SUARA DAN AUDIO 1. Ryan Akbar Fauzi (H1L014030) 2. Rahmat Hidayah (H1L014033) 3. Muhammad Afif R. (H1L014036) 4. Aditya Giri R. (H1L014037) 5. Firsta Septiana A. (H1L014039) 6. Zukhruful Jannah (H1L014040) 7. Indarmawan S. (H1L014041) 8. Zikry Kurniawan (H1L014044) 9. Shafa Rizky F. (H1L014046) 10. Farhanudin Khaliq (H1L014053) 11. Kevin Chandra A. (H1L014056)

SUARA (SOUND)

• suara adalah pemampatan mekanis atau gelombang yang merambat melalui medium. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat, gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat misalnya di dalam air, batu bara, atau udara. Suara/bunyi biasanya merambat melalui udara. Suara/bunyi tidak bisa merambat melalui ruang hampa.

• Manusia mendengar bunyi saat gelombang bunyi, yaitu getaran di udara atau medium lain, sampai ke gendang telinga manusia. Batas frekuensi bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusiakira-kira dari 20 Hz sampai 20 kHz pada amplitudo umum dengan berbagai variasi dalam kurva responsnya. Suara di atas 20 kHz disebut ultrasonik dan di bawah 20 Hz disebut infrasonik.

FREKUENSI

0Hz – 20Hz Infrasound

20Hz – 20KHz Pendengaran

Manusia

20KHz – 1GHz Ultrasound

1GHz – 10THz Hypersound

Manusia membuat suara dg frekuensi : 50Hz – 10KHz. Sinyal suara musik memiliki frekuensi : 20Hz – 20Khz. Sistem multimedia menggunakan suara yang berada dalam range pendengaran manusia. Suara yang berada pada range pendengaran manusia sebagai Audio, dan gelombangnya sebagai Accoustic Signal. Suara diluar range pendengaran manusia dapat dikatakan sebagai Noise (getaran yang tidak teratur dan tidak berurutan dalam berbagai frekuensi, tidak dapat didengar manusia).

Fourier Analysis merupakan suatu sinyal analog terdiri dari sebuah frekuensi sinusoidal dimana amplitudonya serta fasanya berubah secara “relatif” antara satu dengan lainnya.

AMPLITUDO

• Keras lemahnya bunyi atau tinggi rendahnya gelombang.

• Satuan amplitudo adalah decibel (db)

• Bunyi mulai dapat merusak telinga jika tingkat volumenya lebih besar dari 85 dB dan pada ukuran 130 dB akan mampu membuat hancur gendang telinga

VELOCITY

• Kecepatan perambatan gelombang bunyi sampai ke telinga pendengar.

• Satuan yang digunakan : m/s • Pada udara kering dengan suhu 20 °C (68 °F)m kecepatan rambat

suara sekitar 343 m/s

REPRESENTASI SUARA

Gelombang suara analog tidak dapat langsung direpresentasikan pada komputer. Komputer mengukur amplitudo pada satuan waktu tertentu untuk menghasilkan sejumlah angka. Tiap satuan pengukuran ini dinamakan“SAMPLE”.

Konsep Dasar

Suara dihasilkan oleh getaran suatu benda. Selama bergetar, perbedaan tekanan terjadi di udara sekitarnya. Pola osilasi yang terjadi dinamakan sebagai “GELOMBANG”. Gelombang mempunyai pola sama yang berulang pada interval tertentu,yang disebut sebagai “PERIODE”.

Contoh suara periodik :

• instrument musik

• nyanyian burung, dll.

Contoh suara nonperiodik :

• batuk

• percikan ombak, dll

ANALOG TO DIGITAL CONVERSION

(ADC) proses mengubah amplitudo gelombang bunyi ke dalam waktu interval tertentu (disebut juga sampling), sehingga menghasilkan representasi digital dari suara.

Sampling rate : beberapa gelombang yang diambil dalam satu detik.

• Membuang frekuensi tinggi dari source signal

• Mengambil smaple pada interval waktu tertentu (sampling)

• Menyimpan amplitudo sample dan mengubahnya dalam bentuk diskrit (kuantisasi)

• Mengubah bentuk menjadi nilai biner

Prinsip Kerja ADC

adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi 5 volt, tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8 bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk decimal) atau 10011001 (bentuk biner).

signal = (sample/max_value) * reference_voltage = (153/255) * 5 = 3 Volts

Nyquist Sampling Rate : untuk memperoleh representasi akurat dari suatu sinyal analog secara lossless, amplitudonya harus diambil sample-nya setidaknya pada kecepatan (rate) sama atau lebih besar dari 2 kali lipat komponen frekuensi maksimum yang akan didengar.

Contoh : Untuk sinyal analog dengan bandwith 15Hz – 10kHz

• sampling rate = 2 x 10KHz = 20 kHz

DIGITAL TO ANALOG CONVERSION

(DAC) proses mengubah digital audio menjadi sinyal analog. DAC biasanya hanya menerima sinyal digital Pulse Code Modulation (PCM) yang merupakan representasi digital dari sinyal analog.

PROSESNYA :

• Menghitung data digital menjadi amplitudo-amplitudo analog

• Menyambung amplitudo analog menjadi sinyal analog

• Memfilter keluaran dengan Low Pass Filter sehingga bentuk gelombang keluaran menjadi lebih mulus.

Contoh DAC adalah: soundcard, CDPlayer, IPod, mp3player

Perkembangan format audio

YEAR PHYSICAL FORMAT CONTENT FORMAT

1979 Compact Disk

1985 Audio Interchange File Format (AIFF)

1987 Digital Audio Tape (DAT)

1990 Digital Compact Caseette

1991 MiniDisc ATRAC

1992 WAVEform (WAV) Dolby Digital Surround Cinema Sound

1993 Digital Theatre System (DTS)

1995 MP3

YEAR PHYSICAL FORMAT CONTENT FORMAT

1996 DVD

1999 Super Audio CD (SACD) Windows Media Audio (WMA)

2000 Free Lossless Audio Codec (FLAC)

2001 Advanced audio coding (AAC)

2002 Ogg Vorbis

2003 DualDisc

2005 HD – DVD

2006 Blu – Ray Disc

2008 Blu – Spec Disc

2009 SILK

2010 Opus

• Perkembangan Audio WAV

Merupakan standar suara de-facto di Windows. Awalnya hasil ripping dari CD direkam dalam format ini sebelum dikonversi ke format lain. Namun sekarang tahap ini sering dilewati karena file dalam format ini biasanya tidak dikompresi dan karena berukuran besar. Musik dengan format WAV (Waveform Audio Format) adalah suatu audio file standar windows yang dipakai ke dalam komputer atau laptop yang OS-nya Windows. WAV mempunyai bentuk berupa format audio umum yang tidak terkompresi, dengan demikian mampu menyimpan detil suara secara keseluruhan yang biasanya dalam bentuk dua kanal suara.

Musik digital dalam format WAV sendiri telah dikembangkan oleh Microsoft dan IBM dimana merupakan variasi atas format bitstream RIFF serta setara dengan format IFF dan juga AIFF yang dipakai pada komputer Amiga dan Macintosh. Format WAV pada era sekarang tidak begitu sering digunakan oleh penikmat musik dikarenakan ukuranya dan kualitasnya yang jauh dari kualitas baik (Soeprihadi, 2011). WAV biasanya bisa disimpan ke dalam perangkat handphone namun dengan durasi pendek atau ukuran yang kecil dan kualitas rendah.

Perbandingan Format Audio

• AAC (Advanced Audio Coding) [ .m4a ]

AAC telah dibuat sangat populer oleh Apple karena telah di integrasikan kedalam software music Apple, iTunes dan Ipod portable audio player. Sample rate sampai 96 khz atau sama dengan 2x mp3 yang hanya mempunyai 44 khz.

Pada setiap bit rate, AAC terdengar lebih baik dibanding dengan Mp3. Demikian pula, 128 Kbps AAC akan terdengar lebih baik dari 128 Kbps Mp3.

• WAVEFORM AUDIO [ .WAV ]

WAV adalah format audio standar Microsoft dan IBM untuk PC biasanya menggunakan coding PCM (Pulse Code Modulation). WAV adalah data tidak terkompres sehingga seluruh sampel audio disimpan semuanya di harddisk.

Software yang dapat menciptakan WAV dari Analog Sound misalnya adalah Windows Sound Recorder. Maksimal ukuran file WAV adalah 2GB.

• Audio Interchange File Format [.AIFF]

Merupakan format standar Macintosh. AIFF audio yang memakan lebih dari 10 MB per menit audio, yang berarti sebuah lagu 4 menit disimpan sebagai AIFF akan membutuhkan lebih dari 40MB ruang disk. Software pendukung: Apple QuickTime

• Mpeg Audio Layer 3 [.mp3]

Merupakan file dengan lossy compression.Distandarisasi pada tahun 1991. Kompresi dilakukan dengan menghilangkan bagian-bagian bunyi yang kurang berguna bagi pendengaran manusia.

Kompresi mp3 dengan kualitas 128 bits 44000 Hz biasanya akan menghasilkan file berukuran 3-4 MB, tetapi unsur panjang pendeknya lagu juga akan berpengaruh. Bit rate MP3 dimulai dari 32 Kbits/detik sampai 320 Kbits/detik. Software pemutar file mp3 : Winamp.

WAV (WAVEFORM AUDIO)

format audio standar Microsoft dan IBM untuk PC.

WAV biasanya menggunakan coding PCM (Pulse Code Modulation)

PCM (Pulse Code Modulation), yaitu proses mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital.

Prosesnya ada 3, yaitu :

• sampling

• quantizing

• coding

Proses sampling adalah proses pengambilan sample dari sinyal suara dengan lebar pita frekwensi antara 300- 3400 Hz, di mana proses ini dikerjakan oleh modulator amplitudo. Proses Quantizing (Kuantisasi) yaitu pemberian harga terhadap sinyal PAM; yang besarnya – kecilnya disesuai dengan harga tegangan pembanding terdekat. Coding adalah proses mengubah sinyal PAM menjadi sinyal digital (A – D Converter).

WAV merupakan data yang tidak terkompres sehingga seluruh sampel audio disimpan semuanya di harddisk.

Software yang dapat menciptakan WAV dari Analog Sound misalnya

adalah Windows Sound Recorder. WAV jarang sekali digunakan di internet karena ukurannya yang relatif besar. Maksimal ukuran file WAV adalah 2GB.

Audio Interchange File Format

merupakan singkatan dari "Audio Interchange File Format" AIFF adalah format file yang dirancang untuk menyimpan data audio. Hal ini dikembangkan oleh Apple Computer, tetapi didasarkan pada IFF Electronic Arts (Interchange Format File), format kontainer awalnya digunakan pada sistem Amiga.

CD Audio

File dengan ekstensi .cda merupakan representasi dari track CD-Audio. File dengan format .cda ini dapat langsung dijalankan dengan melalui CD-ROM, sementara file-nya sendiri tidak mempunyai informasi kode modulasi apapun sehingga jika dicopy ke harddisk, file tersebut akan menjadi tidak dapat di-play atau dimainkan. Pada November 1984, dua tahun setelah CD diproduksi secara massal, Sony mengeluarkan Discman sebagai media pemutar portable. Agar dapat mengambil atau mengopi file audio dari CD-Audio, dibutuhkan software khusus untuk mengubah dari format .cda menjadi format lain yang dapat disimpan di komputer.

Mpeg Audio Layer 3 [MP3]

Mpeg Audio Layer 3 atau MP3 adalah salah satu format berkas pengodean suara yang memiliki kompresi yang baik sehingga ukuran berkas bisa memungkinkan menjadi lebih kecil.

Yang distandarisasikan pada tahun 1991. Kompresi mp3 dengan kualitas 128 bits 44000 Hz biasanya akan menghasilkan file berukuran 3-4 MB, tetapi unsur panjang pendeknya lagu juga akan berpengaruh. Software pemutar file mp3 adalah Winamp.

Software encoder : LAME (Lame ain’t MP3 Encoder), sebuah encoder mp3 open source dan freeware yang dibuat oleh Mike Cheng pada awal tahun 1998. Macam-macam bit rate: 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256 and 320 kbit/s

MIDI

MIDI (Music Instrument Digital interface) merupakan standard yang dibuat oleh perusahaan alat-alat musik elektronik berupa serangkaian spesifikasi agar berbagai instrumen dapat berkomunikasi.

Interface MIDI

1. Perangkat Keras

Hardware yang terhubung ke peralatan (alat instrumen / komputer) . Contoh : Synthesizer

2. Data Format

Pengkodean informasi :

• spesifikasi instrument

• awal / akhir nada

• frekuensi

• volume suara

MIDI Reception Mode

Merupakan mode-mode penerimaan data Channel MIDI.

Mode1 Omni - On Poly : perangkat penerima mendengarkan dan merespon semua data channel MIDI masuk.

Mode 2 Omni - On Mono : perangkat penerima mendengarkan dan merespon semua data saluran MIDI masuk dalam cara yang sama seperti mode 1, tetapi hanya dimainkan pada satu kapasitas polifonik.

Komponen-komponen MIDI Device :

• Sound generator : pembangkit suara synthesizer

• Microprocessor : mengirim / menerima MIDI message

• Keyboard : mengontrol synthesizer secara langsung

• Control Panel : mengatur fungsi-fungsi selain nada dan durasi (volume, jenis suara, dll)

• Auxiliary Controllers : memanipulasi nada (modulation, pitch, dll)

• Memory

MIDI Message

Format MIDI message terdiri dari status byte (keterangan mengenai jenis pesan) dan data bytes.

Terdapat 2 jenis MIDI message:

1. Channel Message (dikirim pada piranti tertentu)

- Channel voice message -> performance data antar MIDI device, keyboard action, perubahan control panel

- Channel mode message -> bagaimana MIDI device penerima merespon channel voice message

2. System Message (dikirim pada semua piranti dalam sistem)

- System real-time message (1 byte) -> sinkronisasi waktu

- System common message -> mempersiapkan sequencer/synthesizer untuk memainkan lagu

- System exclusive message -> personalisasi message