Memetakan Suara Manusia Kedalam Frequency Pembawa (Modulasi)

Seperti yang sudah disebutkan bahwa suara manusia memiliki rentang frequency yang rendah (3400Hz) dan disebut sebagai base band frekuensi. Base band Frekuensi sangat tidak memungkinkan untuk dihantarkan (ditransmisikan) pada jarak yang jauh melalui udara dengan alasan sebagai berikut :

a.Frekuensi rendah sangat tidak stabil dan rentan terhadap halangan (redaman), contoh : suara anda sudah akan hilang jika pendengar berada di balik tembok tebal.
b.Akan diperlukan Antenna yang sangat panjang dan besar.

Dengan alasan diatas maka diperlukan frequency pembawa (dengan frekuensi yang lebih tinggi tentunya) sebagai alat transportasi base band frequency (suara manusia). Agar suara bisa dicampurkan atau ditumpangkan ke Carrier Frequency diperlukan suatu proses pencampuran yang disebut sebagai MODULASI. Dan alat yang dipergunakan untuk melakukannya disebut sebagai MODULATOR. Ada dua jenis modulasi yang dikenal luas yaitu Modulasi Analog dan Modulasi Digital.

Modulasi Analog : Proses mencampurkan Analog base band frequency (suara manusia) kedalam frequency pembawa analog. Frequency analog adalah frequency yang berbentuk gelombang Sinus. Contoh penggunaan modulasi analog adalah Pemancar AM, TV dan Radio Amatir (ORARI)

Gb. Contoh Gelombang Analog

Modulasi Digital : Dalam modulasi digital ini, Analog base band frequency (suara manusia) diubah terlebih dahulu kedalam bentuk digital baru kemudian dicampurkan kedalam frequency pembawa yang masih analog. Digitalisasi adalah proses perubahan gelombang Sinus (analog) kedalam bentuk “ON” dan “OFF” atau “0” dan “1”. Morse adalah contoh proses digitalisasi informasi yang dikirimkan.

Gb. Contoh Bentuk Gelombang Digital

Gb. Contoh Proses Digitalisasisai Gelombang Analog

Proses modulasi ini bisa diibratkan seperti proses pembuatan kue, dimana terigu dibaratkan sebagai frequency pembawa & telor bisa diumpamakan sebagai suara manusia (base band frequency). Nah ….agar bisa menjadi roti yang enak maka proses pencampuran antara telor & terigu bisa dilakukan dengan berbagai cara, misalnya telor terlebih dahulu diaduk baru terigu ditambahkan kedalamnya atau sebaliknya.
Proses modulasi secara teknis bisa dilakukan dalam beberapa cara untuk memperoleh hasil yang diharapakan, secara ringkas digambarkan sebagai berikut :

1)Analalog Modulasi :
a) Amplitude Modulation (AM), dimana Amplitudo (tinggi-rendahnya gelombang) frequency pembawa mengikuti Amlitudo signal (base band/suara manusia)
b) Frequency Modulation (FM),diaman kerapatan/regangan frequency pembawa akan dipengaruhi oleh posisi amplitude signal, jika amplitude signal berada di puncak maka frequency termodulasi akan merapat dan jika amplitude signal berada pada posisi rendah maka frequency termodulasi akan merenggang (lihat gambar).

2)Digital Modulation
a)PSK (Phase Shift Keying)
b)FSK (Frequency Shift Keying)
c)ASK (amplitude Shift Keying)
d)QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

Untuk Digital modulation ini tidak akan dibahas detail untuk saat ini karena akan membingungkan untuk tahap awal pemahaman, suatu saat nanti akan dibahas.

Sebelum kita melakukan pembahasan lebih jauh dengan topik lebih sedikit berat, ada baiknya kita akan membahas terlebih dahulu istilah-istilah yang sering dipergunakan dalam dunia telekomunikasi seperti frequency, Amplitudo, redaman dll, dalam posting berukutnya.

Pita Frequency GSM

Sebagaimana sudah disebutkan dalam posting sebelumnya bahwa Mobile Cellular atau telepon mobile atau yang lebih keren disebut dengan telepon genggam (HP) menggunakan rentang frequency dari gelombang elektromaknetik antara 300 MHz sampai dengan 3000 Mhz sebagai media penghantar atau pembawa dari suara yang kita ucapkan via HP kita.

Di bawah ini merupakan gambaran dari Pita-pita frequency yang dipergunakan oleh operator-operator telepon selular di seluruh dunia.


Dari gambar terlihat bahwa frequency pembawa terbagi dalam Enam (6) kelompok besar :
• Frequency Pembawa 800 MHz, dipergunakan untuk AMPS (Advance Mobile Phone Service)
• Frequency Pembawa 900 Mhz,dipergunakan untuk GSM (Global System For Mobile Communication)
• Frequency Pembawa 1800 Mhz,dipergunakan untuk GSM (Global System For Mobile Communication)
• Frequency Pembawa 1900 Mhz, dipergunakan untuk CDMA (Code Division Multiple Access)
• Frequency Pembawa 2100 Mhz, dipergunakan untuk 3G/3.5G WCDMA (Wide CDMA)

Berikut adalah alokasi frequency Operator GSM di Indonesia :

Operator GSM menggunakan dua (2) jenis band frekuensi, 900 Mhz dan 1800 Mhz, kedua jenis pita frekuensi tersebut memiliki karakteristik yang berbeda terutama dalam hal ketahanan terhadap redaman. Sehingga aplikasi untuk kedua jenis frekuensi tersebut juga berbeda, pita frekuensi 900Mhz untuk keperluan jankauan sinyal yang lebih luas sedangkan pita frekuensi 1800Mhz diperlukan untuk menambah kapasitas jaringan (agar lebih banyak orang yang bisa menelepon secara bersamaan).

Apa itu redaman & bagaimana frekuensi pembawa tersebut menghantarkan suara kita ?

Penghantar Suara dalam GSM (Bagian ke-2)

Media penghantar yang dapat dipergunakan/ditumpangi oleh suara manusia (disebut juga Base Band Frequency/ Frequency dasar/Frequency Rendah) adalah :

• Kawat tembaga
  contoh Telepon antar Kamar (Interkom) dan telepon rumah (PSTN).


• Gelombang Radio
  contoh Handy Talky (HT), Radio Amatir (CB/Citizen Band), Radio AM/FM, dan Hand Phone (HP).
  

Gelombang radio merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki lapisan frequency yang bermacam-macam (0.2 – 900 juta Hertz). Medan listrik dan Medan Magnet adalah dua komponen pembentuk gelombang elektromaknetik yang berjalan saling tegak lurus terhadap arah merambatnya.

Sumber : http://micro.magnet.fsu.edu/

Cahaya merupakan contoh dari gelombang electromagnetic yang masih mampu tertangkap oleh indera manusia. Frequency cahaya berada dalam bingkai 10^14 Hertz, dengan panjang gelombang yang bervariasi menghasilkan warna pelangi.

Dalam gambar diatas terlihat bahwa gelombang Radio berada dalam rentang frequency Kilo Hertz (kHz) sampai dengan Giga Hertz (Ghz).
Dibawah ini merupakan pita-pita frequency dan aplikasi yang dipergunakan dalam pita frequency masing-masing.

• Frequency Sangat Rendah (Very Low Frequency/VLF), 3 - 30 KHz
  Penggunaan : Navigasi, Telegrafi ; Sifat: Jarak jangkau mampu hingga seluruh dunia & tahan terhadap halangan


• Frequency Rendah (Low Frequency/LF),30 - 300 KHz
  Penggunaan : Navigasi, Telegrafi; Sifat:Jarak jangkau mampu hingga seluruh dunia & tahan terhadap halangan.


• Frequency Menengah (Medium Frequency/MF),300 - 3000 KHz
  Penggunaan : Broadcasting, Komunikasi Laut, Navigasi; Sifat: Jarak Jangkauan terbatas sampai dengan ratusan kilo meter.


• Frequency Tinggi (High Frequency/HF),3 - 30 MHz
  Penggunaan: Radio Amatir (CB); Sifat: Dapat dipantulkan oleh lapisan Ionosfer dan tanah sehingga jarak jangkau mampu hingga seluruh dunia.


• Frequency Sangat Tinggi (Very High Frequency/VHF),30 - 300 Mhz
  Penggunaan: Televisi, Telepon Mobil (HP); Sifat: perambatan seperti cahaya.


• Frequecy Ultra High (Ultra High Frequency/UHF),300 - 3000 Mhz
  Penggunaan: Telepon Mobil (HP), Radar;Sifat: perambatan seperti cahaya sehingga jarak jangkauan hanya beberapa Kilometer saja. Dipengaruhi oleh lapisan troposfir.


• Frequency Super Tinggi (Super High Frequency/SHF),3 - 30 GHz
  Penggunaan :Radar, Komunikasi Satelit,Radio Astronomi;Sifat: perambatan seperti cahaya.


• Frequency Ekstrim Tinggi (Extremly High Frequency/EHF),30 - 300 GHz
  Penggunaan: Research; Sifat: perambatan seperti cahaya.

Dari table diatas terlihat bahwa Telepon Mobil (HP) menggunakan media perantara dalam range pita frequency antara 300 - 3000 MHz.

Apakah HP yang kita pergunakan dengan Operator yang berbeda menggunakan frequency yang sama?

Penghantar Suara dalam GSM (Bagian ke-1)

Agar suara kita bisa didengar oleh lawan bicara kita diperlukan suatu media sebagai perantara, perantara tersebut adalah udara. Suara kita akan membuat udara diseputar kita bergetar dan merambat ketelinga lawan bicara kita, ada dua proses perambatan gelombang bunyi yaitu Longitudinal dan Transversal.

Proses merambat secara longitudinal bisa kita dapati saat kita melempar sebuah batu kedalam sungai/danau yang tenang, gerakan gelombang air yang menjauhi posisi jatuhnya batu secara mendatar itulah yang disebut sebagai perambatan longitudinal.

Sedangkan proses perambatan yang transversal akan kita dapati saat kita mengetuk sebuah pipa logam (misalnya pipa air PAM) dan kita akan masih mampu mendengar ketukan tersebut beberapa meter jauhnya dengan telinga menempel ke pipa tersebut.

Nah ...agar suara kita mampu di dengar lebih jauh lagi, ratusan meter hingga ratusan kilometer, diperlukan suatu media perantara yang tangguh. Kenapa harus tangguh ? saat kita ingin pulang kampung, maka kita akan mempertimbangkan banyak hal dalam memilih transportasi sebagai media perantara, selamat hingga tujuan adalah faktor terpenting pertama, baru kemudian harga tiket, kenyamanan dan lain-lain sebagai pertimabangan berikutnya. Akan begitu banyak energi yang terbuang jika transportasi (media perantara) yang kita pilih salah, sebelum berhasil sampai tujuan. Karena begitu banyak rintangan yang harus dihadapi, dari kemacetan hingga penumpang yang melebihi kapasitas.

Demikian pula gelombang suara memerlukan media perantara yang cocok dengan jarak tempuh yang akan dihadapi. Banyaknya gedung, gunung, pepohonan akan melemahkan energi suara yang dipancarkan sebelum sampai ke penerima atau bahkan akan menghilang sama sekali.

Apa saja media penghantar yang bisa dipergunakan oleh gelombang suara ? dan media penghantar jenis mana yang dipergunakan dalam teknologi GSM ?

Rahasia Suara Manusia dalam GSM

Suara manusia dihasilkan dari getaran pita suara yang ada di tenggorokan kita. Tekanan udara yang cukup yang dihasilkan oleh paru-paru kita akan menggetarkan pita suara, hal ini mirip dengan peluit bambu yang biasa dimainkan oleh anak-anak kampung. Sebentuk pita kecil di pangkal peluit sebagai sumber suara yang dihasilkan saat kita meniup peluit tersebut. Tingkat kekuatan udara yang kita tiupkan menghasilkan keras dan lemah suara peluit.

Getaran suara lebih dikenal sebagai "Frequency", atau semacam bentuk gerakan bolak-balik dalam kecepatan yang sangat tinggi. Mekanisme menggerakan sebatang penggaris dengan kecepatan tinggi akan menghasilkan suara dengan kekuatan lemah, hal itu merupakan contoh sederhana dari terminology frequency.

Pertanyaan berikutnya adalah seberapa besar frequency suara manusia ? Dan bagaimanakah cara suara kita dibawa oleh HP kita ?.

Adapun suara yang dihasilkan oleh manusia disebut sebagai Audio frequency. Dan rentang frequency berada diantara 300 Hz hingga 3400 Hz (www.wikipedia.org), sedangkan telinga manusia sendiri mampu menangkap kisaran suara dengan frequency antara 12Hz hingga 20Khz (dari suara jangkrik hingga suara Bom).Rentang frequency suara laki-laki dewasa berada diantara 85Hz-155Hz, sedang wanita dewasa antara 165Hz-255Hz (www.wikipedia.org). Itu sebabnya kenapa suara wanita akan terdengar tajam ditelinga kita saat mereka marah.Suara yang dihasilkan oleh kita hanya akan mampu didengar oleh lawan bicara kita dalam jarak tertentu, ketika lawan bicara kita berada dalam jarak yang lebih jauh maka kita akan memberikan energi lebih,dengan berteriak atau dengan alat bantu, agar pembicaraan kita mampu ditangkap oleh lawan bicara kita, suara kita akan terdengar lebih keras ditelinga kita. Tinggi rendahnya (keras-lemahnya) suara disebut sebagai Amplitudo.

Nah ..Bagaimana GSM mampu membawa suara kita hingga berkilo-kilo jauhnya sehingga mampu didengar oleh orang-orang yang kita cintai dengan warna suara yang masih bisa dikenali oleh mereka ?

GSM-The Fastest Courier in The World

Benda kecil segenggaman tangan yang sangat populer saat ini memiliki beberapa nama yaitu HP, Telepon Genggam, Cell Phone. Benda kecil ini begitu spektakuler dan sangat luar biasa, hingga anak TK sudah tersihir untuk memilikinya.

Apa yang sesungguhnya yang dilakukan oleh benda kecil ini ? beberapa hal yang dilakukan olehnya untuk kita, selain mengirimkan suara kita, adalah :

• Mengirimkan pesan pendek


• Mengirimkan photo atau gambar


• Menemani kita bermain Game


• Mengirimkan Video


• Menghubungkan kita dengan dunia Maya(internet)


• Berbicara dan melihat wajah lawan bicara kita dalam waktu bersamaan atau real time (video streaming/conference)

Luar biasa, bagaimana sebuah HP yang begitu kecil mampu melakukan banyak hal ?

Jaman dahulu kala nenek moyang kita menggunakan pantulan cermin asap atau suara tabuhan untuk mengirimkan sebuah pesan tanda bahaya atau sebaris berita pendek.Setelah ditemukannya media menulis maka pesan yang lebih panjang pun dikirimkan dengan bantuan seorang kurir dan juga seekor burung merpati.

Ditemukan listrik oleh Benyamin Franklin pada abad ke 18, telah mengubah arah proses pengiriman pesan dengan amat fantatis.Samuel F.B Morse (1840) menciptakan kode-kode berupa titik dan garis yang digunakan untuk memetakan huruf, angka dan tanda baca. Kode-kode tersebut kemudian dikirimkan dengan menggunakan perantara listrik melalui alat yang lebih dikenal dengan nama Telegraph. Dari sinilah awal konsep digitalisasi dimulai, yang pada akhirnya diimplementasikan di HP yang kita pergunakan saat ini.

GSM Untuk Pemula - Sekapur Sirih

Pada akhirnya keinginan saya untuk berkiprah di blog terkabul, setelah beberapa waktu lamanya tertunda. Tujuan utama saya menulis di blog lebih karena keinginan saya untuk membagi ilmu tentang bagaimana teknologi Hand phone (lebih dikenal sebagai GSM) bekerja untuk kita. HP sudah menjadi bagian tak terpisahkan didalam kehidupan kita sehari-hari mulai dari lapisan atas hingga kalangan bawah. HP sudah bukan lagi barang mewah saat ini, tukang ojek & abang becak sudah bisa menikmatinya.

Mengapa berjudul "GSM4BABY" (baca: GSM for Baby) ? penulis berkeinginan agar teknologi GSM bisa lebih membumi,dengan kata lain bisa dipahami dan dipelajari oleh semua kalangan dengan latar pendidikan yang beragam. Dengan menyederhanakan logika se-simple mungkin, ibarat menggunakan logika seorang bayi yang baru lahir dalam memahami dunia barunya. Dengan demikian Ilmu tentang Selular (GSM) bisa dinikmati tanpa harus pergi ke kampus.

Semoga blog ini mampu ikut mencerdaskan kehidupan bangsa.

Wassalam,

Penulis