naufal's: sound processing(rangkuman kuliah multimedia)

Sound Processing/Pemrosesan Suara

Bunyi atau suara adalah kompresi mekanikal atau gelombang longitudinal 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.
Kebanyakan suara adalah merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan osilasi atau frekuensi yang diukur dalam Hertz (Hz) dan amplitudo atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam desibel.

Suara membunyai hubungan yang kompleks, hal ini termasuk :

Objek bergetar (sumber suara)
Media transmisi (biasanya udara)
Alat penerima (telinga)
Seorang pembimbing

Bagaimana Cara Kerja Telinga??

Bunyi masuk ke liang telinga dan menyebabkan gendang telinga bergetar.

Gendang telinga bergetar oleh bunyi.

Getaran bunyi bergerak melalui osikula ke rumah siput.

Getaran bunyi menyebabkan cairan di dalam rumah siput bergetar.

Getaran cairan menyebabkan sel rambut melengkung.

Sel rambut menciptakan sinyal saraf yang kemudian ditangkap oleh saraf auditori.

Sel rambut pada salah satu ujung rumah siput mengirim informasi bunyi nada rendah dan sel rambut pada ujung lain mengirim informasi bunyi nada tinggi.

Saraf auditori mengirim sinyal ke otak di mana sinyal ditafsirkan sebagai bunyi.

Karakteristik Suara
Suara dideskripsikan dalam dua hal yaitu frequency(pitch), dan Amplitude(loudness).

a. Frequency

Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan. Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali per detik.
Secara alternatif, seseorang bisa mengukur waktu antara dua buah kejadian/ peristiwa (dan menyebutnya sebagai periode), lalu memperhitungkan frekuensi (f ) sebagai hasil kebalikan dari periode (T ).

b. Amplitude

Amplitude adalah keras lembutnya atau gain dari frekwensi tertentu dari suatu data Audio ( satuan DeciBel/db ).

Tipe File Audio yang Umum Dijumpai
Dari berbagai macam tipe file untuk audio, midi, mp3 dan wav adalah 3 dari sekian banyak filetype yang kita ketahui dalam dunia computer. Berikut ini penjelasan tentang filetype tersebut :

a. Midi(Musical Instrument Digital)

Musical Instrument Digital Interface (MIDI) adalah sebuah standar hardware dan software internasional untuk saling bertukar data (seperti kode musik dan MIDI Event) di antara perangkat musik elektronik dan komputer dari merek yang berbeda.
Interface MIDI terdiri dari 2 komponen yaitu:

Perangkat Keras : Hardware yang terhubung ke peralatan (alat instrumen / komputer)
Data Format : Berkaitan dengan system pengkodean informasi yang meliputi spesifikasi instrument, awal / akhir nada, frekuensi, dan volume suara

MIDI device (misalnya synthesizer) berkomunikasi melalui channel yang terdiri dari berbagai parameter. Pada umumnya piranti standard memiliki 16 channel yang mampu menampung 128 macam instrumen (termasuk noise effect), dimana 1 channel dapat memainkan 3 – 16 note.
Komponen-Komponen MIDI device :
1.      Sound generator: pembangkit suara synthesizer.
2.      Microprocessor: mengirim / menerima MIDI message.
3.      Keyboard: mengontrol synthesizer secara langsung.
4.      Control Panel: mengatur fungsi-fungsi selain nada dan durasi (volume, jenis suara, dan parameter lainnya).
5.      Auxiliary Controllers: memanipulasi nada (modulation, pitch, dll).
6.      Memory.

File Formats, ada tiga jenis format SMF, format yang diberikan SMF ditentukan dalam file header. File berformat 0 berisi single track dan merepresentasikan kinerja sebuah track. Format 1 berisi sejumlah track, memungkinkan untuk mempertahankan struktur track sequencer, dan juga merepresentasikan kinerja sebuah track. Format 2 mempunyai sejumlah track, dimana masing-masing merepresentasikan kinerja sebuah track. Sequencers umumnya tidak mendukung Format 2. Koleksi file berformat SMF banyak ditemukan pada berbagai situs web, paling sering dengan ekstensi .mid. Selain berekstensi .mid, ada beberapa format lain yang mendukung MIDI seperti Midi Karaoke File (.KAR) Format, XMF File Formats, RIFF-RMID File Format, Extended RMID File Format, dan Extended Midi File (.XMI) Format).
Untuk membentuk sistem Musik MIDI diperlukan sebuah keyboard instrumen musik yang mempunyai penghubung MIDI dan sebuah PC (komputer). Dengan perangkat tersebut maka musisi dapat merekam dan memainkan ulang rekaman musiknya . Semua data lagu disimpan dalam format digital seperti ke media disket, flashdisk atau hard disk komputer.

b. Mp3(MPEG-1 Audio Layer 3)

MPEG-1 Audio Layer 3 atau lebih dikenal sebagai MP3 adalah salah satu format berkas pengodean suara yang memiliki kompresi yang baik (meskipun bersifat lossy) sehingga ukuran berkas bisa memungkinkan menjadi lebih kecil. Berkas ini dikembangkan oleh seorang insinyur Jerman Karlheinz Brandenburg. MP3 memakai pengodean Pulse Code Modulation (PCM). MP3 mengurangi jumlah bit yang diperlukan dengan menggunakan model psychoacoustic untuk menghilangkan komponen-komponen suara yang tidak terdengar oleh manusia.
MP3 memakai sebuah transformasi hybrid untuk mentransformasikan sinyal pada ranah waktu ke sinyal pada ranah frekuensi:
·         Filter polyphase quadrature 32-band
·         36 atau 12 MDCT (modified discrete cosine transform), dengan ukuran dapat dipilih secara independen untuk sub-band 0…1 dan 2…31
·         Postproses aliasing reduction

Standar MPEG-1 tidak menspesifikasikan secara spesifik cara melakukan encode MP3. Sebaliknya, algoritma decode serta format file didefinisikan secara spesifik. Yang ingin mengimplementasikan encoder MP3 harus membuat sendiri algorima untuk menghilangkan bagian dari informasi pada file audio asal (atau pada representasi MDCT pada ranah frekuensi).
Karena itu, maka cara encode setiap encoder MP3 berlainan dan menghasilkan kualitas hasil yang berlainan juga. Hal yang harus diperhatikan adalah dari semua encoder yang ada, terdapat encoder yang bagus untuk bitrate tinggi maupun encoder yang bagus untuk bitrate rendah.
MP3 mempunyai beberapa batasan/limit:
·         Bit rate terbatas, maksimum 320 kbit/s (beberapa encoder dapat menghasilkan bit rate yang lebih tinggi, tetapi sangat sedikit dukungan untuk mp3-mp3 tersebut yang memiliki bit rate tinggi)
·         Resolusi waktu yang digunakan mp3 dapat menjadi terlalu rendah untuk sinyal-sinyal suara yang sangat transient, sehingga dapat menyebabkan noise.
·         Resolusi frekuensi terbatasi oleh ukuran window yang panjang kecil, mengurangi efisiensi coding
·         Tidak ada scale factor band untuk frekuensi di atas 15,5 atau 15,8 kHz
·         Mode jointstereo dilakukan pada basis per frame
·         Delay bagi encoder/decoder tidak didefinisikan, sehingga tidak ada dorongan untuk gapless playback (pemutaran audio tanpa gap). Tetapi, beberapa encoder seperti LAME dapat menambahkan metadata tambahan yang memberikan informasi kepada MP3 player untuk mengatasi hal itu.

c. WAV(waveform audio format)

WAV adalah singkatan dari istilah dalam bahasa Inggris waveform audio format merupakan standar format berkas audio yang dikembangkan oleh Microsoft dan IBM. WAV merupakan varian dari format bitstream RIFF dan mirip dengan format IFF dan AIFF yang digunakan komputer Amiga dan Macintosh. Baik WAV maupun AIFF kompatibel dengan sistem operasi Windows dan Macintosh. Walaupun WAV dapat menampung audio dalam bentuk terkompresi, umumnya format WAV merupakan audio yang tidak terkompres.