Suara (Sound) Pengertian Audio Digital Materi Konsep Multimedia

SUARA (SOUND) Pengertian Audio Digital

Pengertian Audio Digital 

Suara yang kita dengar sehari-hari adalah gelombang analog.



Gelombang ini berasal dari tekanan udara yang ada disekeliling kita dengan bantuan gendang telinga.



Gendang telinga ini bergetar dan getaran ini dikirim dan diterjemahkan menjadi informasi suara dan dikirim ke otak, sehingga bisa didengar oleh kita. Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw


Suara yang kita dengar sehari-hari adalah gelombang analog.



Gelombang ini berasal dari tekanan udara yang ada disekeliling kita dengan bantuan gendang telinga.



Gendang telinga ini bergetar dan getaran ini dikirim dan diterjemahkan menjadi informasi suara dan dikirim ke otak, sehingga bisa didengar oleh kita. Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw


Komputer hanya mampu mengenal sinyal dalam bentuk digital yang merupakan tegangan yang diterjemahkan dalam angka 0 dan 1 --> bit.



Tegangan ini berkisar mendekati angka 5 volt bagi angka 1 dan mendekati 0 volt bagi angka 0.



Komputer mampu melihat angka-angka 0 dan 1 menjadi kumpulan bit-bit dan menerjemahkan menjadi sebuah informasi. Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw

Peralatan yang harus ada : 

T r a n s d u c e r  Merupakan peralatan yang dapat

mengubah tekanan udara (yang terdengar oleh telinga) ke dalam tegangan elektrik yang dapat dimengerti oleh perangkat elektronik dan sebaliknya. Macam-macam transducer : 

Mikrofon



Speaker

Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw

Peralatan yang harus ada : 

S o u n d C a r d  Peralatan untuk mengubah gelombang

suara (Sinyal Audio) menjadi data digital dan ketika suara itu dimainkan kembali, soundcard mengubah data digital menjadi sinyal audio yang dikeluarkan oleh speaker. Istilah-istilah : 

Proses pengubahan gelombang suara menjadi data digital ini dinamakan Analog-to-Digital- Conversion (ADC)



Proses pengubahan data digital menjadi gelombang suara dinamakan Digital- to- Analog-Conversion (DAC)

Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 5

Proses Konversi Analog ke Digital : 

Membatasi frekuensi sinyal yang akan diproses dengan L o w P a s s F i l t er



Mencuplik ( S a m p l i n g ) sinyal analog menjadi beberapa potongan waktu.

Sample tersebut diberi nilai eksak dan nilainya diberikan dalam bentuk digital. Catatan : 

Proses pengubahan sinyal analog ke digital harus memenuhi sebuah kreteria, yaitu kr iter ia Nyqui st “Untuk sampling sebuah sinyal yang memiliki freakuensi X Hertz, maka harus sampling minimal dua kali lebih rapat 2X Hertz” Jika tidak, sinyal tidak dapat dikembalikan ke bentuk semula Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 6

Proses Konversi Analog ke Digital : Analog input

Lowpass filter

Sample at R Hz

at < R/2 Hz

Digital Output

Quantize to N bits


Proses Konversi Digital ke Analog : 

Menghitung data digital menjadi amplitudo-amplitudo analog



Menyambung amplitudo analog menjadi sinyal analog



Memfilter keluaran dengan L o w P a s s F i l t er sehingga bentuk gelombang keluaran menjadi lebih mulus.


Proses Konversi Digital ke Analog : Analog output

Lowpass filter at < R/2 Hz

Digital Input

Sample and Hold

N bit DAC


Kelebihan Audio Digital : 

Kualitas reproduksi yang sempurna, yaitu penggandaan sinyal audio secara berulang-ulang tanpa penurunan kualitas suara.



Hal ini karena sinyal audio direpresentasikan dalam bentuk data digital 0 dan 1 dan informasi ini dipertahankan (Jika terjadi perubahan , maka data akan mengalami kesalahan).



Lain halnya dengan audio analog yang dapat mengalami perubahan suara disebabkan perbedaan kualitas pita, dan head serta derau yang masuk sewaktu proses. Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 10

Istilah Dalam Audio Digital 

Jumlah kanal (Channel)



Laju Pencuplikan (Sampling Rate)



Banyaknya Bit dalam satu sample (bit per sample), dan



Laju Bit (Bit Rate)


Jumlah Kanal (Channel) 

Mono, yaitu satu channel



Stereo, yaitu dua channel, kiri dan kanan



Surround , yaitu lima, tujuh bahkan lebih channel


Laju Pencuplikan (Sampling Rate) 

Ketika soundcard mengubah audio menjadi data digital, soundcard akan memecah suara tadi menjadi potongan-potongan sinyal dengan nilai tertentu.



Proses sinyal ini bisa terjadi ribuan kali dalam satu satuan waktu.



Banyaknya potongan dalam satuan waktu ini dinamakan l aj u p e n c u p l i k an (s a m p l i n g r a t e)


Frekuensi sampling dan kualitas suara yang dihasilkan : Sampling

Rate Aplikasi

(KHz) 8

Telpon

11,025

Radio AM

22,025

Mendekati Radio FM

32,075

Lebih baik dari Radio FM

44.1

Audio Compact Disk (CD)

48

Digital Audio Tape (DAT) Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 14

Contoh kasus : 

Untuk CD Audio, memiliki sampling rate 44, 1 KHz berarti dicuplik sebanyak 44100 kali tiap detik untuk memastikan kualitas suara hampir sama dengan aslinya.



Frekuensi percakapan manusia 300 Hz sampai 3400 Hz, sehingga rentangnya 3100Hz. Dengan menggunakan syarat Nyquist dimana sampling minimal 2 kali rentang frekuensi tadi, yaitu 2 x 3100 Hz = 6200 Hz, maka 8 KHz sudah mencukupi.



Rentang suara yang dapat didengar manusia 20 Hz sampai 20 KHz, sehingga rentang 19980 Hz, maka sampling minimal 39960 Hz. Berati 44,1 KHz sudah mencukupi. Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 15

Banyaknyak bit tiap cuplikan : 

Sample yang diambil memiliki besaran amplitudo.



Besaran amplitudo ini disimpan dalam bit-bit digital.



Banyaknya bit yang dapat dipakai untuk merepresentasikan besaran amplitudo ini dinamakan b i t p e r s am p l e



Semakin banyak bit yang dipakai untuk merepresentasikan besaran amplitudo, makin halus amplitudo yang dihasilkan.



Contoh :



Suara 8-bit memiliki 2 8 kemungkinan amplitudo , yaitu 256 dan suara 16 bit memiliki 65535 kemungkinan amplitudo. Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 16

Laju Bit 

Satuan bit per detik adalah perkalian jumlah bit per sample dengan jumlah kanal dan frekuensi sampling (satuan hertz) Contoh



Untuk mengetahui bit rate yang dibutuhkan untuk menyimpan sebuah lagu stereo dengan kualitas CD (frekuensi 44100 Hz, 16 bit) adalah :

= 16 bits/sample x 2 channels x 44100 samples/s.channels = 1.411.200 bits/s

= 1.411.200 bits/s per 8 bits/byte

= 176.4 kbytes/s ~ 172.3 Kbytes/s


Kasus memori yang dibutuhkan : 

Berapa besar memori untuk sebuah lagu berdurasi 5 menit ?.



Dengan laju bit 1.411.200 / 8 = 176400 byte/detik berarti 5 x 60 x 176400 = 52920000 byte atau 52,92 MB untuk sebuah lagu.



Jika lagunya banyak …?



Maka perlu kompresi… antara lain MP3.


MP3 Asalnya dimulai dari penelitian IIS-FHG (Institute Integrierte Schaltungen - Fraunhofer Gesellschaft), sebuah lembaga penelitian terapan di Munich, Jerman.





Dalam kerangka proyek EUREKA EU 147 untuk penelitian coding audio perceptual.



Penelitian ini dibantu oleh Universitas Erlangen, kemudian menghasilkan algoritma yang dijadikan standar sebagai ISO-MPEG Audio Layer-3 atau MP3. Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 19

Format MP3 Format MP3 terdiri dari 2 bagian : 

Header, yaitu berfungsi sebagai pengenal memiliki ukuran 4 byte.



Data audio itu sendiri.



Header berisi bit ID, bit Layer, bit Frekuensi Sampling dan bit Mode.


Mengapa MP3 bisa memperkecil Ukuran File Lagu 

Hal ini karena beberapa karakteristik dari MP3 memanfaatkan kelemahan pendengaran manusia.


Karakteristik MP3 : 

Model Psikoakustik, karakteristik pendengaran manusia adalah kurva batas frekuensi 2 KHz sampai 5 KHz, sehingga suara yang memiliki frekuensi yang di bawah ambang batas atau diatasnya tidak perlu dikodekan. (1)



A u d i t o r y M a s k i n g E f f ec t , yaitu ketidakmampuan

manusia untuk mendengarkan suara pada frekuensi tertentu dengan amplitudo tertentu, dimana pada frekuensi didekatnya terdapat suara dengan amplitudo yang tinggi. Contoh : kita dapat mendengar nafas seseorang dalam ruangan sunyi, namun jika dimainkan sebuah lagu dengan piano maka nafas jadi tak terdengar. (2) Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 22


C r i t i c al B a n d atau pita frekuensi kritis, yaitu daerah

frekuensi tertentu yang harus diperhatikan lebih teliti lagi, karena pendengaran manusia lebih peka pada frekuensi-frekuensi ini. Dengan demikian frekuensi sensitif seperti frekuensi rendah mendapatan alokasi bit dan alokasi sub-band pada filter lebih banyak daripada frekuensi yang tidak sensistif (frekuensi tinggi). (3) 

J o i n t S t e r eo . Kadang dua kanal stereo mengirimkan

informasi yang sama, sehingga informasi yang sama ini ditempatkan dalam salah satu kanal dan ditambah informasi tertentu. (4) Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 23


H u f f m a n Co d i n g , dengan coding ini bit-bit yang

dipakai pada suara dengan karakteristik sederhana (dengan sedikit sumber bunyi) dapat dihemat 20 %. (5)


Tahap-tahap sistem coding audio perseptual : Merupakan sistem kompresi Lossy

•

Tugas - tugas sistem coding audio perseptual : 

Ukuran file terkompresi sekecil mungkin



Kualitas suara file yang telah terkompresi haruslah sedekat mungkin dengan file aslinya sebelum dikompresi.



Tingkat kesulitannya rendah, sehingga mudah direalisasikan dengan aplikasi secara mudah, perangkat keras yang murah dengan konsumsi daya yang rendah. Konsep Multimedia - Ilkom Unibraw 25

MPEG / Audio Encoder PCM Audio Input

Time To Frequency Mapping Filter Bank

Bit/Noise Allocation, Quantizer and coding

Bit Stream Formatting

Ancillary Data Psychoacoustic

(Optional)

Encoding Bitstream


MPEG / Audio Decoder Encoding Bitstream

Bit Stream Unpacking

Frequency Sample Reconstruction

Frequency to Time Mapping

Ancillary Data (if included)

Decoded PCM Audio


Tahap-tahap sistem coding audio perseptual : Filter Bank 

Kumpulan filter yang berfungsi memfilter masukan pada frekuensi tertentu, sesuai dengan critical bank.



Filter yang dipakai adalah gabungan dua filter bank, yaitu : 

Filter Bank PolyPhase



Modified Discrite Cosine transform (MDCT)


Tahap-tahap sistem coding audio perseptual : Perceptual Model 

Untuk memodelkan karakteristik pendengaran manusia



Menggunakan filter bank terpisah atau penggabungan antara perhitungan energi dan filter bank utama.



Keluaran model ini adalah nilai batasan masking, jika noise berada dibawah masking theshol, maka kompresi tidak dapat dibedakan dari sinyal aslinya.


Tahap-tahap sistem coding audio perseptual : Quantization / Coding 

Setelah sinyal disampling , maka harus diquantization dan coding .



Dilakukan oleh power-law quantizer , yang memiliki sifat mengkodekan amplitudo besar dengan ketepatan rendah dan dimasukkannya proses noise shaping



Selanjutnya nilai yang dikuantisasi dikodekan dengan menggunakan H u f f m a n Co d i n g


Tahap-tahap sistem coding audio perseptual : Encoding BitStream 

Setelah sinyal disampling dan dikodekan, bit-bit tersebut disusun menjadi sebuah bitstream, yaitu file yang dimainkan oleh MP3 player.


Teknologi selain MP3 : MPEG-2 ACC 

MPEG-2 ACC atau biasa disebut MP4.



Merupakan hasil riset lanjutan MP3.



Kelebihannya kemampuan mendapatkan ukuran file yang lebih kecil dengan kualita suara yang hampir sama.



Salah satu rahasianya adalah penggunaan MDCT (M o d i f i e d D i s c r e t e Co s i n e Tr a n s f o r m ) secara penuh.


Suara (Sound) Pengertian Audio Digital Materi Konsep Multimedia

Recommend Documents