RANCANG BANGUN SISTEM INSTRUMENTASI …digilib.unila.ac.id/25546/3/SKRIPSI TANPA BAB...

RANCANG BANGUN SISTEM INSTRUMENTASI

SEBAGAI ANALISIS DAN IDENTIFIKASI DINI PENYAKIT

PNEUMONIA PADA SAPI

(Skripsi)

Oleh

Trunggana Abdul Wahidin

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

2017

i

ABSTRAK

RANCANG BANGUN SISTEM INTRUMENTASI SEBAGAI ANALISIS

DAN IDENTIFIKASI DINI PENYAKIT PNEUMONIA PADA SAPI

Oleh


Telah direalisasikan sistem instrumentasi sebagai analisis dan identifikasi dini

penyakit pneumonia pada sapi. Pengujian sistem deteksi suara dan pengkondisi

sinyal memberikan hasil penguatan total sebesar 1053 kali dengan range frekuensi

100 Hz hingga 1000 Hz. Poses analisis sinyal rekam suara paru-paru sapi

dilakukan dengan bantuan software Matlab R2013a untuk membangun filter

digital dan pengolahan sinyal berupa spektrogram, fast fourier transform serta

perancangan sistem respiratory rate. Filter digital menggunakan wavelet symlet

pada level aproksimasi 2 mampu menekan noise dengan SNR diatas 15 dB.

Pengamatan pernafasan sapi dengan metode skor memberikan 5 sampel sapi

dengan keadaan sakit dan 9 sampel sapi dengan keadaan sehat. Analisis

spektrogram, FFT dan respiratory rate pada 5 sampel sapi abnormal dan pada 2

sampel sapi normal memberikan hasil kuat intensitas suara paru-paru lebih tinggi

(magnitudo : 971.55 – 1264.03), laju pernafasan yang lebih cepat (51 – 84

kali/mnt), dan memvisualkan pola pernafasan lebih banyak juga mendeteksi suara

gangguan seperti batuk dan crackles.

Kata Kunci: Pneumonia, Sallen-key, Spectogram, Stetoskop Elektronik

ii

ABSTRACT

DESIGN OF INSTRUMENTATION SYSTEM TO ANALYZE AND

EARLY IDENTIFICATION OF PNEUMONIA DISEASE IN CATTLE.

By


It has been realized the instrumentation system to analyze and early

identification of pneumonia disease in cattle. Hardware testing of lung sound

detection and signal conditioning system given a results of gain total is 1053

times with frequency range is 100 Hz to 1000 Hz. Analyzer of lung record

signal build by Matlab R2013a for digital filtering system and digital signal

processing such as spectrogram, fast fourier transform and respiratory rate

system. Digital filtering system used wavelet symlet at level 2 aproctimation

can reduce the noise with SNR value more than 15 dB. Resiratory disease score

give 5 cattle with abnormal condition and 9 cattle with normal condition.

Analize of spectrogram, FFT and respiratory rate from 5 samples of abnormal

cattle and 2 samples of normal cattle give result lung sound intensity was

louder (magnitude: 971.55-1264.03), respiration rate was more fast (51-83

times/mnt), and visualize more respiration pattern whit detection disorder

sound like cough and crackles.

Keywords. Pneumonia, Sallen-key, Spectrogram, Electronic Stethiscope

iii

RANCANG BANGUN SISTEM INSTRUMENTASI SEBAGAI ANALISIS

DAN IDENTIFIKASI DINI PENYAKIT PNEUMONIA PADA SAPI

Oleh


Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA SAINS

Pada

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2017

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama lengkap Trunggana Abdul Wahidin

dilahirkan pada tanggal 01 Oktober 1993 dilahirkan di

Plaju Kota Palembang dan merupakan anak pertama dari

tiga bersaudara pasangan dari Bapak Rosmadi dan Ibu

Masyati.

Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD N 1 Sukapura Lampung

Barat pada tahun 2005, Sekolah Menengah Pertama di SMP N 12 Bandar

Lampung pada tahun 2008, Sekolah Menengah Atas di SMA N 12 Bandar

Lampung pada tahun 2011. Penulis terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan Fisika

FMIPA Universitas Lampung melalui SNMPTN tahun 2011. Selama menempuh

pendidikan, Penulis tergabung dalam Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI)

sebagai anggota SAINTEK periode 2011-2012 dan periode 2012-2013, dan Ketua

divisi komputasi Physics Instrument Club (PIC) Jurusan Fisika FMIPA Unila

periode 2014-2015. Dalam bidang akademik penulis pernah menjadi Koordinator

Asisten Praktikum Elektronika Dasar I dan II, Sensor dan Pengkondisi Sinyal,

Teknik Antarmuka, Mikrokontroler, Pemrograman Komputer, Pengolahan Sinyal

Digital, Eksperimen Fisika, Pemrograman Berbasis Objek, Optika, dan Sistem

viii

Akuisisi Data. Tahun 2012 penulis mengikuti lomba OSN-PTI yang diadakan

oleh PT.Pertamina dalam bidang riset dan lolos hingga 10 besar tingkat regional

Sumatera bagian selatan. Tahun 2014 penulis mendapatkan hibah penelitian

dalam Program Kreatifitas Mahasiswa Penelitian (PKM) yang diselenggarakan

oleh DIKTI dengan judul “Optimasi dan Simulasi Durasi Lampu Lalulintas

Berdasarkan Lebar Jalan, Jumlah Kendaraan dan Panjang Kemacetan Studi

Kasus: Penempatan Lampu Lalulintas di Jalan Sultan Agung Way Halim Bandar

Lampung”.

Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Pembangkit Listrik

Tenaga Panas Bumi PT. PLN (Persero) Ulu Belu Lampung dengan judul “Sistem

Pengendalian Level Air Hasil Pengkondensasian Gas Buang Turbin (Exhaust

Steam) pada Kondensor Tipe Direct Contact”.

ix

Bismillahirohmanirrohim

Dengan Rasa Sukur kepada ALLAH SWT, Ku Persembahkan

Karya Ini kepada :

Kedua orang tua tercinta, Bapak Rosmadi dan Ibu Masyati

(Terima kasih atas semua DO’A dan pengorbanan yang telah

diberikan saya menyadari bahwa tak ada suatupun yang

dapat membahagiakan kedua orang tua kecuali melihat

anaknya menjadi anak yang berguna)

Bapak-Ibu guru serta bapak-Ibu dosen

Terimakasih atas segala ilmu pengetahuan yang telah

diberikan dan motivasi semoga menjadi bekal untuk

keberhasilanku

Adikku Aulian Nabilah R. dan Yasmin Shafa I.R.

Terimaksih atas segala semangat, dukungan dan keceriaan

kalian.

Serta Almamater Tercinta

“UNIVERSITAS LAMPUNG”

x

MOTTO

“Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Maka apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan) tetaplah berkerja keras

(untuk urusan yang lain), dan hanya kepada Tuhanmulah engkau berharap”

(QS. Al-Insyiroh : 6-8)

“Sebaik-baik manusia adalah yang bermanfaat bagi orang lain”

“Bila Kau tak tahan lelahnya belajar, Maka Kau harus menahan

perihnya kebodohan”

xi

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi ALLAH SWT karena atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “ Rancang Bangun

Sistem Instrumentasi Sebagai Analisis dan Identifikasi Dini Penyakit

Pneumoia pada Sapi ” yang merupakan syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Sains (S.Si) pada bidang Instrumentasi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

Skripsi ini merupakan karya bagi penulis yang dipersembahkan kepada almamater

tercinta. Skripsi ini menjelaskan tentang perancangan perangkat deteksi dan

pengolahan sinyal suara paru-paru sapi secara komputerisasi. Analisis digital

menghasilkan nilai magnitudo, frekuensi dominan dan kecepatan nafas yang

digunakan untuk membedakan keadaan paru-paru pada beberapa sapi yang diteliti.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangannya,oleh karena itu

penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menuju hasil yang

lebih baik.

Bandar Lampung, 2017

Trunggana Abdul W.

xii

SANWACANA

Puji syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas kuasa-Nya

penulis masih diberikan kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada

pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini,

terutama kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A., sebagai pembimbing I sekaligus

Pembimbing Akademik (PA) yang telah memberikan motivasi, bimbingan

serta nasihat sejak awal perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir.

2. Bapak, drh. Madi Hartono, M.P., sebagai pembimbing II yang senantiasa

memberikan masukan-masukan serta nasihat untuk menyelesaikan tugas

akhir.

3. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T., sebagai penguji yang telah

mengoreksi kekurangan, memberi kritik dan saran selama penulisan skripsi.

4. Bapak Arif Surtono, M.Si., M.Eng., selaku ketua Jurusan Fisika Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

5. Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A., selaku Dekan Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

6. Ayahanda Bapak Rosmadi dan Ibunda Ibu Masyati serta adik-adik yang telah

memberikan do’a, dukungan, dan kasih sayangnya sehingga penulis dapat

xiii

kuat dan tegar untuk menjalani kehidupan dan menyelesaikan penelitian serta

skripsi ini.

7. Teman–teman Fisika seperjuangan Had, Li, Do, Dan, Rin, Sa, Nai, Sun, Des,

Na, Dri, Fi, Jon, Ji, Her, Wan, Rat, Nin, Cep, Bar, Jal, Sin, Pou, Jov, Mel,

Kus, Yib, dan Fer yang terus berjuang memberikan semangat dan bantuan.

8. Sahabat – sahabat yang selalu bersamaku Icha, Ginta, Rivka, Asa, Agung,

Irvan, Desga, Agus, Ayu, Mimi, Winda, Beli, Ferga, Angga dan Gara.

Bandar Lampung, 12 Januari 2017

Penulis


xiv

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ...................................................................................................... i

ABSTRACT .................................................................................................... ii

COVER DALAM ........................................................................................... iii

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iv

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ v

PERNYATAAN .............................................................................................. vi

RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ vii

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................... ix

MOTTO ......................................................................................................... x

KATA PENGANTAR .................................................................................... xi

SANWACANA ............................................................................................... xii

DAFTAR ISI .................................................................................................. xiv

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xix

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ........................................................................................... 1

B. Rumusan Masalah ...................................................................................... 4

C. Batasan Masalah ........................................................................................ 5

D. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 6

E. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 6

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Terkait ....................................................................................... 7

B. TeoriDasar................................................................................................ 12

1. Paru-Paru Sapi ................................................................................... 12

2. Mekanisme Pernafasan ...................................................................... 13

3. Penyakit Radang Paru-Paru Sapi ....................................................... 16

4. Bunyi Pernafasan ............................................................................... 24

5. Auskultasi Paru-Paru ......................................................................... 25

xv

6. Tranduser Stetoskop........................................................................... 28

7. Tranduser Mikrofon ........................................................................... 29

8. Akuisisi Data dengan Soundcard ....................................................... 33

9. Transformasi Fourier ......................................................................... 35

10. Short-Tiime Fourier Transform (STFT) dan Spektrogram ................ 37

11. Transformasi Wavelet ........................................................................ 38

12. Matrix Labolatory (MATLAB) ......................................................... 41

III. METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................. 44

B. Alat dan Bahan ......................................................................................... 44

C. Prosedur Penelitian .................................................................................. 45

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Karakteristik Perangkat Keras .................................................................... 62

1. Karakteristik Tranduser Mikrofon dan Rangkaian Penguat Awal ........ 63

2. Karakteristik Rangkaian Filter Tipe Sallen-key ..................................... 67

3. Penguat Akhir dan Total Penguat Sistem .............................................. 73

B. Perancangan Perangkat Lunak dengan MATLAB ..................................... 76

1. Pengolahan Sinyal Suara dengan Spektrogram dan FFT ...................... 77

2. Pengujian Filter Wavelet Pada Sinyal Buatan ....................................... 81

3. Pengujian Filter Wavelet Pada Hasil Rekaman Suara Paru-Paru Sapi .. 86

4. Pengujian Program Respiratory Rate .................................................... 87

C. Data Pengamatan Sampel ........................................................................... 90

D. Pengolahan Sinyal Digital dan Analisis Data Hasil Penelitian .................. 92

1. Analisa Hasil Data Rekam Paru-Paru Sapi Pneumonia ....................... 94

2. Analisa Hasil Data Rekam Paru-Paru Sapi Normal ........................... 100

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan............................................................................................... 114

B. Saran ......................................................................................................... 115

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xvi

DAFTAR GAMBAR

halamanGambar

2.1. Anatomi Paru Sapi ...................................................................................13

2.2. Pergerakan Oksigen dan Karbon-dioksida di Jaringan Alveoli dan

Darah .......................................................................................................14

2.3. Multifaktorial Penyebab Pneumonia Pada Sapi.......................................16

2.4. Paru-Paru Sapi Normal ............................................................................20

2.5. Paru-Paru Sapi Terjangkit Pneumonia.....................................................21

2.6. Kriteria Penilaian Kesehatan Pernafasan Sapi .........................................22

2.7. Pembagian Bunyi Pernafasan...................................................................25

2.8. Daerah Auskultasi Paru-Paru Sapi ...........................................................26

2.9. Bagian-bagian Stetoskop..........................................................................28

2.10. Kapasitor Plat Sejajar.............................................................................30

2.11. Bagian-bagian Mikrofon Kondensor .....................................................32

2.12. Prinsip Kerja Mikrofon Kondenser........................................................33

2.13. Blok Diagram Prinsip Dasar Sound Card ..............................................34

2.14. Proses Metode Akuisisi Sinyal Spektrogram.........................................37

2.15. Proses Tapisan Satu Tingkat ..................................................................40

2.16. Pohon Dekomposisi (Setengah) Wavelet...............................................41

3.1. Diagram Alir Penelitian ...........................................................................46

3.2. Sketsa Rancangan ....................................................................................47

xvii

3.3. Kontruksi Pemasangan Tranduser Mikrofon ...........................................49

3.4. Rangkaian Penguat Awal Mikrofon........................................................50

3.5. Rangkaian Filter Penelitian.....................................................................52

3.6. Skema Rangkaian Integrasi LM386........................................................56

3.7. Rangkaian Penguat Akhir LM386 dengan 200 Kali Penguatan .............57

3.8. Blok Diagram Sistem Pengolahan Sinyal ...............................................58

4.1. Realisasi Perangkat Keras Penelitian......................................................62

4.2. Rangkaian Band-Pass Filter dengan Penguat Op-Amp ..........................67

4.3. Karakteristik Tegangan Keluaran Rangkaian Filter.................................70

4.4. Grafik Hubungan Frekuensi dan Penguatan (dB) ....................................72

4.5 Skema Rangkaian Integrasi LM386.......................................................73

4.6. Stabilitas Penguat Daya LM386 .............................................................75

4.7. Tampilan Interface Pengolahan Sinyal Data............................................77

4.8. Pengujian Fast Fourier Transform (FFT) dan Spektrogram

Menggunakan Sinyal Buatan, (a) Spektrogram, (b) FFT, (c) Sinyal

Buatan.......................................................................................................80

4.9. Bentuk Sinyal Buatan Asli dan Bernoise .................................................83

4.10. Hasil Komponen Aproosimasi (A) dan Detil (D) Wavelet pada Sinyal

Buatan dan Noise Random ....................................................................84

4.11. (a) Sinyal Buatan, (b) Sinyal Buatan dengan Noise Random, (c) Sinyal

Noise, (d) Sinyal Hasil Filter Wavelet...................................................85

4.12. Hasil Spektrogram dan FFT Sinyal Buatan, Sinyal Buatan dengan

Noise, dan Sinyal Hasil Filter Wavelet ...................................................85

4.13. Hasil Filer Wavelet Sinyal Rekam Suara Paru-Paru Sampel Sapi ........86

xviii

4.14. Hasil Spektrogram dan FFT SInyal Rekam Suara Paru-Paru Sapi........87

4.15. Hasil Pengolahan Program Reaspiratory Rate Terhadap Sinyal Rekam

Suara Paru-Paru Sapi...............................................................................89

4.16. Pengamatan Attitude Kondisi Postur Tubuh Sapi; (a) Kondisi Sapi

Normal, (b) Kondisi Sapi Abnormal.......................................................91

4.17. Pengambilan Rekan Suara Paru-Paru Daerah Apikal ............................93

4.18. Spektrogram dan FFT Data, (a) Data Rekam Sampel Sapi Sakit T1, (b)

Data Rekam Sampel Sapi Sakit U2.........................................................96

4.19. Spektrogram dan FFT Sinyal, (a) Data Rekam Sampel Sapi Sakit U3,

(b) Data Rekam Sampel Sapi Sakit U4, (c) Data Rekam Sampel Sapi

Sakit U5...................................................................................................99

4.20. Spektrogram dan FFT Data, (a) Data rekam sampel sapi normal S1, (b)

Data rekam sampel sapi normal S2, (c) Data rekam sampel sapi normal

T2, (d) Data rekam sampel sapi normal T3, (e) Data rekam sampel sapi

T4, (f) Data rekam sampel sapi U6, (g) Data rekam sampel sapi S3....103

4.21. Spektrogram dan FFT Sinyal Suara Paru-Paru Sampel S4, (a) Data

rekam ke-1, (b) Data rekam Ke-2, (c) Data rekam Ke-3, (d) Data rekam

Ke-4.......................................................................................................107

4.22. Spektrogram dan FFT Sinyal Suara Paru-Paru Sampel U1, (a) Data

rekam ke-1, (b) Data rekam Ke-2, (c) Data rekam Ke-3 ......................109

xix

DAFTAR TABEL

HalamanTabel

3.1. Karakteristik Penguat Mikrofon .................................................................59

3.2 Pengujian Filter Aktif OP-27 .....................................................................60

3.3. Pengujian Rangkaian Penguat Daya LM386..............................................60

3.4. Data Hasil Pengamatan Kondisi Sampel....................................................61

3.5 Data Hasil Penelitian ...................................................................................61

4.1. Karakteristik Penguat Mikrofon.................................................................66

4.2. Karakterisitik Rangkaian Band-Pass Filter Tipe Sallen-key ......................69

4.3. Penguat Akhir.............................................................................................75

4.4. Data Hasil Pengamatan Kondisi Sampel....................................................90

4.5. Data Hasil Olah Digital Suara Rekam Paru-Paru Sapi Sakit .....................94

4.6. Data Hasil Olah Digital Suara Rekam Paru-Paru Sapi Normal .................94

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Penyakit radang paru-paru atau pneumonia pada sapi merupakan salah satu

penyakit yang apabila terlambat dalam penanganannya, radang akan semakin

memburuk dan berangsur akut maupun kronis. Peradangan paru-paru dalam

kondisi ini akan sulit disembuhan, sapi akan kehilangan nafsu makan, kurus serta

berakhir dengan kematian (Yuriadi dan Tjahajati, 2002).

DeDonder (2008) menyatakan bahwa penyakit pernafasan diantaranya

pneumonia, merupakan penyakit mematikan nomor satu yang menyerang

peternakan sapi potong diberbagai negara, diikuti penyebab lainnya yaitu karena

penyakit pencernaan.

Sampai saat ini penelitian kasus pneumonia pada sapi di Indonesia masih

berusaha dalam mengidentifikasi jenis patogen penyebab, melakukan uji

sensitivitas agen penyebab pneumonia terhadap antibiotik yang diberikan dan

pengamatan patologi organ paru-paru sapi yang mengalami pneumonia.

Pemberian antibiotik sangat disarankan dalam menangani kasus pneumonia

namun tak sering dilakukan pada sapi dalam keadaan peradangan yang telah

memburuk sehingga pemberian antibiotik akan percuma. Para peternak terbiasa

mengidentifikasi sapi yang sakit pneumonia melalui suhu tubuh, postur dan tanda

2

visual seperti leleran hidung berlebih, depresi pada wajah dan batuk-batuk.

Kombinasi beberapa tanda-tanda yang lebih jelas dari penyakit dapat digunakan

untuk mengidentifikasi sapi yang sakit. Penggunaan sistem penilaian yang

sederhana diusulkan Perino dan Apley (1998) untuk mengidentifikasi ternak sakit

yang meliputi: skor 0 - hewan normal, skor 1 - terlihat tampak depresi tanpa

tanda-tanda kelelahan, skor 2 - ditandai depresi dengan tanda-tanda kelelahan

sedang (moderate) tanpa adanya perubahan gerak jalan, skor 3 - depresi parah

(severe) dengan tanda-tanda kelelahan, dan secara signifikan mengubah gaya

berjalan, dan skor 4 - hampir mati dan tidak dapat bangkit. Poulsen dan McGuirk

(2009) juga merancang sistem penilaian untuk penyakit pernapasan untuk anak

sapi perah dengan poin keputusan, yaitu untuk memutuskan sapi akan obati atau

tidak, berdasarkan debit air hidung dan mata, suhu, dan batuk. Tidak dipungkiri

seseorang harus memiliki kemampuan memprediksi gejala-gejala dan prilaku

tersebut dan tanda-tanda tersebut akan terjadi pada keadaan peradangan telah

berangsur memburuk sehingga pada keadaan ini kondisi akan sulit disembuhkan.

Deteksi dini atau mendiagnosa gejala pneumonia tepat waktu merupakan kunci

penting dalam keberhasilan pengobatan. Dalam bukunya, Blood dkk (1989)

menyatakan bahwa respirasi cepat dan dangkal merupakan gejala utama dari

pneumonia stadium awal. Diperkuat oleh Subronto (1994) yang menyatakan

gejala klinis pneumonia sangat bervariasi, dari ringan sampai paling berat.

Stadium awal radang terdengar suara abnormal pada pemeriksaan auskultasi

berupa dispnea, hiperemia pulmonum diikuti sesak nafas dan pernafasan frekuensi

tipe abdominal disertai kenaikan suhu tubuh. Pemeriksaan auskultasi disebut-

3

sebut sebagai metode non-invasif yang sangat dianjurkan dalam mendiagnosa

penyakit ini.

Suara paru – paru dan suara pernapasan mengandung informasi penting tentang

patologi paru-paru dan obstruksi jalannya napas (Sovijarvi dkk, 2000). Hal ini

terlihat bahwa fase inspirasi dan ekspirasi dari siklus pernafasan paru-paru

tersebut menghasilkan informasi berupa suara yang khas di tiap perubahan fungsi

dan patologis paru-paru. Metode mendengar suara respirasi atau auskultasi

digunakan sebagai bagian mendasar dari pemeriksaan klinis paru-paru.

Namun metode auskultasi konvensional menggunakan stetoskop ini memiliki

banyak keterbatasan. Dijelaskan oleh Sovijarvi dkk (2000), bahwa auskultasi

tersebut merupakan proses subjektif yang tergantung pada pendengaran,

pengalaman, dan kemampuan untuk membedakan antara pola suara yang berbeda.

Kandaswamy dkk (2003), yang menjelaskan bahwa stetoskop memiliki respon

yang melemahkan komponen frekuensi sinyal suara paru-paru di atas sekitar 120

Hz dan telinga manusia tidak terlalu sensitif terhadap frekuensi yang lebih rendah

yang tetap. Selain itu ilmu kedokteran hewan dalam mendiagnosa paru-paru,

kebisingan, otot-otot tebal yang mengelilingi dada sapi, lapisan lemak, dan

luasnya tulang rusuk selalu mempersulit penggunaan stetoskop untuk

mendapatkan suara auskultasi.

Sampai saat ini, belum ada penelitian di Indonesia yang mengembangkan

teknologi komputerisasi untuk kasus penyakit pernafasan ini khususnya pada sapi.

Meskipun teknik auskultasi telah banyak dikembangkan dengan baik untuk

pengobatan penyakit manusia, jelas ada kebutuhan lain untuk membantu proses

pengobatan dan metode pemeriksaan tepat yang dapat mendiagnosa penyakit

4

pernapasan sapi. Untuk itu, karena masalah dalam hal terkait, juga tidak adanya

data suara referensi, dan kurangnya pihak pendengar berpengalaman, industri

ternak telah lambat dalam mengembangkan proses diagnostik tepat guna.

Perlunya penelitian lebih dalam untuk kasus pneumonia pada sapi ini mendorong

kami untuk merancang suatu teknologi instrumentasi yang dapat memudahkan

peternak dalam mendiagnosa pneumonia pada sapi tepat guna dengan

memanfaatkan suara auskultasi yang dihasilkan. Di penelitian ini kami akan

merancang suatu alat stetoskop elektronik sebagai penangkap suara auskultasi

dalam bentuk sinyal digital dan sistem komputerisasi perangkat lunak suara

auskultasi yang menawarkan pendekatan sistematis dalam menganalisa perbedaan

dan karakteristik suara paru normal dan abnormal. Data hasil analisis kemudian

dijadikan sebagai referensi pendiagnosaan yang dibuat berdasarkan kriteria

objektif dan tidak hanya pada pendengaran telinga.

Penelitian ini mengumpulkan data hasil rekaman suara pernafasan paru-paru sapi

dalam keadaan normal dan radang, menyajikan skema pemrosesan sinyal sebagai

diagnosa pneumonia dan teknik pendiagnosaan meliputi pengolahan data sinyal

akustik, yaitu dengan perbandingan pola spektrogram, pengamatan nilai

magnitudo spektrum, dan pengambilan nilai frekuensi dominan yang kemudian

digunakan untuk menunjukkan kondisi pernafasan paru-paru sapi.

B. Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Bagaimana menentukan sample sapi dengan kondisi normal dan abnormal

berdasarkan sistem attitude dan respiratory score.

5

2. Bagaimana merancang suatu sistem akuisisi data untuk menganalisis suara

paru-paru sapi dengan menggunakan soundcard.

3. Bagaimana mendesain sebuah stetoskop elektronik dengan mikrofon

kondenser sebagai tranduser suara paru-paru sapi, yang semuanya terintegrasi

dengan komputer.

4. Bagaimana mendesain sebuah penguat sinyal dan filter untuk suara paru-paru

sapi.

5. Bagaimana membuat sebuah komputasi untuk analisis suara paru-paru sapi

menggunakan short-time fourier transform (STFT) atau spectrogram.

6. Bagaimana menampilkan hasil komputasi untuk menganalisis short-time

fourier transform (STFT) atau spectrogram menggunakan GUI MATLAB.

C. Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Kondisi sample sapi normal dan abnormal ditentukan berdasarkan sistem

atitude dan respiratory score secara umum dilakukan disetiap peternakan.

2. Soundcard digunakan dalam penelitian ini sebagai sistem akuisisi sinyal paru-

paru sapi yang telah dilengkapi sistem konversi analog ke digital (ADC).

3. Pengambilan data suara paru-paru dilakukan pada daerah apikal yaitu sekitar 3

inci diatas sikut kaki depan sapi.

4. Pengambilan data suara paru-paru dilakukan dikandang isolasi dengan kondisi

lingkungan jauh dari kebisingan.

5. Perangkat lunak yang digunakan yaitu MATLAB versi 7.8

6. Pembahasan tentang prinsip kerja alat adalah secara umum.

6

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Merancang sebuah alat untuk analisis kelainan suara paru-paru pada sapi yang

mengalami pneumonia untuk dapat digunakan secara mudah khususnya

dibidang kesehatan peternakan.

2. Merancang perangkat lunak melalui jalur soundcard di PC sebagai sistem

akuisisi data untuk menganalisa kelaian suara paru-paru sapi.

3. Mengembangkan teknik pengolahan sinyal digital menggunakan STFT dan

Spectrogram sebagai analisa kelainan suara paru-paru sapi.

E. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Tersedianya suatu alat instrumentasi yang dapat membantu dokter dan pihak

peternakan dalam mendeteksi penyakit pneumonia pada sapi secara dini.

2. Tersedianya suatu alat instrumentasi yang dapat mengurangi keterlambatan

waktu diagnosa pada sapi yang menderita penyakit pneumonia untuk dapat

segera diobati.

3. Kelainan suara paru-paru dapat dengan mudah diperlajari dari hasil

pengolahan sinyal menggunakan STFT atau Spectrogram.

7

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Terkait

Penelitian dalam menggunakan stetoskop elektronik untuk menganalisis dan

mengidentifikasi kelainan suara paru-paru secara komputerisasi telah banyak

dikembangkan dan diterapkan untuk keperluan dignosa. Salah satunya yang

pernah dilakukan oleh Rizal dkk (2006) yaitu perancangan stetoskop elektronik

berbasis PC beserta pengolahan sinyal suara auskultasi paru-paru manusia. Dari

beberapa penelitian yang telah dilakukan, perancangan stetoskop elektronik

sederhana pernah dilakukan oleh Rizal dkk yaitu dengan memasang tranduser

mikrofon kondenser pada tubing(selang) stetoskop dan dihubungkan langsung

pada PC melalui soundcard. Perangcangan stetoskop eketronik ini kemudian

berlanjut dengan menambahkan rangkaian pre-amp menggunakan transistor

BC547 dengan penguatan sebesar 295 kali, dan rangkaian op-amp menggunakan

IC LM324 dengan penguatan sebesar 2 kali. Selain itu perancangan juga

dilengkapi dengan rangkaian Band Pass Filter (BPF) dengan range frekuensi

20Hz hingga 2KHz. Hasil filter mampu memotong frekuensi diluar range dan

meloloskan frekuensi dalam range yang diinginkan. Penguat akhir digunakan

sebagai penguat audio untuk dapat didengarkan secara langsung melalui speaker,

rangkaian penguat akhir digunakan IC LM386 yang dirancang dengan penguatan

20 kali. Penguatan total pada rancangan ini yaitu sebesar 3000 kali atau 69,5 dB.

8

Perlu diingat bahwa perangcangan stetoskop elektronik ini dilakukan tidak untuk

dianalisa pada PC menggunakan soundcard namun untuk didengarkan secara

langsung menggunakan pengeras suara atau speaker. Hasil keluarannya sinyal

suara yang begitu besar membuat soundcard tidak dapat menganalisa secara

sempurna, mengingat range tegangan input soundcard yaitu berkisar 0 volt hingga

5 volt. Pengembangan rancangan stetoskop elektronik kembali dilakukan pada

tahun 2011, dengan hanya menggunakan rangkaian pre-amplifier berpenguatan

28,2 kali dan rangkaian BPF dengan range frekuensi 2-2500 HZ. Didapatkan

sinyal keluaran sesuai keinginan dan dapat kemudian diteruskan ke PC melalui

soundcard untuk keperluan analisis lebih lanjut.

Teknik pengolahan sinyal suara sebagai pengidentifikasian kelainan paru-paru

yang dilakukan diantaranya pemfilteran menggunakan finite impulse response

(FIR), infinite impulse response (IIR) dan filter bilateral 2D, Fast Fourier

Transform (FFT), dan metode Spektogram atau Short Time Fourier Transform

(STFT). Berdasarkan hasil yang diperoleh, menyatakan bahwa spectrogram atau

STFT lebih sering digunakan karena memberikan ekstraksi ciri sinyal lebih baik

dan mudah dalam mengidentifikasi perbedaan kelainan suara paru-paru yang

direkam.

Penelitian serupa juga dilakuakn oleh Pramitra dkk (2008) yaitu perancangan

stetoskop elektronik berbasis PC beserta pengolahan sinyal suara auskultasi paru-

paru manusia. Tranduser mikrofon condenser 3mm dipasang pada selang (tubing)

stetoskop, kemudian sinyal keluaran mikrofon condenser dilakukan penguatan

awal pada rangkaian pre-amplifier menggunakan transistor 2N2924 sebesar 10

kali. Penguatan berikutnya yaitu penguat op-amp menggunakan IC 4558 sebanyak

9

dua tahap, yaitu penguat tahap satu sebesar 47 kali dan penguatan tahap dua

sebesar 1,2 kali. Sehingga perancangan stetoskop elektronik yang dilakukan

Pramitra dkk memiliki penguatan total sebesar 56,4 kali.


yang dilakukan yaitu membagi sinyal suara hasil rekam kedalam beberapa segmen

menggunakan hamming window kemudian identifikasi dilakukan dengan

mentransformasikan sinyal menggunakan Fast Fourier Transform (FFT) dan

Estiminasi Power Spectral Density (PSD) dengan metode welch. Berdasarkan

hasil penelitiannya, menyatakan suara paru-paru normal memiliki koefisien sinyal

PSD antara 30 dB/Hz hingga 42 dB/Hz sedangkan suara paru-paru abnormal

memiliki koefisien sinyal PSD dibawah 30 dB/Hz. Namun dalam prakteknya, 1

dari 10 orang dengan keadaan paru-paru normal memiliki ciri sinyal suara paru-

paru abnormal yaitu 26,549 db/Hz. Dijelaskan bahwa hal ini dikarenakan faktor

alat yang tidak tepat peletakannya dan ketebalan kulit jelas akan membedakan

power intensitas suara yang ditansmisikan sehingga koefisien PSD kecil.

Penelitian menggunakan stetoskop elektronik juga dilakukan oleh Simanjuntak

(2010) yaitu rancang bangun sistem instrumentasi untuk identifikasi dan analisis

suara paru-paru manusia menggunakan tranduser mikrofon elektret kondenser

yang diletakkan diujung selang (tubing) stetoskop dengan mempertahankan

sambungan kedap udara agar tidak ada masukan noise dari luar. Selanjutnya

keluaran mikrofon langsung difilter pada rangkaian low pass filter orde dua yang

menggunakan IC single Op-amp LF356 yang didesain menapis frekuensi diatas

2000 Hz. Sinyal kemudian diolah dalam PC melalui soundcard.

10


dilakukan dengan mentransformasikan sinyal hasil rekaman menggunakan metode

spectrogram atau short time fourier transform (STFT) dan wavelet scalogram.

Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa metode analisis ini dapat

mempermudah dalam menganalisa dan interpretasi jenis suara paru-paru normal

maupun suara paru-paru adventtiolus, tingkat keparahan suara paru-paru

adventitiolus lebih mudah diidentifikasi melalui intensitasi grafik spectrogram dan

wavelet scalogram.

Penelitian auskultasi paru-paru juga sangat penting dan dasar dari pemeriksaan

klinis hewan ruminansia terutama hewan ternak sapi, namun sejauh mana

auskultasi dada dapat mengidentifikasi serta menganalisis hubungan suara paru-

paru terhadap patologi spesifik paru-paru belum kritis diselidiki. Penelitian saat

ini lebih kuantitatif atau dijelaskan secara kata-kata bagaimana suara yang

terdengar dari kelainan paru-paru pada hewan ruminansia. Buku referensi pada

pemeriksaan klinis kelainan pernafasan menjelaskan bahwa pada pernapasan

bawah hewan ruminansia terdengar seperti mengklik, bunyi meletus (popping)

atau gelembung suara, bunyi crackling, mengi atau wheezes dan bunyi gesekan

pleuritik (Jackson dan Cockcroft, 2002), tetapi tidak ada referensi dibuat

bagaimana suara ini terdengar melalui rekaman dan hubungan dengan patologi

kelainan yang mendasari. Dalam bukunya, Blood dkk (1989) mengatakan

respirasi cepat dan dangkal merupakan gejala utama dari pneumonia stadium

awal. Hal ini sangat sulit dibayangkan mengingat tidak adanya suara hasil

rekaman untuk dipelajari.

11

Diagnosis penyakit pernapasan akut pada ruminansia biasanya didasarkan pada

temuan umum postur tubuh, demam yang signifikan (lebih dari 40,5 C), depresi

dan toksemia (Scott, 2013), dengan temuan auskultasi dari lebih keras dari napas

yang normal terdengar karena kesulitan saluran pernapasan dan menambah usaha

dalam bernafas. Selanjutnya suara auskultasi paru-paru untuk kasus pneumonia

yang disebabkan oleh Mannhemia haemolytica dijelaskan dalam istilah umum

“keras dan suara pernafasan berkepanjangan” (Donachie, 2007). Tidak ada

korelasi antara suara paru-paru dan patologi telah dilaporkan dalam studi terbaru

dari kasus radang paru-paru hewan ruminansia (OPA), meskipun lesi OPA

memperluas melibatkan hingga 20% dari jaringan paru-paru dan dalam beberapa

kasus yang melibatkan bahkan semua lobus paru-paru (Cousens dkk, 2008).

Penelitian dalam bidang diagnosis, pengobatan dan pengendalian penyakit

pernapasan pada hewan ruminansia juga tidak membuat referensi suara untuk

temuan auskultasi (Bell, 2008). Infeksi saluran pernapasan pneumonia pada sapi

juga digambarkan dengan dispnoe atau sesak nafas, dan frekuensi pernafasan

dengan tipe abdominal (Subronto, 1993), tidak ada referensi suara temuan

auskultasi dan berapa frekuensi yang diberikan. Temuan auskultasi pada kasus

radang pernafasan (OPA) lanjut digambarkan sebagai suara bernada tinggi dan

lembab (Sharp dan De Las Herras, 2007). Suara paru yang terdengar pada infeksi

paru-paru akut, seperti pasteurellosis septikemia, dan penyakit kronis, seperti

Pneumonia Akut, dilaporkan meningkatnya intensitas suara dengan temuan

crackles dan mengi, meskipun distribusi suara tersebut tidak didefinisikan

(Bellknap, 2002).

12

B. Teori Dasar

1. Paru-Paru Sapi

Paru-paru terletak dalam rongga dada diatas diafragma. Diafragma adalah sekat

rongga badan yang membatasi rongga dada dengan rongga perut. Paru-paru

dibungkus oleh 2 buah selaput yang disebut selaput pleura Selaput pleura sebelah

luar yang berbatasan dengan dinding bagian dalam rongga dada disebut pleura

parietal, sedangkan yang membungkus paru-paru disebut pleura visceral. Diantara

kedua selaput terdapat rongga pleura yang berisi cairan pleura yang berfungsi

untuk mengatasi gesekan pada saat paru-paru mengembang dan mengempis

(Roger. 2002).

Paru-paru dapat dikatakan sangat ringan karena masa jenisnya yang rendah, yang

pada hewan dewasa lebih rendah dari air. Tiap paru merupakan struktur yang

menyerupai kerucut, dengan dasarnya yang menempel pada sisi karnial dari

diafragma, sedangkan apeksnya berada di dalam atau didekat torasik dalam. Paru-

paru akan senantiasa mengisi ruangan yang tersedia dalam rongga dada karena

sifat elastisitasnya yang berwujud seperti spons yaitu zat paru yang berisi udara,

maka paru-paru akan mengikuti ruang dada, baik pada saat rongga itu

berkontraksi karena proses ekspirasi, maupun pada waktu rongga itu membesar

karena inspirasi.

Paru-paru sapi terbagi di tiap lobusnya. Pada sapi, paru sebelah kiri terbagi

menjadi 2 lobus yaitu lobus apikal (karnial), dan lobus diafragma (kaudal). Paru

sebelah kanan terdiri dari 3 lobus yaitu lobus apikal (karnial), lobus tengah

(kardiak) dan lobus diafragma (kaudal). Berbeda dengan manusia, paru hewan

13

ruminansia memiliki lobus tambahan / aksesoris (intermedia) pada sisi lobus

kanan (Gambar 2.1).

Gambar 2.1. Anantomi paru sapi (Frandson, 1986).

Pemberian nama lobus paru didasarkan pada pembagian bronki, tidak pada

pembagian eksternal dari paru itu. Semua jenis ternak mempunyai lobus apikal

(karnial) dan lobus diafragma (kaudal) baik pada paru kanan atau kiri, dan sebuah

lobus tambahan (intermedia) pada paru sebelah kanan (Frandson, 1986).

2. Mekanisme Pernafasan

Aparatus respirasi menyajikan jalan bagi masuknya udara dari luar untuk

mencapai bagia-bagian yang paling kecil dalam paru-paru yaitu alveoli. Membran

tipis dari dinding alveolar dan kapiler memudahkan terjadinya pergerakan oksigen

kedalam darah dan pergerakan karbon dioksida ke dalam udara alveolar,

14

pertukaran ini dinamakan respirasi eksternal (terjadi didalam paru-paru).

Sedangkan respirasi internal terjadi didalam jaringan yaitu oksigen yang diikat

oleh darah berdifusi ke dalam jaringan untuk oksidasi seluler yang menghasilkan

energi dan karbon dioksida untuk kemudian karbon diokasida tersebut berdifusi

dan diikat oleh darah untuk kmudian dilepas pada respirasi ekternal di paru-paru.

Gambar 2.2. Pergerakan oksigen dan karbon dioksida di jaringan alveoli dan

darah (Hickman dkk. 2004)

Respirasi eksternal tergantung pada pergerakan udara dari paru-paru keluar atau

dari luar menuju paru-paru. Pembesaran rongga torasik mengurangi tekanan

didalam ruang pleura, sehingga menyebabkan paru membesar yang kemudian

terjadi arus udara masuk, yang dikenal sebagai inspirasi.

15

Selama respirasi yang relatif tenang, kontraksi diafragma cukup mampu

membesarkan toraks. Diafragma adalah suatu struktur berbentuk kubah, dengan

bagian yang cekung mengarah ke karnial dalam toraks. Bagian sentralnya bersifat

sangat tendinous, sedangkan bagian perifer terdiri atas otot-otot serat lintang,

seperti halnya dua serat akar yang melekat ventral pada vertebra lumbal.

Kontraksi pada bagian bawah muskular dari difragma akan mendorong isi

abdomen (organ bawah) dari arah kaudal, sehingga meningkatkan panjang toraks

dan bertambahnya volume toraks.

Otot-otot yang terentang dari rusuk yang mengarah karnial ke beberapa bagian

tubuh, seperti leher atau kaki depan, berperan sebagai otot inspirasi dengan cara

rotasi rusuk kedepan arah karnial akan meningkatkan diameter transversal di

toraks dan rotasi rusuk kearah kudal akan menurunkan diameter transversal dari

toraks kembali.

Ekspirasi adalah gerakan udara keluar dari paru-paru. Hal ini terjadi apabila

volume toraks mengecil. Pengecilan volume ini bersifat pasifkarena tendensi dari

struktur-struktur elastis untuk kembali kebentuk dan lokasi normal. Elastisitas

kartigo kostal, paru, dan dinding abdominal cenderung untuk mengembalikan

toraks ke volume yang lebih kecil. Akan tetapi, ekspirasi yang bertenaga

mmerlukan banyak usaha muskular. Otot-otot abdominal menekan visera terhadap

diafragma kearah dalam toraks seperti menarik rususk kearah kaudal (Frandson,

1986).

16

3. Penyakit Radang Paru-Paru Sapi

Pneumonia atau pneumonitis adalah suatu peradangan pada paru-paru terutama

pada bagian parenkhim paru. Kondisi ini mengakibatkan adanya gangguan fungsi

sistem pernafasan (DeDonder, 2008).

Pneumonia pada sapi sering disebut sebagai 'penyakit multifaktorial. Ini berarti

bahwa selain agen infeksi, diantaranya banyak juga faktor lingkungan dan

managemen, serta interaksi tanggung jawab peternak terhadap sapi yang

terserang wabah penyakit ini (Gambar 2.3).

Gambar 2.3. Multifaktorial penyebab pneumonia pada sapi (AHI,2012).

17

Salah satu atau kombinasi dari faktor-faktor lingkungan dan manajemen yang

diuraikan tersebut dapat membuat ternak sapi lebih rentan terhadap penyakit

pernafasan (AHI.2012).

Faktor-faktor pengelolaan peternakan dan lingkungan ternak yang sangat

berpengaruh terhadap terjadinya radang paru-paru pada suatu peternakan. Cara-

cara pemeliharaan seperti penempatan hewan yang selamanya hanya dikandang

saja, tempat yang lembab atau berdebu, ventilasi udara yang jelek, penempatan

hewan dari berbagai umur dalam satu tempat, jumlah hewan yang berlebihan

dalam satu kandang, hewan yang berdesakdesakan (over crowding), pemasukan

hewan-hewan yang tidak beraturan, merupakan faktor-faktor yang mendukung

terjadinya pneumonia (Subronto. 1993).

Selain itu, adanya radang seperti radang pada bronkhus (bronkhitis) juga dapat

bertindak sebagai penyebab pneumonia. Terlebih sebagian besar kejadian

pneumonia pada hewan asalnya bersifat bronchogenik (adanya benda-benda asing

yang masuk kedalam atau melalui bronkhus), tetapi beberapa dapat berasal dari

rute hematogenik (via darah).

Pada lingkungan yang jelek sering terjadi infeksi bakteri Pasteurela sp dan

Streptococcus sp. Pneumonia akibat infeksi bakteri ditandai dengan meningkatnya

frekuensi nafas dan pulsus, batuk, dipnoe, tipe pernapasan abdominal, suhu tubuh

meningkat atau normal, auskultasi daerah paru-paru terdengar abnormal.

Pneumonia yang disebabkan oleh bakteri pada umumnya mempunyai gejala yang

sama, hanya ada spesifisitas tertentu seperti misalnya pneumonia karena infeksi

fungi ditandai dengan batuk yang basah (Siegmund. 1986).

18

Pneumonia karena virus ditandai dengan sifat penyakit yang sangat menular,

gambaran darah menunjukkan leukopenia dan limfopenia dan tidak adanya respon

pengobatan dengan antibiotika (Blood dkk, 1979).

Menurut Subronto (1993), stadium pneumonia dibagi menjadi 5 bagian, yaitu;

a. Dengan berbagai jalan masuk agen infeksi akan mencapai jaringan paru-paru.

Apabila terjadi infeksi pada suatu fokus dalam paru-paru, sebagai reaksi

jaringan akan terjadi pembesaran pembuluh darah dan penurunan tekanan

hingga darah dapat lebih banyak berada di daerah infeksi. Proses berlangsung

dari jaringan intetstisial yang melanjut ke dalam jaringan parengkim, oleh

adanya darah yang berlebihan di tempat infeksi. Stadium awal radang dikenal

dengan nama stadium hiperemi.

b. Selanjutnya cairan darah dan radang akan merembes ke dalam sela-sela

jaringan, juga alveoli dan bronchioli, hingga bagian tersebut jadi berwarna

merah, dengan konsistensi kenyal seperti hati. Stadium demikian dinamai

stadium hepatisasi merah.

c. Setelah stadium hepatisasi merah, sel darah putih akan dimobilisasikan di

tempat radang, sedangkan sel darah merah mengalami kerusakan. Karena sel

darah putih banyak terkumpul, hingga memberikan warna abu-abu, stadium

lanjut tersebut dikenal sebagai stodium hepatisasi abu-abu.

d. Apabila infeksi dapat diatasi, sel-sel darah putih yang masuk akan berkurang,

sedang yang ada tinggal re-runtuhannya. Jonjot-jonjot fibrin dan reruntuhan

sel darah putih memberikan warna kekuning-kuningan, hingga stadiumnya

dikenal dengan stadium hepatisasi kuning

19

e. Stadium terakhir adalah stadium resolusi, di mana sel darah merah mulai

masuk lagi, jonjot-jonjot fibrin dan reruntuhan sel dihancurkan oleh enjima-

enjima dan kemudian diserap oleh darah. yang tidak dapat diserap akan

dikeluarkan bersama batuk, atau keluar dalam bentuk ingus yang bersifat

mukous atau mukopurulen.

Septicaemia Epizootika (SE) juga merupakan kelainan pada paru-paru yang

disebabkan oleh bakteri. Penampakan makroskopis bagian paru-paru mengalami

hepatisasi dan kosistensi agak rapuh. Hepatisasi umumnya terdapat secara

seragam atau satu stadium, berupa hepatisasi merah dalam keadaan akut,

hepatisasi kelabu atau kuning dalam stadium yang lebih lanjut. Bidang sayatan

paru beraneka warna karena adanya pneumonia berfibrin pada bagian-bagian

nekrotik, sekat interlobular berbusung dan bagian-bagian yang normal.

Septicaemia Epizootica (SE) adalah penyakit infeksius yang menyerang

ruminansia oleh bakteri gram negatif Pasteurella multocida . Penyebaran penyakit

ini pada umumnya melalui pernapasan (Subronto, 1993).

Menurut Subronto (1993) kuman penyebab radang paru-paru sapi adalah P.

multopcida, P. haemolitica, C.pyogenes. Streptococcus sp. Klebsiella

necrophorum dan Hemophylus somnus. Penelitian terdahulu tentang bakteri

pneumonia pada sapi telah dilakukan oleh Giles dkk, 1991 yang mengisolasi 2

macam bakteri sapi yang menderita pneumonia yaitu Pasteurella multocida dan

Pasteurella Phaemoliticia. Pada penelitian di Urmia, Iran, Karimkhani, dkk

(2011) telah melakukan penelitian tentang bakteri pneumonia pada sapi muda

(pedet) yang berada di rumah potong Urmia. Dalam penelitiannya mereka

20

mengisolasi bakteri P. Multocida merupakan penyebab utama penyakit

pneumonia pada sapi.

Pasteurella merupakan bakteri berbentuk batang-lurus, kokobasil, berukuran 0,3-

1μm sampai 1,0-2,0 μm, gram-negatif, nonmotil. Dalam bahan pemeriksaan

terdapat sebagai sel tunggal maupun berpasangan, kadang-kadang dalam formasi

rantai pendek. Beberapa strain P. mulcotida dalam kultur primer memperlihatkan

pleomorfisme. Bakteri virulen menghasilkan kapsul dan dapat dilihat dengan

pewarnaan Giemsa. Bersifat fermentatif, sebagian besar strain dapat menghasilkan

asam dari glukosa, manitol, dan sukrosa. Pasteurella dapat tumbuh dalam medium

laboratorium standard yang mengandung darah atau hematin. Suhu optimum

pertumbuhannya 37oC, dapat tumbuh pada rentang suhu 25

oC-40

oC.

Pada pemeriksaan patologi organ, paru-paru dengan keadaan normal memiliki

warna yang segar, kemerahan muda dan tidak ada bercak-bercak. Paru-paru

bertekstur lembut jaringan antar lobus tidak berwarna gelap (Gambar 2.4).

Gambar 2.4. Paru-Paru Sapi Normal (López, 2015)

21

Patologi organ peradangan paru-paru sapi yang terjangkit pneumonia, dapat

terlihat di salah satu atau beberapa lobus paru-paru yang ditandai dengan adanya

bercak, warna paru menggelap menandakan terjadinya infeksi (Gambar 2.5).

Gambar 2.5. Paru-paru sapi terjangkit pneumonia (López, 2015).

Identifikasi penyakit pernafasan radang paru-paru telah dilakukan oleh beberapa

ahli berdasarkan sistem penilaian (score). Perino dan Aley (1998) mengusulkan

penggunaan sistem penilaian sederhana untuk mengdentifikasi sapi yang sakit

yaitu:

- Skor 0: Sapi dalam keadaan normal, tanpa tanda-tanda penyakit.

- Skor 1: mulai tampak depresi, tanpa tanda-tanda kelelahan.

- Skor 2: ditandai dengan depresi dan tanda-tanda kelelahan sedang (moderate),

tanpa adanya perubahan gerak jalan.

- Skor 3: depresi parah (severe) dengan tanda-tanda sangat kelelahan, dan

secara signifikan mengubah gaya berjalan.

- Skor 4: Hampir mati, tidak dapat bangkit.

22

Kemudian Poulsen dan McGuirk (2009), merancang sistem penilaian untuk sapi

yang mengalami penyakit pernafasan berdasarkan suhu tubuh, batuk, leleran

hidung, mata dan telinga. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Kriteria Penilaian Kesehatan Pernafasan Sapi

(Poulsen dan McGuirk, 2009)

Identifikasi penyakit pernafasan pada sapi juga dilakukan Iowa State University

yang dipersentasikan oleh Dewel (2011) tentang evaluasi kesehatan dan

performance sapi yang memadukan sistem penilaian sikap (attitude scoring) sapi

dan penilaian nafas (Respiratory scoring).

23

a. Atitude Scoring

- Score 0: Normal, Sapi sehat dan tegap, mengangkat kepala dan lincah,

mudah bergerak dari pengamatan.

- Score 1: Sedikit depresi, prilaku sapi sedikit mendepresi namun respon

masih lincah dan terlihat normal.

- Score 2: Depresi sedang, Sapi berdiri dengan kepala dibawah lebih rendah

dari pundak, telinga turun, daerah perut mulai kurus dan sapi bergerak

sangat lambat.

- Score 3: Depresi parah, sapi bersiri dengan kepala dibawah lebih rendah

dari pundak dan sangat enggan untuk bergerak, daerah perut terlihat sangat

kurus.

b. Respiratory scoring

- Score 0: Normal, mata bersih, hidung bersih tanpa leleran, pernafasan

normal.

- Score 1: Pernafasan ringan; Mata dan hidung mulai mengeluarkan cairan,

batuk sesekali.

- Score 2: Pernafasan sedang; mata belek, hidung berleler, batuk, pernafasan

cepat.

Score 3: Pernafasan parah; mata belek dan sayu, hidung berleler banyak,

batuk keras, bernafas dengan mulut terbuka.

24

4. Bunyi Pernafasan

Bunyi pernafasan terjadi karena adanya turbulensi udara saat udara memasuki

saluran pernafasan selama proses pernafasan. Turbulensi ini terjadi karena udara

mengalir dari saluran udara yang lebih lebar ke saluran udara yang lebih sempit

atau sebaliknya. Pada saat inspirasi, udara mengalir dari saluran udara yang lebih

luas ke saluran udara yang lebih sempit sehingga turbulensi yag terjadi lebih kuat

sedangkan pada saat ekspirasi terjadi sebaliknya. Ini menyebabkan pada saat

inspirasi suara yang terdengar lebih keras (Sovijarvi dkk, 2000).

Aliran udara yang terjadi pada proses pernafasan di dalam paru-paru

menghasilkan suara yang dapat digunakan untuk mengetahui kondisi paru-paru.

Secara umum, bunyi pernafasan dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:

a. Bunyi Nafas (Breath Sounds), adalah bunyi yang bangkit dari bernafas, di

luar bunyi adventitious, yang didengar atau direkam pada dinding dada,

trachea, atau mulut.

b. Bunyi Adventitious (Adventitious Sounds), adalah bunyi singkat yang muncul

pada saat bernafas, baik kontinyu maupun tidak kontinyu, yang menandakan

bahwa ada gangguan pada pulmonary. Contohnya : suara crackles, suara

squawks, dan suara wheezes.

c. Bunyi Paru-Paru (Lung Sounds), adalah bunyi yang didengar atau terdeteksi

di dinding dada, meliputi sebagian bunyi nafas dan sebagian bunyi

adventitious

(Andriani, 2009).

25

Gambar 2.7. Pembagian Bunyi Pernafasan (Sovijarvi dkk, 2000).

5. Auskultasi Paru-Paru

Auskultasi adalah tindakan mendengarkan suara yang dihasilkan dalam tubuh

untuk mengidentifikasi normal atau abnormal suara dan untuk keperluan

diagnosis. Dalam perubahan patologisnya, paru-paru menghasilkan suara yang

khas dan auskultasi memberikan informasi langsung tentang fungsi paru-paru.

Pemeriksaan auskultasi terbilang murah dan cara tepat yang efisien dalam

mengevaluasi disfungsi paru-paru. (Kandashamya dkk, 2003).

Hippocrates (460-377 SM) yang menemukan teknik auskultasi dengan cara

meletakkan telinganya pada dada pasien dan menggambarkan suara yang

didengarnya. Tahun 1816, René Laennec melakukan auskultasi dengan

menggunakan gulungan kertas untuk menghindari auskultasi secara langsung,

teknik inilah yang akhirnya tercipta stetoskop, dari bahasa Yunani, stethos (dada),

dan skopein (melihat). Untuk beberapa waktu setelah penemuan awalnya, Dr.

26

Laennec melakukan percobaan dengan pipa kayu padat dan menyadari bahwa

dengan melubangi bagian tengah menurut sumbu panjang silinder kayu, ia dapat

mendengar bunyi nafas lebih baik (Tilkian dan Conover, 1991).

Dalam kedokteran hewan, pemeriksaan auskultasi telah disebutkan sebagai bagian

fundamental dalam menilai dan menentukan kondisi sistem pernafasan pada

hewan ternak (Wilkins dan Woolums,2009).

Proses auskultasi menjadi suatu hal yang penting pada pemeriksaan fisik hewan

ternak, karena membutuhkan teknik yang benar, selain itu pemahaman tentang

ilmu kedokteran dasar seperti patologi dan fisiologi, serta pengalaman mendengar

klinis telah paham dan selalu dipelajari untuk mengevaluasi fungsi pernafasan

hewan ternak dengan menggunakan alat bantu yaitu stetoskop.

Gambar 2.8. Daerah Auskultasi Paru-paru pada Sapi (Allen,1962)

Auskultasi paru-paru sapi harus dilakukan di daerah dinding toraks baik sisi kanan

atau kiri badan, dan ini kerapkali sangat membantu dalam diagnosa penyakit

pernafasan. Gambar 2.8, menunjukkan suatu pendekatan sistematis dimana setiap

27

nomor menunjukkan suatu daerah dimana stetoskop harus ditempatkan

(Allen,1962).

Temuan suara auskultasi pada paru-paru sapi yang menderita pneumonia telah di

deskripsikan berdasarkan suara yang didengar oleh Subronto (1993) yaitu,

penderita dari segi pernafasan akan ditemukan perubahan yang berupa kesulitan

sesak dalam pernafasan atau dispnoea, yang bersifat inspiratorik. Penderita dalam

beberapa hari akan terlihat gejala batuk yang sifatnya mula-mula kering dan lama-

kelamaan akan berubah menjadi basah dan pendek. Respirasi memiliki frekuensi

pernafasan yang hampir selalu meningkat dan cepat serta bersifat abdominal.

Pernafasan yang mula-mula dangkal akan disusul dengan pernafasan yang dalam,

serta nampak tertahan dalam pengambilan udara yang sangat jelas terdengar pada

waktu inspirasi.

Pada pemeriksaan auskultasi di daerah paru-paru sapi akan terdengar berbagai

suara abnormal seperti mencicit maupun sibilan. Karena alveoli dipenuhi oleh

cairan radang suara vesikuler dapat hilang sama sekali, hingga yang terdengar

hanya suara bronchial. Suara-suara tersebut dapat bersifat basah (rhonchi basah)

yang dominan. Pada bagian paru-paru yang mengalami hepatisasi, suara vesikuler

maupun suara bronchial akan tidak dapat ditangkap lagi. Di bagian paru-paru lain,

yang tidak mengalami proses radang, biasanya terdapat dibagian dorsal dan

belakang paru-paru, akan terdengar suara kompensasi, yang mungkin berupa suara

vesikuler yang meningkat. Sering sekali pemeriksaan auskultasi tidak dapat

dilakukan dengan sempurna, karena tipe pernafasan yang sangat frekuen dan

batuk terus menerus, hingga hasilnya juga kurang konklusif.

28

6. Tranduser Stetoskop

Stetoskop adalah sebuah alat medis akustik untuk memeriksa suara dalam tubuh.

Alat ini banyak digunakan untuk mendengar suara jantung dan pernafasan serta

untuk mendengar intestine dan aliran darah dalam arteri dan vena. Alat ini juga

digunakan oleh mekanik untuk mengisolasi suara tertentu dari mesin untuk

diagnosa. Stetoskop beroperasi dengan menyalurkan suara dari bagian dada,

melalui tabung kosong berisi-udara, ke telinga pendengar. Gambar 2.9, berikut

merupakan bagian-bagian dari steteskop.

Gambar 2.9. Bagian-bagian steteskop

Bagian chestpiece biasanya terdiri dari dua sisi yang dapat diletakkan di badan

pasien untuk memperjelas suara, yaitu sebuah diafragma (disk plastik) atau bell

(mangkok kosong). Bila diafragma diletakkan pada pasien, suara tubuh akan

menggetarkan diafragma, menciptakan tekanan gelombang akustik yang berjalan

sampai ke tube dan berakhir ditelinga pendengar. Bila bell diletakkan di tubuh

pasien, getaran kulit secara langsung memproduksi gelombang tekanan akustik

yang berjalan ke telinga pendengar. Bell menyalurkan suara frekuensi rendah,

29

sedangkan diafragma menyalurkan frekuensi suara yang lebih tinggi (Oktivasari,

2010).

Bagian bell dari steteskop terdiri dari dua bagian yaitu bell tertutup dan bell

terbuka. Pada dasarnya kulit manusia memiliki frekuensi resonansi alami yang

efektif untuk menghantarkan bunyi jantung. Kulit pasien yang bersentuhan

dengan bell terbuka maka akan berfungsi seperti diafragma. Frekuensi resonansi

ditentukan oleh diameter bell dan tekanan bell pada kulit. Semakin kencang kulit

tertarik atau semakin kecil diameter bell, maka akan semakin tinggi frekuensi

resonansinya. Pada bell tertutup digunakan untuk menapis suara-suara

berfrekuensi rendah. Stetoskop pada bagian bell tertutup digunakan khususnya

untuk mendengarkan suara paru yang frekuensinya lebih tinggi dari pada suara

jantung. Untuk kemudian suara jantung atau paru-paru akan dilewatkan melalui

selang steteskop dan Ear Tips sehingga suara jantung atau paru-paru yang

dideteksi dapat terdengar dengan jelas oleh telinga kita. Fungsi dari stetoskop ini

adalah sebagai penangkap getaran bunyi jantung yang dirambatkan hingga ke

dada dan menuju telingga.

7. Tranduser Mikrofon

Mikrofon adalah suatu jenis transduser yang mengubah energi-energi akustik

(gelombang suara) menjadi sinyal listrik. Salah satu jenis mikrofon yang sering

digunakan untuk merekam suara adalah mikrofon jenis kondensor. Mikrofon ini

memiliki sensitivitas (kepekaan) yang baik terhadap gelombang suara. Mikrofon

30

jenis kondensor ini bekerja berdasarkan prinsip kapasitansi kapasitor plat sejajar

seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.10. berikut.

Gambar 2.10. Kapasitor plat sejajar

Berdasarkan Gambar 2.10, diatas terdapat dua buah plat kapasitor yang terpisah

sejauh d dengan muatan yang berbeda-beda yaitu muatan positif (+) dan muatan

negatif (-). Perbedaan muatan ini pada suatu titik tertentu menyebabkan terjadinya

medan listrik yang sebanding dengan perubahan jarak pemisah kedua plat. Secara

matematis medan listrik yang terjadi dapat dirumuskan pada Persamaan 2.1

berikut.

𝐸=𝑄

4𝜋𝜖0𝑟2 (2.1)

Selanjutnya dari perubahan medan listrik tersebut akan menghasilkan beda

potensial yang sebanding dengan perubahan jarak antara kedua plat. Dalam

prinsip sebuah kapasitor nilai kapasitansi berubah terhadap jarak antara dua plat.

Persamaan matematis yang menunjukan hubungan antara dua plat kapasitor

ditunjukan pada Persamaan 2.2 berikut.

𝐶=𝜖0𝐴

𝑑 (2.2)

31

Dari persamaan diatas besar kapasitansi kapasitor ditentukan oleh luas plat, jenis

dielektrik, dan jarak antar plat. Selanjutnya hubungan antara kapasitansi kapasitor

dengan tegangan keluaran dari perubahan kapasitansi dapat dirumuskan dengan

Persamaan 2.3 sebagai berikut.

𝑉=𝑄

𝐶 (2.3)

Dengan mensubtitusikan Persamaan 2.2 ke Persamaan 2.3 diperoleh Persaman

2.4, yaitu tegangan mikrofon.

𝑉=𝑄

𝐴∈0 d (2.4)

Dengan.

C = Kapasitansi kapasitor (F).

𝜖0 = Permitivitas ruang hampa (udara) (F/m).

A = Luas penampang plat (m2).

D = Jarak antara dua plat kapasitor (m).

Q = Jumlah muatan (C).

V = Beda potensial (volt).

Saat kapasitansi kapasitor dinaikkan akan menyebabkan kapasitor terisi muatan

dan arus listrik akan mengalir melalui rangkaian sementara proses pengisian

muatan berlangsung. Jika dikurangi kapasitansnya, kapasitor tidak lagi mampu

menjaga muatannya dan ini akan menyebabkan kapasitor terlucuti (discharge).

Sementara kapasitor terlucuti, arus akan mengalir lagi ke rangkaian.

32

Pada mikrofon kapasitor, peristiwa pengisian dan pelucutan kapasitor memang

terjadi. Satu plat kapasitor terbuat dari bahan yang sangat mengkilap yang

merupakan diafragma mikrofon. Salah satu platnya difungsikan sebagai membran,

dan plat satunya dibuat tetap. Prinsip kerja dari mikrofon condenser menggunakan

prinsip pelucutan muatan dalam sebuah kapasitor. Dua lempeng konduktor yang

dipakai diberi polaritas yang berbeda sehingga berfungsi sebagai kapasitor dengan

bahan dielektrik berupa udara yang nilainya 1.00059. Secara prinsip dapat

digambarkan seperti pada Gambar 2.11 berikut.

Gambar 2.11. Bagian-bagian Mikrofon kondensor

(Cahyono, 2008).

Plat diafragma pada mikrofon kondenser akan bergetar jika ada gelombang suara

yang mengenainya, suara yang masuk akan merubah jarak antara dua plat yang

akan mengakibatkan terjadinya perubahan kapasitansi, jadi disaat plat bergetar

maka hal yang terjadi adalah mula-mula plat akan berdekatan yang

mengakibatkan kapasitas akan meningkat dan tegangan berkurang seiring

peningkatan kapasitas pada plat, kemudian sebaliknya plat akan menjauh yang

mengakibatkan kapasitasnya menurun yang mengakibatkan peningkatan nilai

tegangan . Gambar 2.12, merupakan gambaran cara kerja mikrofone.

33

Gambar 2.12. Prinsip Kerja Mikrofon Kondenser

8. Akuisisi Data dengan Soundcard

Internet Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang

berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga

memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Mode akuisisi data

merupakan tata cara pengiriman data dari suatu perangkat ke perangkat lainnya

(Stallingus, 2001).

Terdapat dua cara dalam mode akuisisi data, yaitu dengan sinkron dan asinkron.

Akuisisi sinkron adalah jenis akuisisi dimana kedua belah pihak, pengirim atau

penerima berada pada waktu yang sinkron, contohnya pemancar radio dengan

perangkat penerima radio. Akuisisi asinkron merupakan akuisisi data dimana

kedua belah pihak baik pengirim maupun penerima tidak perlu berada pada waktu

yang sinkron, seperti internet dengan server (Ariyus dan Rumandri, 2008).

Sistem akuisisi data dapat dilakukan dengan berbagai peralatan salah satunya

adalah menggunakan Sound Card. Sound card (Kartu Suara) adalah suatu

perangkat keras komputer yang digunakan untuk mengeluarkan suara dan

merekam suara. Sound card pada dasamya merupakan sistem akuisisi data untuk

34

sinyal suara dan telah dipakai oleh beberapa perangkat lunak untuk

mensimuulasikan osiloskop dalam mode AC, di antaranya adalah Softscope dan

BIP Electronics Lab Oscilloscope (Murod, 2005).

Komponen utama sound card adalah ADC (Analogao-Digital Converter) dan

DAC (Digital-to-Analog Converter). Dengan prinsip dasar dijelaskan pada

Gambar 2.13 berikut;

Gambar 2.13. Blok diagram prinsip dasar sound card (Engdahl, 2015).

Berdasarkan Gambar 2.13, input sound card dapat berupa sinyal suara yang

dihasilkanoleh mikrofone melalui jalur input. Kemudian sinyal input akan masuk

kesebuah mixer chip yang berguna untuk mengatur input (menguatkan,

memodulasi dan mengolah) sinyal dari sinyal analog menjadi digital . Setelah itu

sinyal digital dari mixer chip akan diproses lebih lanjut di dalam komputer melalui

proses DSP (Digital Singal Prosessing). Hasil akhir dari pemrosesan sinyal ini

akan dikeluarkan lagi menjadi sinyal analog melalui speker pada jalur output.

35

9. Transformasi Fourier

Transformasi Fourier adalah suatu model transformasi yang mengubah domain

spasial atau domain waktu menjadi domain frekuensi. Transformasi Fourier

merupakan suatu proses yang banyak digunakan untuk mengubah domain dari

suatu fungsi atau obyek ke dalam domain frekuensi. Di dalam pengolahan citra

digital, transformasi fourier digunakan untuk mengubah domain spasial pada citra

menjadi domain frekuensi. Analisa-analisa dalam domain frekuensi banyak

digunakan seperti filtering. Dengan menggunakan transformasi fourier, sinyal atau

citra dapat dilihat sebagai suatu objek dalam domain frekuensi.

Transformasi Fourier didefinisikan dengan persamaan 2.5 sebagai berikut

𝑋 𝑓 = 𝑥 𝑡 ∞

−∞𝑒−𝑖2𝜋𝑓𝑡𝑑𝑡

= 𝑥 𝑡 ∞

−∞cos 2𝜋𝑓𝑡 𝑑𝑡 − 𝑖 𝑥 𝑡

∞

−∞sin 2𝜋𝑓𝑡 𝑑𝑡 (2.5)

dengan:

x (t) = fungsi atau sinyal dalam domain waktu;

𝑒−𝑖2𝜋𝑓𝑡 = fungsi kernel;

X(f) = fungsi dalam domain frekuensi dan;

f = frekuensi.

fungsi dari persamaan (2.5) digunakan untuk mentransformasikan sinyal dari

domain waktu ke dalam domain frekuensi. Dengan keterbatasan eksekusi

komputer, maka persamaan (2.5), khususnya pada bagian real, didekati dengan

36

𝑥 𝑡 ∞

−∞

cos 2𝜋𝑓𝑡 𝑑𝑡 → 𝑥 𝑛∆𝑡 𝑐𝑜𝑠 2𝜋𝑓𝑛∆𝑡 ∆𝑡

𝑛

= 𝑥 𝑛∆𝑡 𝑐𝑜𝑠 2𝜋𝑛𝑚∆𝑡∆𝑓 ∆𝑡𝑛

= 𝑥 𝑛∆𝑡 𝑐𝑜𝑠 2𝜋𝑛𝑚

𝑁 ∆𝑡𝑛 (2.6)

dimana m dan n adalah bilangan bulat.

Domain waktu periode suatu sinyal dinyatakan sebagai T = N∆t, sedangkan pada

domain frekuensi ∆𝑓 = 𝑓𝑠

𝑁 dengan ∆𝑓 menyatakan interval antar frekuensi dan 𝑓𝑠 =

1

∆𝑡= 𝑁∆𝑓. Dengan demikian, dalam persamaan (2.6) ∆𝑡∆𝑓 =

1

𝑁, yang merupakan

penghubung antara domain waktu dengan domain frekuensi. Bila jumlah data

lebih kecil dari fs maka frekuensi yang dihasilkan tidak presisi. Disisi lain fs

haruslah ≥ 𝑓𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚 untuk menghindari aliasing frekuensi di dekat frekuensi

yang dicari. Aliasing merupakan fenomena munculnya frekuensi yang sama dari

hasil transformasi yang mana kita tidak bisa membedakan antara frekuensi yang

asli dengan frekuensi bayangan.

Pada umumnya, transformasi Fourier menggunakan alat yang disebut real-time

spectrum analyzer yang telah terintegrasi dalam bentuk chip untuk menghitung

sinyal diskret dalam domain waktu yang berasal dari mikrofon. Untuk dapat

menganalisis spektrum frekuensi, di dalam prosessor DSP disusun program

Discrete Fourier Transform (DFT) (Schuler, 2003).

37

10. Short-Time Fourier Transform (STFT) dan Spektrogram

Short-Time Fourier Transform (STFT) didasarkan pada Fourier Transform. Ide

dasarnya adalah untuk memperkenalkan gagasan lokasi pewaktuan dengan

menggunakan fungsi pergeseran window dalam kawasan waktu w(t) pada sinyal

x(t). Jadi, dalam STFT sinyal dibagi-bagi atas segmen yang cukup kecil (waktu

yang singkat) oleh penambahan fungsi window dengan pelokasian terus menerus

dalam dimensi waktu. Transformasi fourier (biasanya FFT) dilakukan seiring

bergeraknya window dalam domain waktu, sehingga mendapatkan suatu

reprentasi analisis sinyal dua dimensi dalam bentuk frekuensi pada tiap variasi

waktu (Bistok, 2007., Djebbari dan Reguig, 2000).

Gambar 2.14. Proses Metode Akuisisi Sinyal Spektrogram (Prahallad, 2003).

38

Transformasi STFT pada suatu sinyal x(t) ditunjukkan pada persamaan (2.7)

berikut:

𝑆𝑇𝐹𝑇𝑥 𝑡,𝑓 = 𝑥 𝑡 +∞

−∞𝑤∗ 𝑡 − 𝑡′ 𝑒−𝑗2𝜋𝑓𝑡𝑑𝑡 (2.7)

Dimana 𝑤 𝑡 − 𝑡′ merupakan fungsi window yang umum digunakan yaitu

Gaussian window, dan * merupakan konjugat kompleks. Dengan mengalikan

window 𝑤∗ 𝑡 − 𝑡′ dengan sinyal x(t) dalam domain waktu, maka sinyal x(t) akan

terbagi sepanjang waktuny. Dan transformasi fourier dari 𝑥 𝑡 𝑤∗ 𝑡 − 𝑡′

memberikan spektrum disetiap waktu t (Gambar 2.14).

Pembagian sinyal x(t) mengarah kepada keresolusian waktu dan frekuensi.

Dimana STFT dengan pendurasian window yang pendek akan menghasilkan

resolusi waktu yang baik, sebaliknya dengan pendurasian window yang lama akan

menghasilkan resolusi frekuensi yang baik.

𝑆𝑃𝐸𝐶𝑥 𝑡,𝑓 = 𝑥 𝑡 +∞

−∞𝑤∗ 𝑡 − 𝑡′ 𝑒−𝑗2𝜋𝑓𝑡𝑑𝑡

2 (2.8)

Jika STFT kita pangkatkan persamaan (2.8) tersebut dengan kuadrat modulus,

maka akan diperoleh kerapatan spektral energi, yang sering disebut STFT

spectrogram (Lu dan Zhang, 2009).

11. Transformasi Wavelet

Analisis multi-resolusi digunakan untuk menganalisis sinyal pada

frekuensifrekuensi yang berbeda-beda dan dengan resolusi yang berbeda-beda

juga. Metode ini dirancang agar dapat memberikan resolusi waktu yang baik

khusus untuk frekuensi-frekuensi tinggi serta memberikan dan resolusi

39

frekuensi yang baik (good resolution) untuk frekuensi-frekuensi rendah.

Pendekatan dengan metode ini akan efektif jika sinyal yang dianalisis

memiliki kandungan frekuensi tinggi berdurasi pendek dan kandungan

frekuensi rendah berdurasi panjang. Transformasi Wavelet dikembangkan

sebagai suatu alternatif pendekatan pada Transformasi Fourier Waktu Pendek

(Short Time Fourier Transfrom) untuk mengatasi masalah resolusi, namun ada

2 (dua) perbedaan pokok antara Transformasi Fourier Waktu Pendek dengan

Transformasi Wavelet, yaitu:

1. Transformasi Fourier pada sinyal yang terjendela (windowed) tidak

dilakukan, akibatnya akan terlihat sebuah puncak yang berkaitan dengan suatu

sinusoid (artinya, frekuensi-frekuensi negatif tidak dihitung);

2. Lebar jendela berubah-ubah selama transformasi melakukan perhitungan

untuk masing-masing komponen spektrum dan ini merupakan ciri khas dari

Transformasi Wavelet (Polikar, 1996).

Persamaan Transfomrasi wavelet (continu) dituliskan pada persamaan 10

berikut ini:

𝑇 𝑎, 𝑏 =1

𝑎 𝑥

+∞

−∞

𝑡 𝜓∗ 𝑡 − 𝑏

𝑎 𝑑𝑡 (2.9)

dengan 𝑥(𝑡) merupakan fungsi sinyal dalam kawasan waktu, 𝜓(𝑡) merupakan

sebuah fungsi jendela yang dikenal sebagai wavelet penganalisis, parameter

dilatasi a dikenal sebagai faktor skala dan b sebagai faktor tanslasi

(penggeser). Persamaan dasar dari dilatasi suatu sinyal dirumuskan pada

persamaan berikut (Putra dkk, 2009):

40

ϕ 𝑥 = 𝐶𝑘ϕ(2x − k) (2.10)

Dalam analisis sinyal menggunakan transformasi wavelet khususnya sinyal

yang merniliki frekuensi berubah-ubah terhadap waktu. Yang mana dalam

menganalisis sinyal tersebut dapat dilakukan dengan cara memilah-milah

sinyal menjadi beberapa bagian, kemudian dari bagian sinyal tersebut

dianalisis secara terpisahpisah dan akan menghasilkan komponen aprosimasi

dan detil. Aproksimasi merupakan komponen-komponen skala-tinggi,

frekuensi-rendah, sedangkan Detil merupakan komponen-komponen skala-

rendah, frekuensi-tinggi. Proses tapisan (filtering) ditunjukkan pada Gambar

2.15, sinyal asli S dilewatkan pada tapis lolosrendah (lowpass) dan lolos-

tinggi (highpass) kemudian menghasilkan dua sinyal A (aproksimasi) dan D

(detil). Jika dekomposisi sinyal diteruskan secara iteratif untuk bagian-bagian

aproksimasinya sehingga suatu sinyal bisa dibagi-bagi ke dalam banyak

komponen-komponen resolusi-rendah, maka proses ini dinamakan sebagai

dekomposisi banyak tingkat atau multiple-level decomposition, sebagaimana

ditunjukkan pada Gambar 2.16. Dengan melihat hasil pohon dekomposisi

wavelet kita akan mendapatkan informasi yang berharga.

Gambar 2.15. Proses Tapisan Satu Tingkat

41

Gambar 2.16. Pohon Dekomposisi (setengah) Wavelet

12. Matrix Labolatory (MATLAB)

Structure MATLAB adalah salah satu bahasa pemrograman dengan kemampuan

tinggi untuk proses komputasi. MATLAB menggabungkan proses komputasi,

visualisasi dan pemrograman dalam satu kesatuan yang mudah digunakan di mana

masalah dan penyelesaianya diekspresikan dalam notasi matematik yang sudah

dikenal. Dalam aplikasinya, pemakain MATLAB meliputi:

a) matematika dan komputasi;

b) pengembangan algoritma;

c) akuisisi data;

d) pemodelan, simulasi dan protptype;

e) grafik saintifik dan engginering;

f) perluasan pemakaian seperti Graphical User Interface (GUI).

MATLAB adalah sistem interaktif yang mempunyai basis data array yang

membutuhkan banyak dimensi. Hal ini dapat digunakan untuk menyelesaikan

42

banyak masalah komputasi teknis, khususnya yang berkaitan dengan formulasi

matrik dan vektor. Nama MATLAB merupakan singkatan dari Matrix

Labolatory. MATLAB awalnya dibuat untuk memudahkan dalam megakses

softwere matriks yang dikembangkan oleh LINPACK dan EISPACK. Dalam

perkembangannya MATLAB mampu mengintegrasikan beberapa software untuk

kompeutasi matriks. Tidak hanya itu, MATLAB juga mampu melakukan

komputasi simbolik yang biasa digunakan oleh MAPLE.

MATLAB memiliki sistem yang terdiri atas lima bagian.

a) Development Envoriment merupakan kumpulan semua alat-alat dan

fasilitas untuk membantu kita dalam menggunakan file MATLAB. Bagian

ini memuat desktop, comman window, comman history, editor and

debugger, dan browser untuk melihat help, workspace, files.

b) The MATLAB Mathematical Fungtion Library merupakan bagian yang

berisi semua algoritma komutasi, mulai dai fungsi sederhana seperti sum,

sine, cosine sapai fungsi lebih rumit seperti invers matriks, nilai eigen,

fungsi bessel dan fast fourier tranform.

c) The MATLAB Leangue merupakan bahasa matriks level tinggi dengan

control flow, fungsi, struktur data, input/output dan objek programing

lainnya.

d) Graphics merupakan fasilitas yang dimiliki MATLAB untuk

menampilkan vector dan matriks sebagai grafik. Faslitas ini mencangkup

visualisasi data dua/tiga dimensi, pemrosesan citra (image), animasi dan

grafik animasi.

43

e) The MATLAB Aplication Program Interface (API)

Paket ini memungkinkan kita menulis bahasa C dan Port yang berinteraksi

dengan MATLAB (dinamic Linking) yang disebut MATLAB sebagai

mesin penghitung, dan untuk membaca dan menulis M AT-files.

(Bruce, 2000).

44

III. METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini akan dilaksanakan di Peternakan Sapi PT. Juang Jaya Abdi Alam

dan peternakan sapi lain daerah Lampung pada bulan Januari sampai Maret 2015.

B. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Stetoskop dan Mikrofon

Stetoskop digunakan untuk menangkap suara paru-paru yang berasal dari dada

sapi sebelah kanan tepatnya pada daerah apikal paru-paru. Mikrofon kemudian

ditempatkan pada ujung tubing stetoskop yang digunakan untuk merekam

sinyal suara dari stetoskop untuk kemudian diubah ke besaran elektris agar

data bisa diolah pada komputer.

2. Pengondisi Sinyal

Rangkaian pengondisi sinyal berfungsi untuk merubah level sinyal akustik

yang terekam oleh mikrofon sebelum disimpan ke dalam komputer melalui

jalur sound card.

45

3. Personal Computer (PC)

Dalam peneliian ini, Personal Computer (PC) digunakan untuk akuisisi data

dan pengolahan sinyal yang berasal dari rangkaian mikrofon agar diperoleh

data.

4. Sample Sapi

Dalam penelitian ini suara diambil dari beberapa sapi di peternakan dengan

kondisi normal dan abnormal berdasarkan kriteria kombinasi prediksi dan

perilaku postur dan depresi sapi yang dijelaskan oleh Perino dan Apley (1998)

dan tanda visual kelaian pernafasan berdasarkan kelembapan hidung, mata,

suhu dan batuk oleh Poulsen dan McGuirk (2009), serta penggabungan

keduanya oleh Dewel (2011) di Bab 2 sebelumnya.

5. MATLAB

Pada penelitian ini digunakan software Matlab untuk proses kompuasi dan

pengolahan sinyal berdasarkan rumusan Transformasi Fourier dan

Spektrogram.

C. Prosedur Penelitian

Pada prosedur penelitian ini terdiri dari dua tahapan, yaitu perancangan perangkat

hardware dan pembuatan program sebagai pemrosesan sinyal suara paru-paru.

Diagram alir penelitian penelitian seperti pada Gambar 3.1.

46

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

1. Perancangan Hardware

Perancangan hardware pada penelitian ini merupakan perancangan sistem

akuisisi data melalui jalur sound card, sistem yang dibuat meliputi penguat

awal mikrofon, filtering, penguat akhir dan sistem antarmuka sound card.

Mikrofon digunakan untuk mendeteksi sinyal sinyal suara paru-paru yang

dikuatkan oleh penguat awal mikrofon menggunakan IC OPA2227, sinyal

kemudian memasuki tahap pemfillteran high-pass dan low-pass

menggunakan IC OP-27 dan dikuatkan kembali pada penguatan akhir

Mulai

Merancang dan Membuat Rangkaian

Pengujian Rangkaian

Berhasil

Pembuatan Program

Berhasil

Pengujian Rangkaian dan Pengujian

Alat Secara Keseluruhan

Selesai

Tidak

Tidak

Ya

Ya

47

menggunakan IC AD620 sebagai pengendalian tegangan keluar yang akan

diterima soundcard untuk dapat disimpan dan diolah kedalam Personal

Computer (PC).

Gambar 3.2. Sketsa Rancangan

Deskripsi blok diagram perancangan hardware.

1. Sumber suara berasal dari dada kanan sapi tepat pada daerah apikal paru-

paru yang ditangkap secara akustik melalui stetoskop.

2. Rangkaian mikrofon kondenser yang dicatu sebesar 9 volt, digunakan

untuk mendeteksi suara paru-paru.

3. Pengkondisi sinyal berupa rangkaian pre-amp mikrofon digunakan untuk

menguatkan sinyal yang terekam oleh mikrofon, rangkaian high-pass filter

dan low-pass filter digunakan untuk menapis sinyal pengganggu dan

meloloskan sinyal yang dibutuhkan, dan rangkaian penguat akhir yang

digunakan untuk menguatkan dan mengendalikan sinyal akhir sebelum

memasuki soundcard.

4. Personal Computer (PC) digunakan sebagai media yang akan mengolah

dan menampilkan hasil dari pengukuran dan penyimpanan data.

48

Komponen perangkat tranduser didesain lebih praktis untuk keperluan

dilapangan yang hanya terdiri tranduser stetoskop dan mikrofon, sehingga

dalam hal ini butuh penghantar transmisi menggunakan kabel untuk menuju

pengkondisi sinyal yang berada ditempat kontrol kandang. Pada fungsi

pengukuran tentu panjang kabel akan sangat berpengaruh pada sinyal

keluaran yang akan diolah seperti gangguan transmisi yang akan

menghasilkan noise. Untuk mengatasi hal tersebut selain menerapkan

pengkondisi sinyal fungsi filter, pemilihan jenis kabel juga akan sangat

penting dalam penelitian ini. Kabel koaxial akan sangat membantu dalam

menjaga dari gangguan luar karena lapisan kabel yang diselimuti kawat

terhubungkan dengan ground, sehingga tidak ada sinyal yang masuk maupun

yang keluar. Selain itu panjangnya kabel transmisi akan mempengaruhi

pengurangan besar arus keluaran, untuk itu perlu catu yang cukup besar untuk

memperbesar arus bias sebagai inputan pengkondisi sinyal yang pada

penelitian ini digunakan tegangan catu sebesar 9 volt dengan arus bias

masukan terkecil sebesar 0.75 mA hingga 22 mA. Jika besar arus keluaran

tranduser diatas 10 mA cukup dapat dihantarkan melalui kabel transmisi

menuju pengkondisi sinyal.

A. Pemasangan Tranduser Mikrofon

Stetoskop terdiri dari beberapa bagian, dalam penelitian ini bagian ear piece

stetoskop yang menuju ke telinga akan dipotong dan dibuang. Sehingga yang

digunakan hanya selang karet (tubing) dan chest piece beserta difragma

stetoskop, untuk kemudian digabungkan secara integrasi dengan mikrofon.

49

Pemasangan tranduser mikrofon dilakukan dengan meletakkannya pada ujung

selang karet (tubing) stetoskop. Peyambungan dilakukan serapat mungkin

(pres) agar tidak terpengaruh suara dari luar dan ruang stetoskop tetap vakum

guna tidak merubah kerapatan ruang medium perambatan. Tidak ada aturan

khusus pengenai ukuran ini, penentuan ini berdasarkan percobaan yang

dilakukan, karena ukuran yang terlalu panjang atau pendek akan

mempengaruhi sinyal yang dihasilkan. Konstruksi sensor ini dapat dilihat

pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Kontruksi Pemasangan Tranduser Mikrofon

B. Rangkaian Penguat Mikrofon

Penguat mikrofon digunakan untuk menguatkan sinyal suara paru-paru yang

terdeteksi oleh mikrofon kondenser. Dalam mendeteksi, mikrofon kondenser

jelas akan menghasilkan sinyal suara keluaran paru-paru yang kecil, idealnya

IC harus memiliki nilai CMRR yang sangat besar agar pelemahan derau

optimal. Maka untuk memenuhi fungsinya tersebut, digunakan IC penguat

yang dapat menguatkan lebih namun dengan noise yang rendah. IC OPA-

2227 merupakan dual operational amplifier dari IC OPA-227 yang rendah

noise dan ketelitian tinggi (high precision), sangat ideal dan cocok untuk

pengolahan sinyal audio. IC ini memiliki nilai CMRR sebesar 138 dB dengan

50

tegangan input 5 – 15 volt, sangat rendah noise yaitu 3,5 nV/√Hz sekitar 90

nVp-p pada frekuensi 10 Hz. Berikut rangkaian penguat awal (pre-amp)

mikrofon.

Gambar 3.4. Rangkaian penguat mikrofon

Penguat pre-ampilfier ini menggunakan penguat IC OP-Amp bias pembagi

tegangan dua tingkat terintegrasi. Digunakan penguatan membalik (inverting)

dua tingkat untuk mendapatkan hasil yang lebih baik pada sinyal masukan

yang kecil. Pada prinsipnya penguatan sinyal yang di hasilkan akan

dipengaruhi oleh nilai input yang berasal dari penguat tingkat pertama.

Penguatan dapat diperoleh menggunakan persamaan berikut

𝑉𝑜 = −𝑅𝑓

𝑅𝑖𝑉𝑖 (3.1)

𝐴 = −𝑅𝑓

𝑅𝑖 (3.2)

51

Sinyal masukan terhubung dengan kapasitor C1 yang berfungsi sebgai kopling,

fungsi dari kapasitor ini untuk menahan frekuensi dc yang masuk dan

meloloskan frekuensi AC yang berasal dari mikrofon. Besarnya Vin pada

mikrofon akan menentukan nilai Vin yang masuk ke transistor pertama. Vin

awal yang digunakan sebesar 9 Volt yang langsung dicatu ke mikrofon.

Penguatan yang akan dihasilkan pada rangkaian dapat diperoleh menggunakan

persamaan penguat cascade dua tingkat. Persamaan (3.3) merupakan

persamaan penguat cascade dua tingkat.

Av = (A1) x (A2) (3.3)

Dimana:

Av = Peguatan total

A1 = Penguatan inverting tingkat pertama

A2 = Penguatan inverting tingkat kedua

C. Rangkaian Filter

Informasi range frekuensi paru-paru sapi belum pernah dijelaskan, namun dari

hasil rekaman pembelajaran auskultasi suara wheeze pada paru-paru sapi oleh

University of Glasgow dan disebar disitus gla.ac.uk sehingga kami dapat

melihat rentang frekuensi paru-paru sapi yaitu dari 200 Hz – 800 Hz. Namun

jika pada kondisi mengalami peradangan paru-paru, referensi hanya

mengatakan bahwa suara memiliki intensitas lebih keras dan lebih cepat.

Gejala lain seperti crackles dan wheezes juga kemungkinan akan terdeteksi,

sehingga rangkaian filter pada penelitian ini akan mengambil rentang frekuensi

100 Hz – 2000 Hz.

52

Untuk meloloskan pada rentang frekuensi tersebut maka dirancang rangkaian

filter yang terdiri dari high-pass filter dan low-pass filter. Rangkaian high-pass

filter digunakan untuk memotong frekuensi dibawah 100 Hz dan rangkaian

low-pass filter digunakan untuk memotong frekuensi diatas 2000 Hz.

Rangkaian filter dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Rangkaian Filter Penelitian

Rangkaian high-pass filter diatas merupakan jenis Sallen key yaitu filter aktif

orde 2 yang mempunyai pita transisi dengan kemiringan -40 dB/dekade.

Dengan perhitungan frekuensi cut-off sebagai berikut.

1

𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2= (2𝜋𝑓𝑐)2 (3.4)

𝑓𝑐 =1

2𝜋 𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2

(3.5)

Karena sifat peredaman yang masih kurang ideal dalam memotong sinyal

frekuensi, untuk itu penelitian mengambil range frekuensi cut-off agak melebar

keatas agar peredaman frekuensi bawah dapat maksimal, dalam hal ini

53

frekuensi dibawah 100 Hz dapat diredam lebih dalam. Sehingga para racang

rangkaian high-pass filter pada penelitian ini didesain dengan frekuensi cut-off

sebesar 200 Hz. Besar kapasitor 𝐶1 dan 𝐶2 ditentukan sebesar 47 𝑛𝐹 maka

besar 𝑅1 dan 𝑅2 dapat diperoleh yaitu.

𝐶1 = 𝐶2 = 𝐶 dan 𝑅1 = 𝑅2 = 𝑅

𝑓𝑐 =1

2𝜋 𝑅2𝐶2

𝑓𝑐 =1

2𝜋𝑅𝐶

𝑅 =1

2𝜋 47. 10−9 𝐹 (200 𝐻𝑧)

𝑅 =1

59.032 . 10−9= 16,9 𝑘Ω

Jadi nilai resistor R yang digunakan pada high-pass filter adalah 16,9 𝑘Ω,

namun resistor tetap dengan nilai tersebut tidak terdapat dipasaran, maka besar

resistor dapat dibagi dengan nilai mendekati dan terdapat dipasaran yaitu

menggunakan 𝑅1 sebesar 18 𝑘Ω dan 𝑅2 sebesar 15 𝑘Ω, hal ini akan merubah

nilai frekuensi cut-off menjadi 206 𝐻𝑧, tidak jauh dari nilai frekuensi cut-off

yang diinginkan.

Selanjutnya rangkaian low-pass filter yang dirancang merupakan gabungan

filter pasif dan filter aktif jenis Sallen key yang dikenal dengan filter Sallen key

orde 3 yang menawarkan peredaman lebih tajam dengan dua kali pemotongan

frekuensi yang desain filter low-pass pada penelitian ini mulanya meredam

sinyal frekuensi atas pertama yaitu 𝑓𝑐1 sebesar 3000 Hz pada filter pasif tahap

pertama dan kemudian dilanjutkan dengan peredaman frekuensi atas tahap

54

kedua yaitu 𝑓𝑐2 sebesar 2000 Hz. Dengan perhitungan frekuensi cut-off low-

pass tipe Sallen key orde-3 sebagai berikut.

1

𝑅3𝐶3= 2𝜋𝑓𝑐1 (3.6)

1

𝑅3𝑅4𝑅5𝐶3𝐶4𝐶5= 2𝜋𝑓𝑐1(2𝜋𝑓𝑐2)2 (3.7)

Filter low-pass filter tahap pertama yaitu filter pasif dengan frekuensi cut-off

𝑓𝑐1 sebesar 3000 Hz dengan besar kapasitor 𝐶3 ditetapkan sebesar 47 𝑛𝐹,

maka besar 𝑅3 dapat diperoleh yaitu.

𝑓𝑐1 =1

2𝜋𝑅3𝐶3

𝑅3 =1

2𝜋 47. 10−9 𝐹 (3000 𝐻𝑧)

𝑅3 =1

885.480 . 10−9= 1,129 𝑘Ω ≃ 1 𝑘Ω

Jadi nilai resistor R yang digunakan pada high-pass filter adalah 1,129 𝑘Ω,

namun resistor dengan nilai tersebut tidak terdapat dipasaran, maka digunakan

resistor dengan nilai mendekati dan banyak terdapat dipasaran yaitu sebesar

1 𝑘Ω, hal ini akan merubah nilai frekuensi cut-off menjadi 3388 𝐻𝑧, tidak jauh

dari nilai frekuensi cut-off yang diinginkan.

Filter low-pass filter tahap kedua yaitu filter aktif Sallen Key dengan frekuensi

cut-off kedua 𝑓𝑐2 sebesar 2000 Hz dengan besar kapasitor 𝐶4 dan 𝐶5 ditetapkan

sebesar 47 𝑛𝐹, maka besar 𝑅4 dan 𝑅5 dapat diperoleh yaitu.

𝐶4 = 𝐶5 = 𝐶 dan 𝑅4 = 𝑅5 = 𝑅

1

𝑅3𝑅4𝑅5𝐶3𝐶4𝐶5= 2𝜋𝑓𝑐1(2𝜋𝑓𝑐2)2

55

1

1𝑥103 . 𝑅2. (47𝑥10−9)3= 2𝜋 𝑓𝑐1 . 4𝜋2(𝑓𝑐2)2

1

103.823𝑥10−27 . 103 . 𝑅2= 247,673152 𝑓𝑐1 . (𝑓𝑐2)2

𝑅2 =1

25714169,7𝑥10−24 . 𝑓𝑐1 . (𝑓𝑐2)2

Dengan,

𝑓𝑐1 = 3388 𝐻𝑧 dan 𝑓𝑐2 = 2000 𝐻𝑧, maka

𝑅2 =1

3,484784 𝑥 1017 𝑥 10−24

𝑅2 = 2869618,3

𝑅 = 2869618,3

𝑅 = 1693,99 Ω ≃ 1,694 𝑘Ω

Jadi nilai resistor 𝑅 = 𝑅4 = 𝑅5 yang digunakan pada high-pass filter adalah

1,694 𝑘Ω, namun resistor dengan nilai tersebut tidak terdapat dipasaran, maka

digunakan resistor dengan nilai mendekati dan banyak terdapat dipasaran yaitu

sebesar 1,8 𝑘Ω, hal ini akan merubah nilai frekuensi cut-off menjadi 1882 𝐻𝑧,

tidak jauh dari nilai frekuensi cut-off yang diinginkan.

D. Penguat Akhir

Rangkaian penguat akhir ini akan digunakan IC LM386 yang merupakan

penguat daya dimana kontrol penguatan dilakukan pada dua pin yaitu pin 1 dan

pin 8. Skema rangkaian integrasi LM386 dapat dilihat pada Gambar 3.6

berikut.

56

Gambar 3.6 Skema rangkaian integrasi LM386 (NSC, 2000).

Besar penguatan LM386 dapat dicari denga menggunakan persamaan berikut.

𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑅8= 2

𝑉𝑖𝑛

𝑅4 + 𝑅5 3.8

𝐴 =𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛= 2

𝑅8

𝑅4 + 𝑅5 (3.9)

Pada keadaan terbuka, yaitu pin 1 dan 8 tidak terkoneksi, resistor 1,35 kΩ akan

memberikan gain sebesar 20 kali, berikut hasil kalkulasi penguatannya

menggunakan persamaan 3.9.

𝐴 = 2 15 𝐾Ω

150 Ω + 1,35 𝐾Ω

𝐴 =30 𝐾Ω

1,5 𝐾Ω

𝐴 = 20 kali

Jika kapasitor diletakkan diantara pin 1 dan pin 8, sehingga sinyal melewati pin

1 menuju pin 8 sehingga melewatkan resistor 𝑅5 1,35 kΩ, gain akan naik

57

menjadi 200 kali (46 dB). berikut hasil kalkulasi penguatannya menggunakan

persamaan 3.9.

𝐴 = 2 15 𝐾Ω

150 Ω

𝐴 =30 𝐾Ω

0,15 𝐾Ω

𝐴 = 200 kali

Hasil tersebut akan memudahkan penggunaan LM386 sebagai penguat daya

pada penelitian ini. Sehingga selanjutnya tinggal penggunaan resistor variabel

pada sinyal input yang akan membatasi sinyal yang akan diperkuat dari

penguatan maksimal hingga 0. Pembatasan penguatan akan menyesuaikan

tegangan sinyal paru-paru yang masuk soundcard. Rangkaian penguat akhir

menggunakan LM386 dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.7. Rangkaian Penguat Akhir LM386 dengan 200 kali penguatan

2. Perancangan Program Pengolahan dan Analisa Sinyal

Pada penelitian ini proses pengolahan sinyal digunakan Software Matrix

Laboratory (MATLAB), perancangan ini dibuat untuk proses komputasi dan

58

pengolahan sinyal agar dapat dianalisa. Gambar 3.7. merupakan blok diagram

perancangan program.

Gambar 3.8. Blok Diagram Sistem Pengolahan Sinyal

Perekaman suara auskultasi paru-paru sapi dilakukan selama 5 detik dan

kemudian menyimpan data dengan ekstensi *.wav. setalah itu program akan

secara otomatis menampilkan data sinyal dalam bentuk Fast Fourier

Transform (FFT) dan Spektrogram yang telah di filter (De-noisisng). Setalah

hasil spektrum dimunculkan barulah pencatatan data sampel dapat dilakukan

Mulai

Perekaman sinyal

Auskultasi Paru

Menyimpan rekaman

dengan format .wav

De-noising Wavelet

Pemrosesan sinyal Dengan

FFT dan Spektrogram

Hasil Spektrum

Sinyal oleh FFT dan

Spektrogram

Selesai

59

terhadap nilai-nilai dari frekuensi dominan, lebar range frekuensi dan power

spektrum yang akan tertera pada label perhitungan program.

3. Rancangan Data Hasil Penelitian

Untuk mengetahui kinerja dari alat ini maka dilakukan pengambilan data berupa

nilai penguatan, tegangan dan gambar sinyal yang dihasilkan.

A. Data uji karakteristik mikrofon dan penguat awal IC OPA-2227

Pengambilan data dilakukan dengan memberikan masukan sinyal frekuensi

yang berfariasi melalui speaker dari 10-10.000 Hz. Kemudian suara keluaran

speaker digunakan sebagai suara masukan mikrofon. Berikut merupakan

format tabel pengambilan data uji karakteristik mikrofon dan penguat awal

IC OPA-2227 pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Karakteristik Penguat Mikrofon

Frekuensi (HZ) Vin (mV) Vout (mV) Penguatan Penguatan (dB)

B. Data Uji Filter Aktif

Pengujian filter aktif dilakukan untuk melihat respon frekuensi hasil tapis dari

high-pass filter dan low-pass filter. Pengambilan data dilakukan dengan

memberikan sinyal frekuensi yang berfariasi ke rangkaian filter dari 1 Hz -

5.000 Hz dengan tegangan input sama (konstan) disetiap range frekuensi.

Kemudian sinyal keluaran filter diamati menggunakan osiloskop dan dicatat

60

besar tegangan keluaran. Berikut merupakan format tabel pengambilan data

uji rangkaian filter pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2. Pengujian Filter Aktif OP-27.

Frekuensi (HZ) Vin(mV) Vout(mV) Penguatan Penguatan (dB)

C. Data Uji Penguatan Akhir LM386

Pengujian dilakukan untuk melihat besar penguatan tegangan dengan

memasukkan sinyal dengan fariasi frekuensi 10 Hz - 5000 Hz. Kemudian

suara keluaran speaker digunakan sebagai suara masukan mikrofon. Berikut

merupakan format tabel pengambilan data uji rangkaian penguat LM386 pada

Tabel 3.3.

Tabel 3.3. Pengujian Rangkaian Penguat Daya LM386

Frekuensi (Hz) Vin (mV) Vout (mV) Penguatan Penguatan (dB)

D. Data Pengamatan Sample

Pengamatan dilakukan untuk melihat kondisi sapi dengan menggunakan

metode attitude skor dan respiratory skor yang dilakukan oleh Poulsen dan

McGuirk (2009) sebagai pembanding sebelum dilakukan pengambilan data

dan analisa menggunakan sistem penelitian ini. Pengamatan dilakukan

dengan mengamati keadaan temperature tubuh sapi, indikasi batuk, leleran

61

dan kekentalan air hidung, kondisi mata dan penilaian postur tubuh. Berikut

merupakan format tabel pengambilan data pengamatn respiratory skor sapi

pada Tabel 3.4.

Tabel 3.4. Data Hasil Pengamatan Kondisi Sampel

No ID Sapi Suhu

(°C)

Respiratory Skor Atitude

Skor Total

Skor Suhu Batuk Leleran Mata

E. Data Hasil Pengolahan Sinyal Digital

Pencatatan data pengolahan sinyal digital menggunakan spektrogram

dilakukan untuk karakteristik suara paru-paru sapi normal dan abnormal

beserta bentuk spektrum spektrogramnya. Berikut merupakan format tabel

pengambilan data hasil pengolahan sinyal digital pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4. Data Hasil Penelitian

No ID

Sapi

Frekuensi Dominan Power Spektrum Respirasi Rate

(auskultasi/menit) f1 (Hz) f2 (Hz) f3 (Hz) Ps1 (dB) Ps2

(dB)

Ps3

(dB)

114

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisis yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan

sebagai berikut.

1. Perancangan sistem instrumentasi sebagai deteksi dini penyakit pneumonia pada

sapi sudah terintegrasi menjadi satu kesatuan dan telah mampu mendeteksi sinyal

suara paru-paru sapi dengan tingkat noise yang rendah.

2. Perangcangan penguat sinyal yang dilengkapi pengkondisi sinyal band-pass filter

sudah mampu digunakan sebagai analisa suara paru-paru sapi ke komputer dengan

menguatkan sinyal suara paru-paru sapi yang dideteksi mikrofon sebesar 1053 kali

penguatan dengan frekuensi cut off 100 Hz pada high-pass filter dan 1000 Hz pada

low-pass filter.

3. Filter digital menggunakan wavelet dengan proses thresholding dan rekontruksi

sinyal filter telah membantu menghilangkan sinyal-sinyal noise dan sinyal

gangguan pada data rekam suara paru-paru sapi dengan nilai SNR diatas 15 dB.

115

4. Proses pengolahan spektrogram yang memberikan pola pernafasan dan gangguan,

fast fourier transform yang memberikan hasil kekerasan suara paru-paru dan

respiratory rate yang menampilkan banyaknya pernafasan, secara visual telah

mampu membedakan dan memberikan hasil identifikasi gangguan pernafasan

sampel sapi penderita pneumonia.

B. Saran

Dipenelitian selanjutnya fungsi pengukuran secara real-time juga dapat dimanfaatkan

lebih baik agar mendapatkan data langsung tiap waktunya. Pada penelitian yang

bertujuan untuk membedakan dan mengidentifikasi penyakit paru-paru pneumonia

pada sapi, perlu pemeriksaan patologi organ paru-paru sehingga hasil yang diberikan

alat dapat dengan segera digolongkan ke dalam tingkat keparahan pneumonia.

DAFTAR PUSTAKA

AHI. 2012. Prevention and Management of Pneumonia in Dairy Calves, for IrishFarmers, Advisors and Vets. Jurnal Agriculture, Food and Marine(DAFM). Vol. 6, Ver. 1. Animal Health Ireland. Irlandia.

Allen, George W. 1962. General Auscultation of Large Animals. VeterinaryJournal. Vol. 25, No. 2. Iowa State University Veterinarian. NewYork.

Andriani, Evi. 2009. Analisis dan Identifikasi Berbagai Penyakit Paru-Parudengan Metode Hidden Markov Model. Skripsi, Program SarjanaFakultas Teknik. Universitas Indonesia. Depok.

Ariyus, D., dan Rumandri. 2008. Komunikasi Data. Penerbit Andi. Yogyakarta.

Arviana, Rosita. 2012. Patologi Sistematik dan Nekropsi; PemeriksaanAntemortem dan Postmortem Hewan Kurban. UniversitasBrawijaya. Malang.

Bell, Suzanna. 2008. Respiratory disease in sheep 1. Differential diagnosis andepidemiology. Journal of the British Veterinary Association. Vol.30, No. 4. In Practice. London.

Bellknap, E., 2002. Diseases of the respiratory system. In: Pugh, D.G. (Ed.),Sheep and Goat Medicine. W.B. Saunders Company. Philadelphia.USA.

Bistok, D.L., 2007. Watermarking pada Audio Berformat WAV dengan TeknikTime Base Modulation. Skripsi. Program Sarjana Fakultas TeknikElektro dan Informatika. Institut Teknologi Bandung. Bandung.

Blood, D.D., Radostits, O.M., Henderson, J.A. 1989. Veterinary Medicine, ATextbook of the Diseases of Cattle, Sheep, Pigs, Goast and Horses,Edisi 6. The English Language Books Society and Bailliere Tindall.London.

Bruce. 2000. MATLAB. ANDI dan Pearson Education Asia Pte. Ltd. Yogyakarta.

Cahyono, Y., Susilo, R. E., dan Novitaningtyas, Y. 2008. Rekayasa BiomedikTerpadu untuk Mendeteksi Kelainan Jantung. Jurnal Fisika DanAplikasinya. Vol. 4, No 2. Institute Teknologi Sepuluh November.Surabaya.

Cousens, C., Graham, M., Sales, J., Dagleish, M.P., 2008. Evaluation of TheEfficacy of Clinical Diagnosis of Ovine PulmonaryAdenocarcinoma. Journal of the British Veterinary Association. Vol.162, No. 3. Veterinary Record. London.

DeDonder, K.D. 2008. Lung Auscultation as a Predictor of Lung Lessions andBovine Respiratory Disease Outcome in Feedyard Cattle. Thesis.Master of Science Program Department of Clinical Science. KansasState Universiy, Kansas.

Djebbari, Abdelghani., dan Reguig, F. Bereksi., 2000. Short-Time FourierTransform Analysis of The Phonocardiogram Signal. JurnalElectronique Biomedicale. Vol. 2, No. 1. Universitas Abou BekrBelkaid, Algerie.

Donachie, W., 2007. Pasteurellosis. In: Aitken, I.D. (Ed.), Diseases of Sheep.Blackwell, Oxford.

Engdahl, Tomi. 2015. Soundcard Tips and Facts. Gambar diunduh disitus:epanorama.net. Diakses pada tanggal 13 Oktober 2015, pukul 20.00WIB.

Frandson, R.D. 1986. Anatomi dan Fisiologi Ternak. Edisi 4. Gajah MadaUniversity Press. Yogyakarta.

Giles, C.J., Grimshaw, D.J., Shanks, D.J., dan Smith, D.G. 1991. Efficacy ofDanafloxacin in the Therapy of Acute Bacterial Pneumonia in

Housted Beef Cattle. Journal of the British Veterinary Association.Vol. 128, No. 13. Veterinary Record. London.

Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, Allan., dan I’Anson, Helen. 2004.Integrated Principles of Zoology. Edisi 12. McGraw-HillCompanies, Inc. New York.

Jackson, P.G.G dan Cockcroft, P.D. 2002. Clinical Examination of Farm Animals.Blackwell, Oxford.

Kandashamy, A., Kumar, A.S., Ramanathan,R.P., Jayaraman, S., danMalmurugan. N., 2003. Neural Classification of Lung Sound UsingWavelet Coefficients. Computers in Biology and Medicine Journal.Vol. 34, No. 6. Elsevier Ltd. India

Karimkhani, H., Zahraie, Salehi.T., Sadeghi, Z.M.H., Kharimkhani, M., danLameyi, R. 2011. Isolation of Pasteurella Multocida from Cows andBuffaloes in Urmia’s Slaughter House. Veterinary Medicine Journal.Vol. 66, No. 1. Razi Vaccine & Serum Reasearch Institute. Urmia.

López, A. 2015. Pathologic Basis od Veterinary Dieases. Edisi 6. Mesley, Inc.Gambar diunduh dari situs www.quizlet.com. Diakses pada tanggal12 Maret 2015, pukul 15.00 WIB.

Lu, Wen-kai., dan Zhang, Qiang. 2009. Deconvolutive Short-Time FourierTransform Spectrogram. Information Science and TechnologyJournal. Vol. 16, No. 7. Tsinghua University. Beijing.

Murod H. 2005. Perancangan Sistem Akuisisi Data dengan MenggunakanMasukan Sound Card. Skripsi, Program Sarjana Fakultas FisikaTeknik. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.

Nurindiyani, A.K., Kemalasari., dan Wijayanto, Ardik. 2010. Rancang BangunDeteksi Suara Paru-Paru dengan Metode Jaringan Syaraf TiruanBackpropagasi untuk Mendeteksi Penyakit Asma. JurnalElektronika. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. Surabaya.

Oktivasari, P. 2010. Perancangan Stetoskop Elektronik Berbasis Komputerdengan Akuisisi Data Menggunakan NI-DAQ Card. Jurnal FisikaFLUX. Vol.7, No.2. Politeknik Kesehatan Jakarta. Jakarta.

Perino, L.J., dan Apley, M.D. 1998. Clinical Trial Design In Feedlots. FeedlotMedicine Journal. Vol. 14, No. 2. University Iowa State University.Iowa.

Polikar, R. 1996. The Wavelet Tutorial Part I – IV. http://www.public.iastate.edu/~rpolikar/ WAVELETS/WTtutorial.html. Diakses pada tanggal 2Desember 2015. Pukul 10.00.

Poulsen, K.P., dan McGuirk, S.M. 2009. Respiratory Disease of The BovineNeonate. Veterinary Medicine Journal. Vol. 25, No. 1. University ofWisconsin Madison. USA.

Prahallad, Kishore. 2003. Speech Technology, topic: Spectrogram, Cepstrum andMel-Frequency Analysis. Seminar. Camegie Mellon University., danInternational Institute of Information Technology Hyderabad,Hyderabad.

Putra, A. E. 2006. Transformasi Paket Wavelet, Dekomposisi Wavelet danKorelasi pada Data Seismik Gunung Merapi, Jawa – Indonesia.Prosiding Seminar Nasional Teknologi Informasi 2006. FakultasTeknologi Informasi, Universitas Tarumanagara, Jakarta.

Rizal, Achmad., Endang, Budiasih., dan Sabril, Saiful. 2011. PengembanganStetoskop Elektronik dan Software Analisis Auskultasi. JurnalBioSPIN. Institut Teknologi Telkom. Bandung.

Rizal, Achmad., Hadiyoso, Sugondo., dan Ramadhani, M . 2006. Perancangandan Realisasi Stetoskop Elektronik sebagai Media Auskultasi untukJantung dan Paru. Jurnal Elektronika. Institut Teknologi Telkom.Bandung.

Rizal, Achmad., Samudera, M.D., dan Iwut, Iwan. 2009. Pengenalan SuaraManusia menggunakan Spektrogram Filter Bilateral 2D. JurnalElektronika. Institut Teknologi Telkom. Bandung.

Rizal, Achmad dan Soegijoko, Soegijardjo. 2006. Stetoskop Elektronik SederhanaBerbasis PC dengan Fasilitas Pengolahan Sinyal Digital UntukAuskultasi Jantung dan Paru. Jurnal Biomedika. Institut TeknologiTelkom. Bandung.

Rizal, Achmad dan Suryani, Vera. 2006. Lung Sound Recognition UsingSpectrogram and Adaptive Resonance Theory 2 Neural Network(ART2). Jurnal BioSPIN. Institut Teknologi Telkom. Bandung.

Roger, Watson. 2002. Anatomi dan Fisiologi untuk Perawat. edisi 10. EGC.Jakarta.

Rostianta, P.J., Kemalasari, dan Wijayanto, Ardik. 2010. Identifikasi Sinyal SuaraParu Berdasarkan Power Spectra Density Metode Welch untukDeteksi Kelainan Parenkim Paru. Jurnal Elektronika. PoliteknikElektronika Negeri Surabaya. Surabaya.

Schuler, A. Charles. 2003. Electronics: Principles and Applications. Mc GrawHill. Singapore.

Scott, P.R., 2013. Clinical Presentation, Auscultation Recordings,Ultrasonographic Findings and Treatment Respon of 12 Adult Cattlewith Chronic Suppurative Pneumonia: Case Study. VeterinaryJournal. Vol 66, No. 5. University of Edinburgh. Scotland.

Sharp, J.M., De Las Herras, M., 2007. Contagious respiratory tumours. In:Aitken, I.D. (Ed.), Diseases of Sheep. Blackwell, Oxford.

Siegmund, Otto.H. 1986. The Merck Veterinary Manual A Handbook ofDiagnostic and Therapy for the Veterinarien. Edisi 6. Merck & Co.,Inc. New Jersey.

Simanjuntak, R.A. 2010. Sistem Instrumentasi untuk Identifikasi dan AnalisisSuara Paru-Paru. Skripsi. Program Sarjana Fakultas Matematika danIlmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia, Depok.

Sovijärvi, A.R.A., Dalmasso, F., Vanderschoot, J., Malmberg, L.P., Righini, G.,dan Stoneman, S.A.T. 2000. Definiton of Applications ofRespiratory Sounds. Vol. 10, No.77. European Respiratory Review.United Kingdom.

Stallingus, W. 2001. Komunikasi Data Dan Komputer, Dasar-dasar KomunikasiData. Salemba Teknika. Jakarta.

Subronto, P. 1993. Ilmu Penyakit Ternak I. Gadjah Mada Univercity Press.Yogyakarta.

Tilkian, A.G., dan Conover. M.B., 1991. Memahami Bunyi dan Bising Jantung,dalam Praktek Sehari-hari. Binarupa Aksara. Jakarta.

Vaidya, Mihir., Mhatre, Snehal., Ware, Madhuri., dan Pradhan, Pratik. 2013.Embedded Stethoscope. Journal of Emerging Technology andAdvanced Enginering. Vol.3, No.2. University of Mumbai. India

Wilkins P.A., dan Woolums A.R. 2009. Diagnostic for the respiratory system. In:Smith BP, ed. Large Animal Internal Medicine, Edisi 4. MO:Mosby-Elsevier. St. Louis.

Yuriadi., dan Tjahajati, Ida., 2002. Isolasi dan Uji Sensitivitas Bakteri SaluranPernafasan Kambing PE Penderita Pneumonia. Jurnal KedokteranHewan. Vol.20, No. 2. Universitas Gajah Mada, Yogyakarta.

RANCANG BANGUN SISTEM INSTRUMENTASI …digilib.unila.ac.id/25546/3/SKRIPSI TANPA BAB...

Documents

Transcript of RANCANG BANGUN SISTEM INSTRUMENTASI …digilib.unila.ac.id/25546/3/SKRIPSI TANPA BAB...