Jika Anda pernah mendengarkan paman Anda bermain gitar blues atau teman Anda memetik ukulele plastik murah, Anda mungkin tahu apa itu distorsi harmonik. Suaranya terdengar seperti dengungan, desisan, atau siulan yang sangat halus di latar belakang permainan mereka. Hal ini terjadi karena instrumen-instrumen tersebut tidak mampu menghasilkan nada tanpa adanya distorsi. Dalam istilah teknik, hal ini juga dikenal sebagai “nonlinearitas”.
Dalam artikel ini, kita akan membahas apa itu distorsi harmonik, mengapa hal itu terjadi, dan bagaimana mencegahnya terjadi pada pengaturan studio rumah Anda. Mari kita mulai!
Apa itu Distorsi Harmonik?
Distorsi harmonik, yang juga dikenal sebagai “umpan balik tak disengaja”, mengacu pada penambahan frekuensi baru pada suatu suara. Hal ini dapat terjadi ketika sinyal dikembalikan ke dalam sistem tempat sinyal tersebut diputar. Sinyal baru ini dapat terdengar sebagai suara dengungan atau siulan. Distorsi harmonik paling sering ditemui pada alat musik dan peralatan audio. Alat musik tidak dapat menghasilkan nada-nadanya tanpa adanya distorsi harmonik. Peralatan audio, bagaimanapun, perlu dirancang untuk mencegah terjadinya distorsi harmonik.
distorsi harmonik total (THD)
Distorsi Harmonik Total (THD) mengacu pada komponen harmonik tambahan pada sinyal keluaran dibandingkan sinyal masukan yang disebabkan oleh komponen nonlinier saat sumber sinyal audio melewati penguat daya. Distorsi harmonik terjadi karena sistem tidak sepenuhnya linier, dan kita mengungkapkannya sebagai persentase dari akar rata-rata kuadrat (rms) komponen harmonik total yang baru ditambahkan terhadap nilai rms sinyal asli. Misalnya, penguat yang menghasilkan 10V pada 250Hz dan 1V pada 500Hz akan memiliki distorsi harmonik kedua sebesar 10%. Jumlah dari semua tingkat harmonik tambahan disebut distorsi harmonik total. Secara umum, distorsi harmonik total pada frekuensi 500Hz adalah yang terkecil, sehingga banyak produk menggunakan distorsi frekuensi ini sebagai indeksnya.
Rumus untuk menghitung distorsi harmonik total adalah sebagai berikut:
Untuk harmonik tegangan, TDH (%) adalah distorsi harmonik total, Vh adalah daya masing-masing harmonik, dan V1 adalah tegangan keluaran RMS total (termasuk komponen fundamental dan harmonik).
Untuk harmonik arus, TDH (%) adalah distorsi harmonik total, Ih adalah arus setiap harmonik ke-n, dan I1 adalah arus keluaran RMS total (termasuk komponen dasar dan harmonik).
Bagaimana Distorsi Harmonik Terjadi?
Pada tingkat yang paling dasar, distorsi harmonik terjadi ketika suara masukan terlalu keras dan “dipantulkan kembali” ke dalam sistem melalui amplifier. Hal ini dapat terjadi pada pengaturan studio rekaman rumahan, ketika instrumen yang terhubung ke sistem PA mulai mengalami umpan balik. Cara termudah untuk memahami apa yang terjadi adalah dengan membayangkan dua gelombang yang saling bertabrakan. Satu gelombang adalah sinyal audio asli Anda, sedangkan yang lain adalah suara yang telah diperkuat dan dikembalikan ke sistem melalui speaker. Kedua gelombang ini bergabung untuk membentuk sesuatu yang baru. Sinyal audio asli masih ada, tetapi frekuensi baru yang ditambahkan oleh umpan balik juga ada.
Metode Pengukuran
Dari rumus perhitungan distorsi harmonik total dapat diketahui bahwa nilai distorsi harmonik total sangat berkaitan erat dengan nilai batas atas H dari urutan harmonik. Peralatan pengukuran harmonik umum seperti penganalisis harmonik umumnya cocok untuk pengukuran harmonik pada jaringan listrik, dan batas atasnya biasanya berada pada urutan ke-40.
Untuk peralatan yang menghasilkan emisi harmonik dengan harmonik tingkat tinggi, seperti konverter frekuensi, pengukuran distorsi harmonik total memerlukan peralatan khusus yang mampu mengukur harmonik tingkat tinggi, seperti alat ukur daya frekuensi variabel atau alat ukur daya pita lebar. Selain itu, pada sistem tegangan tinggi dan arus tinggi, perlu juga diperhatikan lebar pita yang diperlukan dari sensor yang digunakan, seperti sensor daya frekuensi variabel.
Pengaruh Distorsi Harmonik pada PCB
Distorsi harmonik merupakan faktor penting yang perlu dipertimbangkan saat merancang PCB. Hal ini dapat menimbulkan masalah pada integritas sinyal dan berpotensi menyebabkan kerusakan komponen. Ada beberapa cara untuk mengurangi distorsi harmonik, antara lain:
– Menggunakan lapisan daya dan ground berimpedansi rendah-
Menambahkan kapasitor bypass pada komponen
kritis- Menambahkan induktor untuk menyaring gangguan frekuensi
tinggi- Mengurangi panjang jalur sinyal
Setiap metode ini memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing, sehingga penting untuk memilih solusi yang tepat untuk desain PCB Anda.
Mencegah Distorsi Harmonik
Distorsi harmonik merupakan salah satu masalah utama yang dapat terjadi saat merancang dan memproduksi PCB. Hal ini dapat menimbulkan sejumlah masalah, termasuk gangguan integritas sinyal, crosstalk, dan interferensi elektromagnetik (EMI).
Ada beberapa cara untuk mengurangi atau menghilangkan distorsi harmonik. Salah satunya adalah dengan menggunakan sinyal diferensial, yang dapat menghilangkan banyak harmonik. Cara lainnya adalah dengan menggunakan catu daya dengan impedansi keluaran rendah, yang juga dapat membantu mengurangi harmonik.
Sinyal diferensial adalah teknik yang sering digunakan dalam sistem digital berkecepatan tinggi untuk mengurangi efek noise dan crosstalk. Dalam sinyal diferensial, dua sinyal dikirim melalui kabel terpisah, dengan satu sinyal merupakan kebalikan dari yang lain. Perangkat penerima kemudian menggabungkan kedua sinyal tersebut, dan noise mode umum akan dihilangkan.
Catu daya dengan impedansi keluaran rendah juga dapat membantu mengurangi harmonik. Catu daya dengan impedansi rendah akan mengalami penurunan tegangan yang lebih kecil saat arus ditarik darinya, artinya tegangan di beban akan lebih stabil. Hal ini dapat membantu mengurangi atau menghilangkan banyak masalah yang disebabkan oleh distorsi harmonik.
