Audio Dan Radio

• Teori Dasar

Rangkaian Tone Control merupakan salah satu jenis pengatur suara atau nada aktif pada sistem audio. Pada dasarnya tone control atau pengatur nada berfungsi untuk mengatur penguatan level nada bass dan level nada treble. Nada bass adalah sinyal audio pada frekuensi rendah sedangkan nada treble merupakan sinyal audio pada frekuensi tinggi. Rangkaian Tone Control sederhana memiliki output yang bisa di bilang cukup bagus dan bersih. Sinyal suara yang di hasilkan dari input sebelumnya sudah di atur oleh potensiometer dan kemudian di kuatkan oleh bagian op = amp menggunakan transistor yang kemudian di kopling oleh kapasitor yang outputnya akan di atur lagi pada bagian control.

Prinsip kerja dari Rangkaian Tone Control yaitu pada frekuensi rendah atau bass dan frekuensi tinggi atau treble. Dari pengaturan di atas kemudian di kuatkan lagi pada bagian pengatur akhir menggunakan transistor yang sama. Tegangan yang di hasilkan dari tone control ini adalah mulai dari 9 volt DC sampai dengan 18 volt DC. Rangkaian tone control baxandal merupakan rangkaian penguat dengan jaringan umpan balik (feedback) dan rangkaian filter aktif. Rangkaian baxandal hanya tergantung dari pengaturan potensiometer bass. Batas pengaturan maksimum potensiometer bass merupakan maksimum boost (penguatan maksimal bass) dan batas pengaturan minimum potensiometer bass merupakan maksimum cut (pelemahan maksimum).

Pada saat frekuensi nada bass meningkat, maka akan memberikan efek pada resistor samapai kapasitor sehingga tidak lagi memberikan efek atau respon pada rangkaian. Sehingga frekuensi di atas tidak di pengaruhi oleh posisi potensiometer bass pada maksimum boos dan cut atau di biarkan flat. Untuk nada treble, pada akhir frekuensi tinggi audio kapasitor bertindak seakan short circuit. Maka penguatan akan di atur oleh potensiometer treble.

Selanjutnya definisi dan fungsi setiap komponen pada rangkaian tone control satu per satu sangat utama mengingat ini merupakan rangkaian tingkat tinggi. Komponen yang pertama adalah Sumber tegangan dengan fungsi sebagai pemasok energy listrik dan menjadi sumber arus listrik itu sendiri. Resistor tentunya akan berperan sebagai pemberi nilai hambatan sebagai filter atau penyaring arus listrik yang lewat. Kapasitor akan memiliki fungsi sebagai pengatur lalu lintas arus listrik yang lewat agar di dapat aliran yang stabil. Lalu kita beralih pada potensiometer yang berperan sebagai pengatur sinyal suara yang dihasilkan. Berikutnya kita memiliki speaker , perangkat ini merupakan alat yang bertindak sebagai indikator suara.

Pada rangkaian ini setiap komponen memiliki fungsi yang amat sangat penting seperti yang sudah dijelaskan. Komponen – komponen tersebut memiliki hubungan yang saling ketergantungan satu sama lain. Dengan adanya link yang menghubungkan komponen satu dengan lainya secara tepat maka sebuah rangkaian pengatur nada yang berkualitas akan dapat diciptakan. Rangkaian ini juga dapat ditemukan dalam bentuk IC. Rangkaian tone control sederhana biasa dijumpai pada perangkat elektronik seperti pada tape, radio, dan Televisi, dan lain sebagainya.

Gambar 1. Blok diagram Audio Amplifier

1. Tone control pasif

Tone control yang paling sederhana adalah tone control pasif yang hanya terdiri dari potentiometer, resistor dan kondensator.  Pengaturan nada hanya sebatas cut terhadap nada-nada tinggi.  Pada tone control yang seperti ini tidak terjadi boost dan tidak terjadi penguatan sinyal. 

Gambar di samping memperlihatkan tone control pasif.  Jika posisi pengaturan VR minimum maka nilai resistansinya adalah maksimal, sehingga kondensator C praktis dikatakan tidak berpengaruh terhadap sinyal audio yang melintas di antara input dan output.  Apabila posisi VR maksimum, maka resistansinya minimal (atau nol) sehingga C menghubung singkat ke ground sebagian sinyal pada frekwensi-frekwensi tertentu.  Frekwensi-frekwensi yang dihubung singkat oleh C adalah frekwensi-frekwensi tinggi dalam spektrum audio di mana reaktansi kapasitansi C adalah kecil terhadapnya.  Reaktansi kapasitansi C (disymbolkan dengan Xc) adalah :

Untuk frekwensi-frekwensi tinggi audio, lazimnya nilai C adalah dalam besaran puluhan hingga ratusan nanoFarad.  Semakin besar nilai C semakin lebar jalur frekwensi tinggi audio yang akan di-cut.

2. Tone control aktif

Tone control yang lengkap adalah tone control aktif yang menerapkan fungsi komponen aktif seperti transistor atau IC.  Di dalam tone control aktif terjadi boost dan cut dan terjadi pula penguatan level sinyal.

Umumnya sebuah tone control aktif mempunyai dua penyetelan nada, yaitu penyetelan boost dan cut untuk nada-nada rendah (bass) serta penyetelan boost dan cut untuk nada-nada tinggi (treble).  Nada-nada rendah adalah range frekwensi audio pada kisaran 250Hz ke bawah, dengan frekwensi senter antara 60 atau 80Hz.  Dan nada-nada tinggi berada pada kisaran 3kHz ke atas dengan frekwensi senter antara 5 atau 10 kHz.  Kadang-kadang tone control dilengkapi pula dengan pengaturan untuk nada-nada tengah (midrange) dengan frekwensi senter 1khz.

Dengan adanya pengaturan-pengaturan nada ini sinyal audio dari pre-amp diperbaiki.  Jika ada kekurangan pada range frekwensi tertentu yang mungkin kurang menonjol maka dilakukan boost, dan jika ada yang malah terlampau menonjol maka dilakukan cut.  Hal ini dilakukan karena adanya kemungkinan pick-up sumber yang berbeda-beda tanggapan frekwensinya.  Selain itu juga karena adanya “selera” pendengaran bagi setiap orang yang mungkin berbeda-beda pula.

Selain berfungsi utama sebagai pengatur nada, sebuah unit tone control secara keseluruhan juga berfungsi sebagai penguat tegangan sinyal audio agar mencapai level yang cukup untuk diberikan kepada power-amplifier (penguat daya).  Apabila level tegangan sinyal maksimal yang dipersyaratkan oleh power-amplifier tidak tercapai, maka power-amplifier pun tidak akan maksimal mengeluarkan daya-nya kepada speaker.

Sebagai contoh, pada sebuah unit rangkaian power-amplifier tertera di dalam data spesifikasinya : Power-output maks. 45W dengan kepekaan input 1V.  Ini berarti level sinyal audio yang dikeluarkan oleh rangkaian tone control harus mencapai maks. 1V agar power-amplifier mengeluarkan daya maksimal 45W.  Rangkaian tone control yang hanya mengeluarkan tegangan sinyal 500mV tidak akan cocok dengan unit rangkaian power-amplifier yang seperti ini.

Karena itu tidak sembarang rangkaian tone control yang dibuat orang selalu cocok dengan suatu rangkaian power-amplifier.  Level keluaran/output tone control harus sesuai dengan kepekaan input power-amplifier.

Gambar di atas adalah satu contoh rangkaian tone control dengan transistor yang cukup populer dan banyak diterapkan di dalam amplifier-amplifier stereo lokal.  Transistor pertama bertindak sebagai buffer (penyangga) dengan pengatur volume di jalan masukannya.  Transistor kedua bertindak sebagai pengatur nada aktif yang sebenarnya.  Pengaturan boost dan cut untuk bass dan treble dilakukan melalui dua potentiometer.  Dalam rangkaian seperti ini transistor membentuk filter untuk frekwensi-frekwensi tinggi dan rendah dalam spektrum audio.

Pada pengaturan treble, apabila VR2 berada pada posisi maksimum maka kondensator 332 akan berderet dengan resistor 1k (membentuk R dan C deret) memungut langsung sinyal audio frekwensi tinggi dari emitor T1.  Frekwensi senter-nya adalah frekwensi di mana impedansi R dan C deret paling kecil baginya.  Kaitan antara impedansi (Z) R dan C deret dengan frekwensi adalah :

(Xc adalah reaktansi kapasitansi dan telah disinggung di bagian sebelumnya).

Apabila VR2 berada pada posisi minimum maka kondensator 332 akan berderet dengan resistor 1k dari jalur keluaran T2 sehingga terbentuklah peredaman bagi frekwensi senter. Pada pengaturan bass, apabila VR3 berada pada posisi maksimum maka kondensator 473, resistor 4k7 dan 8k2 membentuklow pass filter bagi jalur masukan T2.  Ketika VR3 berada pada posisi minimum maka kondensator 473, resistor 4k7 dan 8k2 menjadikan transistor sebagai peredam aktif bagi frekwensi-frekwensi rendah audio.

Output tone control ini mempunyai level tegangan sinyal hingga beberapa ratus milivolt yang cukup untuk mengemudikan sebuah power-amplifier 20W

• ALAT DAN BAHAN

Alat yang di butuhkan dalam praktikum kali ini adalah

• Osiloskop dual Beam @ 1 set
• AFG @ 1 set
• Loudspeaker @ 1buah
• Multimeter @ 1set
• Audio Player
• Kabel Listrik@ secukupnya

Bahan yang dibutuhkan adalah Kit Power Amplifier + Tone Control @ 1 set

• LANGKAH KERJA
• Lengkapi Peralatan dan bahan praktikum yang akan digunakan, periksa terlebih dahulu peralatan dan pastikan komponen dalam keadaan baik dan bekerja.
• Rakitlah rangkaian Power Amplifier dan Tone Control, sesuai dengan skema rangkaian seperti pada gambar 1 , kemudian berikan tegangan dan hidupkan rangkaian sehingga output power amplifier menghasilkan bunyi saat input disentuh dengan tangan.
• Antur pengturan nada volume , base dan trablepada posisi tengah
• Hubungkan AFG pada bagian input rangkaian amplifier serta hubungkan ke chanel1 osiloskop dan output pada chanel 2pada osciloskop.
• Atur input AFG pada posisi 1 KHz dengan amplitude sebesar 50 mVp-p, berapa tegangan output yang dihasilkan ? dan tentukan juga beda fasenya
• Atur volume hingga menghasilkan sinyal output yang dapat terbaca dan tidak cacat, berapa besar penguatan dari rangkaian yang di gunakan ?
• Ulangi langkah 6, atur posisi tone control dan ukuran tengangan output ( Volume dan Amplitudo AFG tidak berubah ) . dan Isi table pengamatan .

• GAMBAR RANGKAIAN

Gambar 1 Rangkaian Power Amplifier dan Tone Control

Gambar 2 Rangkaian terhubung pada Power suplay, AFG, Osciloskop

• HASIL PENGAMATAN
• Langkah 5, tegangan output yang dihasilkan adalah 1 Vp-p dengan Beda Fase adalah 0o

• Langkah 6 Atur volume hingga menghasilkan sinyal output (Vo)  yang dapat terbaca dan tidak cacat tegangannya bernilai 800mVp-p
• Langkah 6 dengan penguatan senilai 24,08 dB

1. Kondisi Potensio Tone Cotrol , Bass = Minimum, High = Minimum

Frekuensi Input ( Vo = 100 mVp-p )	Besar Tegangan Output / Vo ( Signal Pada Speaker )	Keterangan
100 Hz	80 mVp-p	Gelombang Normal
250 Hz	300 mVp-p	Gelombang Normal
500 Hz	540 mVp-p	Gelombang Normal
750 Hz	600 mVp-p	Gelombang Normal
1000 Hz	620 mVp-p	Gelombang Normal
1500 Hz	560 mVp-p	Gelombang Normal
2000 Hz	480 mVp-p	Gelombang Normal
5000 Hz	120 mVp-p	Gelombang Normal
10000 Hz	100 mVp-p	Gelombang Cacat
15000 Hz	58 mVp-p	Gelombang Cacat
20000 Hz	35 mVp-p	Gelombang Cacat

2. Kondisi Potensio Tone Cotrol , Bass = Minimum, High = Tenga

Frekuensi Input ( Vo = 100 mVp-p )	Besar Tegangan Output / Vo ( Signal Pada Speaker )	Keterangan
100 Hz	74 mVp-p	Gelombang Cacat
250 Hz	190 mVp-p	Gelombang Cacat
500 Hz	580 mVp-p	Gelombang Normal
750 Hz	750 mVp-p	Gelombang Normal
1000 Hz	850 mVp-p	Gelombang Normal
1500 Hz	900 mVp-p	Gelombang Normal
2000 Hz	900 mVp-p	Gelombang Normal
5000 Hz	780 mVp-p	Gelombang Cacat
10000 Hz	660 mVp-p	Gelombang Cacat
15000 Hz	580 mVp-p	Gelombang Cacat
20000 Hz	460 mVp-p	Gelombang Cacat

3. Kondisi Potensio Tone Cotrol , Bass = Tengah, High = Minimum

Frekuensi Input ( Vo = 100 mVp-p )	Besar Tegangan Output / Vo ( Signal Pada Speaker )	Keterangan
100 Hz	360 mVp-p	Gelombang Normal
250 Hz	950 mVp-p	Gelombang Normal
500 Hz	840 mVp-p	Gelombang Normal
750 Hz	820 mVp-p	Gelombang Normal
1000 Hz	760 mVp-p	Gelombang Normal
1500 Hz	680 mVp-p	Gelombang Normal
2000 Hz	560 mVp-p	Gelombang Normal
5000 Hz	440 mVp-p	Gelombang Cacat
10000 Hz	98 mVp-p	Gelombang Cacat
15000 Hz	56 mVp-p	Gelombang Cacat
20000 Hz	37 mVp-p	Gelombang Cacat

4. Kondisi Potensio Tone Cotrol , Bass = Tengah, High = Tengah

Frekuensi Input ( Vo = 100 mVp-p )	Besar Tegangan Output / Vo ( Signal Pada Speaker )	Keterangan
100 Hz	760 mVp-p	Gelombang Normal
250 Hz	860 mVp-p	Gelombang Normal
500 Hz	840 mVp-p	Gelombang Normal
750 Hz	900 mVp-p	Gelombang Normal
1000 Hz	960 mVp-p	Gelombang Normal
1500 Hz	1 Vp-p	Gelombang Normal
2000 Hz	980 mVp-p	Gelombang Normal
5000 Hz	800 mVp-p	Gelombang Normal
10000 Hz	620 mVp-p	Gelombang Normal
15000 Hz	520 mVp-p	Gelombang Normal
20000 Hz	420 mVp-p	Gelombang Normal

5. Kondisi Potensio Tone Cotrol , Bass = Maximum, High = Maximum

Frekuensi Input ( Vo = 100 mVp-p )	Besar Tegangan Output / Vo ( Signal Pada Speaker )	Keterangan
100 Hz	1,55 Vp-p	Gelombang Normal
250 Hz	1,85 Vp-p	Gelombang Normal
500 Hz	1,3 Vp-p	Gelombang Normal
750 Hz	880 mVp-p	Gelombang Normal
1000 Hz	840 mVp-p	Gelombang Normal
1500 Hz	780 mVp-p	Gelombang Normal
2000 Hz	1,1 Vp-p	Gelombang Normal
5000 Hz	2 Vp-p	Gelombang Normal
10000 Hz	2,1 Vp-p	Gelombang Normal
15000 Hz	1,9 Vp-p	Gelombang Normal
20000 Hz	1,6 Vp-p	Gelombang Normal

• ANALISIS
• Besar Penguatan secara matematis adalah  :

Vo         = 800 mVp-p

Vi         = 50 mVp-p

Av dB         = 20 log Vo/Vin

        = 20 log 800 mVp-p / 50 mVp-p

        = 20 log 16

        = 20 x 1,20

        = 24 x penguatan / 24 dB        

• Berdasarkan hasil pengamatan yang telah tercantum pada tabel di atas, maka dapat di simpulkan analisisnya dalam bentuk grafik berikut

• KESIMPULAN

Berdasarkan praktikum dan hasil analisis yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut :

• Rangkaian Tone Control adalah jenis rangkaian pengatur suara atau nada aktif pada sistem audio.
• Tone control berfungsi sebagai pengatur penguatan level nada bass dan level nada treble. Nada bass adalah sinyal audio pada frekuensi rendah sedangkan nada treble adalah sinyal audio pada fr.
• Posisi / besar kecilnya Volume , Bass, Trable , Pada tone control mempengaruhi nada yang di keluarkan melalui loudspeaker. Dan pada osiloskop juga akan terjadi tingkatan atau penurunan gelombang sinyal tergantung pengaturan posisi bass, trable, dan volume pada tone control tersebut.
• Ketika bass dan high berada pada posisi minimum maka nilai vo berada dibawah 600 mVp-p
• Ketika posisi bass dan high berada di tengah, maka nilai Vo berada di antara 400mVp-p dan 1Vp-p
• Ketika bass dan high berada di posisi maksimum, nilai vo berada diatas 900 mVp-p.

EVALUASI 

           1. Apa yang terjadi pada saat posisi volume rangkaian amplifier pada posisi maksimum?

• -Sumber tegangan dengan fungsi sebagai pemasok energy listrik dan menjadi sumber arus listrik itu sendiri
• -Resistor berperan sebagai pemberi nilai hambatan sebagai filter atau penyaring arus listrik yang lewat.
• -Kapasitor berfungsi sebagai pengatur lalu lintas arus listrik yang lewat agar di dapat aliran yang stabil.
• -Potensiometer yang berperan sebagai pengatur sinyal suara yang dihasilkan.
• -Speaker , perangkat ini merupakan alat yang bertindak sebagai indikator suara.
• -AFG, sebagai pengatur amplitude dan frekuensi sinyal
• -Osiloskop, berfungsi untuk melihat sinyal audio, baik besar sinyal ataupun bagaimana bentuk sinyal yang dihasilkan, selain itu dapat pula sebagai pendeteksi sinyal, apabila sinyal tersebut noise dan cacat.
• -IC juga merupakan komponen dalam filter audio, untuk mempermudah dalam merangkai alat.