Diktat Speaker

DIKTAT

TEORI AUDIO

SPEAKER SYSTEM

iedash 0897-951-7390

1

PRAKATA Mengapa sistem Audio sistem Audio memerlukan Pengukuran? Memang tidak semua orang tahu & paham  jika ada suatu rahasia besar  dibalik Bentuk sebuah Speaker  yang tidak bisa diterka oleh Indera manusia, baik secara Penglihatan, Perasaaan atau Pendengaran. Cara terbaik untuk menguji kehandalan sebuah speaker adalah speaker adalah dengan mendeteksinya dengan Alat dengan Alat Ukur Response Ukur Response Speaker. Beberapa merk yang dikenal seperti : LMS, Clio, Leap, Woofer Tester, Woofer Tester, Termpax (Termpro), atau sistem yang sedikit beda yaitu RTA. Pada umumnya seorang Instalatur  dituntut untuk mempunyai kepekaan Pendengaran untuk menilai sebuah sistem yang dirancangnya sudah baik atau belum. Kuping Emas adalah sebuah  julukan tertinggi bagi seorang instalatur  apabila dia mempunyai Kepekaan Tinggi dalam menilai sebuah sistem audio. Jika seseorang ingin berkuping emas, apakah diperlukan waktu yang lama untuk itu? Salah… kalau anda mendengarkan orang punya setingan yang dia klaim ini bagus, maka anda pasti akan masuk ke arah yang tidak  jelas. Kenapa, karena tidak setiap orang punya alat yang pasti untuk mengukur  apakah dia punya design audio itu memang Benar  atau cuma omong doang atau cuma mendoktrin/ mempromosikan seleranya saja. Dengan mempunyai alat sendiri kita harus belajar untuk belajar  untuk merancang sendiri beberapa tipe Box & X-over  pasif  dengan berbagai tipe potongasn frekuensi supaya  jelas kuping kita mendengar  kalau frekuensi segini bunyinya kayak gini. Dengan belajar  hal yang demikian, maka semua orang mampu berkuping emas. Rahasia kejernihan sebuah speaker ketika speaker  ketika dia berhasil merepro suara hampir 95% hampir  95% dari signal yang dia terima dari Head unit melalui prosessor/power/equalizer  dengan melewati kabel speaker/RCA biasanya ditandai dengan melakukan uji fisika speaker  tersebut dengan mengeluarkan T/S Parameternya sehingga dapat dilakukan perancangan Box, tata letak, frequensi pemotongan yang akurat. Jadi setiap orang diharapkan untuk tidak memandang speaker  dari bentuk Fisik nya, melainkan dari uji Fisikanya. Hal ini ditandai dengan disertakannya T/S Parameter  pada brosur  sebuah Speaker ber-Merk Speaker  ber-Merk Top. Tapi dengan punya  Alat, anda tidak picik memandang sebuah speaker yang speaker  yang baik itu hanya yang ber Merk ber  Merk Mahal/Top, melainkan mata anda terbuka kalau ada speaker  dipasaran yang tidak bermerk tetapi punya kemampuan merepro yang setara dengan merk Top. Mohon maaf jika terjadi kekurangan dalam module ini, saya hanya sharring untuk rekan-rekan sesama audio dan semoga module ini bisa bermanfaat….

Salam hormat iedash

2

TEORI PELAJARAN SYSTEM SPEAKER  A. PENDAHULUAN A.1.Target rancangan speaker  Pertama sekali haruslah dipahami, bahwa walaupun sebuah speaker  mengeluarkan bunyi, tetapi speaker  sama sekali bukanlah alat atau instrumen musik seperti gitar, drum, piano dll, melainkan sebuah sarana reproduksi suara atau musik. Oleh karena itu, seperti  juga dalam fotografi dikenal  juga repro foto, tentunya hasil repro yang sukses harus sedapat mungkin mendekati aslinya, demikian pula sebuah speaker yang baik haruslah dapat merepro suara seperti aslinya, baik dari segi warna suara,  jangkauan nada, dll. Tetapi karena speaker  juga dimaksudkan tidak hanya merepro sejenis suara, melainkan berbagai  jenis instrumen musik, suara, dan segala macam bunyi-bunyian yang semuanya itu disebut sinyal audio ( yang jangkauan frekuensinya antara 20 Hz - 20.000 Hz, dimana telinga manusia masih dapat mendengarnya, dan segala nada atau suara dibawah 20 Hz atau diatas 20.000 Hz, sudah tak terdengar lagi oleh telinga manusia.), maka sebuah rancangan speaker haruslah diusahakan mampu menjangkau nada serendah mungkin mendekati 20 Hz, dan nada setinggi mungkin mendekati 20.000 Hz, kecuali apabila speaker  tersebut dirancang untuk penggunaan yang sangat khusus. Dibawah ini, adalah peta  jangkauan frekuensi dari beberapa instrumen musik umum, perhatikan instrumen- instrumen yang memiliki jangkauan nada terendah dan tertinggi.

3

A.2.Grafik response audio  Adalah sangat penting untuk memahami grafik response audio, baik frekuensi terhadap decibel/spl, frekuensi terhadap impedansi, phase, dll, karena agaknya akan sangat mustahil untuk dapat menggambarkan bentuk sebuah bunyi, yang memungkinkan adalah menggambarkan responsenya terhadap faktor-faktor  tertentu, khususnya adalah grafik response frekuensi terhadap decibel yang paling banyak dipakai. Berikut ini adalah beberapa gambaran grafik response audio. Spl/db

+3 0 -3

70

2500

7000

Frekuensi (Hertz)

Di atas ini adalah bentuk umum dari sebuah grafik response speaker , yaitu response decibel terhadap frekuensi.  Apabila kita ambil contoh sebuah speaker  yang memiliki spesifikasi SPLnya 89 db/1w/1m {ditandai dengan garis 0 dB}, dan memiliki grafik response seperti diatas, maka yang dapat kita baca dari situ adalah sbb: -

Speaker tsb memiliki jangkauan response antara 70 - 7000 Hz ( dari frekuensi -3 db difrekuensi rendah sampai frekuensi -3 db difrekuensi tinggi ). Pada gambar  di atas, pada titik frekuensi 70 Hz, response berada pada titik -3 db, artinya, kekerasan speaker  mengalami pelemahan sebesar  3 db, dan utk contoh speaker  di atas, kekerasan menjadi 86 db, sementara pada frekuensi 2500 Hz, response mempunyai ”Peak” atau puncak sebesar  +3 db, artinya response mengalami penguatan kekerasan suara sebesar  3 db pada frekuensi tersebut menjadi 92 db, dan makin tinggi frekuensinya kembali speaker tersebut mengalami pelemahan sebesar 3 db.

Di bawah ini bentuk khas dari sebuah grafik response speaker, impedansi terhadap frekuensi, dan kenyataannya memang setiap speaker/woofer  memiliki bentuk grafik impedansi seperti demikian, artinya semua speaker  atau woofer, tidak satupun yang memiliki impedansi tetap pada setiap  jangkah frekuensi (walaupun dinyatakan oleh pabriknya speaker  tersebut berimpedansi 4 ohm atau 8 ohm ).  Apabila kita ambil contoh grafik diatas , perhatikan impedansi mengalami puncaknya pada frekuensi 35 Hz dimana impedansinya sebesar 20 ohm, pada titik puncak ini juga dikenal sebagai titik Fs (frekuensi resonansi speaker terukur diudara bebas), artinya pada frekuensi ini speaker mulai beresonansi, dimana medan magnet speaker  mulai kehilangan kendali

4

terhadap gerakan coil suara/konus. Begitu pula dari titik frekuensi 1500 Hz dimana impedansi sebesar  6.5 ohm (biasanya speaker seperti ini digolongkan speaker 8 ohm), semakin keatas frekuensinya, semakin meningkat pula impedansinya. Hal ini umum terjadi pada setiap speaker  akibat induktansi coil suara. Seperti diketahui, setiap gulungan kawat baik berinti atau tidak, selain memiliki resistansi dc,  juga memiliki induktansi.  Akibatnya, seperti sebuah speaker  yang terhubung seri dengan sebuah induktor, maka pada frekuensi tertentu induktor  akan menjadi tapis lowpass.(selanjutnya pada pelajaran mengenai x-over)

35 Hz

7000 Hz

Di bawah ini bentuk khas dari sebuah grafik response speaker  , impedansi terhadap frekuensi, dan kenyataannya memang setiap speaker/woofer  memiliki bentuk grafik impedansi seperti demikian, artinya semua speaker  atau woofer, tidak satupun yang memiliki impedansi tetap pada setiap  jangkah frekuensi (walaupun dinyatakan oleh pabriknya speaker  tersebut berimpedansi 4 ohm atau 8 ohm ).  Apabila kita ambil contoh grafik diatas , perhatikan impedansi mengalami puncaknya pada frekuensi 35 Hz dimana impedansinya sebesar 20 ohm, pada titik puncak ini juga dikenal sebagai titik Fs (frekuensi resonansi speaker terukur diudara bebas), artinya pada frekuensi ini speaker mulai beresonansi, dimana medan magnet speaker  mulai kehilangan kendali terhadap gerakan coil suara/konus. Begitu pula dari titik frekuensi 1500 Hz dimana impedansi sebesar  6.5 ohm (biasanya speaker seperti ini digolongkan speaker 8 ohm), semakin keatas frekuensinya, semakin meningkat pula impedansinya. Hal ini umum terjadi pada setiap speaker  akibat induktansi coil suara. Seperti diketahui, setiap gulungan kawat baik berinti atau tidak, selain memiliki resistansi dc,  juga memiliki induktansi.  Akibatnya, seperti sebuah speaker  yang terhubung seri dengan sebuah induktor, maka pada frekuensi tertentu induktor  akan menjadi tapis lowpass.(selanjutnya pada pelajaran mengenai x-over)

5

A.3. Gelombang suara, Frekuensi, SPL dan Phase Gelombang suara Bunyi atau suara yang terdengar  oleh telinga manusia merupakan akibat dari getaran yang tertangkap oleh gendang telinga, dari udara yang bergetar  yang digetarkan oleh sumber  getar  dalam  jarak tertentu dalam satuan waktu tertentu. Dalam konteks suara speaker, maka konus speaker  yang bergetar merupakan sumber  getar  dalam asumsi diatas. Sementara konus speaker tersebut bergetar  akibat gerakan maju mundur voice coil yang direkatkan padanya. Sesuai dengan hukum kemagnetan fisika, apabila sebuah coil ditempatkan pada sebuah celah medan magnet (yang akan terbentuk akibat dua buah magnet yang kutubnya berlawanan didekatkan), dan diberi arus listrik bolak-balik (AC), maka ia akan bergerak (dalam hal ini maju mundur) menuruti sinyal listrik yang diumpankan padanya. Sinyal listrik AC yang dimaksudkan adalah keluaran dari sebuah amplifier yang menguatkan sinyal kecil keluaran dari sebuah sumber bunyi, al : cassete, radio, cd, ph, dll. Gelombang suara audio, seringkali diwakili oleh gelombang sinus, karena gelombang sinus memiliki sifat dan karakter  yang sangat mendekati gelombang audio. Frekuensi Yang dimaksud dengan frekuensi adalah, banyaknya suatu benda bergetar  persatuan waktu, yang dinyatakan dalam satuan Hertz (Hz). Dalam hal speaker, apabila dinyatakan speaker  tersebut membunyikan nada yang berfrekuensi 100 Hz, artinya konus speaker  bergetar  (satu kali gerakan konus maju-mundur  berarti satu getaran atau terbentuk satu gelombang sinus penuh)sebanyak 100 kali per detik.

amplitudo

λ  (panjang gelombang)

SPL Singkatan dari Sound Pressure Level yang arti sederhananya adalah tingkat kerasnya suara yang dinyatakan dalam satuan Decibel (dB). Apabila dinyatakan spl = 90 dB/1w/1m artinya, speaker berbunyi sekeras 90 dB dengan umpan penggerak 1 watt dan posisi mike pengukur pada 1 meter didepan speaker. Sedangkan pada bentuk gelombang sinus seperti pada gambar diatas, setiap peningkatan spl, merupakan pembesaran amplitudo gelombang pada frekuensi/panjang gelombang tetap.

6

Phase  Atau sering diterjemahkan dengan fasa, secara sederhana mungkin dalam hal speaker  lebih mudah diterjemahkan dengan arah gerak konus, dimana gerakan maju kedepan (menjauhi magnet) dari posisi diamnya (posisi idle) disebut phase positip, sedangkan gerakan mundur  kebelakang (mendekati magnet) disebut phase negatif , dan apabila digambarkan dengan bentuk gelombang sinus, maka pada titik 0 merupakan posisi idle ,sementara bagian gelombang yang berada pada titik 0 adalah phase positif, dan bagian gelombang yang dibawah titik 0 adalah phase negatif. Phase positif  Phase nol/idle

+ 0 -

Phase negatif  konus

magnet

frame

Gambaran diatas dapat menjelaskan mengapa tidak boleh memasang sepasang speker  stereo terbalik fasa seperti acapkali kita simak dalam literatur  audio, penjelasannya sebagai berikut.  Apabila speaker  kiri (L) dipasang pada fasa positip maka hasilnya adalah gambar  A, sementara speaker  kanan (R) dipasang terbalik fasa dan hasilnya adalah gambar  B, dan akibatnya adalah terjadi penjumlahan gelombang yang hasilnya gambar  C alias kedua buah gelombang yang berlawanan fasa akan saling melemahkan. A

B

A+B = C

Sebaliknya , bila dua buah gelombang yang sama fasanya akan saling menjumlahkan atau saling menguatkan.

Octave Dalam pelajaran speaker  akan banyak ditemukan kata-kata ini, oleh karenanya perlu dipahami artinya. Bagi anda yang tidak terbiasa dengan pengertian octave dan defenisi yang seringkali sulit dipahami, ada suatu gambaran yang lebih mudah sbb:

7

METODA PERHITUNGAN OCTAV: JIKA DITANYA BERAPA 1 OCTAV DI ATAS FREQUENSI 100 HZ, MAKA JAWABYA ADALAH 200 HZ. ATAU BERAPA JIKA 2 OCTAV DI ATAS FREQUENSI 100 HZ, MAKA JAWABNYA ADALAH 400 HZ. JIKA DIJABARKAN : 25 50 DST [ HZ ] 100 200 400 800 1600 2 OCTAV DIBAWAH 100 HZ 4 OCTAV DIATAS 100 HZ 3 OCTAV DIBAWAH 800 HZ BEGITULAH PERHITUNGAN FREQUENSI.

= 25 = 1600 = 100 ”OCTAV”

HZ HZ HZ YANG BERLAKU U/ SELURUH NILAI

Konstruksi speaker dan bagian-bagiannya Bagi anda yang belum pernah membongkar  sebuah speaker, seperti gambar dibawah inilah kira-kira bentuknya, dan perhatikan bagian-bagiannya beserta nama-namanya, karena kebanyakan ditemukan terjemahannya dalam bahasa Indonesia kadangkadang aneh dan ganjil-ganjil,  jadi dalam makalah ini akan lebih banyak digunakan istilah internasionalnya, agar tidak terjadi salah pengertian.

8

A.4. Konstruksi box speaker  Konstruksi box Pembuatan box speaker tidaklah sesederhana pembuatan barang lain seperti meubel dll, karena fungsi utama kotak sangat erat hubungannya dengan repro suara, maka sebuah kotak speaker haruslah memenuhi syarat-syarat sbb: - pertama sekali tentunya kotak tersebut haruslah tepat ukuran, sesuai rancangan diatas kertas (dengan telah memperhitungkan volume yang akan tersita oleh, al: magnet speaker, port, bracing dll) - kotak haruslah kokoh dan sebisa mungkin tidak turut bergetar, oleh karenanya ketebalan bahan kotak minimum, penambahan bracing/rangka pengokoh, bahanbahan peredam getaran, dll, haruslah menjadi pertimbangan utama. - Perlu pula memilih teknik-teknik konstruksi sambungan yang terbaik untuk menjamin kekokohan kotak dan ketidak bocoran udara. Dibawah ini ditunjukkan beberapa model sistem sambungan konstruksi kotak speaker, pilihlah yang paling memungkinkan buat anda yang sesuai dengan perkakas yang dimiliki.

BUTT JOINT

INTERLOCK JOINT

BEVEL JOINT

Bahan untuk box Bebagai jenis bahan dapat digunakan sebagai box speaker, yang terbaik adalah MDF (medium density fiberboard), berikutnya Particle Board, Multiplex, papan kayu ,dll. Literatur  mengenai speaker  umumnya menyarankan MDF sebagai bahan terbaik utk box speaker, karena selain pengerjaannya mudah,  juga yang terpenting memiliki sifat peredaman suara yang baik, selain memiliki kepadatan yang homogen (merata paga setiap bagiannya).MDF  juga relatif  stabil terhadap kelembaban udara/air, sementara kelemahan Particle Board, selain pengerjaan lebih sulit,  juga rentan terhadap kelembaban/air. Mutiplex atau Triplex tebal, sangat sulit ditemukan di Indonesia yang memiliki kepadatan yang relatif  homogen (biasanya yang berkualitas tinggi diperuntukkan bagi pasar  ekspor). Papan kayu  juga dapat digunakan cukup baik, asalkan bahan yang digunakan tidak mengalami penyusutan/retak seiring dengan waktu. Tetapi sekali lagi, jauh lebih penting box yang tepat ukuran tak perduli apapun bahannya, dari pada bahan yang eksotis tapi salah ukuran, apabila bunyi yang menjadi prioritas.

Rangka pengokoh (bracing) Sistem pengokoh internal kotakpun dapat dipilih bermacam-macam model tergantung bentuk box yang diinginkan, karena setiap bentuk box memiliki titik-titik atau bagian

9

yang rawan terhadap getaran khususnya bidang-bidang yang berpermukaan luas atau panjang. Dimensi box dan the golden ratio Pemilihan yang berhati-hati terhadap perbandingan ukuran setiap sisi box sangat mempengaruhi penampilan repro suara speaker  tersebut. Rancangan yang telah dihitung dengan tepat sekalipun dapat berpenampilan sangat buruk apabila dimensinya tidak tepat, walaupun volume box telah tepat. Hal ini dapat terjadi oleh sebab terjadi kerugian-kerugian akustik yang disebabkan oleh gelombang tegak yang tak mampu teredam sempurna dalam box, sehingga turut terpancar keluar melalui konus speakernya. Bentuk box yang paling buruk dari segi akustik, adalah bentuk kubus dimana kotak memiliki ketiga dimensi sisi yang sama, lebar=tinggi=kedalaman.  Adapun bentuk yang paling ideal dan aman gangguan adalah, bentuk box dengan perbandingan sisi sbb: lebar : tinggi : kedalaman = 4 : 5 : 6, atau dikenal dalam ilmu ruang dengan sebutan The golden ratio atau kaidah emas, yang pertama sekali ditemukan di Mesir  dan diterapkan untuk pembangunan pyramid yang kita ketahui masih saja tetap berdiri kokoh selama berabad-abad lamanya. Tetapi dalam praktek nyata kadangkala tidak selalu bentuk box dengan ratio 4:5:6 tsb sesuai dengan keinginan, untuk itu, apabila tidak dapat menerapkan ratio tersebut, maka akan sangat membantu apabila box yang diinginkan tersebut dibuat dengan menghindari perbandingan sisi-sisi yang sama, atau dengan perkataan lain buatlah box dengan ukuran lebar x tinggi x kedalaman yang berbeda-beda. Berikut ini, beberapa ratio perbandingan dimensi box speaker  yang dapat anda pilih sesuai keperluan.

Ratio Perbandingan Dimensi untuk  box speaker 

Ratio

lebar

kedalaman

tinggi

A B C D E F

0.79 0.80 0.62 0.67 0.62 0.80

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

1.26 1.25 1.62 1.80 1.44 1.20

Catatan: ratio diatas telah melebihkan ekstra volume sebesar  ± 20 %, untuk memperkirakan volume box yang tersita oleh magnet, rangka pengokoh, vent, dll. Tetapi bila anda telah dapat menghitungnya persis, anda dapat mengurangi sedikit demi sedikit ratio tersebut, sampai didapatkan volume yang benar-benar  tepat dengan keinginan. Tip: apabila ratio seperti pada tabel tidak ada yang tepat untuk ukuran volume box keinginan anda , dapat saja anda gunakan ratio yang lain asalkan tetap diusahakan tidak terdapat dimensi yang sama antara ketiga bagian tersebut (lebar  x kedalaman x tinggi ), ataupun ada dimensi yang merupakan kelipatan dari yang lain.

10

. KEDALAMAN

TINGGI

LEBAR 

Contoh penggunaan tabel ratio dimensi

 Apabila anda telah berhasil merancang sebuah system speaker  dan diketahui volume box bersi telah ditambahkan volume yang tersita a.l: oleh magnet, rangka pengokoh, dll, sebesar  1 cubic feet (cuft), maka apabila ukuran akhirnya dalam pemotongan bagian-bagiannya nanti akan digunakan inci, maka bila dikonversikan 1 cuft = 1728 cuin (cubic inci) *lihat tabel konversi Katakanlah anda ingin mengikuti trend saat ini, dan ingin membuat box model tinggi langsing, mungkin ratio D adalah yang paling cocok (lebar x kedalaman x tinggi = 0.67 x 1 x 1.8 ), dan mulailah kita hitung dimensi perbandingan p x l x t. Langkah yang mudah adalah dengan menghitung ³ 1728 = 12, dan ini adalah mewakili ratio 1 dalam perbandingan tersebut (kedalaman), selanjutnya lebar  dapat diketahui dengan 0.67 x 12 = 8.04, sedangkan tinggi = 1.8 x 12 = 21.6 . Perhatikan apabila kita perkalikan ketiganya = 8.04 x 12 x 21.6 = 2083.9 cuin (lebih 20%) .

Parameter Thiele-Small

 Agaknya tidak berlebihan apabila Dr. Richard Small dan Dr.A.N.Thiele merupakan tokoh yang paling berjasa dalam bidang loudspeaker, karena berkat hasil karya mereka maka saat ini dimungkinkan untuk dapat memperkirakan hasil dari sebuah rancangan speaker sebelum kita mulai memegang gergaji . Dari serangkaian pengujian dan pengukuran yang mereka lakukan, mereka membuat tetapan-tetapan yang terdapat pada setiap speaker, yang pada masing-masing speaker  nilainya berbeda-beda, dan dikenal dengan istilah T/S Parameter, sehingga selanjutnya dapat digunakan rumus-rumus untuk menghitung dan memperkirakan rancangan yang mendekati ketepatan.  Adapun sebagian parameter T/S yang terpenting , sbb: 1. Re  =adalah nilai resistansi DC voice coil dalam satuan Ohm 2. Fs  = frekuensi resonansi speaker pada udara bebas dalam satuan Hertz 3. Qm s  = nilai Q mekanik dari speaker 

11

4. Qes  = nilai Q elektrikal dari speaker  5. Qt s  = nilai q total baik mekanikal maupun elektrikal dari speaker  6. Va s  = volume udara yang setara dengan kehandalan speaker  pada udara bebas dalam satuan liter atau cubicfeet 7. Z  = impedansi atau nilai resistansi AC dari speaker dalam satuan Ohm Satuan konversi dan persamaan matematika penting Pengukuran Linear: 1 m = 3.28 feet 1 cm = 0.3937 inch 1 m = 39.37 inch 1 feet = 30.48 cm 1 inch = 2.54 cm

Pengukuran Luas: 1 cm²= 0.155 inch² 1 inch² = 6.452 cm² 1 feet² = 929.0341 cm² 1 m² = 10.76307 feet² Pengukuran Volume: 1 mm³ = 0.000061 inch³ 1 liter = 0.0353 feet³ 1 feet³ = 28.317 liter  1 feet³ = 0.02831 m³ 1 feet³ = 1728 inch³ 1 m³ = 35.314 feet³ Persamaan Matematik: (x) ¹ = 1/x (x) ½ = √ x Berbagai system speaker  Sampai saat ini, teknologi untuk loudspeaker  telah berkembang sedemikian majunya setelah ditemukannya parameter  T/S, sehingga sudah sangat bervariasi sistem speaker  yang telah dibuat orang, walaupun umumnya merupakan turunan atau keluarga dari sistem yang telah lama dikenal, al: closed box , vented box, transmission line, passive radiator, horn. Turunan dari closed box yang sekeluarga dengan infinite baffle/free air, a.l : apperiodic th closed box, 4 order bandpass dan berbagai variasinya. th Turunan dari vented box/refflex bass a.l: passive radiator, 6 order  bandpass dan berbagai variasinya. Sementara Transmission Line dan Horn, hampir  tidak memiliki turunan, alias masih merupakan rancangan yang sama dengan terdahulu. Catatan: pada materi tutorial tidak diikut sertakan sistem Transmission line, Passive Radiator  dan Horn, disebabkan, al: kesulitan memperoleh woofer  produk lokal yang cukup memenuhi kriteria minimal utk sistem tersebut, dan berbagai kesulitan th keterseediaan bahan dan materi menyangkut sistem tersebut diatas. Sementara utk 6 order  Bandpass, utk saat ini hanya dapat dihitung dengan program komputer, karena

12

sampai saat ini belum ada yang mempublikasikan rumus-rumus perhitungan utk hal tersebut, sebab hak patent sistem tersebut dimiliki oleh BOSE dan dilindungi oleh US patent (lembaga hak cipta Amerika). EBP (Equal Bandwidth Product) Merupakan ketetapan umum yang pertama sekali dikemukakan oleh Dr.Richard Small (salah seorang dari duo Thiele/Small), yang berkat beliau, kita dapat lebih tepat dan mudah untuk menyeleksi driver/woofer  yang tepat untuk dua keluarga besar  sistem speaker yaitu Closed box dan Vented box beserta turunannya. EBP = Fs / Qes,  jadi apabila sebuah woofer  yang diketahui parameter T/Snya, anda sudah dapat mulai menyeleksi dan memperkirakan , untuk sistem apakah woofer  tsb akan dapat dirancang optimal.  Adapun ketetapan Dr.Small sbb: th EBP ≤50 , lebih sesuai dan optimal untuk sistem closed box dan turunannya 4 order bandpass. EBP ≥50, lebih sesuai dan optimal utk sistem vented box dan turunannya Passive th Radiator dan 6 order Bandpass. Sementara nilai EBP antara 50 dan 100, anda terpaksa memperbandingkan hasil perhitungan kedua sitem tersebut, dan memilih yang mana yang paling optimal. B. CLOSED BOX DESIGN Target rancangan closed box System closed box biasanya dipilih apabila dibutuhkan ukuran box yang relatif  kecil (dibandingkan sistem lain dengan speaker  yang sama). Pada sistem closed box, frekuensi resonansi speaker  dalam kotak (Fc) akan selalu berada diatas frekuensi resonansi speaker  (Fs), oleh sebab itu untuk rancangan yang optimal, perlu dipilih woofer yang memiliki Fs rendah, agar dapat diperoleh sistem dengan penampilan nada bass yang memadai.

Seleksi woofer  Secara fisik, woofer  yang cocok untuk sistem closed box memiliki ciri-ciri antara lain sbb: - ukuran magnet relatif kecil/ sedang dibandingkan ukuran konusnya - massa konus relatif lebih berat

13

- linear excursion yang lebih besar (gerak maju-mundur konus relatif lebih leluasa) Tetapi hal tersebut diatas belumlah memadai untuk pegangan apabila ingin membuat rancangan yang lebih serius, dan untuk lebih akurat kita dapat menyeleksi berdasarkan parameter T/S a.l: - memiliki nilai EBP lebih kecil atau disekitar 50. - Qts antara 0.4 - 0.6 - Fs dibawah 45 Hz - Permukaan konus, dust cup, suspensi pinggir yang kedap udara. Closed box, acoustic suspension dan infinite baffle Istilah diatas seringkali membingungkan , karena yang dimaksudkan adalah sistem yang sama tetapi berbeda dalam sifat akustiknya. Infinite Baffle / Free Air  Terjemahannya secara harfiah berarti bidang yang tidak berhingga, merupakan prinsip dasar  sistem closed box , dan dipasaran sering disebut dengan sistem free air, yaitu woofer  dipasang pada sebuah bidang tanpa menggunakan box, dan merupakan rancangan speaker yang paling sederhana. Closed box atau sealed box Merupakan sistem yang sama dengan infinite baffle diatas dengan perbedaan, bila pada infinite baffle ruang dibelakang woofer  merupakan sebuah kotak yang tak terhingga besarnya, maka pada closed box besarnya tertentu. Acoustic suspension Merupakan sistem yang sama , tetapi dibedakan karena sifat akustiknya, dimana box dibuat semaksimal mungkin untuk mencapai Fc =Fs. Infinite baffle

Closed box

Parameter tambahan untuk sistem closed box Fc : frekuensi resonansi speaker  dalam kotak tertutup, yaitu: Fs, atau frekuensi resonansi udara bebas setiap speaker, akan berubah apabila speaker dipasang pada sebuah kotak tertutup/kedap udara, dan frekuensi resonansi speaker  dinyatakan sebagai Fc. Qtc : nilai total Q speaker dalam kotak, artinya sama seperti diatas, tetapi dalam hal ini adalah Qts yang berubah dalam kotak tertutup dan dinyatakan dengan Qtc. Vb : volume box dalam liter/cuin/cuft

14

Konstruksi box dan bahan peredam Konstruksi box untuk sistem closed box haruslah benar  benar  terjamin bebas kebocoran udara, dimana setiap kebocoran akan mengurangi atau menggagalkan prinsip bantalan udara (acoustic suspension), dan selain itu penting untuk membangun box yang benar-benar  kokoh, dan ketebalan bahan yang cukup, kerangka pengokoh atau bracing akan sangat berguna, disamping mempertimbangkan dimensi box yang paling aman sesuai golden rule. Bahan peredam akustik yang umum dapat digunakan seperti glasswool, dacron dll, yang berguna antara lain untuk melakukan peredaman internal box, yang dilakukan dengan melapisi secukupnya dinding-dinding bagian dalam box kecuali baffle depan, dan yang fungsinya lebih penting lagi adalah sebagai perata tekanan dalam box kesegala arah, yang dilakukan dengan pengisian secukupnya secara longgar didalam box. Khusus pada sistem closed box, bahan peredam juga dapat digunakan secara praktis untuk memperkecil volume box , yakni dengan pengisian diatas tadi. Untuk pengisian 100%, volume box dapat dikurangi sampai dengan 15% tanpa mempengaruhi target rancangan sebelumnya. Formasi double woofer atau lebih  Adakalanya kita memerlukan sebuah rancangan yang menggunakan woofer  yang berjumlah lebih dari satu, dapat dua, tiga , empat atau bahkan lebih. Untuk penjelasan , kita ambil contoh dengan dua buah woofer, dimana formasi pemasangan  juga dapat dengan berbagai cara sesuai kebutuhan. Formasi standard: dimana dua buah woofer  dipasang secara bejajar  dengan arah hadap yang sama, dihubungkan secara seri atau pararel, dan polaritas yang sama. Untuk formasi ini maka berlaku hal sbb: - untuk hubungan pararel, sistem akan lebih keras +6dB dengan konsumsi daya watt yang sama. - Untuk hubungan seri, kekerasan sistem akan sama dengan single woofer, dengan konsumsi daya yang sama, hanya saja power handling meningkat dua kali lipat. - Volume box yang dibutuhkan menjadi 2 x volume single woofer, baik untuk hubungan pararel maupun seri, hal ini  juga berlaku bila menggunakan 4 buah woofer, dimana volume yang dibutuhkan menjadi 4 x single woofer sistem. Formasi isobarik atau push-pull compound: Dimana dua buah woofer  dipasang saling berhadapan secara rapat, dan keduanya memiliki polaritas yang berlawanan, sehingga disebut pasangan dorong-tarik,

sementara koneksi dapat dengan pararel maupun seri sesuai kebutuhan.

15

Untuk formasi ini akan berlaku hal sbb: - untuk hubungan pararel, sistem tidak mengalami penambahan db, dibandingkan single woofer, sementara untuk hubungan seri, kekerasan sistem akan mengalami pengurangan sebesar -6 dB. - Power handling meningkat 2 x lipat single woofer. - Volume box yang dibutuhkan, berkurang 1/2 kali single woofer, dengan efek yang sama, sehingga apabila ukuran box yang  jadi permasalahan, karena terlalu besar, dapat dipertimbangkan untuk menggunakan sistem ini walaupun dari faktor dB tidak memperoleh keuntungan.

C. Vented box/reflex bass C.1. Seleksi woofer  Untuk rancangan vented box optimal, maka dibutuhkan woofer yang berkriteria sbb: - nilai EBP woofer berada disekitar 100 atau lebih. - Woofer memiliki nilai Qts rendah yaitu antara 0.2 - 0.45 - Fs yang terlalu rendah tidak terlalu dibutuhkan , karena akan menyulitkan dalam rancangan box, al: pipa akan menjadi terlalu panjang dibanding boxnya sendiri. - Secara fisik ciri-ciri woofer  berkriteria tersebut diatas, al: memiliki magnet yang relatif besar dibanding permukaan konusnya, suspensi tidak terlalu longgar, massa konus relatif ringan. C.2. Sistem vented box/refflex bass Seperti telah diketahui , setiap speaker /woofer  memiliki keterbatasan frekuensi main, yang secara fisik kita kenal dengan Fs. Sebuah speaker/woofer yang memiliki Fs =60 hz, tentunya akan sangat minim merepro nada bass yang cukup memadai, dan bila kita pasangkan pada sebuah box dan diberi vent (pipa tala), maka walaupun secara fisik asalnya woofer  tetap tak mampu berbuat banyak pada  jangkah dibawah frekuensi 60 Hz, namun kombinasi kotak dan pipa tersebut, akan menghasilkan resonansi (Fb), yang dapat dimanfaatkan untuk lebih memanjangkan lagi nada bass kebawah, dibawah 60 Hz, misalnya 45 Hz, dan akhirnya kita akan memperoleh sebuah sistem yang dapat memainkan nada bass dengan cukup rendah, karena F3  juga tertarik kebawah misalnya 50 Hz. Beberapa parameter tambahan dalam rancangan vented box dan definisinya, al: - Fb : frekuensi resonansi box yang ditala oleh pipa - D : diameter pipa dalam inch - R : radius atau jari-jari pipa dalam inch - Lv: panjang pipa dalam inch - Vb: volume/isi kotak dalam cubicfeet (cuft)

16

C.3. Bagaimanakah merancang sistem vented box ideal/optimal Berikut ini urutan langkah-langkah yang perlu diuruti agar tahap demi tahap rancangan dapat lebih mudah untuk dilakukan dan diubah-ubah sesuai kebutuhan. 1. Pertama sekali tentunya kita harus menyeleksi woofer  yang memiliki kriteria tersebut diatas (seleksi woofer). 2. Pengertian ideal atau optimal dalam rancangan semata-mata mengacu pada frekuensi terendah sistem, tetapi dalam prakteknya, kadang - kadang orang tidak dapat menerima box yang berukuran terlalu besar karena keterbatasan tempat. 3. Untuk diameter pipa yang dibutuhkan dapat mengacu pada tabel berikut : Woofer diameter (inch) 4 5-6 6-8

8 - 10 10 - 12 12 -15

Port diameter minimum (inch) 1 2 3 4 5 6

Bahan peredam dan konstruksi box Pada sistem ini bahan peredam cukup dipasang melapisi dinding bagian dalam kotak, kecuali dinding baffle depannya, dan harus direkatkan dengan baik, dapat menggunakan lem ataupun stapple gun, karena bahan peredam yang tidak terekat baik akan dapat menyumbat pipa dan merusak efektifitas kerja pipa. Walaupun box sistem ini memiliki pipa udara, tetapi box mutlak harus bebas kebocoran disana sini, karena yang kita inginkan resonansi terjadi pada pipa dan bukan pada lubang lain, yang biasanya akan menghasilkan suara wind noise yang cukup terdengar dan merusak kualitas rancangan. Formasi banyak woofer  Untuk rancangan dengan menggunakan double woofer  atau lebih , ketentuannya sama dengan yang berlaku pada sistem closed box terdahulu. Tip penting mengenai diameter dan panjang port dan pemilihan peletakannya.  Ada kalanya dalam praktek nyata, kita mengalami kesulitan membuat box dari suatu rancangan t\yang kita yakinni hasil perhitungannya telah benar. Umpamanya , sering terjadi box yang telah kita hitung secara optimal cukup kecil, tetapi disisi lain membutuhkan port yang panjang, bahkan lebih panjang dari ruang dalam box sendiri. Dalam kenyataan demikian , kita dapat memilih port berbentuk celah, yang dengan laluasa dapat kita buat berbelok-belok, dapat pula memilih diameter  port yang berukuran lebih kecil, selama akibat terhadap wind noise masih dapat ditoleransi.

Wind noise, atau suara gesekan udara pada pipa yang terdengar, dapat dihindari dengan menggunakan port berdiameter  lebih besar  dari ketentuan minimum, dan pemasangan port harus menyisakan  jarak minimal sebesar  diameter  pipa (bila menggunakan pipa sebagai port, dan diagonal bila digunakan port berbentuk celah segi empat.

17

x

Port diameter

X minimum sebesar port diameter

D. Subwoofer  Target rancangan subwoofer  Fungsi utama sebuah subwoofer dalam sistem adalah untuk menambahkan jangkauan frekuensi rendah kepada sistem speaker yang ada, yang dimaksud adalah nada-nada rendah dibawah nada bass biasa, umumnya dibawah 200 Hz. Sebuah speaker barulah dapat dikatakan subwoofer  bila dapat bermain kebawah setidak-tidaknya sampai kepada frekuensi 45 Hz, dan lebih rendah lagi apabila memungkinkan, dengan level yang cukup untuk mengimbangi sistem speaker pasangannya . Pilihan sistem Subwoofer dapat dirancang dengan bermacam-macam  jenis sistem yang ada, seperti halnya merancang speaker biasa, dapat dengan sistem c l o s e d   b o x , v e n t e d   b o x , free-  air, b a n d p a s s , t r a n s m i s s i o n   l i n e ,  dll, tergantung woofer yang digunakan serta situasi dan keperluan perancangnya.  Adapun pilihan terhadap masing-masing sistem merupakan pilihan individu, karena setiap sistem masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Dibawah ini dapat diamati perbandingan dari masing-masing sistem dengan kelebihan

No

Faktor perbandingan

Free air

Closed box

Vented box

Bandpass box

1

Volume box  relatif  

Tanpa box, hanya panel

Relatif lebih kecil dari vented box

Relatif lebih  besar dari closed box

2

Power  handling 

Paling kecil

3

Efisiensi  (spl) 

Paling rendah

Lebih  besar  dari vented box Lebih tinggi dari Free air 

Lebih kecildari closed box Lebih tinggi dari closed box

4

Frekuensi  -3  dB  (F3) 

Paling rendah = Fs

Relatif lebih tinggi dari Free air maupun vented box

Diantara Free air dan closed  box

Lebih besar  dari closed box maupun vented  box Sama dengan closed box Paling tinggi dari closed box maupun vented  box Diatas Free air  tetapi lebih rendah dari closed box maupun vented  box

18

5

Konstruksi  box 

6

Kebutuhan  power  am p  untuk spl  yang sama  Kebutuhan  cross-over  lowpass 

7

Sangat sederhana Paling besar  Mutlak  perlu

Sederhana

Lebih rumit

Paling rumit

Lebih besar  dari vented box Mutlak  perlu

Lebih kecil dari closed box Mutlak  perlu

Paling kecil dari semua Tidak mutlak   perlu

Catatan  :  perbandingan  diatas dibuat  dengan  asumsi  digunakan woofer  yang sama untuk semua  sistem 

Sistem Bandpass Sistem yang populer selama beberapa tehun terakhir ini, mendapat sebutan Bandpass sebenarnya bukanlah disebabkan konstruksi boxnya yang memang agak unik, karena woofer  terpasang didalam box, atau suara hanya keluar  dari port, melainkan karena frekuensi responsenya yang sama seperti bandpass pada sistem cross-over. Hal yang sangat menarik bagi seorang perancang speaker dalam penggunaan sistem bandpass, adalah kemudahan dan fleksibilitas dalam memilih antara efisiensi dan lebar-jalur  response sistemnya. th

4 order Bandpass ( sealed rear chamber bandpass ) Merupakan salah satu sistem bandpass yang paling banyak diandalkan untuk kompetisi audio SPL, disamping keuntungan akustik tersebut,  juga yang paling th memungkinkan untuk dihitung secara matematis, dibandingkan dengan 6 order  bandpass yang sampai saat ini baru dapat dirancang dengan CAD (Computer  Aided Design). Pada system ini, box memiliki dua ruangan, yang satu tertutup rapat (sealed/closed) disebut Volume Rear  (Vr), sementara yang lainnya memiliki pipa (port/vent) disebut Volume Front (Vf), woofer sendiri terpasang diantara kedua ruang tersebut. Bagian ruang yang tertutup rapat ini berfungsi sebagai bantalan udara atau suspensi akustik bagi woofer  seperti pada sistem closed box, besar  kecilnya ruang akan mempengaruhi spl sistem dan karakter bass, sementara bagian ruangan yang memiliki pipa (vented) merupakan filter akustik dari sistem ini. Woofer  yang terpasang dalam box tersebut, apabila diumpani sinyal atau dibunyikan , tentu saja akan mengeluarkan seluruh nada dari rendah sampai tinggi ( tanpa tapis baik active maupun passive). Suara yang terpancar keruangan sealed (Vr) tentu tak akan terdengar karena tidak mempunyai hubungan keluar, tetapi suara yang terpancar  dalam ruangan vented (Vf), oleh sebab adanya pipa, masih memungkinkan keluarnya suara midrange keluar, untuk hal tersebut, pemilihan letak pipa, dan penambahan bahan peredam seperti dacron, glasswool, dll, akan dapat mengurangi masalah tersebut, sehingga suara yang kita peroleh hanya nada-nada bass. Range atau batas frekuensi main bass itu sendiri ditentukan oleh besarnya ruangan vented (Vf) dan kombinasinya dengan diameter  dan panjang pipa udaranya.,  jadi dapat dikatakan ruangan vented (Vf) sistem ini berfungsi sebagai cross-over lowpass.dan highpass dari sistem dan oleh karenanya disebut bandpass. Tip: sebaiknya pemasangan pipa atau vent dibuat bersilangan dengan posisi woofernya, misalkan posisi woofer  horizontal, vent dipasang vertikal terhadap woofer, atau sebaliknya, hal ini bermanfaat untuk semaksimal mungkin membantu mengurangi sinyal suara midrange yang turut terpancar  keluar  melalui ventnya, apabila sistem digunakan tanpa low-pass x-over  . Seleksi woofer  Seperti  juga sistem yang lain, untuk memperoleh hasil optimal, woofer  yang akan digunakan haruslah memiliki kriteria yang memadai, antara lain sbb: 19

19

-

kriteria woofer hampir sama dengan sealed/closed box EBP bernilai sekitar 50 Qts bernilai antara 0.4 - 0.7 Voice coil excurtion harus cukup besar  Fs dibawah 50 Hz

Parameter dan defenisinya 1. Fb = Sperti pada sistem vented box, Fb adalah frekuensi tuning/tala sistem bandpass 2. FL = adalah frekuensi -3db pada bagian bawah passband atau frekuensi main terendah sistem 3. FH = adalah frekuensi -3db pada bagian atas passband atau frekuensi main tertinggi sistem 4. Lv = panjang pipa udara (vent) dalam satuan inch 5. Qbp= nilai Q dari woofer  dalam box bandpass, seperti pada sistem closed box dimana Qts woofer berubah menjadi Qtc bila dimuatkan kedalam box tertutup, maka pada sistem bandpass berubah menjadi Qbp 6. R = radius pipa/vent 7. Vr (Volume Rear) = volume net internal box pada bagian closed boxnya 8. Vf (Volume Front) = volume net internal box pada bagian vented boxnya 9. Vt (volume total) = total volume keduanya diatas

Subwoofer DVC ( Dual Voice Coil ) Pada speaker-speaker  modern sekarang , sering kita  jumpai apa yang lebih dikenal dengan DVC subwoofer, yang ciri-cirinya mudah dikenali, dimana untuk satu speaker  terdapat 2 pasang terninal +/- nya, yang artinya, speaker  tersebut memiliki dua buah coil suara yang tidak berhubungan satu sama lain walaupun digulung pada former yang sama, dan menggerakkan konus yang sama. Pada umumnya speaker   jenis ini memang banyak digunakan untuk rancangan subwoofer  (< 100 Hz ), karena penggunaan diatas sektor sub-bass (> 100 Hz) malahan kurang menguntungkan atau bahkan dapat rusak. Katakanlah speaker  tersebut digerakkan oleh sebuah amplifier  stereo, yang masing-masing kanal mencatu masing-masing coil suara. Pada frekuensi rendah (<100 Hz) , kedua coil suara akan mendapat sinyal yang simetrik sehingga keduanya akan saling menguatkan dan menambah kestabilan pengendalian kerja konus, tetapi pada sektor  >100 Hz ( midbass, midrange dst) sinyal stereo mulai tidak simetrik, dengan kata lain kedua coil suara mendapat tugas yang berbeda sementara menggerakkan konus yang sama, akibatnya sering terjadi cacat dalam reproduksi suara, dan pada level volume tinggi bahkan dapat merusak speaker tersebut. 20

20

Keuntungan DVC 1. Memungkinkan untuk merancang sebuah box subwoofer dengan dikendalikan oleh amplifier  stereo, yang sering dijumpai dalam sistem sub-satelit atau dikenal  juga dengan 3 pieces system , dimana sebuah subwoofer  dilengkapi dengan sepasang speaker satelit kecil atau sedang. 2. Memberikan keleluasaan lebih pada perancang speaker dalam memilih sistem yang paling optimal dan menguntungkan, bergantung pada pola hubungan koneksi kedua coil suara tersebut ( perhatikan pada seksi perubahan parameter ). Parameter T/S dan hubungannya dengan koneksi coil suara Pada umumnya speaker  DVC yang dilengkapi dengan spesifikasi dan parameter  T/S oleh pabriknya, hanya memberikan parameter  yang diukur  terhadap salah satu coil suara saja, kecuali dijelaskan lain. Oleh karenanya, untuk dapat menggunakan speaker  DVC dengan sukses, perlu terlebih dahulu mengenal perubahan parameter yang terjadi akibat pola hubungan koneksi kedua coil suara tersebut, a.l: 1. Bila speaker  dikendalikan oleh sebuah amplifier  stereo yang dihubungkan kemasing-masing coil suara speaker (koneksi independent), parameter single voice coil dapat digunakan langsung dalam perhitungan boxnya, dengan kata lain parameter tidak mengalami perubahan. 2. Bila kedua coil suara dikoneksikan secara seri ataupun pararel, maka pada parameter T/S terjadi perubahan pada Qes manjadi Qes' dimana Qes' = ½Qes, dan otomatis  juga Qts menjadi Qts' dimana Qts' = (Qms x Qes')/(Qms + Qes'). Dan dari segi EBP = Fs/Qes, tentunya juga manjadi EBP'=Fs/Qes'. 3. Terjadi perubahan dalam impedansi speaker  sesuai hukum Ohm,bila dianggap masing-masing coil berimpedansi 4 ohm, maka bila keduanya dikoneksikan pararel, impedansi total menjadi 4/2 = 2 Ohm, sedangkan bila dikoneksikan seri, impedansi total menjadi 4+4 = 8 ohm., begitu pula bila digunakan beberapa speaker, yang dapat terkoneksi seri-pararel tetap berlaku hukum yang sama. Tip merancang subwoofer DVC 1. Sering terjadi speaker dengan parameter T/S single coil (koneksi independen) akan th lebih sesuai untuk rancangan closed box atau 4 order  banpass karena EBP bernilai sekitar  50, sementara bila kedua coil dikoneksikan seri atau pararel, mungkin akan lebih sesuai untuk rancangan vented box atau 6th order bandpass karena EBP' bernilai sekitar 100, dan tentunya keputusan sistem mana yang dipilih sepenuhnya bergantung pada keputusan anda sebagai perancangnya. 2. Untuk mengurangi kebingungan dalam menghitung violume box dengan rumusrumus yang telah diberikan pada seksi sebelumnya, anda dapat menganggap speaker  yang mengalami perubahan parameter  akibat pola koneksi coil suara tadi, sebagai sebuah speaker  baru dengan parameter  baru (dimana semua parameter  lain tetap kecuali Qes dan Qts yang berubah), dan menggunakannya dalam perhitungan.

21

SPEAKER BUILDING TUTORIAL TAHAP II

A. MID AND HIGH FREQUENCY DRIVER Aplikasi Dalam pelajaran tentang rancangan box terdahulu, target rancangan utama adalah mengusahakan system akhir  yang dapat merepro frekuensi audio serendah mungkin yang disebut rancangan optimal, tetapi karena woofer  pada umumnya optimal pada frekuensi rendah, maka untuk melengkapi mata rantai frekuensi audio 20 Hz- 20 kHz, kita masih memerlukan alat reproduksi suara lain yang akan dapat secara optimal melakukan tugasnya secara efektif, baik di frekuensi menengah maupun tinggi. Apabila kita amati tabel instrumen musik terlampir, maka frekuensi audio dapat kita bagi kedalam 3 golongan besar, yaitu : bass, midrange, treble, yaitu golongan frekuensi rendah, menengah dan tinggi. Tetapi karena sampai saat ini belum ditemukan sebuah speaker  yang dapat merepro suara dari 20 Hz - 20 kHz, maka perlulah kita menggunakan beberapa jenis speaker untuk keperluan tersebut, seperti: woofer  untuk bass, middriver  untuk midrange, dan tweeter  untuk treble. Tetapi karena masingmasing driver  tersebut  juga memiliki keterbatasan, maka untuk memperoleh hasil optimal, kita perlu mengetahui terlebih dahulu beberapa faktor  baik yang mendukung maupun yang merugikan. Driver bandwidth dan crossover frekuensi Salah satu faktor terpenting dalam merancang crossover, adalah driver bandwidth atau disebut  juga lebar   jalur  yang artinya, kemampuan sebuah driver  untuk merepro frekuensi audio dari yeng terendah sampai yang tertinggi tanpa distorsi, yang untuk bagian bawah biasanya dibatasi oleh Fs (frekuensi resonansi) dan bagian atas oleh ukuran fisik dan mekanis driver  tsb. Setelah keterbatasan driver  tersebut diketahui, tentunya kita tidak akan membiarkan driver  tersebut bekerja diluar  batas kemampuannya dengan menentukan titik potong crossover yang salah, karena hanya akan menghasilkan suara yang cacat dan dapat merusak drivernya sendiri. Tata letak driver dan efek pancarannya Dua hal penting mengenai efek pancaran sebuah system speaker  adalah, pancaran secara horizontal dan vertikal. Kedua efek pancaran tersebut dipengaruhi oleh tataletak masing-masing driver  satu sama lain, pemilihan  jenis crossover  dll. Masalah pancaran yang paling baik bagi setiap orang, relatif sifatnya, tergantung kebutuhan dan peruntukan speaker  tersebut dirancang. Misalnya speaker  yang dirancang untuk penggunaan dilapangan terbuka, dirancang dengan target pancaran horizontal selebar  mungkin untuk dapat mencapai pendengaran penonton sebanyak-banyaknya, sedang speaker  yang dirancang untuk didalam rumah, biasanya mengutamakan pancaran vertikal, karena pancaran horizontal yang berlebihan akan menambahkan terlalu banyak suara pantulan dinding ruangan ketelinga pendengarnya. Dan salah satu sifat pola pancar  suara yang terpenting adalah: makin tinggi frekuensi suara, semakin sempit pula sudut pancarnya, dan semakin rendah frekuensinya, maka akan semakin lebar pula sudut pancarnya. Formasi system 2 way dan 3 way Yang manakah yang terbaik dari kedua system diatas?  Ada segolongan yang menyatakan 2 way yang terbaik, karena semakin sedikit driver, berarti semakin sedikit

titik potong crossovernya dan akan semakin seragam pola suaranya. Golongan lain menganggap, system 3 way atau lebih merupakan system terbaik, karena masing-

22

masing driver  dapat bekerja secara optimal,  jauh dari keterbatasan bandwidthnya, sehingga mengurangi resiko cacat atau distorsi terutama untuk level tinggi-tinggi. Jawabnya, terserah anda, karena semua rancangan tergantung untuk apa akan digunakan, sebagai contoh, sebaik dan semahal-mahalnya sebuah speaker  high-end tentunya akan rusak bila digunakan dilapangan. Midrange  Atau bagian menengah dari freuensi audio, yang lebar  jalurnya antara, 200 - 4000 hertz, dan akan direpro oleh woofer  pada system 2 way, dan oleh mid-bass atau middriver pada system 3 way atau lebih. Driver  untuk midrange sendiri dapat ber macammacam, dapat menggunakan woofer  kecil yang ditempatkan pada ruangan tersendiri, midrange driver  berbentuk konus, maupun midrange driver  berbentuk kubah (dome), yang masing-masing punya kelebihan dan kekurangan, tergantung keperluan, dan untuk apa rancangan ini akan digunakan. Tweeter  Seperti juga midrange driver, saat ini ada banyak  jenis tweeter sesuai perkembangan teknologi dibidang audio, ada yang masih berbentuk konus, ada dome, dan dari system magnetnya ada yang dari  jenis piezo elektrik, elektrostatik, dll. Masing-masing  jenis tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing dan berbeda-beda pula cara menanganinya. Parameter penentu titikpotong cross-over  Frekuensi resonansi driver  (Fs), merupakan parameter  utama dalam pemilihan driver  dan penentuan titik potong cross-over  (cut-off  frequency), yang berikutnya kurva impedansi, yaitu variasi impedansi driver dalam jalur peruntukannya.

23

B. CROSS-OVER ACTIVE DAN PASSIVE PASSIVE VS ACTIVE

Pre-amp

3 way active x-over

Hi-pass Power amp

tweeter

Band-pass Power amp

mid-driver

Low-pass Power amp

woofer

Active cross-over

tweeter

Pre-amp

POWER  AMP

mid-driver

woofer

Passive cross-over

PASSIVE CROSS-OVER 1. DASAR-DASAR CROSS-OVER CAPACITOR DAN INDUCTOR Dalam rangkaian cross-over  passive kedua komponen diatas merupakan komponen utama yang terpenting disamping resistor  dan rangkaian tambahan lain seperti fuse atau circuit breaker  yang kadang-kadang dapat kita temukan pada sistem cross-over  speaker buatan pabrik komersial. Capacitor  dan inductor  sebetulnya merupakan komponen tahanan atau pelemah seperti resistor, hanya saja kedua komponen tsb sifat tahanannya bergantung pada frekuensi arus bolak-balik (AC), sifat tahanan capacitor disebut reaktansi kapasitif dan sifat tahanan inductor  disebut reaktansi induktif, dan dapat dikalkulasi dengan rumus reaktansi berikut:

1. Xc = 1/ 2πfC 2. XL= 2πfL,

24

dimana : Xc: reaktansi kapasitif dalam ohm XL: reaktansi induktif dalam ohm F: frekuensi dalam Hertz C: nilai capacitor dalam Farrad L: nilaim inductor dalam Henry, Dan dari hubungan rumus diatas dapat kita lihat, pada rumus 1: bila nilai C semakin membesar sementara f tetap, maka Xc akan semakin mengecil, demikian juga berlaku sebaliknya, atau bila C tetap sementara f membesar, maka Xc akan semakin mengecil dan demikian pula berlaku sebaliknya. Pada rumus 2 kebalikannya yang terjadi, bila f tetap dan nilai L membesar, maka XL akan semakin besar, atau bila L tetap dan f  semakin membesar, maka XL akan  juga semakin membesar, dan demikian pula berlaku kebalikannya. Sifat diataslah penyebab utama digunakannya kedua komponen tersebut dalam crossover  passive audio, dengan kata lain, bila sebuah capacitor  yang dipasang pada sebuah speaker, maka sifat tahanannya akan semakin besar  bila frekuensi semakin rendah, atau suara frekuensi rendah akan dilemahkan, sedang apabila sebuah inductor  dipasang pada sebuah speaker, maka sifat tahanannya akan semakin membesar  bila frekuensi makin tinggi, atau semakin tinggi frekuensi maka suara akan makin dilemahkan. (praktek pada latihan 1 dan latihan 2). RANCANGAN 3 WAY CROSS-OVER Seperti pada system cross-over 2 way, maka pada sistem 3 way, berlaku pula hal yang sama hanya terdapat penambahan driver  midrange, dan frekuensi cut-off  yang harus diperhitungkan ada 2 bagian, yaitu frekuensi cut-off  antara woofer  ke midrange (FL) dan antara midrange ke tweeter  (FH). Wide-band atau lebar  jalur  sektor  midrange ini dinotasikan dengan (FH/FL) DB

MIDRANGE BANDWIDTH

WOOFER 

MIDRANGE

TWEETER 

FL

FH

FREUENSI

Rumus perhitungan rancangan sistem cross-over  3 way berikut ini, diasumsikan berdasarkan dua golongan dasar  yang paling sering diterapkan pada sistem 3 way, yang mana masing-masing memiliki perbandingan FH/FL yang disebut  juga "rentang frekuensi (frequency spread) yang berbeda pilihannya. Kedua golongan tersebut: A. FH/FL = 10, RENTANG FREKUENSI 3.4 OCTAVE B. FH/FL = 8 , RENTANG FREKUENSI 3 OCTAVE.

25

 Adapun rumus untuk golongan (A), dapat diterapkan dengan 3 kHz/300 Hz, yang berguna untuk formasi woofer/mid bass/tweeter  dome. Dan 5 kHz/500 Hz, berguna untuk formasi woofer/midrange tabung atau dome midrange/tweeter . Sedangkan untuk golongan (B) dapat diterapkan dengan 3 kHz/375 Hz, yang berguna untuk formasi woofer/mid-bass/tweeter, begitu pula dengan 5 kHz/625 Hz dan 6 kHz/750 Hz, keduanya berguna untuk formasi woofer/midrange tabung atau dome midrange/tweeter 

Circuit tambahan untuk mengup-grade cross-over  A. Impedance Equalizer : woofer, midrange, tweeter , seringkali mengalami response impedansi yang semakin menaik ketika frekuensi bergeser  semakin keatas, dan sebagai akibatnya , response suara sudah mengalami "drop" sebelum waktunya. Hal ini disebabkan oleh reaktansi induktif  coil suara driver  tersebut yang semakin meningkat dengan peningkatan frekuensi. Untuk mengatasi masalah ini, maka dapat dibuat rangkaian tambahan setelah cross-over, yang dipasang pararel terhadap terminal drivernya.

D A R  I C R  O S S O V E R 

+ R  C

-

Dimana : R = resistor dalam Ohm, C = capacitor dalam Farrads. Cara mencari Zobel / Impedance Equalizer : 1. Tentukan Re dari Speaker = ……………..ohm 2. Tentukan Fd dari Speaker = …………...…Hz 3. Hitung Rumus Le = (300 x Re) / Fd [mH] 4. Masuk ke Program X-Over, Pilih & Ketik (I) impedance leveling circuit 5. Dari Diagram, catat nilai komponen R & C. B. Driver  Attenuation Circuit: adakalanya, dalam rancangan speaker  2 atau 3 way, kita menggunakan berbagai driver  yang efisiensinya berbeda, misalnya dalam sistem 3 way seringkali midrange atau tweeternya berbunyi lebih keras dari woofernya, begitu pula dalam sistem 2 way, seringkali tweeter bersuara lebih keras dari woofernya, sehingga response speaker tersebut tidak "flat". Untuk memperbaiki keadaan ini, tentunya briver  yang berbunyi lebih keras dari yang lain harus dilemahkan sehingga berimbang kekerasannya dengan yang lain. Pelamahan dapat dilakukan dengan circuit pelemah dibawah ini:

26

Rs + C R  O S S O V E R 

Re Spkr

Rp

Dimana : Rs = resistor yang dipasang serie terhadap driver  Rp = resistor yang dipasang pararel terhadap driver  Re = impedansi rata-rata driver   A = besarnya pelemahan dalam (- dB)

Tabel attenuation circuit pelemahan (-dB) -3 -6 -9 -12 -15

4 Rp (ohm) 9.7 4.0 2.2 1.3 0.9

impedansi

driver 

ohm Rs (ohm) 1.2 2.0 2.6 3.0 3.3

8 Rp (ohm) 19.4 8.0 4.4 2.7 1.7

ohm Rs (ohm) 2.3 4.0 5.2 6.0 6.6

Dengan menggunakan Software: Klik Progam ATT  /LPAD, akan terdapat Pop-Up yang menyuruh anda untuk mengetik tombil apa saja untuk melanjutkan, pada Main Menu terdapat 3 pilihan, saya sarankan untuk memilih yang kedua  /tengah yaitu dengan mengetik huruf  [R] Range Of  Attenuators. Anda diminta untuk mengisi Load Z yang merupakan nilai Re Speaker. Kemudian Klik Enter, maka akan terlihat tabel Pelemahan Kekerasan dengan nilai komponen resistor Rp &  Rs nya, mulai dari –1dB s/d –20dB. Nilai Rp Rs dalam [Ohm]. C. Tweeter Boost Circuit dibawah ini dapat digunakan untuk mem-boost tweeter , terutama tweeter  dari golongan low -quality, dimana pada umumnya response mulai drop pada sekitar  frekuensi 10.000 Hertz. dB

C D A R  I C R  O S S O V E R 

Dgn circuit RC

TWEETER 

Z

R 

10kHz

27

FREQ

Untuk nilai R = 1.25 x Z, sedangkan C = 0.5 -- 2.2 µF Catatan: circuit ini akan mengakibatkan level tweeter  berkurang ± 3 dB karena peningkatan impedansi total, dan dalam perhitungan cross-over  harus diperhitungkan impedansi beban cross-over menjadi Z+R

D . Resonant-peak filter  Kadangkala Resonant-peak filter  diperlukan bila ditemukan peak atau puncak-puncak pada response suara, khususnya terjadi pada midrange driver dan tweeter.

ohm

Tanpa resonant-peak filter

Tanpa impedance equalizer

Dengan resonsnt-peak filter

Dengan impedance equalizer

frekuensi

D A R  I C R  O S S O V E R 

C

L SPK  R 

Cara mencari Notch Filter  / RLC Series : 1. Tentukan Fs dari Speaker = …………Hz 2. Tentukan Re dari Speaker = …………ohm 3. Masuk ke Program X-Over, Pilih & Ketik (N) resonance smoothing RLC not using Q 4. Dari Diagram, catat nilai komponen R, L, C. Membuat inductor  Inductor  yang akan dihitung dan dibuat dalam hal ini adalah induktor  inti udara (aircore inductor), yang merupakan salah satu  jenis induktor  terbaik, walaupun kebanyakan pabrik speaker  menggunakan induktor  ber- inti, baik besi, ferrite, dll, semata-mata karena pengiritan biaya produksi belaka.  Adapun kualitas sebuah inductor  umumnya ditentukan oleh dua parameter terpenting, yaitu: induktansinya (mH) dan resistansi DC -nya (ohm), oleh karenanya dalam membuat inductor, hendaklah mempertimbangkan kedua hal penting diatas agar dapat diperoleh hasil yang terbaik.

28

DCR  Atau DC Resistansi, adalah resistansi yang terdapat dalam setiap inductor  yang disebabkan oleh panjang dan besarnya kawat yang dipakai untuk inductor tsb. Menurut Thiele ( salah satu dari Thiele dan Small ), untuk hasil terbaik hendaknya dcr setiap inductor tidaklah melebihi 1/20 dari impedansi drivernya Contoh : untuk driver  berimpedansi 8 ohm, hendaknya dipasangkan dengan inductor  yang bernilai max DCR = 0.4 ohm,  juga untuk driver  4 ohm, maka max DCR inductornya diharapkan tidak melebihi 0.2 ohm. Type inductor  Dari dimensi dan keperluannya , inductor  inti udara digolongkan kedalam dua type, yaitu type  A dan type B. Type  A , baik untuk hampir  semua keperluan kecuali untuk inductor  bernilai kecil yang se ringkali dibutuhkan untuk penggunaan pada frekuensi tinggi, misalnya tweeter. Type B, sangat berguna dan berukuran praktis untuk membuat inductor dengan nilai kecil. TYPE A

TYPE B r=2H

r=H

H

H r

r

Dimana : R = DCR inductor yang diharapkan (ohm) H = tinggi inti (inch) d = diameter kawat tembaga (inch) L = induktansi dalam (micro Henry) contoh: 1 mH = 1000 µ H N = jumlah gulungan yang diperlukan r = radius inti (inch)

29