Mengenal Power Amplifier Sound System

Power amplifier sound system adalah sebuah perangkat yg berfungsi untuk memperkuat sinyal audio.

Pada tanggal 18 Februar1 tahun 1908 , Lee DeForest mendapatkan hak paten yg terdaftar di Amerika dengan nomor 879,532 yg berjudul “space telegraphy,” namun sebenarnya paten ini terdaftar untuk sebuah amplifier tabung vakum triode yg disebut DeForest dengan “audion amplifier.” Dan untuk pertama kalinya lahir sebuah perangkat yg mampu memperkuat sinyal audio.

Amplifier audio yg pertama dirancang untuk mendukung penyiaran radio. Selanjutnya, aplikasi  lainnya pun ikut dikembangkan. Semua alat elektronik juga menggunakan sebagian porsi dari fungsi amplifikasi ini. Didalam industri sound system profesional, amplifier digunakan untuk audio.

Sebuah power amplifier terdiri dari 2 elemen dasar :

1. Sebuah modul suplai daya yg menyalurkan sumber energi yg besar
2. Sebuah bagian amplifikasi yg memodulasi energi yg besar sesuai dengan kadar sinyal yg kecil

Hasilnya adalah sinyal yg lebih besar dan bertenaga.

Kelas dari perangkat amplifikasi

Kelas A : Sebuah sinyal kecil memodulasi sebuah arus yg lebih besar. Arus yg lebih besar ini hadir ketika sinyal yg lebih kecil tidak ada. Efisiensinya terhitung sampai 26 persen dengan kualitas suara yg mengagumkan.

Kelas B : Menggunakan aransemen dorong menarik dimana satu perangkat amplifikasi beroperasi di sisi positif gelomang suara dan yg lainnya beroperasi pada bagian sisi negatif. Efisiensinya mampu mencapai 75%. Kualitas hasil suaranya terbilang buruk dikarenakan distorsi yg dihasilkan oleh peralihan antara satu perangkat ke perangkat lainnya.

Kelas C : Sebuah sinyal kecil mengatur sinyal yg lebih besar dalam keadaan hidup atau mati. Tanpa  ada keadaan diantara keduanya. Efisiean mampu mencapai 90 persen. Tidak dapat digunakan untuk aplikasi sound system profesional . Audio membutuhkan reproduksi yg akurat pada semua level,bukan hanya perkara adanya daya atau tidak.

Kelas D : Sebuah varian dari topologi Kelas C. Kelas D adalah sebuah cara dalam memodulasi perangkat amplifikasi Kelas C untuk membuatnya mampu membawa informasi audio. Kualitas hasil suaranya sangat bagus melalui perkembangan teknologi saat ini. Tingkat efisiensi kinerja sampai dengan 90 persen. Menghasilkan gangguan electromagnetik (EMI)

Kelas AB : Sebuah variasi dari Kelas B. Selalu memiliki sedikit arus yg konstan dalam bagian operasi Kelas A dan ini menghilangkan distorsi hasil peralihan yg dihasilkan oleh Kelas B. Efisiensi kinerja sampai dengan 65 persen. Kualitas hasil suara nya sagat baik jika dirancang dengan benar

Kelas H : Variasi dari Kelas AB. Merubah tegangan listrik dari suplai daya kedalam unit amplifikasi sesuai dengan level sinyal audio. Meningkatkan efisiensi dinamika. Membutuhkan suplai daya yg kompleks. Efisiensi tonal tunggal sampai dengan 65 persen dengan kualitas suara yg sangat baik jika dirancang dengan benar.

Suplai daya

Tipe 1 : Suplai daya standar snalog : Efisiensi sampai dengan 80 persen. Berbobot berat untuk jumlah daya yg besar. Komponen berukuran besar.

Type 2 : Suplai daya switching : Efsiensi sampai dengan 90 persen. Ringan bahkan pada jumlah daya yg besar. Komponen berukuran kecil. Dapat mendukung tegangan masukan universal dan menyediakan keluaran daya teregulasi tanpa kehilangan tenaga. Menghasilkan gangguan elektromagnetik.

Efisiensi adalah daya keluaran dari sebuah perangkat yg dibagi dengan jumlah masukan daya yg diterima perangkat. Masukan daya yg tidak keluar dari sistem amplifikasi berubah menjadi panas. Semakin besar efisiensi dari sebuah power amplifier ,semakin sedikit arus daya AC yg dibutuhkan untuk menghasilkan daya output yg sama.

Sebuah amplifier audio Kelas AB pada umumnya memiliki tingkat efisiensi sebesar 65 persen,menggunakan suplai daya analog standar yg berjalan dengan tingkat efisiensi sekitar 80 persen yg membuat kinerja keseluruhan unit amplifikasi sebesar 50 persen. Efisiensi tipikal dihitung dari daya penuh dengan level suara berkelanjutan.

Pada level daya yg lebih rendah, efisiensi otomatis akan ikut turun. Pada bagian inilah dimana topologi Kleas D dan Kelas H menawarkan peningkatan performa yg signifikan. Amplifier Kelas D menjaga efisiensi yg sama di semual level daya sementara Kelas H beralih ke suplai daya yg lebih rendah sesuai dengan level sinyal untuk menjaga tingkat efisiensi.

Suplai Daya Switching

Sebuah suplai daya switching terdiri dari empat komponen blok dasar :

1. Sebuah suplai daya arus langung DC yg beroperasi diluar arus AC.
2. Sebuah oscillator daya yg mengkonversi arus DC menjadi frekuensi tinggi , tipikalnya 50 kHz – 200 kH
3. Sebuah trafo yg mengubah sinyal daya frekuensi tinggi ke berbagai keluaran yg dibutuhkan.
4. Tahap rektifikasi dan penyaringan yg menghasilkan keluaran DC yg dibutuhkan.

Lebih Kecil Dan Lebih Ringan

Dikarenakan trafo yg ada didalam unit suplai daya switching beroperasi pada sinyal daya frekuensi tinggi 50/60 Hz, hal ini menjadikannya lebih kecil dan ringan.

Ini adalah manfaat utama dari sebuah suplai daya switching. Sejak suplai switching lebih rumit dibandingkan dengan suplai daya standar , sirkuit mereka umumnya lebih mahal.Tapi ,dibutuhkan lebih banyak bagian yg ditambahkan untuk mengontrol gelombang EMI yg dihasilkan oleh sistem switching.

Namun semua biaya ini biasanya terkompensasi oleh berkurangnya ukuran fisik, berat dan biaya dari trafo. Disamping itu, biaya dari komponen sasis dapat diturunkan karena bobot yg ditangani menjadi berkurang. Sejak suplai daya adalah bagian yg paling berat dalam sebuah perangkat amplifikasi audio, keseluruhan produk menjadi lebih ringan dan lebih mudah ditangani.

Trend Desain Amplifier

Selama ini perangkat amplifikasi audio standar mengadopsi desain Kelas AB dengan suplai daya analog. Pihak pabrikan telah bereksperiman dengan desain amplifier dan suplai daya yg berbeda beda untuk menciptakan produk yg mendukung kebutuhan pengguna.

Hal utama yg dibutuhkan oleh pengguna hari ini adalah :

• Memiliki daya yg besar
• Kualitas suara yg bagus
• Harga yg terjangkau
• Berbobot ringan

“Kualitas suara yg bagus “ adalah subjek yg kontroversial. Sangat banyak hal yg membingungkan dalam menilai secara teknis untuk sebuah suara yg bagus ,dan subjek ini sebenarnya berhubungan dengan pengalaman mendengarkan musik. Hal yg lebih difokuskan oleh pengguna saat ini adalah segi nilai daya dan harga.

Nilai Daya

25 tahun yg lalu dimana nilai output daya dari sebuah perangkat amplifikasi audio sama dengan nilai output berkelanjutan dari sebuah amplifier audio.Artinya,sebuah amplifier 300 watt akan terus memproduksi suara 300 watt sepanjang hari. Lalu setelahnya dijetahui bahwa kebanyakan amplifier audio tidak menggunakan tone berkelanjutan , namun digunakan pada sinyal audio.

Sinyal audio terdiri dari banyak suara yg berada pada level daya yg berbeda beda. Jadi pengguna sebenarnya tidak memerlukan sebuah amplifier yg menghasilkan suara berkelanjutan terus menerus , yg mereka butuhkan adalah sebauh amplifier audio yg mampu menghasilkan sinyal audio sepanjang hari. Ini menjadikannya lebih mudah dan lebih murah untuk dibuat. Perusahaan pembuat amplifier hari ini telah mengadopsi berbagai metode untuk menilai daya output produk mereka. Hal ini lalu membingungkan penggunanya.

Perusahaan ,industri dan grup telah berkontribusi untuk menetapkan metode penilaian daya dari sebuah perangkat amplifikasi audio. Walaupun banyak metode yg diajukan untuk menilai daya dari perangkat amplifier audio. Salah satunya adalah pengetesan tone penuh yg menilai level daya hentakan seketika atau level pada durasi pendek.

Oleh karena sinyal audio sangat bervariasi terkait durasi dan levelnya, keabsahan dari metode penilaian ini tergantung pada bagaimana amplifier digunakan dan karakteristik sinyal yg diamplifikasi. Beberapa metode menggunakan sinyal non audio seperti gelombang kotak, metode ini menyebabkan nilai dayanya menjadi lebih tinggi.

Saat ini, standar utama dikeluarkan oleh badan Federal Trade Commission (FTC). Banyak pabrikan juga menggunakan standar yg dikembangkan oleh asosiasi industri seperti Electronics Industry Association (EIA). Beberapa manufaktur juga menggunakan metode lain.

Badan keamanan yg ada di Europa dan Amerika telah mengembangkan standar dalam menilai daya berkelanjutan rata rata dari sebuah amplifier. Metode ini digunakan secara bergantian dalam menilai konsumsi daya AC maksimum dan untuk mengkonfirmasi nilai suhu maksimum. Badan keamanan telah menemukan bahwa secara tipikal ,sebuah amplifier bekerja paling buruk dalam memperkuat sinyal audio muncul pada seper delapan dari daya output non puncak (diukur dengan nada 1 kHz ).

Unit amplifier lalu “dimasak” dengan serangkaian nada terbatas (20-20 kHz) yg silarukan oleh sinyal pink noise yg mana dayanya setara dengan 1/8 dari daya penuh. Pengukuran lalu diterapkan pada temperatur dan konsumsi daya listrik AC. 1/8 dari daya maksimum sebelum puncak mewakili level daya berkelanjutan yg paling rendah untuk sebuah power amplifier audio secara realistis.

Bentuk badan yg standar untuk sebuah perangkat amplifier sound system selalu ditinjau dan diperbarui dari hari ke hari. Kami berharap standar pengetesan dan penilaian audio amplifier ikut berubah seiring dengan berubahnya kebutuhan dan peruntukan dari pengguna,dan juga seiring dengan perkembangan pengetahuan dan teknologi.

Suara yg bagus?

Suara yg bagus dicapai melalui proses perancangan yg baik sesuai dengan aplikasi dan kebutuhan pengguna. Namun suara yg bagus adalah hal yg subjektif ,pengguna yg berbeda akan memilih karakteristik yg berbeda juga untuk setiap hasil suara yg mereka ingin dengar. Aplikasi yg berbeda mungkin akan membutuhkan karakter suara yg berbeda juga. Aplikasi presentasi umumnya membutuhkan akurasi suara dan kejelasan yg baik.

Industri telah mengembangkan berbagai solusi untuk memuaskan kebutuhan dan aplikasi yg berbeda. Metode utama dalam menilai kejernihan suara adalah dengan menilai kadar distorsi. Distorsi berbanding lurus dengan akurasi dari sinyal output yg besar terhadap sinyal masukan yg lebih kecil. Semakin rendah distorsi ,semakin akurat suara yg dihasilkan.

Distorsi

Distorsi THD dinilai dengan menentukan THD (Total Harmonic Distortion). Sebuah harmonik adalah nada frekuensi yg merupakan bagian dari nada dasar itu sendiri, disebut juga dengan nada fundamental atau murni. Jika sebuah nada murni dimasukkan kedalam sistem amplifikasi, outputnya harus sama murninya dengan nada sumber.

Nilai THD mengindikasikan persentase level distorsi nada dalam output yg relatif dengan sinyal masukan. Alat pengukuran THD pada hari ini mengukur bagian sinyal output saja. Alat ini mengukur jumalh dari frekuensi harmonik yg relatif terhadap frekuensi dasar dalam output amplifier. Penting untuk menggunakan sinyal masukan fundamental tunggal yg murni tanpa harmonik dalam proses pengetesan.

Beberapa teknik pengukuran menyertakan sebagian noise ,dikarenakan parameter THD + Noise. Penting untuk mempersiapkan peralatan agar dapat meminimalkan noise dan suara masukan yg sangat rendah distorsi untuk mengukur nilai THD dari unit amplifikasi secara tepat.

Pada umumnya ,nilai distorsi maksimum yg dapat diterima adalah 1 persen THD untuk reproduksi suara berakurasi tinggi.

Distorsi tidak selalu berefek jelek. Beberapa aplikasi sound system profesional juga membutuhkan karakter distorsi tertentu. Jika frekuensi tone distorsi terbagi dari angka ganjil contohnya 3,5,7 maka  selanjutnya disebut dengan distorsi ganjil.

Jika frekuensi tone distorsi terbagi dari angka genap contohnya 2,4,6, selanjutnya distorsi disebut dengan distorsi genap.

Distorsi ganjil bersuara sangat buruk (dissonant). Sedangkan distorsi urutan genap itu seperti memukul oktaf yg lebih tinggi pada instrumen piano ,bunyinya bagus. Dan beberapa pengguna mungkin akan lebih memilih distorsi jenis ini. Amplifier tabung menghasilkan distorsi genap, bahkan ketika klip. Amplifier solid state menghasilkan distorsi ganjil ,terlebih pada beban puncak.

Nilai THD yg sangat rendah lebih dibutuhkan oleh sebuah amplifier solid state bagi beberapa preferensi pengguna untuk mendapatkan suara yg bagus. Beberapa pengguna lainnya yg sering mengoperasikan amplifier mereka pada titik beban puncak seperti musisi ,mungkin akan lebih memilih amplifier tabung.

Distorsi transien adalah cara untuk menilai seberapa cepat sebuah amplifier dapat bereaksi terhadap perubahan sinyal yg masuk. Jika sebuah ampli membutuhkan sedikit waktu untuk bereaksi terhadap perubahan maka bagian outputnya tidak seiring dengan input ,sejak ampli membutuhkan waktu untuk bereaksi.

Faktor pengurangan

Faktor pengurangan adalah cara untuk menilai seberapa handal kemampuan ampli dalam mengontrol pergerakan konus dari sebuah speaker. Sejak sebuah speaker adalah perangkat mekanikal, unit akan mengikuti hukum dasar fisika.Ketika unit digerakkan oleh penggerak maka konus akan cenderung tetap bergerak walaupun setelah sinyal pendorong dihilangkan. Pergerakan tambahan ini meghasilkan suara distorsi. Faktor pengurangan yg tinggi memungkinkan ampli untuk memiliki daya kontrol yg lebih baik dan meminimalkan gerakan ekstra ini.

Faktor pengurangan yg tinggi penting untuk mencapai hasil respon transien yg bagus,terutama pada respon transien bass. Faktor pengurangan yg rendah akan menyebabkan unit speaker tidak cepat bereaksi terhadap sinyal bass, menyebabkan suara bass menjadi “lembek”.Namun beberapa pengguna dan aplikasi mungkin membutuhkan karakter “lembek” didalam musik mereka.

Contohnya , jika unit ampli digunakan untuk aplikasi musik latar,penggunanya mungkin akan melakukan sedikit penyesuaian agar suara yg dihasilkan agak “lembek” atau “melow” dan tidak mendominasi. Didalam aplikasi ruang presentasi atau meeting room ,dibutuhkan suara yg dominan.

Suara “Melow” dapat dicapai dengan menurunkan respon transien dan faktor pengurangan. Amplifier tabung memiliki faktor pengurangan yg jauh lebih rendah dibanding dengan ampli solid state.Oleh karena itu, pengguna yg menginginkan suara yg “mellow” lebih cocok menggunakan ampli tabung.

Pengguna dengan materi yg tua seperti rekaman musik tahun 78an mungkin lebih cocok sengan ampli yg berkarakter “mellow”. Hal ini dikarenakan informasi sinyal dari sumber yg tua tidak mengandung transien yg cepat didalam program.

Sedangkan pengguna yg menginginkan suara yg akurat dan realistis cenderung memilih ampli solidstate , ampli solid state yg bagus menghasilkan suara yg akurat.

Harga yg lebih murah

Prinsip dasar dalam merancang sebuah ampli yg berbiaya murah adalah dengan tidak berlebihan . Produk harus dirancang agar mereka dapat memenuhi aplikasi yg diinginkan ,tidak lebih. Produk harus dilindungi dari pemakaian berlebihan diluar peruntukan awal agar tetap bekerja dengan baik.

Membuat produk yg sesuai dengan peruntukan aplikasinya menghemat ruang ,bobot dan biaya. Ukuran yg lebih kecil ,bobot ringan dan biaya yg rendah dimungkinkan untuk dicapai melalui teknologi amplifikasi Kelas D ,Kelas H dan suplai daya switching.