## Sistem Pensaklaran pada Masukan dan Keluaran Penguat Awal Audio
Budihardja Murtianta 1 , Deddy Susilo 2 , Albert Tarra Wahyu Setiadi 3
1,2,3 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
1 budihardja.murtianta@staff.uksw.edu, 2 deddy.susilo@staff.uksw.edu ,
3 alberttarraws@gmail.com

## Ringkasan
Perangkat  audio  fidelitas  tinggi  ( high  fidelity )  memiliki  arti  seberapa  mirip  bentuk  sinyal keluaran  hasil  rekonstruksi  terhadap  sinyal  masukan.  Pada  penelitian  ini  dirancang  suatu sistem pensaklaran yang diterapkan pada masukan dan keluaran penguat awal  ( pre-amplifier )  audio  mono  (1  kanal),  lalu  dengan  diberikannya  sistem  pensaklaran tersebut,  maka  penguat  awal  audio  mono  tersebut  dapat  berfungsi  menjadi  seolah-olah penguat  awal  audio  stereo. Dari  hasil  pengujian  pada  sistem  pensaklaran  yang  sudah digabung pada penguat awal audio mono didapatkan penguatan yang mendekati sama tiap kanalnya  dengankanal  kiri  sebesar  20.844  dB  dan  kanal  kanan  sebesar  20.842  dB.  Akan tetapi,  pada  hasil  perancangan  ini  masih  memiliki  beberapa  kekurangan  yaitu  naiknya distorsi  sinyal  keluaran  sebesar  1.550%  untuk  kanal  kiri  dan  1.565%  untuk  keluaran kanal  kanan,  serta  bertambahnya  cakap silang  ( crosstalk )  antar  kanalnya menjadi  -26.24  dB dan menurunnya nilai SNR ( signal to noise ratio ) menjadi 64.06dB.
Kata kunci: sistem pensaklaran, penguat awal audio, multiplekser analog

## 1. Pendahuluan
Idealnya  setiap  kanal  pada  penguat  audio  stereo  memiliki  sebuah  penguat independen  untuk  memproses  penguatan  sinyal  audio.  Dengan  semakin  banyaknya kebutuhan komponen elektronika pada penguat independen untuk masing-masing kanal, akan memiliki kekurangan yaitu meningkatnya harga sebuah unit penguat audio. Hal ini disebabkan  karena  diharuskan  memiliki  komponen  penguat  audio  yang  identik  untuk tiap  kanalnya  dan  dalam  riilnya  pemakaian  komponen  penguat  audio  identik  tidak menjamin  100%  identik  dalam  fungsi  kinerjanya.  Penelitian  ini  mengkhususkan  pada permasalahan  dari  kekurangan  sistem  penguat  awal  audio  stereo,  maka  solusi  untuk menyetarakan kinerja kanal pada penguat awal audio ialah dengan memberikan sistem pensaklaran  pada  sebuah  penguat  awal  audio  1  kanal  untuk  dapat  memproses  2  kanal sinyal  masukan  audio  sehingga  akan  mengakibatkan  juga  berkurangnya  kebutuhan penguat  awal  audio  yang  harus  digunakan.  Penggunaan  sistem  pensaklaran  tersebut diaplikasikan  pada  masukan  dan  keluaran  sebuah  penguat  awal  audio  1  kanal.  Ide pokok  dari  penelitian  ini  akan  membangun  sebuah  perangkat  sistem  pensaklaran  yang diterapkan  pada  masukan  dan  keluaran  penguat  awal  audio  mono,  sedangkan  bagian masukan adalah tetap dari sumber sinyal audio stereo dan pada bagian keluaran adalah penguat akhir audio stereo[1][2][3][4].

## 2. Perancangan
Sistem pensaklaran desain dengan terdiri dua saklar analog yaitu dengan pensaklar I dengan  masukan  stereo  dan  pensaklar  II  dengan  keluaran  stereo,  hal  ini  difungsikan untuk  mengakomodir  masukan  sinyal  elektrik  analog  yang  terdiri  dari  dua  kanal yaitu  kanal  kiri  dan  kanal  kanan.  Keluaran  dari  saklar  analog  (pensaklar  I)  dengan masukan  sinyal  audio  stereo  dihubungkan  pada  masukan  penguat  awal  audio  mono. Keluaran  dari  penguat  awal  audio  mono  dihubungkan  pada  pensaklar  II  dengan keluaran stereo.
Keluaran  dari  pensaklar  II  dengan  keluaran  stereo  diteruskan  menuju  tapis  lolos rendah  untuk  merekonstruksi sinyal  yang  diproses pada proses sebelumnya.  Hasil dari keluaran  pensaklar  II  diteruskan  menuju  sebuah  perangkat  speaker  aktif  stereo  agar sinyal  elektrik  dikonversi  menjadi  sinyal  audio  yang  dapat  didengarkan  oleh  telinga manusia yang ditunjukan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Perancangan Alat
Sistem Pensaklaran pada Masukan dan Keluaran Penguat Awal Audio Budihardja Murtianta, Deddy Susilo, Albert Tarra Wahyu Setiadi

## 2.1. Modul Sistem Pensaklaran
Modul  pertama  adalah  Modul  Sistem  Pensaklaran  yang  berfungsi  sebagai  sistem pensaklaran  pada  masukan  dan  keluaran  penguat  awal  audio.  Modul  ini  terdiri  dari dua  sistem  pensaklaran.  Pensaklar  I  berfungsi  menggabungkan  dua  sinyal masukan  stereo  menjadi  sinyal  tunggal  agar  sinyal  tersebut  dapat  masuk  menuju kanal  masukan  penguat  awal  audio  mono.  Sinyal  tunggal  yang  masuk akan  dikuatkan  oleh  penguat  awal  mono.  Pada  keluaran  penguat  awal  audio  mono dihubungkan  ke  pensaklar  II  yang  berfungsi  memisahkan  dari  sinyal  tunggal  hasil penguatan penguat awal audio mono menjadi dua sinyal terpisah seperti yang terkonsep pada  Gambar  1.  Modul  Sistem  Pensaklaran  direalisasikan  menggunakan  komponen elektronik  yakni  sebuah  cepis  multiplekser  analog  CD4052BE[5].  Cepis  ini bekerja dengan picuan sinyal clock berupa gelombang kotak untuk mengaktifkan kinerja tiap  pensaklarnya  untuk  tiap  kanalnya.  Konsep  perancangan  pensaklar  I  dan  II ditunjukkan pada Gambar 2 serta deskripsi pin ditunjukkan pada Tabel 1 [2][3][4].
Gambar 2. Skematik modul sistem pensaklaran[4].
Tabel 1. Deskripsi penggunaan pin cepis CD4052BE[5]. PIN Deskripsi No. Nama 1 Y CH 0 IN/OUT masukan sinyal analog kanal kiri 2 Y CH 2 IN/OUT -tidak dipakai diberi catu daya ground- 3 Y COM IN/OUT keluaran sinyal multiplekser menuju masukan penguat awal audio 4 Y CH 3 IN/OUT -tidak dipakai diberi catu daya ground- 5 Y CH 1 IN/OUT masukan sinyal analog kanal kanan 6 INHIBIT masukan untuk mengaktifkan tiap kanal (INH=’0’) 7 VEE catu daya negatif 8 VSS catu daya negatif 9 B selektor kanal B diberi logika ‘0’ 10 A masukan sinyal kotak 11 X CH 3 IN/OUT -tidak dipakai diberi catu daya ground- 12 X CH 0 IN/OUT keluaran sinyal hasil demultiplekser kanal kiri 13 X COM IN/OUT keluaran preamplifier menuju proses demultiplekser 14 X CH 1 IN/OUT keluaran sinyal hasil demultiplekser kanal kanan 15 X CH 2 IN/OUT -tidak dipakai diberi catu daya ground- 16 VDD catu daya positif

## 2.2.   Modul Penguat Awal Audio
Modul kedua adalah modul penguat awal audio, dalam penelitian ini menggunakan modul  Cmoy headphone  preamplifer .  Dengan  modul  ini,  sinyal  hasil  modulasi  dari pensaklar  I  dapat  dikuatkan  lalu  diteruskan  kembali  menuju  pensaklar  II,  selain  itu modul  ini  berfungsi  juga  sebagai  medium  perantara  sinyal  modulasi  menuju  proses selanjutnya. Pada pengujian sistem pensaklaran,  karena modul ini berupa penguat awal audio  stereo  maka  salah  satu  kanal  masukan  tidak  dipakai.  Kanal  yang  tidak  dipakai adalah  kanal  kanan,  hal  ini  dilakukan  karena  modulasi  sistem  pensaklaran  hanya membutuhkan  satu  buah  kanal.  Modul  preamplifier  ini  menggunakan  IC  NE5532 sebagai penguat sinyal audio stereonya.
Gambar 3. Modul kit Cmoy headphone preamplifer.

## 2.3. Modul Tapis Lolos Rendah (LPF)
Modul yang ketiga adalah modul tapis lolos rendah (LPF). Pada bagian masukannya menerima  hasil  dari  sinyal  demultiplekser  (pensaklar  II)  yang  akan  melakukan  proses rekonstruksi sinyal analog. Secara garis besar cara kerja konsep kerja LPF pada gambar 4 dapat disederhanakan menjadi :
1.  Pada  demultiplekser  sinyal  multiplekser  pensaklar  tertutup  hanya  ketika pada  kanal  ditentukan  yang  akan  diambil.  Dalam  hal  ini  dibuat  kombinasi masukan dengan R 1 dan C yang kecil agar tegangan segera melakukan pengisian dalam kapasitor C ketika saklar tertutup.
2.  Kombinasi  R 2 dengan  C  harus  bernilai  besar  supaya  kapasitor  C  dapat mempertahankan tegangannya sampai pensaklar tertutup kembali.
Gambar 4. Untai LPF dengan tapis RC.
Sistem Pensaklaran pada Masukan dan Keluaran Penguat Awal Audio Budihardja Murtianta, Deddy Susilo, Albert Tarra Wahyu Setiadi
Gambar 5. Realisasi sistem pensaklar pada penguat awal audio.
Realisasi sistem pensaklar pada penguat awal audio ditunjukkan pada Gambar 5 dan memiliki bagian masukan dan keluaran yang ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Bagian masukan dan keluaran sistem pensaklar.

## 3. Pengujian dan Analisis
Pengujian pertama yang dilakukan adalah pengujian melalui pengamatan diperlukan dalam  memastikan  apakah  alat  sudah  mampu  dilewatkan  sinyal  dengan  baik. Pengamatan  dilakukan  menggunakan  osiloskop  untuk  menampilkan  hasil  pengujian dalam bentuk visual.
Lalu sistem perancangan diberikan masukan 2 sinyal analog. Sinyal masukan untuk kanal  kiri  diberikan  sinyal  sinusoidal  yang  memiliki  amplitudo  sebesar  295  mVrms dengan frekuensi sebesar 10kHz dan untuk sinyal masukan kanal kanan diberikan sinyal segitiga  yang  memiliki  amplitudo  sebesar  295  mVrms  dengan  frekuensi  sebesar  5kHz yang ditunjukkan pada Gambar 6.  Untuk modul sistem pensaklaran dan modul penguat awal audio diberikan catu daya sebesar +6V dan -6V, selain itu modul sistem pensaklaran diberikan juga pulsa sinyal kotak sebesar 100kHz untuk diberikan pada pin A.
Bagian Fungsi A suplai tegangan +12V. B suplai tegangan -12V. C ground D konektor masukan audio jack 3.5mm dari gawai pemutar musik E keluaran mixing modul pensaklaran menuju masukan audio jack 3.5mm modul preamplifier (poin G). F switch on/off modul preamplifier. G masukan modul preamplifier. H knob putar volume modul preamplfier. I keluaran modul preamplifier menuju masukan audio jack 3.5mm demuxing (poin J). J masukan audio jack 3.5mm demuxing modul pensaklaran. K keluaran hasil sistem perancangan menuju modul speaker aktif. L suplai tegangan positif modul preamplfier. M suplai tegangan negatif modul preamplfier.
Gambar 6. Masukan sinyal kanal kanan (sinus 295 mVrms, 10kHz) dan kanal kanan (sinyal segitiga 295 mVrms, 5kHz).
Setelah  itu  dilakukan  pengamatan  pada  keluaran  tiap  kanal  kiri  dan  kanan. Keluaran  tiap  kanal  diambil  melalui  keluaran  dari  modul  LPF  yang  sesuai  pada konsep  sistem  perancangan  seperti  yang  ditunjukkan  pada  gambar  1.  Gambar  7 merupakan representasi hasil pengamatan untuk tiap kanal kiri dan kanan.
Gambar 7. Keluaran LPF kanal kiri dan kanal kanan.
Pengujian  kedua  ialah  dengan  mengambil  data  pada  sistem  perancangan  dan membandingkannya dengan karakter asli dari penguat awal audio Cmoy. Jadi data hasil pengujian  didapat  dari  sistem  pensaklar  dan  penguat  awal  audio  Cmoy  yang  disebut sebagai perangkat X dan penguat awal audio Cmoy saja yang disebut sebagai perangkat Y. Pengambilan data dilakukan menggunakan alat ukur berupa multimeter dan distortion meter serta tetap menggunakan osiloskop untuk memantau bentuk gelombangnya.
Pengambilan  data  pertama  ialah  disajikan  pada  Gambar  7  yaitu  dengan  menguji distorsi dan penguatan dari perangkat X dan Y. Sinyal pengujian yang diberikan adalah sinyal  masukan  gelombang  sinus  yang  sama  bagi  tiap  kanalnya  yang  diberikan  variasi frekuensi  100Hz-1kHz  dan  tetap  mempertahankan  masukan  tegangan  sebesar  300 mVrms.
(a) (b)
Gambar 8. Grafik Penguatan Antara Modul Preamp Dan Hasil Perancangan.
Dari  Gambar  8a  menunjukkan  bahwa  perangkat  Y  memiliki  kekurangan  yakni penguatan yang tak identik untuk tiap kanalnya sebesar 20.896 dB kanal kiri dan kanal kanan sebesar 20.925 dB, ini menunjukkan dengan komponen yang sama memang tidak menghasilkan kinerja yang sama. Kemudian ketika hanya memakai satu kanal saja (kanal kiri)  modul  Cmoy  preamp  yang  langsung  dipasangkan  dengan  modul  sistem pensaklaran  (perangkat  X)  memberikan  nilai  penguatan  untuk  tiap  kanalnya  yang hampir sama  yakni 20.844dB(kanal kiri) dan 20.842 dB(kanal kanan) dan penghematan bandwidth sebesar 50% karena hanya memakai 1 kanal untuk penguatan sinyalnya. Pada pengambilan  data  kedua  adalah  hasil  pengujian  SNR  ( Signal  to  Noise  Ratio )  dan  nilai crosstalk.
Gambar 9. Grafik SNR dan crosstalk .
Gambar  9  menujukkan  bahwa  ketika  menguji  modul  Cmoy  saja  (perangkat  Y) dihasilkan performa SNR yang lebih baik yakni sebesar 74.98 dB dan Crosstalk sebesar - 47.42  dB.  Untuk  hasil  pengujian  perangkat  X  menghasilkan  nilai  SNR  sebesar  64.06  dB dan crosstalk sebesar -26.24 dB.

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  pengujian  pada  sistem  pensaklaran  yang  sudah  digabung  pada  penguat awal audio preamplifier mono Cmoy, didapatkan nilai penguatan yang mendekati sama tiap kanalnya, dengan kanal kiri dan kanal kanan sebesar 20.844dB dan 20.842dB. Akan tetapi  dalam  penelitian  ini  menghasilkan  beberapa  kekurangan  yaitu  distorsi  sinyal keluaran  kanal  kiri  dan  kanan  melebihi  1%  yakni  sebesar  1.550%  dan  1.565%,  serta bertambahnya crosstalk antar  kanalnya  menjadi  -26.24dB  dan  berkurangnya  nilai  SNR menjadi 64.06dB.

## Daftar Pustaka
[1]  Adel  S.  Sedra,  dan  Kenneth  C.  Smith,  “Rangkaian  Mikroelektronika”,  Edisi  ke  –  2, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1989.
[2]  T. M. Carpenter, M. W. Rashid, M. Ghovanloo, D. Cowell, S. Freear, F. L. Degertekin, “Time-Division Multiplexing for Cable Reduction In Ultrasound Imaging Catheters”, IEEE  Biomedical  Circuits  and  Systems  Conference:  Engineering  for  Healthy  Minds and  Able  Bodies,  BioCAS  2015,  22-24  Oct  2015,  Atlanta,  USA,  ISBN  9781479972333, [Online]. Available: http://eprints.whiterose.ac.uk/101033/1/TDMPaper.pdf .
[3]  R.  V.  P.  S.  Yadav,  N.  Srivastava,  “Design  of  High  Speed  Flash  Analog  to  Digital Converter Using Multiplexer and Comparator”, International Journal of Science and Research  (IJSR),  ISSN:  2319-7064,  Volume  5  Issue  6,  June  2016,  [Online].  Available: https://pdfs.semanticscholar.org/5e5a/d9816e0af747031d31a4b78aa724e1a14ecd.pdf . [4] R.  V.  P.  S.  Yadav,  N.  Srivastava,  “Implementation  of  High  Speed  Flash  ADC  Using Multiplexer  with  Reduced  Number  of  Preamplifier  and  Comparator  Count”,
International Journal of Science and Research (IJSR), ISSN: 2319-7064, Volume 7 Issue 10, October 2018, [Online]. Available: https://www.ijsr.net/archive/v7i10/ART20191945.pdf . [5]  Texas Instruments, “CD405xB CMOS Single 8-Channel Analog Multiplexer/Demultiplexer With Logic-Level Conversion”, www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4051b.pdf , diakses tanggal 10 Oktober 2019.