Derau

Derau (bahasa Inggris: noise) adalah suatu sinyal gangguan yang bersifat akustik (suara), elektris, maupun elektronis yang hadir dalam suatu sistem (rangkaian listrik/elektronika) dalam bentuk gangguan yang bukan merupakan sinyal yang diinginkan.

Sumber Derau

Sumber derau dapat dikelompokkan dalam tiga kategori:

1. Sumber derau intrinsik yang muncul dari fluktuasi acak di dalam suatu sistem fisik seperti thermal dan shot noise.
2. Sumber derau buatan manusia seperti motor, sakelar, elektronika digital.
3. Derau karena gangguan alamiah seperti petir dan bintik matahari.

Derau bisa pula berkaitan dengan bunyi dan gangguan suara. Secara kelistrikan, derau ditakrifkan sebagai tenaga elektris yang tidak diinginkan. Misalnya, dalam rekaman suara, ada tenaga berlistrik yang tidak dikehendaki berkisar antara 0 – 15 kHz, akan mencampur dan mengganggu musik, yang selanjutnya disebut sebagai derau.

Beda Derau dan Noise

Derau dan noise sebenarnya berbeda derau biasanya gangguan dari satu atau beberapa sinyal frekuensi dan frekuensinya rendah, noise merupakan gangguan sinyal frekuensi yang sangat kompleks dan acak pada jalur frekuensinya lebih tinggi dari frekuensi derau.

Jenis Derau

• Correlated noise: Hubungan antara sinyal dan derau masuk dalam kategori ini. Karena itu, correlated noise hanya muncul saat ada sinyal.
• Uncorrelated noise: Derau yang dapat muncul kapan pun, saat terdapat sinyal maupun tidak ada sinyal. Uncorrelated noise muncul tanpa memperhatikan adanya sinyal atau tidak. Derau dalam kategori ini dapat dibagi lagi menjadi dua kategori umum, yaitu:

1. External Noise: Derau ini dihasilkan dari luar alat atau rangkaian. Derau tidak disebabkan oleh komponen alat dalam sistem komunikasi tersebut. Ada 3 sumber utama external noise:
2. Atmospheric noise: Gangguan elektris yang terjadi secara alami, disebabkan oleh hal–hal yang berkaitan dengan atmosfer bumi. Atmospheric noise biasanya disebut juga static electricity. Derau jenis ini bersumber dari kondisi elektris yang bersifat alami, seperti kilat dan halilintar. Static electricity berbentuk impuls yang menyebar ke dalam energi sepanjang lebar frekuensi

• Extraterrestrial noise: Derau ini terdiri dari sinyal elektris yang dihasilkan dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deep-space noise. Extraterrestrial noise bisa disebabkan oleh Bima Sakti, galaksi lain, dan matahari. Derau ini dibagi menjadi 2 kategori, yaitu solar dan cosmic noise:

1. Solar noise: Solar noise dihasilkan langsung dari panas matahari. Ada dua bagian solar noise, yaitu saat kondisi di mana intensitas radiasi terjadi malar dan tinggi, gangguan muncul karena kegiatan sun-spot (bintik matahari) dan solar flare-ups (suar matahari). Besar gangguan yang jarang terjadi ini (bersifat sporadis) bergantung pada kegiatan sun-spot mengikuti pola perputaran yang berulang setiap 11 tahun.
2. Cosmic noise: Cosmic noise disalurkan secara sinambung di sepanjang galaksi. Intensitas derau ini cenderung kecil karena sumber derau galaksi terletak lebih jauh dari matahari. Cosmic noise sering juga disebut black-body noise dan disalurkan secara merata di seluruh angkasa.

• Man-made noise: Secara sederhana diartikan sebagai derau yang dihasilkan manusia. Sumber utama dari derau ini adalah mekanisme spark-producing, seperti komutator dalam motor listrik, sistem pembakaran kendaraan bermotor, alternator, dan kegiatan peralihan alat oleh manusia (switching equipment). Misalnya, setiap saat di rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan lampu melalui sakelar, otomatis arus listrik dapat tiba-tiba muncul atau terhenti. Tegangan dan arus listrik berubah secara mendadak, perubahan ini memuatkan lebar frekuensi cukup besar. Beberapa frekuensi itu memancar/menyebar dari sakelar atau listrik rumah, yang bertindak sebagai penghantar miniatur dan antena.
  Termasuk derau karena kegiatan manusia ini disebut juga impulse noise, karena bersumber dari kegiatan nyala/mati yang bersifat mendadak. Spektrum derau cenderung besar dan lebar, frekuensinya bisa sampai 10 MHz. Derau jenis ini lebih sering terjadi pada daerah perkotaan dan area industri yang padat penduduknya, karena itu disebut juga industrial noise.

1. Internal noise: Internal noise juga menjadi faktor yang penting dalam sistem komunikasi. Internal noise adalah gangguan elektris yang dihasilkan alat atau rangkaian. Derau ini berasal dari komponen alat dalam sistem komunikasi bersangkutan. Ada 3 jenis utama derau yang dihasilkan secara internal, yaitu:
2. Thermal noise: Thermal noise berhubungan dengan perpindahan elektron yang cepat dan acak dalam alat konduktor akibat digitasi thermal.
   Perpindahan yang bersifat acak atau random ini pertama kali ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan, Robert Brown, yang mengamati perpindahan partikel alami dalam penyerbukan biji padi.
   Perpindahan acak elektron pertama kali dikenal tahun 1927 oleh JB. Johnson di Bell Telephone Laboratories. Johnson membuktikan bahwa kekuatan thermal noise proporsional dengan lebar pita dan suhu mutlak.
   Secara matematis, kekuatan derau adalah:

$N=KTB$

· N = Kekuatan derau (noise power)
· K = Tetapan keberimbangan Boltzmann (Boltzmann’s proportionality constant) (1.38 × 10⁻²³ joules per Kelvin)
· T = Suhu mutlak (absolute temperature)
· B = Lebar pita (bandwidth)

Shot noise: Derau jenis ini muncul karena penyampaian sinyal yang tidak beraturan pada keluaran alat elektronik yang digunakan, seperti pada transistor dua kutub. Pada alat elektronik, jumlah partikel pembawa energi (elektron) yang terbatas menghasilkan fluktuasi pada arus listrik konduktor. Shot noise juga bisa terjadi pada alat optik, akibat keterbatasan foton pada alat optik. Pada shot noise, penyampaian sinyal tidak bergerak secara kontinu dan beraturan, tetapi bergerak berdasarkan garis edar yang acak. Karena itu, gangguan yang dihasilkan acak dan berlapis pada sinyal yang ada. Ketika shot noise semakin kuat, suara yang ditimbulkan derau ini mirip dengan butir logam yang jatuh di atas genteng timah.
Shot noise tidak berlaku pada kawat logam, karena hubungan antar elektron pada kawat logam dapat menghilangkan fluktuasi acak.
Shot noise disebut juga transistor noise dan saling melengkapi dengan thermal noise.
Penelitian shot noise pertama kali dilakukan pada kutub positif dan kutub negatif tabung pesawat hampa udara (vacuum-tube amplifier) dan dideskripsikan secara matematis oleh W. Schottky tahun 1918.

Transit-time noise: Arus sinyal yang dibawa melintasi sistem masukan dan keluaran pada alat elektronik, (misalnya dari penyampai (emitter) ke pengumpul (collector) pada transistor) menghasilkan derau yang tidak beraturan dan bervariasi. Inilah yang disebut dengan transit-time noise. Derau ini terjadi pada frekuensi tinggi ketika sinyal bergerak melintasi semikonduktor dan membutuhkan waktu yang cukup banyak untuk satu perputaran sinyal.
Transit-time noise pada transistor ditentukan oleh mobilitas data yang dibawa, prasikap tegangan, dan konstruksi transistor. Jika perjalanan data tertunda dengan frekuensi yang tinggi saat perlintasan semikonduktor, derau akan lebih banyak dibandingkan dengan sinyal aslinya.

Efek derau

Derau dapat memberikan efek gangguan pada sistem komunikasi dalam 3 area:

1. Derau menyebabkan pendengar tidak mengerti dengan sinyal asli yang disampaikan atau bahkan tidak mengerti dengan seluruh sinyal
2. Derau dapat menyebabkan kegagalan dalam sistem penerimaan sinyal
3. Derau juga mengakibatkan sistem yang tidak efisien

Tujuan sistem komunikasi adalah untuk mengirimkan data sebanyak mungkin sesuai dengan waktu yang direncanakan, dengan menggunakan cukup lebar pita, daya, dan saluran yang tersedia. Jika derau memberi efek gangguan pada sistem, baik karena kesalahan pada sistem penerimaan sinyal maupun kegagalan sistem (malafungsi), perancang dan pengguna sistem harus mengganti sistem tersebut. Untuk mengatasi derau ini diperlukan penapis untuk mengurangi gangguan derau supaya sinyal yang dikirim tidak tertekan oleh derau. Namun, apa pun cara yang digunakan, sistem komunikasi menjadi tidak efisien karena membuang banyak waktu dan tenaga untuk mengatasi derau.

Pranala luar

• http://www.ittelkom.ac.id Diarsipkan 2009-07-07 di Wayback Machine.
• http://www.epd.gov.hk/epd/noise_education/young/eng_young_html/m1/m1.html
• Pengertian Noise MR
• http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Noise_in_electronic_circuits#Shot_Noise
• http://ppewww.physics.gla.ac.uk/preprints/95/06/rbates/node3.html

Referensi

• Tomasi, Wayne (1998). Electronic Communication Systems: Fundamental Through Advanced (edisi ke-Third edition). New Jersey: Prentice-Hall International, Inc. Pemeliharaan CS1: Teks tambahan (link)
• Schweber, William (1996). Electronic Communication Systems: A Complete Course (edisi ke-Second edition). New Jersey: Prentice-Hall International, Inc. Pemeliharaan CS1: Teks tambahan (link)