Isyarat Analog vs Digital

Lintang Erlangga - August 23rd, 2021

Pertama-tama banget, coba saya mau tanya dulu, isyarat tuh seperti apa sih wujudnya? Dan apa sih salah satu contohnya?

Tanpa perlu panjang lebar untuk memikirkannya, dan membayangkan sesuatu yang ribet, isyarat itu merupakan informasi. Yang paling sederhana banget dan bisa kita lakukan yaitu, ketika kita melambaikan tangan, itu pun sudah dianggap sebagai sebuah isyarat. Karena ada informasi yang terkandung, informasi apa tuh? Ya bisa macem-macem, bisa itu manggil atau sebuah seruan selamat jalan.

Di antara banyaknya isyarat yang di dunia, isyarat dalam bentuk listrik merupakan salah satu yang paling digunakan, dan keberadaannya serasa udah menjadi bagian dari aktivitas rutin kita. Mulai dari yang "sederhana" seperti memanaskan air dengan dispenser, hingga yang kompleks seperti mengedit gambar dengan komputer.

Dalam wujudnya secara umum, listrik sendiri dibagi menjadi dua tipe, yaitu analog dan digital. Keduanya sama-sama membawa informasi, dan perbedaannya akan kita bahas kali ini.

Wujud Isyaratnya

Yang paling mencolok banget perbedaan dari keduanya yaitu wujud dari sinyalnya, ini sih kayaknya gak perlu dikasih tahu lagi, hehe. Tapi yang jelas, kita tidak bisa hanya mengatakannya dengan kalimat-kalimat saja. Perlu ada hal yang mendeskripsikannya secara matematis, biar lebih konkrit.

Perbedaan utamanya yaitu, fungsi yang mewakili sinyal analog bersifat kontinyu, sedangkan isyarat digital bersifat tidak kontinyu. Pada fungsi kontinyu, fungsi tersebut dapat didefinisikan limit pada setiap waktunya. Konsepnya sederhana, suatu limit dikatakan ada jika nilai pendekatan dari arah kanan dan kirinya menuju satu nilai yang sama. Berbeda dengan isyarat digital yang mempunyai dua nilai pada suatu waktunya. Jika nilai 0 menandakan 0 V, dan 1 menunjukkan tegangan 5 V, maka nilai pada suatu waktunya bisa keduanya, yaitu 0 dan 5 (idealnya).

Banyak Informasi Setiap Waktunya

Perbedeaan yang kedua yaitu jumlah informasi yang terkandung dalam interval waktu tertentu. Pada sinyal analog, setiap satu waktu sebut saja akan menyatakan informasi yang berbeda. Sedangkan pada digital, informasi yang disimpan mempunyai intervalnya tersendiri, jadi misal selama , maka pada rentang tersebut akan menyatakan informasi yang sama.

Makanya ada istilah yang namanya clock atau detak, besaran ini menyatakan satu periode dari isyarat digital. Jika waktunya telah melebihi siklus ini, maka satu informasi telah dilalui, dan berlanjut ke informasi berikutnya.

Kekebalan Terhadap Derau

Bingung gak nih kalau disebut dengan derau? Hehe, jadi derau itu noise, intinya sederhana, jika suatu isyarat yang direpresentasikan misal tegangan 5 V belum tentu nilainya sama persis. Bisa itu jadi 4.9 V atau malah 5.1 V. Nah sebelumnya, kalian harus tahu dulu bagaimana keduanya dapat menyimpan informasi.

Sederhananya, pada sinyal analog digunakan 0 - 5 V untuk menyatakan besaran 0 - 255, melalui proses pemetaan. Sedangkan isyarat digital hanya mempunyai dua buah informasi, 1 atau 0, seperti yang telah dijelaskan. Lalu bagaimana untuk merepresentasikan nilai yang lebih dari 1, misal nilai 5?

Pada digital, nilai yang lebih dari 1 direpresentasikan oleh beberapa bit atau binary digit. Bisa itu satu kali periode ada 8 bit, 16 bit, atau 32 bit. Delapan bit sendiri artinya dapat menyimpan nilai dari 0 - 255 (total 256), 16 bit 0 - 65535 (total 65536), dan seterusnya.

Nah di sini terlihat jelas kalau sinyal digital lebih kebal atau robust terhadap gangguan, sekalipun tegangan untuk menyatakan 1 adalah 4.8 V ataupun 5.2 V tidak akan membuat ambiguitas atau kebingunan. Sebab rentang antar nilainya yang cukup besar. Beda cerita pada analog, di mana beda sedikit saja, misal tegangan yang seharusnya 4 V, malah kebacanya 4.2 V, maka datanya juga udah berubah.

Jadi ada trade-off antara keduanya, jika pada isyarat analog bisa cepat banget karena tegangan pada tiap waktunya menyatakan informasi tersendiri, tapi rentan terhadap kesalahan. Dengan digital, kebal terhadap gangguan tapi perlu frekuensi clock yang cepat untuk mendapatkan data yang cepat pula.

Besaran yang menyatakan kebal atau tidaknya adalah SNR atau Signal to Noise Ratio, intinya rasio antara daya isyarat yang dikirim dibandingkan dengan daya deraunya. Konsepnya, semakin besar nilai SNR maka semakin baik isyaratnya terhadap gangguan.

Konversi Analog ke Digital dan Sebaliknya

Kalau teman-teman pernah pakai mikrokontroler apapun itu seperti keluarga AVR, mungkin sudah tahu yang namanya ADC atau Analog to Digital Converter. Tujuan utamanya yaitu merubah wujud isyarat analog menjadi digital. Jika dilihat ilustrasi sebelumnya, yakni mengenai bagaimana sebuah isyarat merepresentasikan sebuah nilai, mungkin akan terlihat jelas kalau ADC ini sifatnya pendekatan.

Cepatnya pengiriman satu buah informasi pada analog, menyebabkan adanya informasi yang diulang pada hasil konversinya, mengingat ada interval waktu yang harus dilalui untuk satu bit-nya.

Ketidaksempurnaan data sesungguhnya juga terjadi ketika melakukan perubahan dari digital ke analog atau DAC (Digital to Analog Converter). Hilangnya informasi ini "ditutup" menggunakan teknik interpolasi, jadi karena kita gak tahu informasi aslinya, kita memprediksi kira-kira besarnya bakal seperti apa pada waktu misal .

Mungkin kalian bertanya, emangnya konversi ini tujuannya untuk apa sih? Jadi begini bro, isyarat yang ada di dunia ini semuanya analog. Seperti suara dari mulut kita, citra yang kita lihat, hingga temperatur yang merepresentasikan tingkat panas. Karena faktor robust-nya terhadap derau, serta peralatannya yang bisa dibilang lebih sederhana, dan murah. Sehingga pengolahan dalam bentuk isyarat digital lebih dipilih. Secara umum mungkin bisa diilustrasikan seperti berikut sistemnya.

1. Pre-filter sendiri bertujuan untuk "menyeleksi" isyarat-isyarat yang gak dibutuhkan.
2. ADC untuk merubah isyarat analog ke digital.
3. DSP sebagai pengolah informasi digital.
4. DAC untuk merubah kembali dari digital ke analog.
5. Post-filter "memuluskan" isyarat analog yang diharapkan.

Jadi, unggul mana nih antara kedua sinyal ini? Untuk keperluan pengolahan isyarat saya rasa akan unggul digital, tapi untuk merepresentasikan sebuah informasi saya memilih analog. Keduanya mempunyai kekurangan dan kelebihan masing-masing (kalimat mainstream), dan keduanya saling melengkapi dalam implementasi aslinya.