RSS

Menghitung Dan Mengukur Daya Audio Amplifier

17 Jan

Banyak orang yang menanyakan bagaimana memperkirakan daya audio amplifer dan bagaimana cara mengukurnya. Daya tidak dapat dijelaskan tanpa memahami apa itu tegangan, arus, dan tahanan (resistansi). Hukum Ohm menyatakan bahwa V = I x R, yang mana V adalah tegangan, I adalah arus, dan R adalah tahanan. Satuan dari tegangan dinyatakan dalam Volt, satuan arus dalam Ampere, dan satuan tahanan dalam Ohm. Hukum Ohm ini ditemukan oleh Georg Ohm pada tahun 1827.

Daya itu sendiri memiliki arti energi yang ditimbulkan atau dikonsumsi dibagi waktu. Daya ini dinyatakan dalam satuan Watt. Daya listrik dinyatakan sebagai P = (V x Q) / t. P adalah daya dalam Watt, V adalah tegangan, Q adalah muatan listrik (electric charge) dalam Coulomb, dan t adalah waktu dalam detik. Muatan listrik dibagi waktu adalah arus listrik sehingga daya bisa dinyatakan P = V x I. Dalam hubungannya dengan hukum Ohm, daya bisa juga dinyatakan sebagai P = V x V / R atau P = I x I x R.

Sinyal audio adalah sinyal bolak-balik atau AC (alternating current) maka perhitungan daya menjadi lebih kompleks. Sinyal bolak-balik memiliki tegangan yang selalu berubah setiap saat sehingga dayanya juga berubah setiap saat. Agar memudahkan analisa, maka kita gunakan sinyal sinus.

Nilai Rata – Rata

Nilai rata-rata sinyal bolak-balik adalah nilai rata-ratanya dalam setengah periode. Untuk sinyal sinus, nilai rata-rata sama dengan nilai maksimal dibagi (2 / π).

Daya rata-rata adalah energi rata – rata yang dihasilkan yang dihasilkan dalam satu periode. Daya rata-rata ini digunakan untuk menghitung pendingin yang dibutuhkan transistor atau memperkirakan peningkatan suhu (disipasi daya) pada komponen elektronik. Daya rata-rata dinyatakan sebagai berikut: (I2puncak x R) / 2

Nilai Efektif

Jika arus searah 1A menghasilkan suhu 100 derajat pada sebuah tahanan, maka arus bolak-balik yang berbentuk sinus sebesar 1A maksimal (nilai puncak) akan menghasilkan suhu 70,7 derajat pada tahanan yang sama. 70,7/100 atau 0,707 ini disebut nilai efektif atau root mean square (RMS).

Tegangan rms sinyal sinus = 1/√2 dari tegangan puncak. Arus rms sinyal sinus = 1/√2 dari arus puncak. Daya rms = V rms x I rms

Daya Pada Audio Amplifier

Spesifikasi daya pada audio amplifier menggunakan daya RMS dengan sinyal sinus 1 kHz, pada beban 8 Ohm atau 4 Ohm, dan Total Harmonic Distortion (THD) maksimal sebesar 1%.

Untuk amplifier yang bukan Bridge Tie Load (BTL), tegangan maksimal dibatasi oleh tegangan power supply nya dan tegangan saturasi transistor finalnya. Sedangkan arus maksimalnya dibatasi oleh arus maksimal dari trafo. Tentu saja harus dipastikan transistor bekerja pada daerah Safe Operating Area (SOA)-nya.

Pada power supply yang tidak teregulasi, makin besar arus yang ditarik amplifier, tegangan power supply semakin turun. Ini karena power supply memiliki impedansi output yang tidak nol. Umumnya trafo yang baik tidak mengalami penurunan tegangan lebih dari 5% saat dibebani arus maksimalnya. Belum lagi tegangan ripple power supply yang besarnya tergantung dari besarnya kapasitansi dari elco setelah dioda penyearah. Dioda penyearah juga mengurangi tegangan power supply sekitar 1V.

Sedangkan tegangan saturasi transistor bisa mencapai 3V tergantung besar arus kolektornya.

Contoh perhitungan

Misalnya ada trafo 32V CT 5A akan dijadikan audio amplifier. Berapa perkiraan daya maksimalnya pada 4 Ohm?

Tegangan power supply pada beban maksimal = (tegangan puncak x 95%)  – tegangan dioda – tegangan ripple.

Tegangan puncak = 32 x √2 = 45 V (dibulatkan agar mudah).

Tegangan dioda = 1 V Tegangan ripple = 3 V Tegangan power supply pada beban maksimal = 38,75 V

Tegangan sinyal maksimal (puncak) = Tegangan power supply pada beban maksimal – tegangan saturasi transistor = 38.75 – 3 = 35.75 V

Daya RMS pada 4 Ohm = (Tegangan sinyal RMS)2 / R = ( 35.75 / √2 )2 / 4 = 160 W RMS (dibulatkan).

(Terima kasih kepada pak Arif Budiyanto atas koreksi perhitungannya.)

Untuk beban speaker sedikit berbeda dengan perhitungan di atas, karena impedansi speaker bukan bersifat resistif murni, melainkan memiliki induktansi juga. Sehingga cos φ atau power faktor perlu diperhitungkan. Namun ini tidak akan dibahas di sini karena terlalu rumit untuk pemula.

Cara Pengukuran

Cara pengukuran daya pada audio amplifier dapat digambarkan sebagai berikut:

Power Measurement

Pada input amplifier diberi sinyal sinus 1 kHz dari sinyal generator. Output amplifier dihubungkan ke dummy load yang berupa resistor daya yang nilainya sekitar 8 Ohm atau 4 Ohm. Pastikan daya maksimal dari dummy load lebih besar dari daya maksimal amplifier. Jika tegangan puncak dari output amplifier sangat tinggi, perlu diturunkan dengan attenuator atau pembagi tegangan. Lalu sinyalnya dimasukkan ke Distortion Analyzer. Keluaran Distortion Analyzer  dimasukkan ke oscilloscope untuk melihat visualisasinya.

1. Atur frekuensi sinyal genarator 1 kHz sinus.

2. Atur level tegangan sinyal generator sampai THD Analyzer menunjukkan THD sebesar 1%.

3. Ukur tegangan yang terlihat pada oscilloscope.

Jika tegangan puncak yang terukur 20V dan pada attenuator tegangan dibagi 5, maka tegangan puncak sesungguhnya 20 x 5 atau 100V.

Tegangan RMS = 1/√2 x 100V = 70,7V rms.

Misalkan resistansi dummy load sebesar 4 Ohm, maka Daya RMS = (70,7 x 70,7) / 4 = 1250 Watt rms.

Iklan
 
14 Komentar

Ditulis oleh pada 17 Januari 2015 in Audio

 

Tag: ,

14 responses to “Menghitung Dan Mengukur Daya Audio Amplifier

  1. kf

    18 Januari 2015 at 15:11

    Pak Anis, saya mau tanya mohon penjelasannya.
    Saya mempunya data sbb : Misalkan sebuah power outputnya 1khz 8Vrms dengan THD 0% dan sebuah speaker 8 Ohm.

    Kemudian output suara tersebut diukur dengan menggunakan mikropohe dan oskiloskop dan tegangan yang ditunjukkan oleh oskiloskop dari output mikrophohe adalah 80 mili Volt Peak to Peak.

    Yang saya tanyakan, apakah ketika power tersebut dibebani 2 speaker 8 Ohm (2 x 8Ohm menjadi 4 Ohm), berpakah kira2 tegangan yang ditunjukkan osiloskop pada mikrophonr tersebut, apakah menjadi naik berbanding lurus dengan kenaikan decibel ataukah tetap 80 milivolt, karena speaker tersebut bergerak dari titik maksimum dan minimum yang sama.

    Sebelumnya terima-kasih.

     
    • anistardi

      18 Januari 2015 at 15:31

      Tegangan pada osiloskop akan berubah sesuai dengan decibel (kekuatan suara). Dipasaran banyak beredar SPL (Sound Pressure Level) meter. Pengukuran SPL jarak sumber suara dan alat ukur berpengaruh. Jadi kalau membandingkan SPL nya, jarak pengukuran harus sama persis.

       
  2. kf

    18 Januari 2015 at 17:56

    trima kasih pak, sangat mencerahkan pemahaman saya.

     
  3. kf

    20 Januari 2015 at 09:03

    Pak kalau saya mengukur sistem speaker dengan mikrophone yang flat responnya begitu pula penguat mic juga flat dan menghasilkan data sbb :

    f = 50hz tegangan pada preamp

     
  4. kf

    20 Januari 2015 at 09:06

    f = 60 hz, Vpp = 2 Volt
    f = 10khz vpp = 2 Volt
    Pertanyaanya, apakah kedua frequncy tersebut memiliki decibel yang sama besar? apakah juga menyerap daya yang sama besar juga ?

     
    • anistardi

      20 Januari 2015 at 09:18

      Tentu saja dayanya sama karena P = V x V / R. Kalau V dan R sama maka P juga sama. Kalau loudness bisa berbeda tergantung respon frekuensi speakernya, sensitivitas speakernya pada frekuensi tersebut. Ini kita andaikan pengukurannya jaraknya sama dan di depan speaker dengan ruangan yang sempurna (Anechoic chamber). Respon frekuensi telinga manusia juga berbeda-beda tergantung loudness-nya (https://courses.physics.illinois.edu/phys406/lecture_notes/p406pom_lecture_notes/p406pom_lect5.pdf)

       
      • anistardi

        20 Januari 2015 at 11:46

        Impedansi speaker tidak resistif murni jadi besarnya bergantung frekuensi. Kalau beban amplifier berupa resistor, dayanya akan sama di semua frekuensi audio pada amplifier yg dirancang dgn baik.

         
  5. kf

    20 Januari 2015 at 11:35

    f = 60 hz, Vpp = 2 Volt
    f = 10khz vpp = 2 Volt, data ini yang terbaca pada output mikrophonr USB, jawaban pak ANis masih sulit saya masukkan dalam pemahaman saya, saya masih bertanya2 dalam hati, apa iya untuk membangkitkan frequency 10khz sebesar 90 db dengan membangkitkan frequency sebesar 90 db diperlukan daya yang sama ?

    Menurut saya ini menarik, karena selama ini saya mengira untuk menampilkan nada bass dan treble dengan suara yang imbang perlu daya yang jauh lebih besar untuk nada bass, karena pada tingkat yang sama bass dapat menggetarkan kaca dan meja sementara treble tidak bisa.

    Dimana kesalahan saya pak ??

     
  6. kf

    20 Januari 2015 at 11:38

    Link yang bapak berikan sangat bagus dan sebetulnya bisa menjawab kepenasaran saya, tapi sayang saya kuang paham bahasa inggris….sangat disayangkan saya tidak menguasai bahasa inggris.

     
  7. mega

    14 Maret 2015 at 18:06

    Maaf. Saya mau tanya
    Kalau power amplifier ocl dengan input power supply +12 -12 ct, travo 5 ampere. Dummy load 8ohm, berapa ya daya outputnya?
    Ini tugas sekolah. Judulnya power amplifier ocl 150watt, apa daya outputnya juga harus 150Watt?
    Mohon bimbingannyaa

     
    • anistardi

      14 Maret 2015 at 18:09

      Silakan baca ini: https://anistardi.wordpress.com/2015/01/17/menghitung-dan-mengukur-daya-audio-amplifier/
      Kalau belum paham, belajar dulu apa arti tegangan, arus, tahanan (impedansi), dan daya. Belajar tentang hukum Ohm. Sebenarnya pada artikel tersebut sudah sangat jelas. Sudah saya berikan dasar perhitungannya, sehingga lulusan sekolah menengah pertama (SMP) seharusnya bisa memahami hal tersebut.

       
      • Aby

        17 Agustus 2016 at 22:55

        Malam Pak mau tny untuk mendaptkn wat daya P Power amply itu hitungny P=VxV/R yg dimaksut V itu adalah AC atau AC yg telah dirubah jadi DC.conthny travo 5a ct 32v stelah dirubah jd DC 45v.untuk mendpatkn wat atau P=32×32/R atau 45×45/R.mohon dibantu y pak terimaksi

         
      • anistardi

        19 Agustus 2016 at 02:04

        Daya yg dimaksud adalah daya maksimal output amplifier. Karena yg dimaksud amplifier di sini adalah audio amplifier, maka outputnya adalah sinyal audio yaitu tegangan AC. Di artikel tersebut sudah dijelaskan contoh2 perhitungannya.

         
  8. ardhi

    7 Maret 2017 at 03:25

    permisi pak anis. saya mau Tanya. power supply yang bagus untuk amplifier lebih baik memakai Power Supply Konvensional atau smps

     

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: