Audio PCM

Raymond Kelvin Nando — Audio PCM merupakan salah satu teknik representasi audio digital paling fundamental dalam dunia komputasi, telekomunikasi, dan penyiaran. PCM (Pulse-Code Modulation) mengubah gelombang suara analog menjadi rangkaian sampel digital yang terkuantisasi, menciptakan format audio yang akurat, stabil, dan dapat diproses oleh berbagai perangkat elektronik. Teknik ini menjadi fondasi format audio modern seperti WAV, AIFF, CD Audio, dan berbagai sistem komunikasi suara.

Pengertian Audio PCM

Audio PCM adalah metode encoding audio digital yang merepresentasikan sinyal analog sebagai kumpulan sampel amplitude yang diambil secara periodik (sampling) dan dikonversi menjadi nilai digital (quantization). PCM tidak melakukan kompresi; setiap sampel direkam apa adanya sesuai resolusi bit dan laju sampling.

Parameter utama PCM:

• Sampling rate: jumlah sampel per detik (misalnya 44.1 kHz, 48 kHz, 96 kHz).
• Bit depth: jumlah bit per sampel (misalnya 8, 16, 24, 32 bit).
• Channel: mono, stereo, multichannel.
• Endianness: big-endian atau little-endian.

PCM digunakan pada audio CD (44.1 kHz, 16-bit, stereo), sistem telepon (8 kHz, 8-bit kompresi μ-law/A-law), studio recording (24-bit / 96 kHz), serta berbagai aplikasi broadcasting dan processing karena kesetiaannya terhadap suara asli.

Sejarah Perkembangan Audio PCM

Konsep Pulse-Code Modulation pertama kali dikembangkan pada tahun 1930-an oleh Alec Reeves, tetapi baru dapat diterapkan secara praktis pada 1940–1950-an ketika teknologi elektronika digital berkembang. Pada awalnya PCM digunakan dalam telekomunikasi militer dan jaringan telepon jarak jauh untuk meningkatkan kualitas transmisi dibanding sebelumnya yang berbasis analog.

Memasuki tahun 1970–1980-an, PCM menjadi standar utama dalam perekaman suara digital setelah munculnya digital audio tape (DAT), CD Audio, dan workstation digital. PCM akhirnya mendominasi hampir seluruh aspek audio digital dan digunakan dalam file format seperti WAV, AIFF, BWF, serta format container multimedia lainnya.

Kini PCM tetap menjadi standar emas untuk mastering audio, penyiaran, dan produksi profesional, sementara berbagai codec kompresi (MP3, AAC, Opus) berperan sebagai format distribusi berbasis lossy.

Prinsip Dasar dan Metode Audio PCM

1. Sampling

PCM mengambil sampel amplitudo sinyal audio analog pada interval tetap. Semakin tinggi sampling rate, semakin besar spektrum frekuensi yang dapat direpresentasikan. Berdasarkan Teorema Nyquist:
frekuensi maksimum = sampling rate / 2

Contoh:
44.1 kHz → mampu menangkap hingga ~22 kHz

2. Quantization

Setiap sampel ditranslasikan ke nilai numerik diskrit sesuai bit depth. Bit depth menentukan rentang dinamika dan noise floor.

8-bit → 256 level
16-bit → 65.536 level
24-bit → 16.777.216 level

Semakin besar bit depth, semakin halus detail suara dan semakin kecil noise.

3. Encoding

Nilai kuantisasi dikonversi ke representasi biner dan disusun sesuai format:

• Signed / unsigned
• Little-endian / big-endian
• Integer / floating-point

Contoh umum:
16-bit PCM little-endian banyak dipakai di WAV.

4. Linear PCM vs Non-Linear PCM

Linear PCM (LPCM): nilai amplitudo berbanding lurus dengan sinyal aslinya.
Non-Linear PCM: termasuk μ-law dan A-law yang digunakan pada telepon.

5. Channel Interleaving

Stereo PCM menggunakan pola interleave:
Left sample, Right sample, Left, Right, dan seterusnya.

6. Container vs Encoding

PCM hanyalah metode encoding; file seperti WAV hanyalah container yang menyimpan PCM.

Contoh Input → Output Audio PCM

Contoh 1: Sampel sinyal sinus

Input analog:
Gelombang sinus 440 Hz (nada A4)

Sampling 44.1 kHz, 16-bit → menghasilkan nilai sampel:
0
2052
4097
6126
… (ribuan nilai)
-2052
0
… berulang

Contoh 2: Stereo interleaving

Input: kanal kiri dan kanan

Output contoh 16-bit PCM little-endian:
Left: 1522 → F2 05
Right: 301 → 2D 01

Output interleave:
F2 05 2D 01

Contoh 3: 8-bit PCM telepon

Input suara ucapan, amplitudo kecil → kuantisasi 8 bit:
50
52
48
44
39
…

Contoh 4: Representasi byte audio CD

Untuk 1 detik stereo 44.1 kHz 16-bit:
44.100 sampel × 2 channel × 2 byte = 176.400 byte data PCM

Contoh 5: LPCM pada video

Penggunaan pada Blu-ray:
48 kHz, 24-bit, 5.1 channel

Kelebihan & Kekurangan Audio PCM

Kelebihan:

• Representasi audio paling akurat dan tidak terkompresi.
• Sangat cocok untuk produksi, mastering, dan pengarsipan audio.
• Kompatibilitas universal dengan hampir semua perangkat.
• Struktur data sederhana, mudah diproses.
• Tidak mengalami artefak kompresi.

Kekurangan:

• Ukuran file sangat besar, tidak efisien untuk distribusi.
• Membutuhkan bandwidth penyimpanan dan transmisi tinggi.
• Tidak ideal untuk perangkat portabel dengan memori kecil.
• Membutuhkan sistem konversi analog-digital berkualitas tinggi.
• Tidak menyediakan fitur metadata canggih tanpa container tambahan.

Referensi

• Pohlmann, K. C. (2011). Principles of Digital Audio.
• Watkinson, J. (2013). The Art of Digital Audio.
• ITU-T. (2015). G.711: Pulse Code Modulation.
• AES. (2018). AES Recommended Practice for Digital Audio Engineering.
• Bosi, M., & Goldberg, R. (2003). Introduction to Digital Audio Coding and Standards.