KAJIAN PENERAPAN SENSOR

MIC-CONDENSER DALAM RANCANG BANGUN SOUND LEVEL METER DIGITAL

Achmad Komarudin1), Hariyadi Singgih 2) , Moh. Luqman3)

Politeknik Negeri Malang

Jl. Soekarno Hatta No. 9 Malang 65141 Telp. 0341-404424

1) achmad.komarudin@polinema.ac.id

2) hariyadi.singgih07@gmail.com

3) moh.luqman@polinema.ac.id

Abstrak

Tingkat kebisingan dilingkungan industri dan jalanan perkotaan memiliki nilai ambang batas yang telah ditentukan oleh Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 07 Tahun 2009 untuk kendaraan bermotor. Dan Menteri Tenaga Kerja Nomor: KEP-51/MEN/1999 untuk lingkungan industri. Untuk mengetahui nilai bising ini diperlukan alat ukur Sound Level Meter Digital yang dapat digunakan sebagai alat pengukur nilai intensitas kebisingan suara knalpot kendaraan bermotor dan sumber suara lainya.

Alat ini dapat merubah besaran tekanan suara yang dikonversikan dalam tampilan LCD. Sound Level Meter Digital ini digunakan untuk mengukur kelayakan ambang batas pada knalpot dan sumber suara lainnya. Tujuan penelitian adalah mengkaji penerapan sensor Mic-condenser pada rancang bangun Sound Level Meter Digital

Metode penelitiannya adalah mendisain dan merancang sistem, menggunakan sensor mic condenser, merancang pengkondisi sinyal menggunakan op-amp dengan rangkaian Modulus Absolute Value (MAV), yang dapat menyearahkan tegangan AC menjadi DC menggunakan Microkontroller ATMega 8535 sebagai pengolahan data hasil pengolahan data yang sudah menjadi besaran tekanan suara dengan satuan decibel (dBA) disajikan dalam piranti LCD.

Hasil pengujian sistem menunjukkan bahwa Sound Level Meter Digital ini dapat berjalan dan dapat menampilkan besaran tekanan suara yang ditangkap sensor mic condenser, dan dari hasil pengujian Sound Level Meter Digital dibandingkan dengan alat pembanding didapatkan kesalahan sebesar 2.94 %.

Kata Kunci : Sound Level Meter Digital, Mic-condenser, MAV, MCU ATMega 8535.

PENDAHULUAN

Latar Belakang Masalah

Perkembangan Ilmu pengetahuan dan teknologi semakin berkembang dengan pesat khususnya pada bidang elektronika. Salah satunya adalah alat ukur Sound Level Meter Digital, merupakan suatu perangkat alat uji untuk mengukur tingkat kebisingan suara, hal tersebut sangat di perlukan terutama untuk lingkungan industri dan jalanan perkotaan yang padat dengan kendaraan bermotor dimana lingkungan tersebut harus diuji nilai intensitas kebisingan suara atau tekanan suara yang ditimbulkannya untuk mengetahui pengaruhnya terhadap lingkungan sekitar. [8]. Contoh pada lingkungan jalanan perkotaan berdasarkan Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 07 Tahun 2009 telah ditetapkan bahwa Ambang Batas Kebisingan Kendaraan Bermotor setiap kendaraan bermotor roda dua yang ber CC kurang dari 175 CC standar kebisingannya 80 desibel sedangkan standar ambang batas kebisingan lingkungan kerja sesuai dengan Keputusan Menteri Tenaga Kerja Nomor : KEP-51/MEN/1999 (terlampir) [5].

Untuk mengetahui nilai ambang batas suatu sumber suara, diperlukan alat ukur Sound Level Meter Digital yang mampu digunakan sebagai pengukur nilai intensitas kebisingan suara. Alat ini dibuat agar mampu diaplikasikan pada lingkungan ataupun ruangan yang memiliki sumber suara seperti jalan raya dan pabrik. Alat ini memiliki 2 mode yaitu mode normal dan mode knalpot (khusus sepeda motor kurang dari 175 CC). Mode normal digunakan untuk pengukuran sumber suara pada lingkungan dan mode knalpot digunakan untuk mengetahui nilai intensitas yang dihasilkan suatu knalpot yang dilengkapi dengan indikator buzzer sebagai tanda suara knalpot tersebut bising, sehingga kita dapat mengetahui besaran yang dihasilkan dari sumber suara tersebut melebihi ketentuan yang telah ditetapkan atau tidak.

Tujuan Penelitian

Mengkaji sejauh mana kemampuan piranti “mic-condenser” dalam penerapan rancang-bangun Sound Level Meter Digital sebagai alat ukur kebisingan suara dengan range pengukuran 30-100 dBA.

KAJIAN PUSTAKA

Bunyi

Bunyi adalah perubahan tekanan yang dapat dideteksi oleh telinga manusia yang merambat melalui suatu medium, karena terjadinya tekanan yang berubah berulang ulang. Manusia mendengar bunyi saat gelombang bunyi merambat melalui udara ataupun medium yang lainnya, sampai kegendang telinga manusia. Batas frekuensi bunyi yang dapat didengar manusia kira kira sekitar 20 KHz dan batas ini disebut Audiosonik, sedangkan diatas 20 KHz disebut ultrasonic dan dibawah 20Hz disebut infrasonic. Dalam sebuah gelombang sinyal terdapat 2 parameter, Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan. Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz) dan selanjutnya Amplitudo merupakan keras lemahnya bunyi atau tinggi rendahnya gelombang. Satuan amplitudo adalah decibel (db). Bunyi mulai dapat merusak telinga jika tingkat volumenya lebih besar dari 85 dB dan pada ukuran 130 dB akan mampu membuat hancur gendang telinga. [2].

Kebisingan adalah bunyi yang tidak dikehendaki dan dapat mengganggu kesehatan dan kenyamanan lingkungan. Efek bising terhadap pendengaran dapat dibagi menjadi tiga yaitu trauma akustik, perubahan ambang pendengaran akibat bising yang berlangsung sementara dan perubahan ambang pendengaran akibat bising yang berlangsung permanen. [6].

Sensor Mic Condencer

Mic Condenser atau mikrofon merupakan tranduser elektromekanis yang mengubah perubahan-perubahan dalam tekanan udara menjadi perubahan perubahan yang sesuai dalam sinyal listrik (Gambar 2.1).

Gambar 2.1 Elektret Mic Condenser [4].

Mikrofon jenis ini bekerja sesuai prinsip kapasitor dengan membran diafragma berfungsi sebagai salah satu lempeng kapasitor (capacitor plate). Saat terjadi vibrasi akibat paparan gelombang suara, jarak antar lempeng berubah proporsional terhadap amplitudo gelombang yang mengakibatkan perubahan nilai kapasitansinya. Tegangan jepit pada komponen elektronika ini berubah secara instan yang merupakan refleksi dari perubahan kapasitansi relatif terhadap beda potensial (bias voltage) di antara kedua terminalnya. [4].

Rangkaian Modulus Absolute Value (MAV)

Rangkaian Modulus Absolute Value (MAV) secara umum dalam Gambar 2.2 disebut sebagai rangkaian harga mutlak rata-rata, karena rangkaian ini sebagai penyearah gelombang penuh yang merubah tegangan AC menjadi DC. Karena sinyalnya berorde rendah maka digunakan Op-Amp dan dioda yang tidak banyak mengurangi tegangan.

Gambar 2.2 Rangkaian MAV [3].

Rangkaian Penguat Sinyal

Sinyal output dari mic kondensor sangat kecil, berdasarkan hasil percobaan, ketika sensor mic condensor berada pada ruang tanpa suara 40dBA (nilai dBA kalibrator) tegangan output yang dihasilkan sebesar 2 mV, sedangkan pada saat tekanan suara 95 dBA (nilai dBA kalibrator) sensor mic condensor menghasilkan output sebesar 7 mV . Maka dari itu untuk menghasilkan tegangan yang lebih besar diperlukan rangkaian penguat. (Gambar 2.3).

Gambar 2.3 Rangkaian Penguat Sinyal [4].

METODE PENELITIAN

Jenis Penelitian

Bidang Ilmu dalam penelitian dalam katagori pengembangan Iptek Teknologi ketahanan pangan dan kesehatan.

Konsep Penyelesaian Masalah

Langkah penyelesaian masalah penelitian diawali dengan studi literature tentang parameter kelistrikan piranti Elektret Mic Condenser, merancang sistem diagram blok rangkaian dengan kendali utama Mikrokontroler ATMEGA8535, merancang software kendali menggunakan CodeVision AVR. Kemudian dilakukan pengujian untuk mengetahui kinerja sistem. data hasil pengujian di kaji untuk disimpulkan. Konsep penyelesain masalah digambarkan melalui diagram blok Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Sistem Blok Diagram

Perancangan Hardware Elektronik

3.3.1 Perancangan Kalibrasi

Perancangan kalibrasi digunakan untuk mengetahui perubahan tegangan input (Vin) terhadap nilai ADC agar dapat dikonversikan menjadi besaran tekanan suara. ADC yang kita gunakan yaitu ADC 10 bit dan tegangan referensi Vref = 2V. Untuk mengetahui nilai ADC , di gunakan rumus :

…………………… (3.1)

Pada saat nilai tekanan suara di ruangan sebesar 95dBA (pada kalibrator) dan Diketahui : Vin (Output Rangkaian Penguat Akhir) = 2 V

Vref= 2 Volt , maka :

Dengan perhitungan yang sama dapat diketahui nilai tekanan suara : 39dBA hingga 95dBA, dan data ADC diberikan dalam Tabel 3.1

Tabel 3.1 Data Konversi nilai dBA ke ADC

Perancangan Rangkaian Microkontroller

Gambar 3.2 Rangkaian mikrokontroller [7].

Perancangan Diagram Alir Sistem

Gambar 3.3 Diagram Alir Sistem

Pengujian Sistem

3.4.1 Data Kalibrasi dengan Kalibrator Referensi (Sound Level Meter Digital) diberikan dalam Tabel 3.2 [2].

Tabel 3.2. Data Hasil Uji Kalibrasi

Uji Kebisingan Menggunakan Kenalpot Motor

Data Uji kebisingan diberikan dalam Tabel 3.3

Tabel 3.3. Data Hasil Uji Kebisingan Menggunakan Kenalpot Motor

Keterangan : L = Layak TL= Tidak Layak

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Hasil pengujian sistem yang dibandingkan dengan Alat kalibrator sound level meter (Tabel 3.2) terdapat selisih dengan prosentase kesalahan relatif terbesar 4,2 % (masih layak sebagai Alat ukur). Perbedaan hasil pengukuran antara sistem dan kalibrator sound level meter dikarenakan sensor Mic-condenser sensitif menangkap suara dengan frekuensi mulai dari 50 KHz, sedangkan alat kalibrator berdasar data spesifikasinya alat ini dapat menangkap suara mulai dari 31,5 Hz sampai dengan 8,5 KHz.

2. Menghitung nilai kesalahan data hasil pengujian kebisingan (Tabel 3.3) dengan membandingkan beban uji kebisingan kenalpot motor terhadap Alat kalibrator.

3. Pada pengujian ke-3 data dalam Tabel 3.3 diperoleh nilai kesalahan relatif sebesar 6,14 %. Kondisi ini dinyatakan tidak layak (TL) karena nilai kebisingan mencapai 84 dB dan data banding kalibrator menunjuk 89,5 dB (peraturan pemerintah).

5. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan :

Hasil analisis data dalam Tabel 3.2 dan Tabel 3.3 dapat diambil beberapa simpulan sebagai berikut ,

1. Data uji kalibrasi (Tabel 3.2) terhadap Alat kalibrator menunjukan kesalahan relatif sebesar 4,2 %. (layak sebagai Alat ukur).

2. Data uji kebisingan menggunakan beban uji motor (Tabel 3.3) diperoleh nilai 84 dB. Kondisi ini dinyatakan tidak layak (TL) karena nilai kebisingan ≥ 80 desibel /dB (peraturan pemerintah).

5.2 Implikasi

Untuk melakukan pengembangan penelitian lebih lanjut disarankan untuk menggunakan sensor mic-condenser dengan jangkauan range frekwensi yang lebih lebar.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Adam Bakhtiar dan Ivat Mohtar, 2007. Pembuatan Mesin Etsa Printed Circuit Board Berbasis Mikrokontroller Atmega 8. Malang. Laporan Akhir

[2]. Ahmad Fathul Mustofa dan M. Rifki AL Khadroni, 2013. Digital KWH Meter. Malang. Laporan Akhir

[3]. Copper, William D. 2009. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, edisi kedua. Diterjemahkan oleh Ir. Sihat Pakpahan.Erlangga, Jakarta,

[4]. Malvino, A,P, 2010, Prinsip-Prinsip Elektronika, edisi ketiga, diterjemahkan oleh Prof. M BArmawi, Ph.D dan M.O. Tjia, Ph.D Erlangga, Jakarta

[5]. Masyarakat di Jakarta dan sekitarnya, 2010. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

[6]. Petruzella, Frank D. 2008. Elektronika Industri, edisi kedua, diterjemahkan oleh Hanapi Gunawan, Erlangga, Yogyakarta,

[7]. Wardhana, Lingga, 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroller AVR seri 8535 Simulasi, Hardware, Aplikasi. Penerbit Andi, Yogyakarta,

[8]. Widodo Budiharto dan Sigit Firmansyah, 2006. Elektronika Digital dan Microprocessor, Penerbit ANDI, Yogyakarta,

[9].Keputusan Menteri Tenaga Kerja, 1999.Nomor : KEP-51/MEN/1999 (kepment). Tentang Regulasi ambang batas kebisingan.