ringkasan 4 Reyhan Aulia Ega Tama (41407010013)

Amplifier dengan Umpan Balik Akustik untuk Memperkuat Frekuensi Rendah
Penguat Audio



Pengertian umpan balik berarti pengembalian hasil dari keluaran kepada masukan dari suatu sistem. Konsep umpan balik ini sangat penting dalam teori sistem karena akan menentukan karakteristik dan mempengaruhi kestabilan sistem tersebut. Penguat audio dapat dipandang sebagai sebuah sistem kontrol yang juga memiliki parameter-parameter seperti gain
(penguatan), frequency response (tanggapan frekuensi), dan lain-lain. Penguat audio pada umumnya memanfaatkan umpan balik negatif untuk mengatur penguatan dan tanggapan frekuensinya dan itupun dilakukan per bagian dari sistem penguat audio tersebut. Pada makalah ini disajikan salah satu alternatif pemanfaatan umpan balik yang diambil langsung dari keluaran akhir (loudspeaker) dan diberikan pada bagian penguat audio yang paling depan. Disebut umpan balik akustik karena metode yang dipakai adalah dengan mengambil sinyal umpan balik yang didapat dari pengukuran langsung terhadap sinyal suara yang dihasilkan oleh loudspeaker. Sinyal umpan balik tersebut kemudian diubah menjadi sinyal listrik supaya bisa dibandingkan dengan sinyal masukan referensi. Dengan metode ini, karakteristik dari loudspeaker turut menentukan
respon sistem secara keseluruhan, berbeda dengan sistem yang sinyal umpan baliknya diambil dari keluaran sebelum loudspeaker. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa penguat audio yang telah diberi umpan balik akustik mengalami peningkatan pada frekuensi rendahnya, yaitu penguatan sebesar ± 9 dB pada waktu frekuensi berada pada 10 Hz sampai 100
Hz. Sedangkan untuk sinyal dengan frekuensi di atas 100 Hz hanya mengalami penguatan sebesar ± 6 dB. Dengan demikian, sistem yang dirancang lebih cocok diterapkan untuk menghasilkan penguat subwoofer.
Sinyal umpan balik yang diberikan diambil dari sinyal akustik yang dikeluarkan oleh loudspeaker dan diubah kembali menjadi sinyal elektrik. Karena sinyal akustik ini sefasa dengan sinyal input bagi penguat, maka diperlukan rangkaian filter dan komparator untuk menjaga supaya efek umpan balik positif hanya bekerja pada rentang frekuensi tertentu yang dalam hal ini adalah rentang frekuensi rendah.
Penguat audio (audio amplifier) yang digunakan dipilih yang tanpa menggunakan pengatur nada (tone control). Pada waktu menggunakan rangkaian tanpa umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan yang sama sepanjang rentang frekuensi audio. Sedangkan ketika menggunakan sistem umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan ± 9 dB pada waktu frekuensi berada pada 10 Hz sampai 100 Hz, dan mengalami penguatan sebesar ± 6.8 dB pada frekuensi 100 Hz ke atas. Dengan demikian, sistem penguat dengan umpan balik akustik ini memberikan penguatan cukup baik pada spektrum audio subwoofer.
Umpan Balik (Feedback)
Secara umum, skema dasar sebuah sistem penguat berumpan balik dapat dilihat pada gambar 1 di bawah ini. Gambar 1. Sistem amplifier dengan umpan balik Jika sinyal yang masuk sebelum komparator disebut sebagai Xs, perbedaan sinyal antara sinyal yang masuk sebelum komparator dan sinyal terumpan balik ke masukan disebut sebagai Xd (sinyal selisih), sinyal umpan balik disebut sebagai Xf, dan sinyal keluaran disebut sebagai Xo, maka hubungan dari keempat sinyal tersebut dinyatakan sebagai berikut.
Xd = Xi = Xs . Xf (1) dimana:
Xf = B×Xo (2)
Xo = A×Xi (3)
Dengan mensubstitusikan persamaan 1 yaitu Xd = Xi = Xs . Xf disubstitusikan dengan Xf = B ×Xo, didapat penguatan dari umpan balik sebesar:
AB ≡ Xo / Xs ≡
BA
A
1+
D (desensitifitas) atau perbedaan balik antara penguat dengan umpan balik didefinisikan:
D = 1+ AB (5) Impedansi dari penguat umpan balik dapat dicari menggunakan:
ZiB = Zi × (1 + BA) = Zi ×D (6)
ZoB =
BA
Zo
1+
dimana:
ZiB = Impedansi masukan umpan balik.
ZoB = Impedansi keluaran umpan balik.
Untuk menghitung penguatan umpan baliknya digunakan rumus:
N = 20 log
A
AB = 20 log
1+ AB
1
Jika│AB│<│A│, maka umpan-balik dikatakan negatif, atau degeneratif. Jika │AB│> │A│, maka umpanbalik dikatakan positif, atau regeneratif. Pada umpan balik negatif, sinyal yang dihasilkan mengalami perbedaan sudut fasa dengan sinyal masukannya. Pada umpan balik positif, sinyal output sefasa dengan sinyal inputnya. Berdasarkan konfigurasi penguat dengan umpan baliknya, dikenal ada empat macam konfigurasi umpan balik: series input-series output (SISO), series-input parallel output (SIPO), parallel input-series output (PISO), dan parallel input-parallel output (PIPO). Pada umpan balik negatif, memang terjadi penurunan pada penguatan tegangannya (persamaan 4). Tetapi, karakteristik positif yang dihasilkan adalah [2]: impedansi input yang lebih tinggi (sehingga mengurangi efek pembebanan sumber sinyal), tanggapan frekuensi yang lebih baik (dengan bandwidth dikalikan penguatan total yang selalu konstan), serta penguatan yang lebih stabil (lebih kebal terhadap pengaruh perubahan eksternal). Sedangkan pada umpan balik positif, penguat akan cenderung mengalami osilasi. Itu sebabnya kebanyakan umpan balik positif digunakan sebagai osilator [2],[3]. Pada beberapa sistem, umpan balik positif ini tidak diinginkan keberadaannya. Contohnya pada sistem amplifier yang kurang dikontrol dengan baik, jika sebuah loudspeaker dipasang berhadapan langsung dengan microphone, seringkali terdengar noise dengan frekuensi tertentu.

Indar Sugiarto, Yohanes TDS, Suryadi
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kriste Petra