Frekuensi fundamental, yang sering disingkat F0, merujuk pada frekuensi terendah yang dihasilkan oleh sistem penghasil suara. Dalam analisis sinyal, gelombang yang kompleks dapat dianggap sebagai kombinasi dari frekuensi fundamental dengan komponen-komponen harmoniknya, yaitu frekuensi yang merupakan kelipatan bulat dari frekuensi dasar tersebut. Frekuensi fundamental sering kali memiliki amplitudo terbesar dan mendominasi energi total dalam sinyal, sehingga berperan penting dalam mencirikan nada atau pola utama dari gelombang tersebut.

Harmonik adalah komponen frekuensi yang merupakan kelipatan bulat dari frekuensi fundamental. Sebagai contoh, jika frekuensi fundamental sebuah gelombang adalah 100 Hz, maka harmonik pertama berada pada 200 Hz, harmonik kedua pada 300 Hz, dan seterusnya. Setiap harmonik memiliki amplitudo tertentu yang bisa lebih besar atau lebih kecil dibandingkan frekuensi fundamental, bergantung pada sifat gelombang dan medium propagasinya.

Dalam konteks musik, harmonik memengaruhi timbre atau warna suara, yang membuat suara dari alat musik yang berbeda terdengar unik meskipun menghasilkan nada dasar yang sama. Di bidang teknik dan komunikasi, harmonik dapat memengaruhi kualitas sinyal, baik secara positif, seperti meningkatkan kejelasan, maupun negatif, seperti menciptakan distorsi jika tidak diatur dengan baik.

Aplikasi dalam Kehidupan

  1. Musik

Saat sebuah senar gitar dipetik, senar tersebut bergetar dan menghasilkan gelombang suara dengan frekuensi fundamental, seperti 440 Hz untuk nada A. Frekuensi fundamental ini adalah komponen paling dominan yang menentukan nada dasar yang terdengar oleh telinga. Selain itu, senar juga menghasilkan harmonik-harmonik yang berkontribusi pada warna suara (timbre), memberikan karakter unik pada suara setiap alat musik, bahkan saat memproduksi nada yang sama.

  1. Suara Manusia

Ketika seseorang berbicara atau bernyanyi, pita suara mereka bergetar pada frekuensi tertentu yang disebut frekuensi fundamental, yang menentukan pitch atau tinggi rendahnya suara. Misalnya, suara pria biasanya memiliki frekuensi fundamental dalam rentang 85-180 Hz, sedangkan suara wanita berkisar antara 165-255 Hz. Selain frekuensi fundamental, resonansi dari saluran vokal menciptakan harmonik yang memengaruhi kualitas suara, memungkinkan kita membedakan satu suara manusia dari yang lain.

  1. Teknologi

Dalam pemrosesan sinyal digital (DSP), frekuensi fundamental memainkan peran penting dalam menganalisis dan merekonstruksi sinyal. Misalnya, menggunakan Transformasi Fourier, sinyal yang kompleks dapat dipecah menjadi frekuensi fundamental dan harmonik-harmoniknya. Teknologi ini banyak digunakan dalam aplikasi seperti:

  • Kompresi Audio: Mengurangi ukuran file audio dengan mempertahankan komponen frekuensi utama.
  • Pengenalan Suara: Memahami pola frekuensi untuk mengidentifikasi kata atau suara.
  • Telekomunikasi: Meningkatkan kejelasan transmisi suara atau data dengan mengelola spektrum frekuensi.

 

Cara Menghitung Frekuensi Fundamental

Frekuensi fundamental dapat dihitung atau diukur menggunakan berbagai metode, tergantung pada jenis gelombang dan alat yang tersedia. Berikut adalah beberapa pendekatan yang umum digunakan:

  1. Menggunakan Osiloskop

Osiloskop adalah perangkat yang memungkinkan Anda melihat bentuk gelombang dalam domain waktu. Dengan mengukur periode gelombang (waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus penuh), frekuensi fundamental dapat dihitung menggunakan rumus:

di mana f adalah frekuensi fundamental dalam Hertz (Hz), dan T adalah periode dalam detik. Contohnya, jika periode gelombang adalah 0,01 detik, maka frekuensi fundamentalnya adalah:

Osiloskop cocok untuk sinyal yang memiliki bentuk gelombang periodik yang jelas, seperti gelombang sinus, segitiga, atau persegi.

         2. Menggunakan Fast Fourier Transform (FFT)

FFT adalah algoritma yang digunakan untuk menganalisis sinyal dalam domain frekuensi. Sinyal yang kompleks dipecah menjadi komponen-komponen frekuensinya, memungkinkan identifikasi frekuensi fundamental.

    • Frekuensi fundamental adalah puncak pertama (dengan amplitudo signifikan) pada spektrum frekuensi hasil FFT.
    • Metode ini sering digunakan dalam pemrosesan sinyal digital (DSP), terutama untuk sinyal yang kompleks atau tidak teratur.

Contoh aplikasi:

    • Analisis suara dalam pengolahan musik.
    • Pemrosesan data medis, seperti analisis sinyal jantung (EKG) atau otak (EEG).

          3. Menggunakan Software atau Alat Digital

Berbagai perangkat lunak, seperti MATLAB, Python (dengan pustaka seperti NumPy atau SciPy), dan perangkat audio digital, dapat digunakan untuk menghitung frekuensi fundamental secara otomatis menggunakan data sinyal. Algoritma seperti autokorelasi atau zero-crossing detection juga digunakan untuk menemukan periode gelombang.

         4. Metode Manual untuk Sinyal Sederhana

Jika sinyal dapat digambarkan secara matematis, frekuensi fundamental dapat dihitung langsung dari persamaan gelombang. Sebagai contoh, jika gelombang dinyatakan sebagai:

maka f dalam persamaan tersebut adalah frekuensi fundamental.

        5. Menggunakan Spektrum Analyzer

Perangkat ini digunakan untuk memvisualisasikan spektrum frekuensi sinyal. Frekuensi fundamental ditentukan sebagai puncak pertama dalam spektrum dengan amplitudo tertinggi. Spektrum analyzer sering digunakan dalam bidang komunikasi dan akustik untuk mempelajari sinyal yang lebih kompleks.

 

Referensi :

https://www.usemogul.com/post/what-is-fundamental-frequency-explained