Elektronikindo.com – √ Mengenal Apa itu Sensor Suara? Jenis dan Konfigurasinya. Sensor suara adalah perangkat elektronik yang mendeteksi dan mengukur gelombang suara dalam lingkungan sekitarnya. Sensor ini memanfaatkan prinsip konversi gelombang suara menjadi sinyal listrik yang dapat diinterpretasikan oleh sistem elektronik. Dengan kemampuannya dalam mengubah energi akustik menjadi data digital, sensor suara memiliki berbagai aplikasi penting mulai dari pengawasan lingkungan, pengukuran kebisingan, hingga integrasi dalam sistem pengenalan suara dan kontrol otomatis.
Artikel ini akan menjelaskan secara mendalam tentang konsep dasar sensor suara, berbagai jenis sensor suara yang umum digunakan, serta konfigurasi dan aplikasi praktisnya dalam teknologi modern. Dengan memahami karakteristik dan kegunaan sensor suara, pembaca akan dapat mengaplikasikan teknologi ini secara efektif dalam berbagai konteks teknologi dan industri.
Apa itu Sensor Suara?
Sensor suara adalah modul yang digunakan untuk mendeteksi suara, khususnya dalam mengukur intensitasnya. Aplikasi umum dari sensor ini termasuk penggunaan dalam sakelar, sistem keamanan, dan monitoring. Keakuratannya dapat disesuaikan untuk mempermudah penggunaan.
Sensor ini menggunakan mikrofon untuk mengambil input suara, kemudian memprosesnya melalui buffer, detektor puncak, dan amplifier. Setelah itu, sensor mengubah sinyal suara menjadi sinyal tegangan yang dapat diproses oleh mikrokontroler untuk menjalankan operasi yang diperlukan.
Sensor ini mampu mengukur tingkat kebisingan dalam desibel (dB) pada frekuensi 3 kHz hingga 6 kHz, yang merupakan rentang sensitivitas telinga manusia. Contoh aplikasinya termasuk penggunaan aplikasi pengukur desibel pada smartphone untuk mengukur intensitas suara di sekitar pengguna.
Fungsi Sensor Suara
Pada dasarnya, modul sensor suara KY-307 memiliki dua fungsi utama:
1. Sebagai Sensor Pengukur Tinggi-Rendahnya Suara
Modul ini dapat berfungsi sebagai pengukur tinggi rendahnya suara ketika terhubung dengan mikrokontroler. Ketika suara masuk ke sensor, modul akan mengubahnya menjadi sinyal listrik yang dapat diinterpretasikan oleh mikrokontroler, seperti Arduino. Hasil pengukuran ini berguna untuk memonitor intensitas suara dalam lingkungan tertentu, atau untuk mengaktifkan respons otomatis berdasarkan tingkat suara yang terdeteksi.
2. Sebagai Microphone
Selain sebagai sensor pengukur suara, modul ini juga dapat berfungsi sebagai mikrofon jika dihubungkan dengan amplifier audio. Sebagai mikrofon, modul ini dapat digunakan untuk mengambil dan mentransmisikan suara dalam bentuk sinyal audio ke perangkat lainnya. Penggunaan sebagai mikrofon memungkinkan modul ini untuk digunakan dalam aplikasi seperti rekaman suara, komunikasi audio, atau sistem interkom.
Jenis Sensor Suara
Berikut beberapa jenis sensor suara yang umumnya tersedia:
1. Mikrofon Dinamis
Jenis sensor suara ini umumnya digunakan dalam pertunjukan musik dan panggung, serta aplikasi lainnya. Ini adalah mikrofon mandiri yang sederhana dan ekonomis, beroperasi berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Mikrofon ini dirancang dengan diafragma yang dilengkapi magnet dan koil. Ketika gelombang suara mencapai diafragma, koil bergerak maju mundur dalam medan magnet, menghasilkan arus listrik melalui induksi dari getaran suara. Mikrofon ini memiliki daya tahan yang baik dan mampu menangani frekuensi suara tinggi tanpa distorsi, serta dilengkapi dengan amplifier internal.
2. Mikrofon Karbon
Ini adalah mikrofon karbon, bentuk paling awal dan pertama dari sensor suara. Prinsip kerjanya bergantung pada perubahan resistansi yang disebabkan oleh kompresi butiran karbon. Ketika butiran karbon terkompresi, resistansinya menurun dan menghasilkan kontak listrik yang lebih baik. Mikrofon ini mengandung butiran karbon di dalam tabung kecil yang dilindungi oleh diafragma kecil. Untuk beroperasi, mikrofon memerlukan daya dari baterai.
Ketika gelombang suara mencapai diafragma mikrofon, gelombang tersebut menyebabkan bergetarnya butiran karbon dan mengubah resistansinya secara proporsional. Perubahan resistansi ini kemudian diubah menjadi perubahan arus yang mengalir melalui mikrofon. Arus ini dapat dialirkan melalui kapasitor atau transformator untuk digunakan dalam amplifier atau telepon. Mikrofon jenis ini memiliki respons frekuensi terbatas pada rentang yang sempit dan dapat menghasilkan suara elektrik dengan derak yang dapat dihilangkan dengan menggoyangkan atau memastikan butiran karbon tetap stabil.
3. Mikrofon Pita
Mikrofon ini terdiri dari selembar pita aluminium yang terletak di sepanjang tepi antara kutub magnet. Terdapat celah kecil di antara tepi pita dan sisi magnet yang memungkinkannya bergerak seiring dengan fluktuasi udara, bukan karena tekanan yang berbeda-beda pada magnet. Oleh karena itu, mikrofon ini juga dikenal sebagai mikrofon pita atau velocity microphone. Desain mikrofon ini sangat sederhana secara elektrik, tanpa menggunakan komponen aktif. Historisnya, mikrofon ini sangat populer dalam aplikasi audio berkualitas tinggi.
4. Mikrofon Kondensor
Mikrofon ini memiliki respons frekuensi yang luas dan mampu menghasilkan kualitas suara yang tinggi. Terdiri dari membran tipis yang berdekatan dengan pelat logam kaku yang bertindak sebagai diafragma konduktif listrik, mikrofon ini telah berevolusi dari menggunakan lapisan logam tipis pada jenis lama menjadi bahan seperti plastik, emas, atau aluminium pada mikrofon berlapis baru, seperti mylar berlapis emas. Konfigurasi ini membentuk kapasitor dengan rentang 10-50 pF. Mikrofon ini memerlukan catu daya DC konstan, yang dapat disediakan melalui baterai atau kabel koaksial.
Jika daya disediakan melalui koaksial, ini disebut daya phantom. Tegangan yang disediakan menarik membran dengan kuat, sehingga ketika gelombang suara mempengaruhi mikrofon, membran bergerak maju mundur, mengubah kapasitansi dan akibatnya, tegangan keluaran.
Karena impedansinya yang tinggi, mikrofon ini membutuhkan penguat buffer. Meskipun sangat sensitif dan mampu menangani suara yang keras, konstruksi internalnya yang halus membuatnya kurang tahan terhadap lingkungan lembab dan rentan terhadap kebocoran listrik di antara pelat belakang elemen mikrofon. Oleh karena itu, perlu berhati-hati dalam memilih jenis transduser suara ini untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap kondisi lingkungan yang tidak stabil.
Konfigurasi Pin Sensor Suara
Sensor ini memiliki tiga pin yang mencakup hal berikut:
- Pin 1 (VCC): Menerima tegangan DC antara 3.3V hingga 5V.
- Pin 2 (GND): Digunakan sebagai koneksi ground atau kkalians.
- Pin 3 (DO): Berfungsi sebagai pin keluaran sensor.
Prinsip Kerja Sensor Suara
Prinsip kerja sensor suara yang sederhana dan mudah dipahami mirip dengan fungsi telinga manusia. Sensor suara terdiri dari sebuah papan sirkuit kecil yang mengintegrasikan mikrofon dengan rentang respons 50 Hz hingga 10 kHz, serta modul detektor untuk pendeteksian. Komponen sirkuit eksternal lainnya mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik.
Salah satu komponen kunci dalam perangkat keras adalah komparator presisi tinggi LM393N, yang mengubah sinyal listrik menjadi keluaran digital D0. Modul sensor suara dilengkapi dengan potensiometer bawaan untuk mengatur sensitivitas keluaran digital D0. Prinsip kerja dasar sensor suara diilustrasikan dalam diagram.
Sensor suara menggunakan mikrofon jenis kondensor yang terdiri dari dua pelat bermuatan – satu sebagai diafragma dan yang lain sebagai pelat belakang, menyerupai struktur kapasitor. Ketika sinyal suara atau audio merambat melalui udara dan mencapai diafragma mikrofon, getaran diafragma menyebabkan perubahan jarak antara kedua pelat bermuatan ini.
Perubahan kapasitansi antara pelat-pelat ini menghasilkan sinyal listrik sebagai keluaran, yang sebanding dengan sinyal suara yang diterima oleh mikrofon. Sinyal keluaran ini kemudian diperkuat oleh amplifier dan didigitalkan untuk mengukur intensitas sinyal suara yang diterima.
Diagram Rangkaian Sensor Suara
Rangkaian untuk sensor suara dapat diimplementasikan menggunakan penguat operasional dan chip komparator. Diagram rangkaian sensor suara menggunakan chip komparator LM393N ditunjukkan di bawah ini. Rangkaian saklar sederhana ini digunakan pada peralatan listrik seperti kipas angin, lampu tabung, radio, dll, dan dalam aplikasi lain untuk menghidupkan/mematikan LED dan suara.
Rangkaian sensor suara di atas dibangun dengan komparator tegangan gkalian LM393N, transistor 2N4401, transistor 2N4403, resistor 10K, 100K, 10K, 20K, dan 100K (variabel), kapasitor 120nF, dioda IN4001, relay, mikrofon electret, dan sumber daya DC 9V-12V.
IC komparator tegangan gkalian LM393N mengandung dua pembanding yang terintegrasi dalam chip DIP 8-pin. Dalam rangkaian saklar sensor suara, hanya satu dari dua LM393N yang digunakan, yang bertindak sebagai inti rangkaian.
Ketika input audio berasal dari mikrofon electret, kapasitor 120nF memblokir komponen DC dari suara yang diterima dan hanya membiarkan sinyal AC yang mengalir melalui transistor 2N4401. Sinyal AC ini sekarang berfungsi sebagai sinyal kontrol untuk terminal basis transistor 2N4401. Level tegangan sinyal dapat dikontrol oleh jaringan pembagi tegangan. Sinyal audio yang diperkuat oleh 2N4401 diterima dari mikrofon electret.
Selanjutnya, sinyal yang diperkuat ini dimasukkan ke dalam IC komparator tegangan gkalian LM393N, dan keluarannya diperoleh dari pin-8 IC. Untuk menggerakkan saklar relai SPDT (single pole dual throw), digunakan transistor PNP 2N4403 pada output IC. Untuk mengatur atau memvariasikan sensitivitas rangkaian saklar sensor suara, digunakan resistor variabel 100K dan 20K. Biasanya, tegangan operasional rangkaian berkisar antara 9V hingga 12V DC dan juga pada tegangan operasional rendah 3V hingga 6V. Oleh karena itu, jenis relai yang digunakan dalam rangkaian tergantung pada tegangan operasional yang digunakan.
Aplikasi Modul Sensor Suara
Seperti yang dijelaskan sebelumnya, sensor ini dapat digunakan dalam dua fungsi utama, yaitu sebagai mikrofon atau sebagai sensor untuk mengukur tinggi rendahnya suara. Berdasarkan kedua fungsi tersebut, sensor ini dapat diterapkan dalam tiga rangkaian atau perangkat berikut:
1. Untuk menyalakan lampu Menggunakan Suara Frekuensi Tinggi Ketika Tepuk Tangan (Clap Hand Lamp)
Sensor ini dirancang untuk merespons suara frekuensi tinggi, khususnya dari tepuk tangan. Ketika sensor mendeteksi suara yang cukup keras, seperti tepuk tangan, sensor akan mengirimkan sinyal HIGH ke mikrokontroler. Mikrokontroler kemudian memproses sinyal ini untuk mengatur kondisi lampu. Misalnya, jika lampu dalam keadaan mati, sensor akan mengaktifkan lampu menjadi nyala, dan sebaliknya jika lampu sedang menyala, sensor akan mematikan lampu.
2. Lampu Berkedip-kedip secara otomatis
Sensor ini dapat digunakan untuk menghasilkan efek lampu yang berkedip secara otomatis berdasarkan perubahan frekuensi suara yang terdeteksi. Ketika sensor mendeteksi perubahan frekuensi suara, seperti dari tinggi ke rendah atau sebaliknya, sensor akan mengonversi perubahan ini menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik yang bervariasi ini kemudian diinterpretasikan oleh mikrokontroler untuk mengendalikan lampu agar berkedip-kedip. Proses ini menggunakan coding atau perintah khusus pada mikrokontroler untuk mengatur pola berkedip lampu sesuai dengan deteksi suara.
3. Sebagai Microphone
Fungsi utama dari modul ini adalah sebagai mikrofon. Untuk mengaktifkan fungsi mikrofon, modul ini harus terhubung dengan Audio Amplifier, seperti yang ditunjukkan dalam diagram. Mikrofon ini menerima suara dari lingkungan sekitarnya dan mentransmisikan sinyal audio ke amplifier. Dengan demikian, modul ini dapat digunakan untuk merekam suara, melakukan komunikasi audio, atau aplikasi lain yang memerlukan sensor suara berbasis mikrofon.
BACA JUGA :
- Pengertian Sensor Klasifikasi dan Jenis-jenis Sensor
- Cara Kerja Sensor Ultrasonik
- Pengertian, Jenis, dan Cara Kerja Sensor Jarak
- Pengertian, Cara Kerja, dan Jenis Proximity Sensor
Penutup
Dalam artikel elektronikindo.com ini, kita telah menjelajahi berbagai jenis sensor suara beserta konfigurasinya yang digunakan dalam berbagai aplikasi.
Dari sensor yang berfungsi sebagai mikrofon hingga sensor yang dapat mengukur tinggi rendahnya suara atau bahkan mengatur lampu secara otomatis, teknologi sensor suara menawarkan fleksibilitas dan kemampuan adaptasi yang luas dalam dunia modern.
Dengan kemajuan teknologi, sensor suara tidak hanya membantu dalam kontrol perangkat elektronik seperti lampu dan peralatan rumah tangga, tetapi juga digunakan dalam aplikasi keamanan, pemantauan lingkungan, dan bahkan dalam pengembangan teknologi kendaraan otonom.
Penggunaannya yang luas menunjukkan pentingnya sensor suara dalam memfasilitasi interaksi manusia dengan teknologi secara intuitif dan efisien.
Dengan terus berkembangnya teknologi sensor suara, dapat diharapkan bahwa inovasi dan peningkatan dalam desain dan kinerja akan terus menghadirkan solusi-solusi baru yang lebih cerdas dan dapat dikalianlkan di masa depan.
