Modulasi Amplitudo dan Frekuensi

Semua orang pasti mengenal radio. Tapi tidak semua orang mengerti bagaimana cara

kerja radio. Radio sendiri adalah teknologi yang digunakan untuk pengiriman sinyal dengan

cara modulasi dan radiasi elektromagnetik (gelombang elektromagnetik).

Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga

menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu informasi. Dengan proses modulasi, suatu

informasi (biasanya berfrekeunsi rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa,

biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu

gelombang sinusiuodal yaitu : amplitudo, fase dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat

dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk membentuk sinyal yang

termodulasi.

Modulasi Amplitudo (Amplitude Modulation, AM) adalah proses menumpangkan sinyal

informasi ke sinyal pembawa (carrier) dengan sedemikian rupa sehingga amplitudo gelombang

pembawa berubah sesuai dengan perubahan simpangan (tegangan) sinyal informasi. Pada jenis

modulasi ini amplitudo sinyal pembawa diubah-ubah secara proporsional terhadap amplituda

sesaat sinyal pemodulasi, sedangkan frekuensinya tetap selama proses modulasi.

Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation = FM ) adalah proses menumpangkan sinyal

informasi pada sinyal pembawa (carrier) sehingga frekuensi gelombang pembawa (carrier)

berubah sesuai dengan perubahan simpangan (tegangan) gelombang sinyal informasi. Jadi sinyal

informasi yang dimodulasikan (ditumpangkan) pada gelombang pembawa menyebabkan

perubahan frekuensi gelombang pembawa sesuai dengan perubahan tegangan (simpangan) sinyal

informasi. Pada modulasi frekuensi sinyal informasi mengubah-ubah frekuensi gelombang

pembawa, sedangkan amplitudanya konstan selama proses modulasi.

AM memang hadir lebih dulu daripada FM. Reginald Fessenden membuat siaran radio

AM pertama pada tahun 1906. Melalui radio tersebut ia menyiarkan ceramah dan pembacaan

Injil dan menyajikan permainan biola yang ia lakukan sendiri. Media itu populer dari tahun 1920

hingga kehadiran radio FM pada era 50an. Seketika AM seolah terbatasi.

Gelombang AM mengalir dekat dengan tanah pada siang hari dan semakin tinggi ke

angkasa pada malam hari, yang artinya sulit untuk mendapatkan radius penyiaran selama jam

siang. AM juga mudah terhalang oleh bangunan tinggi

Sistem siaran dengan teknologi FM ditemukan oleh Edwin Howard Armstrong yang

dapat mentransmisikan suara kualitas tinggi melalui gelombang radio.

Sejarah FM dimulai tahun 1936 ketika Edwin Howard Armstrong menperkenalkan frekuensi FM

sebagai metode untuk mengurangi gangguan pada transmisi radio dalam konferensi Radio

Engineers New York pada 6 November 1936. Frekuensi FM secara luas digunakan pada

perangkat telekomunikasi untuk mengirimkan suara tanpa noise (gangguan). Dalam aplikasi

analog, frekuensi sesaat dari carrier (frekuensi pembawa) berbanding lurus dengan nilai sesaat

dari sinyal input. Data digital dapat dikirim dengan menggeser frekuensi pembawa di antara

seperangkat nilai-nilai diskrit, teknik ini dikenal sebagai frekuensi-shift keying.

A. Penerima AM

1. Blok Diagram Penerima AM

Antena

Loud Speaker

2. Fungsi Masing-masing Blok

a. Antena : sebagai penangkap getaran/sinyal yang membawa dan berisikan

informasi yang dipancarkan oleh pemancar.

b. Penguat RF : berfungsi untuk menguatkan daya RF ( Radio Frequency/

Frekuensi tinggi) yang berisi informasi sebagai hasil modulasi pemancar

asal. Setelah diperkuat, geteran RF dicatukan ke mixer.

OSC

Detektor

Penguat

IF

Mixer Penguat Audio

Penguat

RF

c. Mixer (pencampur) : berfungsi mencampurkan getaran/sinyal RF dengan

Frekuensi Osilator Lokal, sehingga diperoleh frekuensi intermediet

(IF/Intermediate Frequency).

d. Penguat IF : digunakan untuk menguatkan Frekuensi Intermediet (IF)

sebelum diteruskan ke blok detektor. IF merupakan hasil dari pencampuran

getaran/sinyal antara RF dengan Osilator Lokal.

e. Detektor : digunakan untuk mengubah frekuensi IF menjadi frekuensi

informasi. Degan cara ini, unit detektor memisahkan antara getaran/sinyal

pembawa RF dengan getaran informasi ( Audio Frequency/AF).

f. Penguat AF : digunakan untuk menyearahkan getaran/ sinyal AF serta

meningkatkan level sinyal audio dan kemudian diteruskan penguat AF ke

suatu pengeras suara.

g. Speaker (pengeras suara) digunakan untuk mengubah sinyal atau getaran

listrik berfrekuensi AF menjadi getaran suara yang dapat didengar oleh

telinga manusia.

Bentuk sinyal Modulasi Amplitudo

B. Penerimaan FM

FM umumnya digunakan pada frekuensi radio VHF untuk menyiarkan musik dan

percakapan dengan kualitas tinggi. Suara dari siaran TV normal juga disiarkan

menggunakan FM. Band FM digunakan dalam siaran umumnya disebut lebar FM

(wideband FM) atau W-FM. Dalam radio dua arah, Narrowband FM (N-FM) digunakan

untuk menghemat bandwidth. Selain itu, FM juga digunakan untuk mengirim sinyal ke

ruang angkasa. Wideband FM (W-FM) membutuhkan bandwidth yang lebih lebar

daripada sistem modulasi amplitudo (AM) dengan sinyal modulasi yang setara, tetapi

sinyal Wideband FM lebih tahan terhadap noise dan interferensi. Frekuensi modulasi juga

lebih tahan dari efek suara yang kurang jelas.

Radio penerima FM menggunakan detektor khusus untuk sinyal FM dan

terkadang detektor ini menunjukkan fenomena yang disebut efek Capture, yang mana

tuner dapat dengan jelas menerima sinyal  dari dua stasiun disiarkan pada frekuensi yang

sama. Sebuah sinyal FM juga dapat digunakan untuk membawa sinyal stereo,dengan

menggunakan multiplexing dan demultiplexing sebelum dan setelah proses FM.

Untuk menghasilkan sinyal FM, frekuensi radio pembawa harus diubah searah

dengan amplitudo dari sinyal audio yang masuk. Ketika sinyal audio dimodulasi ke

frekuensi pembawa gelombang radio, frekuensi gelombang radio akan bergerak naik dan

turun. Tingkat di mana gelombang bergerak naik dan turun ini dikenal sebagai

“Penyimpangan” dan direpresentasikan sebagai penyimpangan Kilohertz. Misalnya, jika

gelombang sinyal memiliki penyimpangan dari 4 kHz, maka gelombang pembawa dibuat

untuk bergerak di 4 transmisi kHz. FM umumnya menggunakan band antara 88 sampai

108 MHz dengan penyimpangan sekitar 75 kHz. Penyimpangan ini dikenal sebagai ‘band

FM lebar atau WBFM. Sinyal ini memiliki bandwidth yang besar dan mendukung untuk

penyiaran dengan kualitas yang baik. Lebar band (band width) kurang digunakan dalam

sistem komunikasi FM. pada sistem komunikasi dua arah (seperti HT) menggunakan FM

band yang sempit dengan deviasi dari 3 kHz.

1. Blok Diagram Penerima FM

a. Blok Diagram Penerima FM Mono

Antena

Loud Speaker

Limiter

Detektor

FM

AFC

De-

Emphasis

Penguat

Mixer Penguat Audio

Penguat

RF

OSC

OSC

Penguat

RF

Penguat Audio

Mixer

Penguat

IF

De-

Emphasis

AFC

Detektor

FM

Limiter

Penguat Audio

Dekoder Stereo

b. Blok Diagram Penerima FM stereo

Loud Speaker

Antena

Loud Speaker

2. Fungsi Masing-masing Blok

a. Antena : berfungsi menangkap sinyal-sinyal bermodulasi yang bersal dari antenna

pemancar.

b. Penguat RF : berfungsi unutk menguatkan sinyal yang ditangkap oleh antena

sebelum diteruskan ke blok Mixer (pencampur).

c. OSC (Osilator Lokal) : berfungsi unutk mebangkitkan getaran frekuensi yang

lebih tinggi dari frekuensi sinyal keluaran RF. Dimana hasilnya akan diteruskan

ke blok Mixer.

d. Mixer (pencampur) : Berperan untuk mencampurkan kedua frekuensi yang

berasal dari RF Amplifier dan Osilator Lokal. Hasil dari olahan mixer adalah

Intermediate Frequency (IF) dengan besar 10,7 MHz.

e. Penguat IF : digunakan untuk menguatkan Frekuensi Intermediet (IF) sebelum

diteruskan ke blok limiter.

f. Limiter (pembatas) : berfungsi unutk meredam amplitudo gelombang yang sudah

termodulasi (sinyal yang dikirim pemancar) agar terbentuk sinyal FM murni

(beramplitudo rata).

g. Detektor FM : digunakan untuk mendeteksi perubahan frekuensi bermodulasi,

menjadi sinyal informasi (Audio).

h. De-emphasis : berfungsi untuk menekan frekuensi audio yang besarnya

berlebihan (tinggi) yang dikirim oleh pemancar.

i. AFC (Automatic Frequency Control / Pengendali Frekuensi Otomatis) : berfungsi

unutk mengatur frekuensi osilator local secara otomatis agar tetap stabil.

j. Dekoder Stereo : digunakan unutk memproses sinyal Stereo, sehingga hasilnya

diteruskan pada 2 buah penguat AF (FM Stereo).

k. Penguat Audio : digunakan untuk menyearahkan getaran/ sinyal AF serta

meningkatkan level sinyal audio dan kemudian diteruskan penguat AF ke suatu

pengeras suara.

l. Speaker (pengeras suara) digunakan untuk mengubah sinyal atau getaran listrik

berfrekuensi AF menjadi getaran suara yang dapat didengar oleh telinga manusia.

Bentuk sinyal Modulasi Frekuensi

AM (Amplitudo Modulation) dan FM (Frekuensi Modulation) merupakan dua alternatif

yang dapat digunakan dalam mentransferkan data suara via gelombang. Parameter yang

membedakan antara gelombang AM dengan FM adalah cara memodulasi suaranya. AM

memodulasi gelombang masukan dan gelombang karier dengan mengikuti sifat-sifat

amplitudonya. Sedangkan FM memodulasi gelombang masukan dan gelombang karier dengan

mengikuti karakteristik perubahan frekuensi yang terjadi ataupun panjang gelombangnya. 

Masing-masing dari kedua jenis modulasi ini memiliki kelebihan dan kelemahan. Akan

tetapi, akhir-akhir ini modulasi gelombang FM lebih banyak digunakan dari pada AM. Hal ini

disebabkan gelombang FM memiliki lebih banyak kelebihan yang tidak dimiliki gelombang AM.

Gelombang AM (Amplitudo Modulation) memiliki range jangkauan yang lebih luas

daripada gelombang FM (Frekuensi Modulation). Hal tersebut dikarenakan gelombang AM

memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dibanding gelombang FM. Akan tetapi dalam

perjalanannya mencapai penerima, gelombang akan mengalami redaman (fading) oleh udara,

mendapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain, noise, atau bentuk-bentuk gangguan lainnya.

Gangguan-gangguan itu umumnya berupa variasi amplitudo sehingga mau tidak mau akan

mempengaruhi amplitudo gelombang yang terkirim. Akibatnya, informasi yang terkirim pun

akan berubah dan mengurangi mutu informasi yang diterima.

Berbeda dengan gelombang AM, gelombang FM bebas dari pengaruh gangguan

udara,bandwidth (lebar pita) yang lebih besar. Frekuensi yang dialokasikan untuk siaran FM

berada diantara 88 – 108 MHz, dimana pada wilayah frekuensi ini secara relatif bebas dari

gangguan baik atmosfir maupun interferensi yang tidak diharapkan. Selain itu, Saluran siar FM

standar menduduki lebih dari sepuluh kali lebar bandwidth (lebar pita) saluran siar AM. Hal ini

disebabkan oleh struktur sideband nonlinear yang lebih kompleks dengan adanya efek-efek

(deviasi) sehingga memerlukan bandwidth yang lebih lebar dibanding distribusi linear yang

sederhana dari sideband-sideband dalam sistem AM.

Jika pada gelombang AM audio yang terdengar hanya berkarakteristik mono, tidak

demikian dengan FM. Alokasi saluran yang lebar dan kemampuan FM untuk menyatukan

dengan harmonis beberapa saluran audio pada satu gelombang pembawa, memungkinkan

pengembangan sistem penyiaran stereo yang praktis. Ini merupakan sebuah cara bagi industri

penyiaran untuk memberikan kualitas reproduksi sebaik atau bahkan lebih baik daripada yang

tersedia pada rekaman atau pita stereo. Sehingga jelas, bahwa gelombang FM lebih banyak

kelebihannya dari pada AM.

Setelah melihat hasil analisa komparasi antara gelombang FM dan AM yang

menunjukkan bahwa walaupun gelombang AM dapat menembus jangkauan yang lebih luas akan

tetapi tidak seperti gelombang FM yang lebih tahan terhadap nois, maka gelombang FM dengan

banyak karakteristik yang tidak dimiliki gelombang AM merupakan jenis modulasi yang lebih

baik untuk digunakan dalam transfer data audio dari pada gelombang AM.