Amplifier dengan Umpan Balik Akustik untuk Memperkuat Frekuensi Rendah Penguat Audio

Pada sistem audio, spektrum frekuensi dapat dibagi menjadi tiga wilayah, yaitu bass, middle, dan treble. Untuk keperluan tertentu, ketiga wilayah nada tersebut diatur sedemikian rupa sehingga sesuai dengan karakteristik ruangan atau sesuai dengan. keinginan si pendengar musik. Sebuah pengatur nada biasanya ditambahkan untuk melengkapi penguat audio sehingga didapatkan respon frekuensi seperti yang diinginkan. Pengatur nada tersebut berfungsi untuk memperbesar (boost) atau memperlemah (cut) sinyal-sinyal audio pada frekuensi tertentu. Pengatur nada aktif dibuat menggunakan filter yang diberi penguat dengan umpan balik negatif.Pada sistem kontrol, pengertian umpan balik berarti pengembalian hasil dari keluaran kepada masukan dari suatu sistem. Konsep umpan balik ini sangat penting dalam teori sistem kontrol karena akan menentukan karakteristik dan mempengaruhi kes¬tabilan dari sistem kontrol tersebut [1]. Sistem audio dapat dipandang sebagai sebuah sistem kontrol yang juga memiliki parameter-parameter seperti gain, frequency response, dan lain-lain. Pada sistem audio, terdapat fenomena natural feedback dimana sinyal suara yang dikeluarkan dari speaker akan masuk kembali ke dalam sistem dan mempengaruhi karakteristik dan performa dari sistem tersebut [6]. Ada banyak sistem kontrol umpan balik yang dirancang supaya acousüc feedback yang muncul di dalam sistem bisa dimanfaatkan untuk memperoleh respon tertentu dari sistem [7],[8].
Untuk menghasilkan nada rendah, tersedia loud¬speaker khusus yang disebut sebagai woofer. Beberapa penguat audio dilengkapi dengan penguat khusus untuk frekuensi rendah ini karena konstruksi dari diafragma woofer itu sendiri yang cukup tebal disamping ukuran coil dari loudspeaker woofer yang juga tergolong besar sehingga diperlukan daya lebih untuk menggerakkan diafragma tersebut hingga dihasilkan bunyi nada rendah yang cukup keras. Pada umumnya loudspeaker tipe woofer ini hanya menghasilkan suara dengan frekuensi rendah di atas 100 Hz. Jika hendak memperkuat suara dengan frekuensi dibawah 100 Hz, biasanya digunakan loudspeaker tipe subwoofer. Ada dua fenomena yang sering terjadi, yaitu kotak yang disediakan untuk subwoofer ini menjadi sedemikian besar atau sistem penguat untuk subwoofer menjadi sangat kompleks dan berlebihan. Keduanya disebabkan karena tanggapan frekuensi rendah yang dihasilkan belum seperti yang diinginkan. Hal ini terjadi karena pada kebanyakan sistem penguat subwoofer, sinyal umpan balik diambil sebelum loudspeaker subwoofer. Sedangkan loudspeaker subwoofer itu sendiri juga memiliki karakteristik yang akan mempengaruhi tanggapan frekuensi suara yang akan dihasilkan.
Pada makalah ini akan disajikan salah satu imple¬mentasi teori umpan balik pada sistem audio. Umpan balik yang diberikan pada amplifier diperoleh dari sinyal akustik yang diubah menjadi sinyal listrik menggunakan sebuah transducer. Makalah ini di¬susun dengan urutan sebagai berikut. Di bagian awal akan dijelaskan teori dasar dari sistem berumpan balik dan respon filter yang diharapkan. Kemudian dilanjutkan dengan perencanaan dan implementasi sistem. Di bagian akhir akan disajikan hasil-hasil pengujian dan ditutup dengan kesimpulan.
Umpan Balik (Feedback)

Implementasi
Pada makalah ini dijelaskan bagaimana meman¬faatkan fenomena osilasi akibat umpan balik positif pada sebuah sistem penguat audio untuk memperkuat frekuensi rendahnya. Tanggapan frekuensi yang diinginkan ditunjukkan pada gambar 2 di bawah ini. Frekuensi yang diperkuat berada pada rentang 20Hz hingga 90Hz dan ini merupakan wilayah spektrum audio yang disebut sebagai subwoofer.

Kesimpulan
Pada makalah ini telah disajikan salah satu aplikasi teori umpan balik pada sebuah sistem penguat audio. Sinyal umpan balik yang diberikan diambil dari sinyal akustik yang dikeluarkan oleh loudspeaker dan diubah kembali menjadi sinyal elektrik. Karena sinyal akustik ini sefasa dengan sinyal input bagi penguat, maka diperlukan rangkaian filter dan komparator untuk menjaga supaya efek umpan balik positif hanya bekerja pada rentang frekuensi tertentu yang dalam hal ini adalah rentang frekuensi rendah.
Penguat audio (audio amplifier) yang digunakan dipilih yang tanpa menggunakan pengatur nada (tone control). Pada waktu menggunakan rangkaian tanpa umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan yang sama sepanjang rentang frekuensi audio.
Sedangkan ketika menggunakan sistem umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan ± 9 dB pada waktu frekuensi berada pada 10 Hz sampai 100 Hz, dan mengalami penguatan sebesar ± 6–8 dB pada frekuensi 100 Hz ke atas. Dengan demikian, sistem penguat dengan umpan balik akustik ini memberikan penguatan cukup baik pada spektrum audio subwoofer.