TECHNO INFO

Blog ini akan memberiakan informasi-informasi mengenai teknologi informasi dan komputer, namun tidak hanya info-info IT, info yang lainnya juga bisa anda dapatkan di blog ini.

Analog dan Digital Filter

Mengenal Filter


Filter adalah adalah sebuah rangkaian yang dirancang agar melewatkan suatu pitra frekuensi tertentu seraya memperlemah semua isyarat di luar pita ini. Pengertian lain dari filter adalah rangkaian pemilih frekuensi agar dapat melewatkan frekuensi yang diinginkan dan menahan (couple)/membuang (by pass) frekuensi lainnya.


Macam-Macam Rangkaian Filter



  • Berdasarkan sifat penguatannya, filter bisa diklasifikasikan :
    • Filter aktif :
      1. Komponen penyusunnya : ohm-Amp,kapasitor,dan resistor.
      2. Keuntungannya : ukurannya yang lebih kecil, ringan, lebih murah, dan lebih fleksibel dalam perancangannya.
      3. Kekurangan : kebutuhan catu daya eksternal,lebih sensitif terhadap perubahan lingkungan,dan frekuensi kerja yang sangat dipengaruhi oleh karakteristik komponen aktifnya.


    • Filter pasif :

      1. Komponen penyusunnya : induktor,kapasitor,dan resistor.
      2. Kelebihan : dapat dipergunakan untuk frekuensi tinggi.
      3. Kekurangan : dimensi lebih besar daripada filter aktif.






  • Berdasarkan daerah frekuensi yang dilewatkan, filter analog dibagi menjadi:
      1. LPF (Low Pass Filter)
      2. BPF (Band Pass Filter)
      3. HPF (High Pass Filter)
      4. BSF/BRF (Band Stop Filter/Band Reject Filter)


  • Berdasarkan bentuk respon frekuensi terhadap gain:

    1. Filter Bessel (Maximally Flat Time Delay)
    2. Filter Cauer (Eliptic)
    3. Filter Butterworth (Maximally Flat)
    4. Filter Chepyshev (Tchebycheff)


Filter-filter tersebut merupakan dasar untuk mendesain bermacam-macam kegunaan yang kita kenal dalam kehidupan sehari-hari yaitu :equalizer,crossover, dan lain-lain.
Rangkaian filter aktif tersebut dapat low pass filter,band pass filter,band pass filter,dan high pass filter.
Rangkaian berikut adalah gambar macam-macam rangkaian filter dan respon frekuensinnya.

Filter-filter tersebut merupakan dasar untuk mendesain bermacam-macam kegunaan yang kita kenal dalam kehidupan sehari-hari yaitu :equalizer,crossover, dan lain-lain.
Rangkaian filter aktif tersebut dapat low pass filter,band pass filter,band pass filter,dan high pass filter.
Rangkaian berikut adalah gambar macam-macam rangkaian filter dan respon frekuensinnya.



Jaringan-jaringan filter bisa bersifat aktif maupun pasif.
Jaringan filter pasif hanya berisi tahanan, inductor dan kapasitor saja.
Jaringan Filter aktif berisikan transistor atau op-amp ditambah tahanan, inductor dan kapasitor.

Adapun Jenis-Jenis Filter :
  • Filter Low Pass 
adalah sebuah rangkaian yang tegangan keluarannya tetap dari dc naik sampai ke suatu frekuensi cut-off fc. Bersama naiknya frekuensi di atas fc, tegangan keluarannya diperlemah (turun).
Low Pass Filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam/menahan frekuensi tinggi. Bentuk respon LPF seperti ditunjukkan gambar di bawah ini.



Gambar respon LPF
Pita Lewat : Jangkauan frekuensi yang dipancarkan
Pita Stop : Jangkauan frekuensi yang diperlemah.
Frekuensi cutoff (fc) : disebut frekuensi 0.707, frekuensi 3-dB, frekuensi pojok, atau frekuensi putus.

Fungsi :Low pass filter (LPF) berfungsi meneruskan sinyal input yang frekuensinya berada dibawah frekuensi tertentu, diatas frekuensi tersebut (frekuensi cut off) sinyal akan diredam (FcoL). 

  • Filter High Pass 
memperlemah tegangan keluaran untuk semua frekuensi di bawah frekuensi cutoff fc. Di atas fc, besarnya tegangan keluaran tetap. Garis penuh adalah kurva idealnya, sedangkan kurva putus-putus menunjukkan bagaimana filter-filter high pass yang praktis menyimpang dari ideal.
Pengertian lain dari High Pass Filter yaitu jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi serta meredam/menahan frekuensi rendah. Bentuk respon HPF seperti ditunjukkan gambar di bawah ini.






High pass filter (HPF) berfungsi meneruskan sinyal di atas frekuensi cut off sedangkan yang berada dibawah frekuensi cut off diredam (FcoH)
  • Filter Band Pass 
hanya melewatkan sebuah pita frekuensi saja seraya memperlemah semua frekuensi di luar pita itu. Pengertian lain dari Band Pass Filter adalah filter yang melewatkan suatu range frekuensi. Dalam perancangannya diperhitungkan nilai Q(faktor mutu). dengan
Q = faktor mutu
fo = frekuensi cutoff
B = lebar pita frekuensi
Gambar Band Pass Filter seperti berikut ini :





Band pass filter (BPF) berfungsi meneruskan sinyal input yang berada diantara dua frekuensi tertentu saja.
  • Filter Band Elimination / Band Stop Filter (BSF)
yaitu filter band elimination menolak pita frekuensi tertentu seraya melewatkan semua frekuensi diluar pita itu.Bisa juga disebut Band Reject merupakan kebalikan dari Band Pass, yaitu merupakan filter yang menolak suatu range frekuensi. Sama seperti bandpass filter, band reject juga memperhitungkan faktor mutu.




Fungsi Band stop filter (BSF) atau band reject filter (BRF)adalah kebalikan dari band pass filter yaitu menghilangkan frekuensi yang ada diantara dua buah frekuensi tertentu.

sumber : http://www.edukasi.smkn3jambi.sch.id
               http://izza-anshory.blogspot.com/ 

Analog FIlter

Filter analog adalah setiap filter yang beroperasi pada sinyal waktu kontinu. Dalam hal lain, mereka hanya seperti penyaring digital. Secara khusus, linier, time-invariant (LTI) filter analog dapat dicirikan oleh mereka (kontinu)  respon impulse $ h(t)$, dimana  $ t$  adalah waktu dalam detik. Bukannya perbedaan persamaan, analog penyaring dapat dijelaskan oleh persamaan diferensial. Alih-alih menggunakan transform z untuk menghitung fungsi transfer, kita menggunakan Transformasi Laplace (diperkenalkan pada Lampiran D). Setiap aspek dari teori filter digital memiliki counterpart di filter analog. Bahkan, orang dapat berpikir tentang filter analog hanya sebagai kasus yang membatasi filter digital sebagai sampling-rate diizinkan untuk pergi ke infinity.

Dalam dunia nyata, sering filter analog model listrik, atau analog ``'', sistem mekanis bekerja di waktu kontinyu. Jika sistem fisik LTI (misalnya, terdiri dari elastis pegas dan massa yang konstan dari waktu ke waktu), sebuah filter analog LTI dapat digunakan untuk model itu. Sebelum meluasnya penggunaan komputer digital, sistem fisik disimulasikan pada apa yang disebut `` analog komputer.''Sebuah komputer analog jauh seperti synthesizer analog menyediakan bangunan-blok modular (seperti `` integrator'') yang dapat ditambal bersama-sama untuk membangun model sistem dinamis.


Contoh Analog Filter



Figure E.1: Simple RC lowpass.
\begin{figure}\input fig/rc.pstex_t
\end{figure}
  Gambar E.1 memperlihatkan sebuah filter analog sederhana terdiri dari satu resistor ($ R$ Ohms) dan satu kapasitor ($ C$ Farads). Tegangan elemen ini adalah $ v_R(t)$ dan $ v_C(t)$ masing-masing, dimana $ t$ menunjukkan waktu dalam detik. Filter input adalah tegangan eksternal $ v_e(t)$,dan filter output yang dianggap $ v_C(t)$. By Kirchoff's loop constraints, kita mempunyai persamaan.

$\displaystyle v_e(t) = v_R(t) + v_C(t), \protect$
(E.1)

dan the loop current adalah $ i(t)$.  

Digital Filter





Digital Filter adalah sebuah sistem yang melakukan operasi matematika pada sampel, diskrit waktu sinya untuk megurangi atau meningkatkan aspek-asoek tertentu dari sinyal. sinyal analog dapat diproses oleh penyaring digital dengan terlebih dahulu menjadi digital dan dipresentasikan sebagai urutan angka, kemudian dimanipulasi secara matematis dan kemudian direkonstruksi sebagai sinyal analog baru.


Karakteristik digital filter


Filter digital dicirikan oleh fungsi transfer, atau dengan kata lain, dengan perbedaan persamaan. Analisis matematis dari fungsi transfer dapat menggambarkan bagaimana ia akan menanggapi segala masukan.
Dengan
demikian, merancang Penyaring terdiri dari spesifikasi berkembang
sesuai dengan masalah (misalnya, kedua-filter dengan lowpass urutan
tertentu frekuensi cut-off), dan kemudian menghasilkan fungsi transfer
yang memenuhi spesifikasi.

Pada
fungsi transfer untuk linear, waktu-invariant, filter digital dapat
dinyatakan sebagai fungsi transfer dalam Z-domain, jika kausal
mempunyai bentuk :


Perbedaan Analog and Digital Filter

Analog filter
*
Analog filter terdiri dari komponen elektronik yang tidak sempurna,
nilai-nilai yang ditetapkan untuk batas toleransi (misalnya nilai-nilai
resistor sering memiliki toleransi terhadap + / - 5%) dan yang mungkin
juga berubah dengan temperatur dan drift dengan waktu. Sebagai urutan
filter analog meningkat, dan dengan demikian komponen menghitung, efek
dari kesalahan komponen variabel sangat dibesar-besarkan.
*Analog filter tidak memiliki kemampuan dalam desain filter, karena filter respon impulse yang terbatas memerlukan unsur penundaan.
*Analog Filter mempunyai bandwith yang lebih daripada digital filter.


Digital Filter
*
Dalam filter digital, nilai-nilai koefisien disimpan dalam memori
komputer, membuat mereka jauh lebih stabil dan dapat diprediksi.
* Filter digital dapat digunakan dalam desain filter respon impulse yang terbatas.
* Digital filter juga cenderung lebih terbatas dalam bandwidth dari analog filter.


sumber :  http://daytreze.blogspot.com/

I.DASAR TEORI

1.1. Filter IIR

Yang perlu diingat disini bahwa infinite inpulse response (IIR) dalam hal ini bukan

berarti filter yang bekerja dari nilai negatif tak hingga sampai positif tak hingga.

Pengertian sederhana untuk infinite impulse respon filter disini adalah bahwa output filter

merupakan fungsi dari kondisi input sekarang, input sebelumnya dan output di waktu

sebelumnya. Konsep ini kemudian lebih kita kenal sebagai recursive filter, yang mana

melibatkan proses feedback dan feed forward. Dalam bentuk persamaan beda yang

menghubungkan input dengan output dinyatakan seperti persmaaan (1) berikut ini.

image001


dimana:

- {b k } koefisien feed forward

- {a l } koefisien feed back

l =1



- banyaknya (total koefisien) = M+N+1

- N ditetapkan sebagai orde filter IIR


Untuk merealisasikan ke dalam sebuah program simulasi atau perangkat keras maka

bentuk persamaan diatas dapat disederhanakan ke dalam diagram blok Gambar 1.

Untuk implementasi sebuah low pass filter bersifat narrow-band menggunakan

sebuah filter IIR merupakan pilihan yang sangat sulit tetapi masih mungkin dilakukan.

Satu alasannya adalah penentuan orde yang tepat sehingga menghasilkan bentuk yang

tajam pada respon frekuensi relative sulit. Pada domain unit circle bidang-z sering

ditandai dengan letak pole-pole yang ada diluar lingkaran, hal ini secara fisis memberikan

arti bahwa filter yang dihasilkan tidak stabil.


image002

Kita coba untuk merealisasikan dalam program Matlab secara sederhana dengan

melihat pada masing-masing kasus, dalam hal ini adalah low pass filter (LPF) dan high

pass filter (HPF).

Contoh 1:

Kita akan mencoba merancang sebuah low pass filter (LPF) IIR dengan

memanfaatkan filter Butterworth. Frekuensi cut off ditetapkan sebesar 2000 Hz. Dalam

hal ini frekuensi sampling adalah 10000 Hz. Langkah realisasi dalam Matlab adalah

sebagai berikut.

clear all;

R=0.2;

N=16;

Wn=0.2;

figure(1);

[B,A] = butter(N,Wn);

[H,w]=freqz(B,A,N);

len_f=length(H);

f=1/len_f:1/len_f:1;

plot(f,20*log10(abs(H)),’linewidth’,2)





image061

Gambar 2. Respon Frekuensi Filter IIR, LPF


Contoh 2:

Pada contoh kedua ini kita akan mencoba merancang sebuah filter IIR untuk high pass

filter (HPF). Tetap dengan frekuensi cut off 2000 Hz, dan frekuensi sampling 10000.

Langkah pemrogramanya adalah dengan sedikit memodifikasi bagian berikut.


[B,A] = butter(N,Wn,’high’);

Ini akan memberikan respon frekuensi seperti berikut.
image062

Gambar 3. Respon Frekuensi Filter IIR, HPF



1.2. Filter FIR


Sebuah finite impulse respon filter (filter FIR) memiliki hubungan input dan output

dalam domain waktu diskrit sebagai berikut:

image063




dimana:

-{b k }= koefisien feed forward

- banyaknya (total koefisien) L = M + 1

- M ditetapkan sebagai orde filter FIR

Dalam realisasi diagram blok akan dapat digambarkan seperti pada Gambar 4 berikut ini

image064



Gambar 4. Diagram blok FIR Filter

Untuk tujuan simulasi perangkat lunak kita bisa memanfaatkan fungsi standar berikut

ini:  

B = FIR1(N,Wn)

Ini merupakan sebuah langkah untuk merancang filter digital FIR dengan orde sebesar N,

dan frekuensi cut off Wn. Secara default oleh Matlab ditetapkan bahwa perintah tersebut

akan menghasilkan sebuah low pass filter (LPF). Perintah ini akan menghasilkan

koefisien-koesifien filter sepanjang (N+1) dan akan disimpan pada vektor B. Karena

dalamdomain digital, maka nilai frekuensi cut off harus berada dalam rentang 0<Wn<1.0.

Nilai 1.0 akan memiliki ekuivalensi dengan nilai 0,5 dari sampling rate (fs/2).Yang perlu

anda ketahui juga adalah bahwa B merupakan nilai real dan memiliki fase yang linear.

Sedangkan gain ternormalisasi filter pada Wn sebesar -6 dB.



Contoh 3:


Kita akan merancang sebuah LPF dengan frekuensi cut off sebesar 2000 Hz.

Frekuensi sampling yang ditetapkan adalah 10000 Hz. Orde filter ditetapkan sebesar 32.

Maka langkah pembuatan programnya adalah sebagai berikut:


fs=10000;

[x,fs]=wavread(’a.wav’);

Wn = .20;

N = 32;

LP = fir1(N,Wn);

[H_x,w]=freqz(LP);

len_f=length(H_x);

f=1/len_f:1/len_f:1;

plot(f,20*log10(abs(H_x)))

grid

Hasilnya adalah respon frekuensi seperti Gambar 5 berikut

image065
















Gambar 5. Respon Frekuensi Low Pass Filter



Contoh 4:


Kita akan merancang sebuah Band Pass Filter (BPF) dengan frekuensi cut off sebesar

2000 Hz (untuk daerah rendah) dan 5000 Hz (untuk daerah tinggi). Frekuensi sampling

yang ditetapkan adalah 10000 Hz. Orde filter ditetapkan sebesar 32. Beberapa bagian

program diatas perlu modifikasi seperti berikut.

Wn1 = [.20, .50];

BP = fir1(N,Wn1);


Hasilnya akan didapatkan respon frekuensi seperti pada Gambar 6 berikut ini.



Gambar 6. Respon Frekuensi Band Pass Filter


Contoh 5:

Kita akan merancang sebuah High Pass Filter (HPF) dengan frekuensi cut off sebesar

5000 Hz (untuk daerah tinggi). Frekuensi sampling yang ditetapkan adalah 10000 Hz.

Orde filter ditetapkan sebesar 32. Beberapa bagian program diatas perlu modifikasi

seperti berikut.

Wn2 = .50;

HP = fir1(N,Wn2,’high’);





Hasilnya berupa akan didapatkan respon frekuensi seperti pada Gambar 7 berikut ini.




Gambar 7 Respon Frekuensi High Pass Filter


2.3. Filter Pre-Emphasis

Dalam proses pengolahan sinyal wicara pre emphasis filter diperlukan setelah proses

sampling. Tujuan dari pemfilteran ini adalah untuk mendapatkan bentukspectral

frekuensi sinyal wicara yang lebih halus. Dimana bentukspectral yang relatif bernilai

tinggi untuk daerah rendah dan cenderung turun secara tajam untuk daerah fekuensi diatas

2000 Hz.


Filter pre-emphasis didasari oleh hubungan input/output dalam domain waktu yang

dinyatakan dalam persamaan beda seperti berikut

dimana:
y(n) = x(n) – ax(n1)




a merupakan konstanta filter pre-emhasis, biasanya bernilai 0.9 < a < 1.0

Dalam bentuk dasar operator z sebagai unit filter, persamaan diatas akan memberikan

sebuah transfer function filter pre-emphasis seperti berikut.


H(z) = 1− az−1



Bentuk ini kemudian akan memberikan dasar pembentukan diagram blok yang

menggambarkan hubungan input dan output seperti pada Gambar 8.





Dengan memanfaatan perangkat lunak Matlab kita akan dengan mudah mendapatkan

bentuk respon frekuensi filter pre-empasis.


clear all;

w=0:.01:3.14;

a=0.93;

H=1-a*exp(-j*w);

plot(w/3.14,20*log10(abs(H)),’linewidth’,2)

grid

axis([0 1.00 -25 10])

xlabel(’frekuensi ternormalisasi’)

ylabel(’magnitudo (dB)’)

title(’Pre-Emphasis filter’)





Gambar 10. Respon frekuensi filter pre-emphasis








Dengan nilai a = 0,93 akan mampu melakukan penghalusan spectral sinyal wicara yang

secara umum mengalami penurunsan sebesar 6 dB/octav.

Sekarang yang menjadi pertanyaan adalah bagaimana pengaruh sebenarnya filter ini

pada sebuah sinyal wicara? Untuk itu anda dapat memanfaatkan program dibawah ini.


clear all;

fs=10000;[x,fs]=wavread(’a.wav’);

xx=length(x)+1;x(xx)=0; alpha=0.96;

for i=2:xx

y0(i)=x(i-1);

end

for i=1:xx

y(i) = x(i) - alpha*y0(i);

end

subplot(211)

t=1:xx;

plot(t/fs,y);legend(’input’);grid

xlabel(’waktu (dt)’); ylabel(’magnitudo’);axis([0 0.7 -0.25 0.25]);

subplot(212)

plot(t/fs,y0); legend(’output’);grid

xlabel(’waktu (dt)’); ylabel(’magnitudo’); axis([0 0.7 -1 1.5])


Hasilnya adalah berupa sebuah gambaran bentuk sinyal input dan output dari file sinyal

wicara ’a.wav’ dalam domain waktu.



Gambar 11.Sinyal input dan output dari pre-emphasis filter dalam domain waktu


Sedangkan hasil yang didapatkan dalam bentuk domain frekuensi adalah seperti berikut.



Gambar 12. Sinyal input dan output dari pre-emphasis filter dalam domain frekuensi




sumber :  http://izza-anshory.blogspot.com/ 


Aplikasi Rangkaian Filter

1. Filter kanal-kanal pada equalizer


2. Filter pada cros over aktif

 

sumber : http://www.edukasi.smkn3jambi.sch.id

SOAL MATIF 2007/2008

SILAHKAN DOWNLOAD SOAL MATIF BERBENTUK FOTO DENGAN FORMAT JPG, DENGAN NAMA 2009-01-19.zip
CATATAN JANGAN LUPA DI EXTRACT



DOWNLOAD DI SINI 2009-01-19.zip

V-CLASS

YANG MAU DOWNLOAD SOAL-SOAL DAN MATERI ISD,, BISA DOWNLOAD DI SINI..
karena medifire sedang proses maintenance, maka saya posting ke dalam megaupload,,