mangambil satu sample hasil dari perhitungan dan osiloskop,

## Gambar 5. Frekuensi pada saat pemutaran variabel kapasitor
Dengan  melakukan  perhitungan  terhadap  hasil  tersebut akan terlihat frekuensi manakah yang akan bekerja.

## 𝑓𝑟 = 804,7𝐾𝐻𝑧 − 807,5𝐾𝐻𝑧

## 𝑓𝑟 =   −2,8 𝐾𝐻𝑧
Dapat dilihat hasil frekuensi tersebut bernilai mines yang artinya  frekuensi  yang  bekerja  adalah  frekuensi  penyetara, pengukuran  dilanjutkan  pada  saat  Theremin  mengeluarkan dengan  nada  yang  berbeda.  Dapat  disimpulkan  dari pengukuran  Theremin  sebelum  dimainkan  yang  dapat didengar  oleh  pendengaran  manusia  mencapai  5  sampai  6 tangga nada.

## C. Anlisa Theremin Setelah Dimainkan Dan Kalibrasi Theremin
Analisa yang dilakukan pada Theremin dimainkan pertama kali  adalah  mencari  nilai  zero  yaitu  posisi  Theremin  tidak mengeluarkan  suara  dengan  mengatur  variabel  kapasitor dengan menggunakan osiloskop.
Gambar 6 . Frekuensi zero
Dalam  mencari  posisi  zero  ini  masih  terbilang  sulit dikarenakan  pada  saat  proses  pemutaran  variabel  kapasitor, ketika diputar sedikit saja bisa merubah frekuensi mencapai 3KHz  samapai  4KHz.  Setelah  mendapatkan  posisi  zero selanjutnya  adalah  proses  pengukuran  Theremin  saat dimainkan  dengan  melakukan  4  pengukuran  waktu  yang berbeda-beda  dan  hasil  yang  diambil  adalah  hasil  dengan oktaf tertinggi.

## Gambar 7. Frekuensi refrensi
Setelah mendapatkan hasil frekuensi yang dihasilkan dari Theremin,  dari  data  tersebut  akan  dilakukan  dengan  proses kalibrasi  Theremin  yaitu  penentuan  nada  dasar  yang dihasilkan dari Theremin.
Tabel 1. Hasil frekuensi dan kalibrasi Theremi No Nada Jarak (cm) Frekuensi (Hz) Note Oktaf 1 Do 28 438 A 4 2 Re 21,5 496 B 4 3 Mi 17,5 526 C 5 4 Fa 14 634 D# 5 5 Sol 11,5 666 E 5 6 La 10 693 F 5 7 Si 8 737 F# 5 8 Do’ 7 881 A’ 5 9 Re’ 5,5 951 A’# 5 10 Mi’ 4,5 1039 C 6 11 Fa’ 4 1137 C’#/D 6
Tujuan  dari  pengukuran  terhadap  4  waktu  yang  berbeda yaitu untuk melihat apakah terdapat perbedaan dari Theremin tersebut  dan  juga  kalibrasi  tersebut  untuk  menyelaraskan Theremin dengan alat musik lain.

## V. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil perancangan Theremin ini adalah  dengan  menggunakan  rangkaian  tersebut  didapatkan hasil  kalibrasi  Theremin  berada  pada  note  A  dan  Theremin dapat  mencapai  tangga  nada  setinggi  1,5  oktaf.  Dengan merubah  beberapa  komponen  kapasitor  dan  induktor  pada rangkaian Theremin dapat mempengaruhi frekuensi resonansi  dari  Theremin  sehingga  jarak  tangan  pemain dengan antena juga dapat berubah.
Antena yang digunakan pada Theremin tidak menggunakan  antena  dengan  spesifikasi  yang  spesifik, antena yang digunakan berupa antena telescope. Fungsi dari antena ini untuk merubah kapasitansi dari kapasitor.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A. J. Hayt, H. William and Buck, Engineering Electromagnetics,
Seventh Edition . New York: McGraw-Hill College, 2004.
[2] Y.  Li,  Xiaouhi,  Wang,  Danni  and  Bian,  “Heterodyne  Frequency Measurement  Method  Based  on  Virtual  Instrumen,”  Chinese Academy of Sciences, 2007.
[3] S.  .  Record,  F.A  and  Stiles,  “An  Analytical  Demonstration  of Hartley Oscilator,” 1943.
[4] N. P, “Leon Theremin (Lev Theremin),” Intermec Technol. , 2012.
[5] N.  Derek,  Lindberg,  Nick,  Ciocco  and  Greg,  “Capacitive  Pitch Controll Theremin,” University of Colorado, 2019.