Daftar Isi (Table Of Content)
A. Tujuan dan Capaian Pembelajaran/Kompetensi Akhir
1. Mahasiswa mampu memahami serta menjelaska Sensor dan Transduser (Output Suara, Ultrasonik, Infrasonik)
2. Mahasiswa mampu merancang sistem dengan pengontrol/pengendali apa saja (PLC, Mikrokontroller, Mikroprosesor) yang memanfaatkan input Sensor dan Transduser (Output Suara, Ultrasonik, Infrasonik)
5.7 Transduser Output Suara
5.7.1 Speaker Besi Gerak (moving iron)
Speaker besi gerak (moving iron) adalah tipe speaker paling awal. Pengunaannya diterapkan pada earphone di awal pengembangan telepon dan digunakan secara ekstensif di kala itu.
Speaker besi gerak masih digunakan sampai sekarang di beberapa speaker mini dengan pertimbangan ukuran kecil dan biaya rendah lebih diutamakan dibandingkan kualitas suara.
Pengeras suara besi yang bergerak terdiri dari diafragma yang terbuat dari logam atau aloy yang dimagnetisasi, magnet permanen dan gulungan koil enamel.
Koil dililitkan pada magnet permanen untuk membentuk solenoid. Ketika sinyal audio diterapkan pada koil kekuatan medan magnet bervariasi sehingga menggerakkan diafragma.
Ada beberapa jenis speaker besi yang bergerak. Speaker besi bergerak tua yang tidak terbentang memiliki suara yang khas, dengan kualitas suara yang mungkin paling buruk dari semua jenis speaker yang diketahui dapat digunakan untuk berbicara.
Mekanisme besi bergerak teredam modern dapat memberikan kualitas suara yang lebih baik dan digunakan dalam headphone.
Gambar 5.39 Loudspeaker Moving Iron
5.7.2 Speaker Koil Gerak (Moving Coil)
Loudspeaker koil gerak (moving coil) pada dasarnya menggunakan efek magnetik yang dihasilkan oleh arus yang mengalir. Ketika arus mengalir dalam kawat penghantar, medan magnet muncul di sekitarnya.
Ketika kawat dililitkan menjadi bentuk koil efek medan magnet meningkat.
Jika koil ditempatkan ke medan magnet yang stabil pada magnet tetap maka kedua medan magnet tersebut akan berinteraksi.
Kutub magnet yang berlawanan akan saling tarik menarik dan kutub magnet yang sama akan tolak menolak.
Arus yang mengalir dalam koil dapat menyebabkan koil tertarik atau ditolak dari medan magnet tetap dan tingkat gaya sebanding dengan arus yang mengalir.
Jika koil terpasang pada diafragma besar, maka gelombang suara akan lebih efektif ditransfer ke udara.
Konstruksi speaker koil gerak terdiri atas magnet, bingkai/chasis, diafragma, diafragma, kubah/penutup debu, voice coil dan spider/suspensi.
Magnet menyediakan medan magnet tetap yang digunakan untuk melawan medan dari koil.
Magnet ini biasanya terbuat dari ferit yang kuat. Loudspeaker koil bergerak umumnya dibangun di atas bingkai melingkar – kadang-kadang ini juga berbentuk elips.
Bingkai membentuk dasar untuk loudspeaker dan menyediakan strukturnya, meskipun tidak berfungsi sebagai bagian aktif apa pun dalam operasi.
Di bagian depan loudspeaker koil bergerak terdapat kerucut atau diafragma yang berfungsi mentransfer getaran koil gerak ke udara.
Diafragma pengeras suara dapat dibuat dari kain, plastik, kertas, atau logam ringan. Pada bagian antara chasis dan diafragma dipasang undulasi diafragma untuk memungkinkan bagian utama bergetar dan bergerak dengan mudah.
Penutup debu berbentu kuba melindungi koil suara dari debu dan kotoran.
Voice coil (koil suara) yang bergerak adalah elemen kunci dari loudspeaker.
Dibutuhkan arus dari penguat audio dan arus yang mengalir menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan magnet permanen untuk menciptakan kekuatan yang menggerakkan kumparan sehingga diafragma yang secara mekanis menciptakan gelombang suara.
Spider (suspensi) adalah bagian pendukung yang bentuknya bergelombang. Bagian ini memiliki sifat fleksibel untuk menahan koil suara di tempatnya, sekaligus memungkinkannya bergerak bebas.
Gambar 5.40 Loudspeaker Moving Coil
5.7.3 Speaker Pita (Ribbon Loudspeaker)
Pengeras suara pita terdiri dari pita film logam tipis yang diletakkan dalam medan magnet. Sinyal listrik dialirkan pada pita yang mengakibatkan pita bergerak dan menghasilkan suara.
Keuntungan dari speaker pita adalah bahwa pita memiliki massa yang kecil dengan demikian sehingga dapat berakselerasi dengan sangat cepat dan menghasilkan respons frekuensi tinggi yang sangat baik.
Loudspeaker pita seringkali sangat rapun dan dapat terkoyak oleh hembusan udara yang kuat.
Desain loudspeaker pita umumnya membutuhkan magnet yang sangat kuat sehingga biaya produksinya menjadi mahal.
Loudspeaker pita memiliki resistansi yang sangat rendah sehingga sebagian besar amplifier tidak dapat men-drive secara langsung, oleh karena itu transformator step down biasanya digunakan untuk meningkatkan arus melalui pita.
Gambar 5.41 Speaker Pita
5.7.4 Speaker/Buzzer Piezoelectric
Piezoelectric atau biasa disebut juga dengan efek piezoelectric adalah muatan listrik yang terakumulasi dalam bahan padat tertentu, seperti kristal dan keramik akibat dari mechanical pressure (tekanan).
Piezoelectric digunakan untuk mengukur tekanan, percepatan, regangan, etc. dan biasa digunakan dalam alat-alat seperti: mikrofon, jam quartz, pengubah suara menjadi tulisan pada laptop, mesin pembakaran dalam, printer, oscillator elektronik, hingga bisa dijadikan sebagai sumber energi alternatif ditempat keramaian seperti di station ataupun di bandara.
Contoh dari transduser listrik ke audio adalah loudspeaker/buzzer piezoelektrik. Piezoelectric buzzer adalah jenis buzzer yang menggunakan efek piezoelectric untuk menghasilkan suara atau bunyi.
Tegangan listrik yang diberikan ke bahan piezoelectric akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator.
Prinsip piezoelektrik juga telah digunakan untuk earphone dalam bentuk piezoelektrik (lebih tepatnya piroelektrik, karena parameter listriknya peka terhadap temperatur) lembaran plastik, yang dapat dibentuk menjadi diafragma yang sangat fleksibel.
Efek dari penerapan tegangan antara diafragma tersebut adalah membuat dimensi menyusut dan memperluas bentuk gelombang.
Pada gilirannya ini dapat diubah menjadi gerakan yang akan menggerakkan udara dengan membentuk diafragma.
Hal ini dapat dilakukan misalnya, hanya dengan meregangkan bahan di atas sepotong busa plastik bulat.
Massa yang bergerak sangat kecil dan sensitivitasnya tinggi, tanpa perlu catu daya. Linearitas yang dapat diperoleh tergantung pada bentuk permukaan serta karakteristik piezoelektrik (Sinclair, 2001).
5.8 Sensor dan Transduser Ultrasonik
Ultrasonik adalah suara atau getaran dengan frekuensi yang terlalu tinggi untuk bisa didengar oleh telinga manusia, yaitu kira-kira di atas 20 kiloHertz.
Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, di mana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya.
Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya.
Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil (Setiawan, 2009).
Pada transduser ultrasonik, meskipun pengeras suara dan mikrofon dapat menggunakan prinsip operasi yang sama, perbedaan antara menerima gelombang suara dan menghasilkannya cukup untuk membuat tindakan dipertukarkan dengan sangat buruk.
Loudspeaker umumnya digunakan sebagai mikrofon berkualitas. Sebuah mikrofon sukses, tetapi tidak cocok sebagai loudspeaker karena tidak dirancang untuk dapat digunakan sebagai pegangan jumlah daya yang dibutuhkan.
Sebaliknya, transduser yang digunakan untuk gelombang ultrasonik adalah tipe yang hampir sepenuhnya reversibel. Transduser yang digunakan untuk mengirim atau menerima sinyal ultrasonik melalui padatan atau ke arah mana pun jika diperlukan.
Untuk sinyal ultrasonik yang dikirim melalui udara (atau gas lainnya), transduser digunakan dengan diafragma dan dalam selungkup yang dapat membuat aplikasi lebih banyak unit penerima harus digunakan untuk tujuan spesifiknya (Sinclair, 2001).
5.9 Transduser Infrasonik
Frekuensi gelombang di bawah 20 Hz tidak begitu luas sebagai frekuensi infrasonik, tetapi penginderaan frekuensi ini adalah masalah penting. Getaran bumi yang disertai dengan gempa bumi berada di wilayah frekuensi sangat rendah dan disebut gelombang seismik.
Transduser untuk gelombang seismik harus mampu respons frekuensi sangat rendah, yang mengesampingkan penggunaan transduser piezoelektrik.
Kebanyakan transduser seismik bekerja berdasarkan prinsip penggunaan massa yang ditangguhkan untuk mengoperasikan transduser dari tipe kapasitif atau induktif, seperti contoh pada
Gambar 5.42. Prinsipnya di sini adalah bahwa getaran bumi akan menggerakkan selubung, membiarkan massa yang ditangguhkan diam dan gerakan relatif antara penopang dan massa akan menghasilkan keluaran (Sinclair, 2001).
Sumber alami lain dari getaran frekuensi rendah adalah sinyal kuat yang memungkinkan jenis transduser piezoelektrik yang akan digunakan.
Diafragma besar secara mekanis digabungkan ke kristal piezoelektrik dan output dari kristal terhubung ke amplifier MOSFET, dengan tahap chopper yang digunakan untuk amplifikasi utama.
Teknik yang biasa dengan sinyal-sinyal ini adalah merekamnya dengan pita yang berjalan lambat, dan memutar ulang dengan kecepatan yang lebih tinggi untuk membuatnya lebih mudah untuk menampilkan (dan mendengar) bentuk gelombang.
Gambar 5.42 Detektor Seismik (Sumber: Sensors and Transducers. Ian R Sinclair. 2001)
B. Tugas
1. Buatlah sebuah rancangan sistem dengan pengontrol/pengendali apa saja (PLC, Mikrokontroller, Mikroprosesor) yang memanfaatkan input Sensor dan Transduser Output Suara.
2. Buatlah sebuah rancangan sistem dengan pengontrol/pengendali apa saja (PLC, Mikrokontroller, Mikroprosesor) yang memanfaatkan input Sensor dan Transduser Ultrasonik.
3. Buatlah sebuah rancangan sistem dengan pengontrol/pengendali apa saja (PLC, Mikrokontroller, Mikroprosesor) yang memanfaatkan input Sensor dan Transduser Infrasonik.
C. Daftar Pustaka
1. Badano, A. (2003) ‘Principles of Cathode-Ray Tube and Liquid Crystal Display Devices’, Syllabus: a categorical course in diagnostic radiology …, 20857(January 2003), pp. 91–102. Available at:
http://www.engin.umich.edu/class/ners580/nersbioe_481/lectures/pdfs/RSNA2 003_DR_PrincCRT+LCD_Badano.pdf.
2. Columbia University (no date) Thermocouples and Pyroelectric Detectors.
Available at:
http://www.columbia.edu/itc/chemistry/ARCHIVE/chemc1500TL/experiments/session3/thermocouple/thermocouple.html (Accessed: 12 September 2019).
3. Electronic Notes (no date a) Carbon Microphone.
Available at:
https://www.electronics-notes.com/articles/audiovideo/microphones/electretmicrophone.php (Accessed: 18 October 2019).
4. Electronic Notes (no date b) Dynamic Microphone Moving Coil Microphone Electronics Notes.
Available at: https://www.electronicsnotes.com/articles/audiovideo/microphones/moving-coil-dynamicmicrophone.php (Accessed: 22 October 2019).
5. Endress and Hauser (2017) Flow measuring technology for liquids , gases and steam. Endress and Hauser. Available at: www.endress.com.
6. Figaro Engineering Inc. (2018) Operating principle -Catalytic-type gas sensor.
Available at: https://www.figaro.co.jp/en/technicalinfo/principle/catalytictype.html (Accessed: 3 October 2019).
7. Gunathilaka, W. M. D. R. et al. (2012) ‘Ambient Radio Frequency energy harvesting’, 2012 IEEE 7th International Conference on Industrial and Information Systems, ICIIS 2012, (June 2016). doi:10.1109/ICIInfS.2012.6304789.
8. Intersil (2002) AD590 2-Wire, Current Output Temperature Transducer. Intersil.
9. Karim, S. (2016) Modul Pelihan Guru : Paket Keahlian Teknik Elektronika Industri Sekolah Menengah Kejuruan (SMK). Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Bidang Otomotif dan Elektronika, Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan. doi: 10.1017/CBO9781107415324.004.
10. Morris, A. S. (2001) Measurement & Instrumentation Principles. Third. Oxford: Reed Educational and Professional Publishing Ltd.
11. Peddinti, V. K. (no date) ‘Light Emitting Diodes (LEDs) basic structures’. doi: 10.1007/s00710-007-0198-0.
12. pyromation Inc. (no date) RTD Theory.
13. SCME (2014) Introduction to Transducers, Sensors, and Actuators, Southwest Center for Microsystems Education (SCME) University of New Mexico. Albuquerque: University of New Mexico.
Available at:
http://engtech.weebly.com/uploads/5/1/0/6/5106995/more_on_transducers_sensors_actuators.pdf.
14. Sinclair, I. R. (2001) Sensors and Transducer, The British Journal of Psychiatry. Oxford: Reed Educational and Profesional Publishing Ltd. doi:10.1192/bjp.111.479.1009-a.
15. Texas Instruments (2017) LM35 Precision centigrade temperature sensors.Texas Instruments.
Available at: www.ti.com.
16. Thermo Sensor Corp. (2013) Resistance Temperature Detectors ( RTDs ). Thermo Sensors Corp.
17. Usher, M. J. (1985) Sensor And Transducer. London: Macmillan Publisher Ltd. doi:10.1192/bjp.112.483.211-a.
18. Wang, W.-C. (no date) Optical Detectors Photodetectors.
Available at:
http://photonics.intec.ugent.be/education/IVPV/res_handbook/v1ch15.pdf.
19. Ylä-mella, J., Pongrácz, E. and Keiski, R. L. (2014) ‘Liquid Crystal Displays : Material Content and Recycling Practices University of Oulu University of Oulu University of Oulu’, (August).
20. Yunusa, Z. et al. (2014) ‘Gas Sensors : A Review’, Sensors & Transducers, 168(December 2015), pp. 61–75. Available at: http://www.sensorsportal.com.
