AudioKuliah Multimedia 2

Dyah Ruwiyanti, S.Kom

Suara(Audio)

Suara adalah :

a.fenomena fisik yang dihasilkan olehgetaran benda

b.getaran suatu benda yang berupa sinyalanalog dengan amplitudo yang berubahsecara kontinyu terhadap waktu

Suara bergerak seperti gelombang dengankecepatan 750 mph (miles per hour) padatingkat laut

Gelombang suara bervariasi dalam tingkatantekanan suara (amplitudo) dan dalam frekuensiatau pitch

Tekanan suara diukur dalam satuan desibel (db)

Akustika merupakan ilmu fisika yangmempelajari suara

Suara di alam merupakan gelombang analog

Perioda (T)

Jumlah waktu yang diperlukan untuk terjadinyasuatu getaran atau gelombang.

Frekuensi (f)

Jumlah gelombang yang terjadi setiap detik satuan m/dt (Hz)

Suara yang dapat di dengar oleh telingamanusia berkisar antara 20 Hz- 20.000 KHz(1Hz= 0,001 KHz)

Ada dua macam suara yang seringdigunakan pada komputer, yaitu :

1.Audio digital2.MIDI

Audio Digital

Audio digital merupakan versi digital dari suaraanalog.

Pengubahan suara analog menjadi digitalmembutuhkan alat yang disebut Analog toDigital Converter (ADC)

ADC akan mengubah amplitudo sebuahgelombang analog ke dalam waktu interval(sample) sehingga merepresentasikan digitalsuara

Semakin tinggi kualitas suara, semakin besarpula file yang dihasilkan. Resolusi audio (8 bitatau 16 bit) menentukan akurasi pendigitalansuara. Penggunaan bit yang lebih besar untukukuran sample akan menghasilkan hasil rekamanyang menyerupai versi asli

Cara menghitung ukuran file audio digital sbb:

Mono : samplingRate * durasi(in second) *bitResolution/8 * 1

Stereo : samplingRate * durasi (in second) *bitResolution / 8

1. Sebuah rekaman audio dengan durasi 10detik pada 22.05 kHz dengan resolusi 8 bitakan mempunyai ukuran file :

22050 *10 *8/8 *1 = 220.500 byte

2. Sebuah rekaman audio dengan durasi 10detik pada 44.1 kHz dengan resolusi 16 bitdan stereo menjadi :

44100 * 10 * 16/8 *2 =1.764.000 byte

Bagaimana Sampling dilakukan??

Ketika melakukan sampling gelombang dengan ADC, kita

mempunyai kendali terhadap dua variabel, yaitu :

1. Sampling rate

Mengendalikan berapa banyak sampel yang akan diambil

per detiknya

Contoh : jika kualitas CD Audio dikatakan memiliki

frekuensi sebesar 44100Hz, berarti jumlah sample

sebesar 44100 per detik.

2. Sampling precision

Mengendalikan berapa banyak gradasi (tingkat kuantasi)

yang dimungkinkan ketika mengambil sampel

DIGITAL TO ANALOG CONVERTER (DAC)

Adalah proses mengubah digital audio menjadi sinyal analog.

DAC biasanya hanya menerima sinyal digital Pulse Code

Modulation (PCM).

PCM adalah representasi digital dari sinyal analog, dimana

gelombang disample secara beraturan berdasarkan interval

waktu tertentu, yang kemudian akan diubah ke biner. Proses

pengubahan ke biner disebut Quantisasi.

PCM ditemukan oleh insinyur dari Inggris, bernama Alec

Revees pada tahun 1937.

Contoh DAC adalah: soundcard, CDPlayer, IPod, mp3player

Codec

Istilah codec audio mempunyai dua arti, walaupun keduanyamerujuk pada encode (mengkodekan) dan decode (menguraikankode).

Codec coder decoder

Pada perangkat lunak, codec adalah program komputer yangmemampatkan data digital audio sesuai dengan format file audioyang diberikan atau format audio streaming.

Tujuan dari audio codec adalah untuk merepresentasikan sinyalaudio berketepatan tinggi (High fidelity) dengan jumlah bityang minimal dan tetap mempertahankan kualitas.

Memperkecil penyimpanan dan kebutuhan bandwith untuk fileaudio.

QuickTime , XMMS, WinAmp, dan Windows Media Player

Pada perangkat keras, istilah codec audiomerujuk pada perangkat tunggal yangmengkodekan audio analog menjadidigital dan sebaliknya.

Perangkat keras yang dimaksud,diantaranya adalah kartu suara (soundcard) yang mendukung audio in dan out

Kompresi Audio / Video

Kompresi audio/video adalah salah satu bentuk

kompresi data yang bertujuan untuk mengecilkan

ukuran file audio/video dengan metode

Kompresi dilakukan pada saat pembuatan file

audio/video dan pada saat distribusi file

audio/video tersebut

Kendala pada kompresi audio:

Perkembangan sound recording yang cepat dan

beranekaragam

Kebutuhan sample audio berubah dengan cepat

Kompresi Audio

Losless audio codecFormat file audio yang sudah dimampatkan dengankualitas yang tidak berkurang.

Losless compression tidak memperhatikan masalahdalam kualitas suara, penggunaannya dapatdifokuskan pada:

Kecepatan kompresi dan dekompresi

Faktor kompresi

Dukungan hardware dan software

Contoh : .flac, Audio (.ape) dari Monkey, WavPack(.wv), Shorten, lossless Audio Compressor (.tak )dari Tom, Apple Lossless, dan Windows MediaAudio Lossless (WMA Lossless)

Kompresi Audio / Video

Lossy audio codec

Format file audio yang sudah dimampatkan dengankualitas yang berkurang

penggunaannya difokuskan pada:

Kualitas audio yang dihasilkan

Faktor kompresi

Kecepatan kompresi dan dekompresi

Inherent latency of algorithm (penting bagi real-time streaming)

Dukungan hardware dan software

Contoh : .mp3, vorbis,Musepack, ATRAC(Adaptive Transform

Acoustic Coding),lossy Windows Media Audio (.wma) dan .aac

(Advanced Audio Coding)

Metode Kompresi Audio

Metode Transformasi (Transform domain)

Menggunakan algoritma seperti MDCT(Modified Discreate Cosine Transform) untukmengkonversikan gelombang bunyi ke dalamsinyal digital agar tetap dapat didengar olehmanusia (20 Hz s/d 20kHz) , yaitu menjadifrekuensi 2 s/d 4kHz dan 96 dB.

Metode Kompresi Audio

Metode Waktu (Time domain)

Menggunakan LPC (Linier Predictive Coding)yaitu digunakan untuk speech (pidato),dimana LPC akan menyesuaikan sinyal datapada suara manusia, kemudianmengirimkannya ke pendengar. Jadi sepertilayaknya komputer yang berbicara denganbahasa manusia dengan kecepatan 2,4 kbps

MPEG(Moving Picture Expert Group)

MPEG-1 menggunakan bandwidth 1,5Mbits/sec untuk audio dan video, dimana1,2 Mbits/sec digunakan untuk videosedangkan 0,3 Mbits/sec digunakan untukaudio.

Nilai 0,3 Mbits/sec ini lebih kecildibandingkan dengan bandwidth yangdibutuhkan oleh CD Audio yang tidakterkompres sebesar 44100 samples/sec x16 bits/sample * 2 channel > 1,4 Mbits/secyang hanya terdiri dari suara saja.

MPEG(Moving Picture Expert Group)

Untuk ratio kompresi 6:1 untuk 16 bit stereodengan frekuensi 48kHz dan bitrate 256 kbps CBR(Constant Bitrate) akan menghasilkan ukuran fileterkompresi kira-kira 12.763 KB, sedangkanukuran file tidak terkompresinya adalah 75.576 KB

MPEG-1 audio mendukung frekuensi dari 8kHz,11kHz, 12kHz, 16kHz, 22kHz, 24 kHz, 32 kHz,44kHz, dan 48 kHz. Juga mampu bekerja padamode mono (single audio channel), dual audiochannel, stereo, dan joint-stereo

Algoritma MPEG Audio

Menggunakan filter untuk membagi sinyal audio: misalnya pada 48 kHz, suara dibagi menjadi 32 subband frekuensi.

Memberikan pembatas pada masing-masing frekuensi yang telah dibagi-bagi, jika tidak akan terjadi intermodulasi (tabrakan frekuensi)

Algoritma MPEG Audio

Jika sinyal suara terlalu rendah, maka tidakdilakukan encode pada sinyal suara tersebut

Diberikan bit parity yang digunakan untukmengecek apakah data tersebut rusak atautidak (yang mungkin disebabkan olehgangguan / noise), apabila rusak, maka bittersebut akan digantikan bit yang jenisnyasama dengan bit terdekatnya.

Kompresi Audio MP3

Asal-usul MP3 dimulai dari penelitian IIS-FHG (Institut Integriette Schaltungen-Fraunhofer Gesellschaft), sebuah lembagapenelitian terapan di Munich, Jerman dalampenelitian coding audio perceptual.

Penelitian tersebut menghasilkan suatualgoritma yang menjadi standard sebagaiISO-MPEG Audio Layer-3 (MP3)

Kompresi Audio MP3

Teknik Kompresi MP3

Beberapa karakteristik dari MP3memanfaatkan kelemahan pendengaranmanusia.

Model psikoakustik

Model psikoakustik adalah model yangmenggambarkan karakteristik pendengaranmanusia.

Salah satu karakteristik pendengaranmanusia adalah memiliki batas frekuensi 20Hz s/d 20 kHz, dimana suara yang memilikifrekuensi yang berada di bawah ambangbatas ini tidak dapat didengar oleh manusia,sehingga suara seperti itu tidak perludikodekan.

Teknik Kompresi MP3

Auditory masking

Manusia tidak mampu mendengarkan suara padafrekuensi tertentu dengan amplitudo tertentu jikapada frekuensi di dekatnya terdapat suara denganamplitudo yang jauh lebih tinggi.

Critical band

Critical band merupakan daerah frekuensi tertentudimana pendengaran manusia lebih peka padafrekuensi-frekuensi rendah, sehingga alokasi bitdan alokasi sub-band pada filter critical band lebih

banyak dibandingkan frekuensi lebih tinggi.

Teknik Kompresi MP3

Joint stereo

Terkadang dual channel stereomengirimkan informasi yang sama. Denganmenggunakan joint stereo, informasi yangsama ini cukup ditempatkan dalam salahsatu channel saja dan ditambah denganinformasi tertentu. Dengan teknik inibitrate dapat diperkecil.

Encoder / Decoder MP3

Ukuran file terkompresi harus sekecil mungkin

Kualitas suara file yang telah terkompresiharuslah sedekat mungkin dengan file asli yangbelum dikompresi

Tingkat kesulitan rendah, sehingga dapatdirealisasikan dengan aplikasi yang mudahdibuat dan perangkat keras yang sederhanadengan konsumsi daya yang rendah

MIDI

MIDI adalah singkatan dari Musical Instrument DigitalInterface. MIDI merupakan standar perangkat keras danperangkat lunak internasional untuk bertukar data ( misal,kode musik dan MIDI Event)

MIDI sebenarnya merupakan sekumpulan instruksidan bukanlah versi digital dari perekamansuara.

Roos (2009) memberikan pendapat bahwa MIDIbukanlah sebuah musik, tidak berisi suaraaktual/nyata, dan bukanlah format file musikdigital, seperti MP3 atau wav

Interface MIDI terdiri dari dua komponen:

o Perangkat Keras

Hardware yang terhubung ke peralatan (alatinstrumen/komputer)

o Data Format

Pengkodean informasi:

o Spesifikasi instrumen

o Awal/akhir nada

o Frekuensi

o Volume suara

o AAC [.m4a]

o WAVEFORM AUDIO [.wav]

o AUDIO INTERCHANGE FILE FORMAT [.AIF]

o AUDIO CD [.cda]

o Mpeg Audio Layer 3 [.mp3]

FORMAT AUDIO

AAC (Advanced Audio Coding) [ .m4a ]

- AAC bersifat lossy compression - AAC merupakan audio codec yang menyempurnakan MP3

- Cara Kerja :

1.Bagian-bagian sinyal yang tidak relevan dibuang.

2. Menghilangkan bagian-bagian sinyal yang redundan.

3. Dilakukan proses MDCT (Modified Discret Cosine Transform) berdasarkan tingkat kekompleksitasansinyal.

4. Adanya penambahan Internal Error Correction.

5. Kemudian, sinyal disimpan atau dipancarkan.

Kelebihan AAC dari MP3:

1.Sample ratenya antara 8 Hz 96 kHz.

2.Memiliki 48 channel.

3.Suara lebih bagus untuk kualitas bit yang rendah

(dibawah 16 Hz).

- Software pendukung AAC : IPod dan Itunes,

Winamp.

- Handphone : Nokia N91, Sony Ericsson W800,

dan Motorola ROKR E1.

- Hardware: Play Station Portable (PSP)

- WAV adalah format audio standar Microsoft dan IBM untuk PC.- WAV biasanya menggunakan coding PCM (Pulse Code Modulation)- WAV adalah data tidak terkompres sehinggaseluruh sampel audio disimpan semuanya diharddisk.- Software yang dapat menciptakan WAV dari Analog Sound misalnya Windows Sound Recorder.- WAV jarang sekali digunakan di internet karenaukurannya yang relatif besar.- Maksimal ukuran file WAV adalah 2GB.

WAVEFORM AUDIO [ .WAV ]

Audio Interchange File Format [.AIF]

- Merupakan format standar Macintosh.- Software pendukung: Apple QuickTime

Audio CD [.cda]

- Format untuk mendengarkan CD Audio

- CD Audio stereo berkualitas sama dengan PCM/WAV

yang memiliki sampling rate 44100 Hz, 2 Channel

(stereo) pada 16 bit.

- Durasi = 75 menit dan dynamic range = 95 dB.

Mpeg Audio Layer 3 [.mp3]

-Merupakan file dengan lossy compression.

-Sering digunakan di internet karena ukurannya yang cukup

kecil dibandingkan ukuran audio file yang tidak

terkompresi.

-Distandarisasi pada tahun 1991.

- Kompresi dilakukan dengan menghilangkan bagian- bagian

bunyi yang kurang berguna bagi pendengaran manusia.

- Kompresi mp3 dengan kualitas 128 bits 44000 Hz

biasanya akan menghasilkan file berukuran 3-4 MB, tetapi

unsur panjang pendeknya lagu juga akan berpengaruh.

-Software pemutar file mp3 : Winamp.

-Software encoder : LAME (Lame aint MP3 Encoder),

sebuah encoder mp3 open source dan freeware yang dibuat

oleh Mike Cheng pada awal tahun 1998.

- Macam-macam bit rate: 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112,

128, 160,192, 224, 256 and 320 kbit/s