T E L KO M N I KA  T e lec om m u n icat ion ,   Com p u t i n g,   E lec t r on ics   an d   Cont r ol   Vol.   18 ,   No.   3 ,  J une   2020 ,   pp.   13 68 ~ 13 75   I S S N:  1693 - 6930,   a c c r e dit e d  F ir s t  G r a de   by  Ke me nr is tekdikti ,   De c r e e   No:   21/E /KP T /2018   DO I :  10. 12928/ T E L KO M NI KA . v18i3. 14831     1368       Jou r n al  h omepage :  ht tp: // jour nal. uad . ac . id/ index . php/T E L K OM N I K A   L ow - f r e q u e n c y  r e sp o n se   t e st   d e vi c e     of  e le c t r e t   c on d e n se r  m ic r op h on e       E r n i  Yud an in gt yas 1 ,   Ac h s an u l  Kh a b ib 2 ,   War u   Dj u r iat n o 3 ,   Z ak iyah   A m ali a 4 ,    Ram ad h an i  Ku r n iawan   S u b r ot o 5   1, 3, 5 D ep ar t men t   o f  E l ect r i cal   E n g i n eeri n g ,   U n i v ers i t y   o f  Braw i j ay a ,   In d o n es i a   2, 4 D e p art me n t   o f  E l ec t ri ca l   E n g i n eer i n g ,   St at e  Po l y t ech n i c  o f  Mal a n g ,   In d o n es i a       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT     A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived  Aug  2 ,   2019   R e vis e d  J a n  31 ,   2020   Ac c e pted  F e b  26 ,   2020     A rt er i al   p u l s e  meas u remen t   u s i n g   el ect ret   co n d e n s er  mi cro p h o n e  req u i res     t h e  s t a n d a rd   t o   v a l i d at e  t h e  v al u e  o f  t h e  meas u re men t .   T h i s   s t an d ard     req u i res   t h e  t e s t   d e v i ce  t o   rep r o d u ci n g   t h e  mech an i c al   v i b rat i o n   t o   emu l a t e   t h e  ar t eri a l   p u l s e  v i b rat i o n .   T h e  mai n   o b j ect i v e  o f  t h i s   p a p er  i s   t o   d i s cu s s     t h e  t es t   d e v i ce  o f  el ec t ret   c o n d en s er  mi cr o p h o n e  u s i n g   c l as s   A   am p l i fi er s   an d   low - freq u en c y   l o u d s p ea k e r.   T o   v al i d a t e  t h i s   p u l s e  meas u remen t ,   t h i s   cl a s s   A   amp l i fi er  i s   ex ami n ed   u n d er  an   e x p e r i m e n t a l   s e t u p .   T h e   e x p e r i m e n t s   s h o w e d   t h a t   t h e   d e v i c e   c a n   b e   u s e d   a s   a n   a l t e r n a t i v e   s o l u t i o n   t o   g e n e r a t e   t h e   m e c h a n i c a l   s i g n a l   s o u r c e   t o   s i m u l a t e   t h e   h u m a n   a r t e r i a l   p u l s e .   K e y w o r d s :   C las s   A   a mpl if ier   E lec tr e t  c onde ns e r   mi c r ophone   L ouds pe a k e r   L ow - f r e que nc y   T e s t  de vice   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i ce n s e .     C or r e s pon din g  A u th or :   E r ni  Yuda ningt ya s ,    De pa r tm e nt  of   E lec tr ica l  E nginee r ing,     Unive r s it y  of   B r a wijaya ,   I ndone s ia .   E mail:   e r ni@ub . a c . id       1.   I NT RODU C T I ON     An  e lec tr e t  c onde ns e r   mi c r ophone   ( E C M )   is   a   m icr ophone   de s igned  in  the  a udio  f r e que nc y  r a nge   a bout  20   Hz - 20   kHz   [1 ,  2] .   E C M   is   uti li z e d   to   a c c ur a tely  mea s ur e   the   a r ter ial   puls e   in   the   low - f r e qu e nc y  i. e ,   1   Hz   [2 ,  3] .   T he   a r te r ial  puls e   f r e que nc y  is   a r o und  1. 5 - 2. 1   Hz   a t  the  no r mal  c ondit ion  o f   hum a n  [ 4 - 8] .    T he   E C M   wor ks   to  de tec t  the  a r te r ial  puls e   a nd  i s   ope r a ted  by  taking  a   mec ha nica l  s ignal  f r om  th e   a r ter ial  puls e   [ 3] .   T his   E C M   is   us e d  to   mea s ur e   a r ter ial   p uls e s   f r e que ntl y   [9 - 13] .  T he   a r ter ial   puls e   mea s ur e m e nt  is   ba s e d  on  the   T r a dit ional   C hines e   M e dicine   metho d   [ 14 - 16] .   E ve n   though   E C M   ha s   be e n   c onduc ted  by  many   kinds   of   li ter a tur e ,   the  r e s e a r c h  on  E C M   is   s ti ll   r e l e va nt  today.   I n   [ 3] ,   the  a r ter ial  pu ls e   r e c or ding  de vice   ha s   be e n   de s igned  f r om  E C M   us ing  a   mec ha nica l  f il t e r   a nd  e lec tr onic   f il ter   [ 17 ] .   I n   pr a c ti c a l  a ppli c a ti ons ,   thi s   E C M   r e quir e s   a   tool   to  de ter mi ne   the  r e s pons e   o f   e lec tr ica l  a nd  mec ha nica l  r e s pons e s   s u c h  that  it   c a n  be   known  whe ther   th is   E C M   is   s tationer y  at   the   f r e q ue nc y  of   0 .5 - 10   Hz .   B y  c ons ider ing   thi s   p r oblem,   the  tes t   de vice   is   r e quir e d   to   e xa mi ne   a nd   obtain  the   f r e q ue nc y  r e s pons e   of   E C M   or   e ve n  c a n  be   us e d  a s   a   human   puls e   e mul a tor .    S ince   the  puls e   f r e que nc y  is   typi c a ll y   low  f r e que nc y,   be twe e n  0 . 5 - 2   Hz ,   s pe c ial  tr e a tm e nt  is   im pleme nted  to   s a ti s f y  thes e   f r e que nc y  r a nge s .   T he   pr e vious   wor ks   r e late d  to   E C M   f or   the   a p pli c a ti on    of   low - f r e que nc y   de vice   ha s   not   ye t  be e n   c ondu c ted.   T he   t e s t  de vice   ba s e d   E C M   to   obtain   the   f r e que nc y  r e s pons e   is   c ons tr uc ted  in  thi s   pa pe r .  T he   tes t  de vice   ge ne r a tes   the   mec ha nica l  s ignal  c omi ng  f r om     the  louds pe a ke r .   I n   thi s   pa pe r ,   the  type  o f   louds pe a ke r s   us e d  is   a n  ova l  woof e r   type   f r om   the  T V   [ 18] .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         L ow - fr e que nc y   r e s pons e   tes t  de v ice   of  e lec tr e t  c on de ns e r   mic r ophon e   ( E r ni  Y udaningt y as )   1369   T he   louds pe a ke r   is   then   ope r a ted  in   the   f r e que nc y  r a nge   0, 5 - 10   Hz   f o r   mec ha nica l  vibr a ti on   s uc h  th a t  it   c a n   be   us e d  a s   a   pul s e   e mul a tor .   T he   a ddit ional  de vice   that  is   a ble   to   dr ive  the  louds pe a ke r   is   of ten  c a ll e d   a   s ignal   a mpl if ier   o r   a n  a mpl if ier .   T he   c las s   A   a mpl if ier   is   s e lec ted  to   e li mi na te   th e   dis tor ti on   of   the   s ignal.   C las s   A  a mpl i f ier   ha s   c onti nuous   c ur r e nt  f lows   without   a ny  dis tor ti on   be c a us e   the  tr a ns is tor   is   ope r a ted  c onti nuous ly   [ 19] .   T his   type  of   a mpl if ier   is   a   kind  of   a mpl if ier   e xhibi ti n g   low  e f f icie nc y  a s   the  c ur r e nt  f lowing  in  the  tr a ns is tor   is   c onti nuous .   T his   s tudy  dis c us s e s   the  dis plac e me nt  r e s pons e   on  a   tes t  de vice   whe n  given  a   low - f r e que nc y  s ignal  f r om  a   s ignal  ge ne r a tor   a mpl if ied  by   t he   c las s   A  a mpl if ier .   Dis plac e ment  a mpl if ier   us e d  a s     a   mec ha nica l  s ignal  s our c e   is   a ls o  uti li z e d   a s   a   puls e   e mul a tor   a nd  mec ha nica l  s ignal   ge ne r a tor .   F igur e   1   s hows   the  c onf igur a ti on   of   the   low - f r e que nc y  r e s pons e   tes t  the  de vice   of   E C M   us ing   a  low - f r e que nc y  a mpl if ier   a nd  louds pe a ke r .   I n  f r on t  of   the  louds pe a ke r ,   s of t  s il icon  r ubbe r   is   ins talled  a nd  r e s pons ib l e   to  incr e a s e   mec ha nica l  c oupli ng  be twe e n  the  louds pe a ke r   a nd  E C M .   T he   de tail   de s c r ipt ion  of   the  me c ha nica l  c oupli ng  ha s   be e n  dis c us s e d   in  [ 3] .           F igur e   1.   T he   c onf igur a ti on   of   the  low - f r e que nc y  r e s pons e   tes t  de vice   of   E C M     ba s e d  low - f r e que nc y  louds pe a ke r   [ 3]       T o  obs e r ve   the  s pe a ke r   im pe da nc e ,   the  im pe da nc e   tes t  is   r e quir e d  to  mea s ur e   the  s pe a ke r   im pe da nc e   in  the  r a nge   f r e que nc y  of   0, 5 - 10   Hz .   I n   thi s   s tudy,   the  i mpeda nc e   of   the  s pe a ke r   is   tes ted  us ing   a   ve c tor   ne twor k  a na lyze r   ( VN A)   [ 20 ,  21]   type  B ode - 100 .   I n  a ddit ion ,   th e   low - f r e que nc y  a mpl if ier   is   a na l yz e d  to  obs e r ve   the  im pe da nc e   of   the  a mpl if ier .   T his   pa pe r   dis c us s e s   tes t  de vice s   us ing  low - f r e que nc y  a mpl if ier s     a nd  low - f r e que nc y  louds pe a ke r s   to  mea s ur e   the  r e s pons e   of   E C M   f or   a r ter ial  puls e   s e ns or   [ 22 ,  23] .     T he   e xpe r i menta l  r e s ult   ha s   ve r if ied   the  pr opos e d  be nc hmar ks .   T his   pa pe r   or ga nize d   a s   f oll ows :  s e c ti on   1   int r odu c e s   the  ba c kgr ound   of   th is   r e s e a r c h  whic h   is   a bout   the  int r oduc ti on  of   a r ter ial   puls e   s e ns or s   us ing  E C M   a nd  how  the  ba c kgr ound  of   the  tes t  de vice   is   made   to  de ter mi ne   the  f r e que nc y  r e s pons e   of   the  E C M   that   is   us e d  a s   a n  a r ter ial  puls e   s e ns o r .   S e c ti on  2  int r od uc e s   the   mate r ial  a nd  the  method  us e d  in  de s igni ng  a r t e r i a l   p u l s e   t e s t   d e v i c e s ,   t h e   m a t e r i a l   c o n s i s t s   o f   l o w - f r e q u e n c y   l o u d s p e a k e r   a n d   l o w - f r e q u e n c y   a m p l i f i e r s .   T h e   m e t h o d   d e s c r i b e s   h o w   t o   o p e r a t e   t h e   a r t e r i a l   p u l s e   t e s t   d e v i c e .     T h e   R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n   a r e   d i s c u s s e d   i n   s e c t i o n   3 .   A n d   t h e   l a s t ,   s e c t i o n   4   p r e s e n t s   t h e   C o n c l u s i o n .         2.   M AT E R I AL   AN D  M E T HO D   T o  im pleme nt  the   pr opos e d  tes t  de vice ,   s ome  c omponents   a r e   r e a li z e d  to  thi s   tes t  de vice   s uc h  a s     the  louds pe a ke r   with   low - f r e que nc y  c ha r a c ter s ,   the  a mpl i f ier   without   dis tor ti on   a nd  ha s   high   li ne a r it y     a nd  mea s ur e ment  de vice   i. e .   os c il los c ope   a nd   ve c tor   ne t wor k  a na lyze r .   T he   de tailed  c ompo ne nts   of     the  ove r a ll   s ys tem  a r e   e xplaine d  a s   f oll ows .     2. 1 .     L ow - f r e q u e n c y   lou d s p e ak e r   C omm only ,   the   e xis ti ng  s pe a ke r   ha s   a   f r e que nc y  r e s pons e   in  the  r a nge   be twe e n  20   Hz   to  20   kHz ,   howe ve r ,   in  thi s   s tudy,   the  pr opos e d  s pe a ke r   is   de s igned  to  s a ti s f y  the  f r e que nc y  r a nge   of   0 .5 - 10   Hz .   F igur e   2   s hows   the  s c he matic  e quivale nt  c ir c uit   of   the  pr opos e d  s pe a ke r .   T he   pr opos e d  s pe a ke r   c on s is ts   of   two  c omponents ,   i. e :  the  e lec tr ica l  a nd  the  mec ha nica l  c omponent.   T he   e lec tr ica l  c omp one nt  is   c ompos e d  by    the   movi ng  c oil ,   while   the  mec ha nica l  c omponent  c ons is ts   of   diaphr a gm  a nd  s pr ing .    Ac c or ding  to   F igu r e   2 ,  the  mathe matica l  model  o f   the  louds pe a ke r   c a n  be   de r ived  a s   f oll ows :      ( ) =  +  + 1 ( − 1  ) + 1    ( 1)     w he r e   the  l ouds pe a ke r   im pe da nc e   is   r e pr e s e nted  b y   ( ) ,   the   r e s is tanc e   of   the   louds pe a ke r   c oil   is   a s s umed  by   ,   the   inducta nc e   of   the   louds pe a ke r   c oil   is   de no ted  by   ,   the  mas s   of   diaph r a gm  is   r e pr e s e nted  by   ,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   18 ,   No .   3 ,  J une   2020:    13 68   -   13 75   1370   the  s pr ing  diaphr a gm  of   the  louds pe a ke r   is   r e late d  by     a nd  the  los s e s   of   s pr ing  diaphr a gm  is   r e pr e s e nted  by   .   T he   pa r a mete r s   o f   the   low - f r e que nc y  louds pe a ke r   a r e   de s c r ibed  in   T a ble  1 .           F igur e   2.   T he   M ode li ng  of   L ouds pe a ke r   T a ble  1.   T he   pa r a mete r   of     the  louds pe a ke r   modelli ng   P a r a me te r   D e s c r ip ti on   V a lu e      L ouds pe a ke r  c oi l  r e s is ta nc e   6.1 Ω      L ouds pe a ke r  c oi l  in duc ta nc e   0.11 mH      S pr in g di a phr a gm of  t he   lo uds pe a ke r   7.5 mH      S pr in g di a phr a gm l os s e s   8.9 Ω      D ia phr a gm m a s s   306 µF   A mpl if ie r   C la s s  A   A mpl if ie r   1 - 1000   Hz         Ac c or ding  to  F igur e   2 ,   the  louds pe a ke r   ha s   a   r e s ona nt  f r e que nc y.   T he   r e s ona nt  f r e que nc y  is     the  r e lations hip  be twe e n  the  mec ha nica l  r e s ona nt  f r e que nc y  of   the  diaphr a gm   a nd  the  mov ing  c oil   r e pr e s e nted  in  ( 2 )   a s   f oll ows :      = 1 2 √   ( 2)     whe r e      is   the   r e s ona nt  f r e que nc y  of   the   louds pe a ke r ,     is   the   s ti f f ne s s   of   the   s pr ing   c ompl ia nc e   louds pe a ke r   a nd    is   the  mas s   ( we ight )   of   a ll   c om pone nts   movi ng  on  the  louds pe a ke r .     is   a   notation  f or     the  louds pe a ke r   s ti f f n e s s   s ys tem  in  c e nti metr e s   p e r   dyne   whic h  c ons is ts   of   a   s pider   o r   s pr ing   s ys tem  that  pos it ions   the  movi ng   pa r t   a ga in  a t   the  r e s t  p os it ion.   T his   movi ng   pa r t   pos it ion  c a n   move  f or wa r d     or   ba c kwa r ds   f r om   the  r e s t  pos it ion   a c c or ding  to   the  s ignal  given  to   the  l ouds pe a ke r .   T he   s tr e ngt h  of   thi s   s pr ing  will   de ter m ine  how  much   f or c e   is   given  by  voice - c oil .   T he   gr e a ter   the  va lue  o f   ,   the  g r e a ter   th e   f or c e   that  the  movi ng   c oil   mus t   be   give n .   W he r e a s ,     r e pr e s e nts   a ll   c omponents   loade d  f r om   louds pe a ke r s   s uc h  a s   diaphr a gms ,   c one s ,   a nd   movi ng   c oil s   a s   we ll   a s   in c luded  in  thi s     c omponent.   B a s e d  on  the   a f or e men ti one d  e xplana ti on,   it   c a n  be   c onc luded  that  the  type  of   woof e r   louds pe a ke r   ha s   the  c ha r a c ter   of   S   whic h  is   lowe r   than  other   types   of   louds pe a ke r s   a nd    is   gr e a ter   tha n  other   types   o f   louds pe a ke r s .   T o  f ind  ou t  the  f o r c e   a c ti ng  on  the  diaphr a gm   of   the  louds pe a ke r   pr ovided  by  the  voice   c oil ,     the  c ombi na ti on  of   the  e lec tr ica l  a nd  mec ha nica l  domain  mus t   be   incor por a ted  a nd  a dde d .   M a gne ti z ing  f or c e   to  obtain  a   lar ge   f o r c e   that  a f f e c ts   the  movi ng   f or c e   of   the   louds pe a ke r   r e pr e s e nted  in  the   f oll owing :     =    =    ( 3)     whe r e     is   the  magne ti c   f ield   s tr e ngth  ( ) ,     is   the  length  o f   the  c onduc tor   in   the  magne ti c   f ield   ( ) ,       is   the  f or c e   in  Ne wton  ( ) ,     is   the  s pe e d  f r om  movi ng  the  movi ng  pa r t  louds pe a ke r   ( / ) ,     is   the  c ur r e nt  pa s s ing  thr ough  the   movi ng   c oil   f r om   the   louds pe a ke r   ( )   a nd     is   the   volt a ge   s upplyi ng   movi ng   c oil   f r om     the  louds pe a ke r   ( ) .   M e c ha nica l  qua li ty  f a c tor   a nd  e lec tr ica l  qua li ty  f a c to r   a r e   r e pr e s e nted  thi s   f oll owi ng  ( 4) :      = 2    =   ( 4)   = 1 2 √     whe r e      r e pr e s e nts   the  mec ha nica l  qua li ty  f a c tor ,      de notes   the  e lec tr ica l  qua li ty  f a c tor   a nd    is     the  r e s ona nc e   f r e que nc y.     2. 2 .     L ow - f r e q u e n c y   am p li f ier   S ince   the  a udio  a mpl if ier   [ 24]   ha s   a   f r e que nc y  r e s pons e   in  the  r a nge   f r e que nc y  of   20 - 20   kHz ,     the  a mpl if ie r   is   c ondit ioned   in   the   r a nge   f r e que nc y  of   0. 5 - 10   Hz .   I n   thi s   pa pe r ,   the   ba s ic  pr in c ipl e   of     the  low - f r e que nc y  a mpl i f ier   us ing  mod if ied   C las s   A  is   int r oduc e d.   T he   s c he matic s   of   the   c i r c uit   a r e     s hown  in  F igur e   3   a nd  F igur e   4 .   T he   p r opos e d  a mpl if ier   is   c ompos e d  by  Da r li ngton  t r a ns is tor s   a nd  s e ve r a l  pa s s ive  c omponents .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         L ow - fr e que nc y   r e s pons e   tes t  de v ice   of  e lec tr e t  c on de ns e r   mic r ophon e   ( E r ni  Y udaningt y as )   1371         F igur e   3.   T he   pr opos e d  of   low - f r e que nc y  a mpl if ier   ba s e d  c las s - A  a mpl if ier     F igur e   4.   S ignal   c ondit ioner       T he   pa r a mete r s   of   the  p r opos e d  a mpl if ier   a r e   li s te d  in  T a ble  2.     is   a   r e s is tor   that   a c ts   a s   a   buf f e r   be twe e n  the  s ignal  s our c e   a nd  the  main  c ir c uit   s uc h  that  it   doe s   not  ove r load  the  s ignal  ge ne r a tor ,        a nd     is   a   vol tage   divi de r   that  p r ovides   volt a ge   a nd  c ur r e nt  to   the  ba s e   of   1   tr a ns is tor ,     is   a   r e s is tor   that   r e gulate s   the  c ur r e nt   of   Da r li ngton   tr a ns is tor s   1   a nd  2 .   R E   is   the  r e s is tor   to   c ompens a te  the  de via ti on    of   Da r li ngton   tr a ns is tor s   1   a nd  2 ,   C E   is   to  c ompens a t e   f or   the  s ine  wa ve   s ignal  a nd  the   2   is   the  r e s is tor   to   c ompens a te  be twe e n  th e   louds pe a ke r   a nd  a mpl if ier .       T a ble  2.   T he   pa r a mete r   of   pr opos e d  a mpl i f ier   P a r a me te r s   V a lu e   1   100 Ω      10 K Ω      1 K Ω     8 Ω     24 Ω   2   14 Ω   1   2N 3035   2   2N 3055     3.3 µF       T o  de ter mi ne   the  vol tage   of   a mpl if ier   a f f e c ti ng  t he   f or c e   o f   louds pe a ke r ,   the  f or c e   o f   mot o r   us ing   Ohm's   law   r e lating  to  a   L or e ntz  a c tuator   c a n  be   c a lcula ted.   T he   mot or   volt a ge   mus t  be   r e plac e d  by   a   s hor t  c ir c uit   to  de te r mi ne   the   im pe da nc e   of   a   volt a ge   s our c e   [ 25 ] .   T he   f o r c e   of   louds pe a ke r   whi c h  a f f e c ti ng    the  a mpl if ier   volt a ge   c a n  be   de s c r ibed  by     =  = [ ]   ( 5)     whe r e     is   the  f lux  de ns it y  o f   the  louds pe a ke r   ma gne ti c   f ield   a r ound  the   c oil   in  T e s la  [ ].     is   the  le ngth    of   the   voice   c oil   ins ide  the   magne ti c   f ield.   T o  de te r mi ne   the   dyna mi c   r e s pons e   ,   of   the   c one   dis plac e ment    whic h  r e late d  to   mas s     to   dr ive  the   f or c e   of   e xc it a t ion    c a n  be   de s c r ibed  by     , ( ) = = − 2 0 2 + 2  0 + 1   ( 6)     w he r e   = 2  ,   ζ   is   da mpi ng  r a ti o,     is   c ompl ianc e   a nd  the  r e s ona nt  f r e que nc y  of   mec ha nica l  pa r t  0   is   c a lcula ted  by:   = 2 √  ,  = 1   a nd 0 = √ .   T he   r e s ona nt  f r e que nc y  of   the  mec ha nica l  pa r t   is   c a ll e d  " e igenf r e que nc y"   [ 11]   a nd   de notes   a s   0 .    T he   0   is   e qua l  to   0 / 2   c a ll e d  by  f unda menta l  r e s ona nt  f r e que nc y.   Ar ound   it s   the   f unda menta l  f r e que nc y,   the  louds pe a ke r   a c tuator   is   matc he d   with  the  f or c e   due   to   the   dis plac e ment  of   the   c one   a ga ins t  the   s ti f f ne s s     of   the  louds pe a ke r   s us pe ns ion.   I n  thi s   s tudy,   the  louds pe a ke r   r e s ona nt  f r e que nc y  0   is   193   Hz ,   but     the  louds pe a ke r   is   ope r a ted   a t   a   lowe r   f r e que nc y   i n  the   r a nge   of   0 . 5 - 10   Hz   by   de s igni ng  a   s pe c ial  a mpl if ier   that  is   a ble  to  ope r a te  a t   a   ve r y  low  f r e que nc y  s uc h  that  c a n  dr ive  the  mot o r   f or c e   of   loud s pe a ke r .     T he   c ompl e te  de s c r ipt ion  o f   the   e xpe r im e ntal  s e tup  of   the   low - f r e que nc y  a mpl i f ier   is   late r   dis c us s e d  in     the  f oll owing  s e c ti on.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   18 ,   No .   3 ,  J une   2020:    13 68   -   13 75   1372   2. 3 .     E xp e r im e n t al   s e t u p   T his   s tudy  pr opos e s   a   ne w  tes t  de vice   f or   tes ti ng   a   pe r f or manc e   of   the  E C M   that  ope r a tes   in    the  f r e que nc y   of   a r ter ial   puls e   r e gion .   I n   a ddit ion ,   tes t   de vice s   c a n  be   us e d  f or   mec ha nica l  puls e   e mul a tor     the  s a me  a s   the  a r ter ial  puls e .   T o  de s ign  the  tes t  d e vice ,   the  r e s e a r c he r s   c onduc t  a n  e xpe r im e nt  by  m e a s ur ing  the  im pe da nc e   a nd  ga in  of   louds pe a ke r   us ing  a   B ode - 100  type  ve c tor   ne twor k  a na lyze r   ( VN A) .   B a s e d  on     the  e xpe r im e nt,   it   c a n  be   obvious ly  s e e n  th a t  the  louds pe a ke r   im pe da nc e   r a te  in  the  f r e que nc y     r a nge   0. 5 - 10   Hz .   I n   a ddit ion,   the  ga in  of   the  loud s pe a ke r   is   a ls o  mea s ur e d  us ing  thi s   VN A  in  the  f r e que nc y   r a ng e   0. 5 - 10   Hz .   T o  c ha r a c ter ize   the  C las s   A  a mpl if ier ,   the  output   volt a ge   on   the   a mpl if ie r   is   c ondit ioned   c ons tant  e ve n  though  the   input   f r e que nc y  is   va r ied   in  the  r a nge   of   0 . 5 - 10   Hz .   T his   output   volt a ge   is   then  r e p r e s e nted  by  dis plac e ment  of   the  diaphr a gm  of   the  louds pe a ke r .   T his   dis plac e ment  is   then  c ondit ioned  a t  a   de s ir e d  c ons tant  va lue  by  va r ying  the  input   volt a ge   of   the  s ignal  ge ne r a tor .   I n  or de r   to  ve r i f y  the  pe r f or manc e     of   the   p r opos e d  tes t  de vice ,   a   nove l   c las s   A   powe r   a mpl i f ier   de s ign  a nd   a   low - f r e q ue nc y  louds pe a ke r   a r e   ve r if ied  in  F igur e   5 .   T he   tes t   be nc hmar k  c ons is ts   of   s e ve r a l   c omponents   i. e :   s ignal   ge ne r a tor ,   digi tal  s tor a ge   os c il los c ope ,   powe r   s upply,   C las s   A  a mpl if ier   a n d  louds pe a ke r .   E a c h   of   thos e   c omponents   ha s   it s   f unc ti on.   T he   s ignal  ge ne r a tor   pr oduc e s   the  s ine  wa ve .   T he   C las s   A  a mpl if ier   is   s uppli e d  by  the  powe r   s upply,     t he   louds pe a ke r   ge ne r a tes   the  mec ha nic a l  vibr a ti on  dr iven  f r om   the  C las s   A  a mpl if ier .   T o   mea s ur e     the  a mpl it ude   r e s pons e ,   dig it a l   s tor a ge   os c il los c ope   ( DSO)   is   c onne c ted  to   the   ter mi na l      a nd    of     C las s   A   a mpl if ier .   T he   e xpe r im e ntal   s e tup  pa r a m e t e r s   a r e   li s ted   in  T a ble  3 .   T he   e xpe r im e ntal   s e tup   of   the   pr opos e d  s ys tem  is   c lea r ly  s hown  in   F igur e   5 ,   while   the   de tailed   tes t  de vice   is   s hown  in  F igur e   6 .   T he   E C M   s tand  is   t he   E C M   holder   a im ing   to  s uppor t   a nd  maintain  t he   E C M   pos it ion.   E C M   is   the  f oc us   of   r e s e a r c h  whic h  is   the  main  objec ti ve   in  thi s   s tudy.   S o f t  s il icon  r ubbe r   i s   uti li z e d  to  a djus t  mec ha nica l  c oupli ng  be twe e n   the  louds p e a ke r   a nd  E C M   diaphr a gms .   T he   de s c r ipt ion  o f   t he   E C M   s ys tem  a s   a n  a r ter ial  puls e   s e ns or   is   e xplaine d  in  de tail  in   [ 3] .   I n   thi s   r e s e a r c h,   the  main  topi c   is   th e   de s ign    of   a   tes t  de vice   to  ge ne r a te   a   mec ha nica l  s ignal  s uc h  a s   human  puls e   a r ter ial   s ignals   whic h  the  louds pe a ke r   is   c ondit ioned  in  the  f r e que nc y  r a nge   0. 5 - 10   Hz   with   a   dis plac e ment  of   0 - 1. 5     .       T a ble  3.   T he   pa r a mete r   of   e xpe r im e ntal  s e tup   P a r a me te r s   S pe c if ic a ti on   P ow e r  S uppl y   20 V  D C   F unc ti on ge ne r a to r   K M O O N , D ua l - c ha nn e l  D D S  s ig na l  G e ne r a to r   D S O   H a nt e k   M S O 5074F , 4 c ha nne l  D S O , 70  M H z             F igur e   5.   T he   photogr a ph  o f   the   low - f r e que nc y  r e s pons e   tes t  de vice   of   the  E C M     F igur e   6.   T he   c onf igur a ti on   of   louds pe a ke r     a nd  E C M       3.   RE S UL T   AN D  DI S CU S S I ON   F igur e   7  de picts   the   louds pe a ke r   im pe da nc e   mea s ur e ment  us ing  VN A  type  B ode   100   f r o m  Omicr on   L a b.   I n  thi s   im pe da nc e   mea s ur e ment,   the  louds pe a ke r   is   s tationar y  a nd  ther e   is   no  objec t  hit c hin g  on  thi s   louds pe a ke r .   T he n,   the   VN A  is   s e t  to   kick  the  lo uds pe a ke r   in  the  r a nge   0. 5 - 10   Hz .   T he   f r e que nc y  r e s po ns e     of   the  louds pe a ke r   is   mea s ur e d  by  VN A   a nd  s hown  in  F igur e   8 .   B a s e d  on  the  mea s ur e ment,   the  lou ds pe a ke r   ha s   the  im pe da nc e   a t  a bout  7. 09  Ω .   F igur e   8  s hows   the  louds pe a ke r   ga in  in  the  f r e que nc y  r a nge   of   1 - 10   Hz .   How e ve r ,   the  louds pe a ke r   ga in  tends   to  be   c ons tant  a t  a bout  0. 2477  in  the  f r e que nc y  r a nge   of   3 - 10   Hz .     I n  f utu r e ,   it   c a n  be   int e r pr e ted   in  the   f r e que nc y  r a nge   of   310   Hz   that  th is   louds pe a ke r   ha s   a   ga in  of   0. 2477  dB .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         L ow - fr e que nc y   r e s pons e   tes t  de v ice   of  e lec tr e t  c on de ns e r   mic r ophon e   ( E r ni  Y udaningt y as )   1373       F igur e   7.   T he   louds pe a ke r   im pe da nc e   mea s ur e ment  us ing  VN A           F igur e   8.   T he   louds pe a ke r   ga in  mea s ur e ment  us ing   VN A       T he   volt a ge   r a ti o   be twe e n  the   volt a ge   s ignal  ge ne r a tor   whic h   r e pr e s e nted  a s      a nd   the  a mpl it ude   volt a ge   a t  louds pe a ke r   whic h  de noted  a s     in  e ve r y  0. 5   Hz   s a mpl ing  is   s hown  in  F igur e   9 .   I t  c a n  be   c le a r ly  s e e n  that  the  r a ti o  of   the  tes t  de vice   s ys tem  tends   t o  de c r e a s e   whe n  the  f r e que nc y  is   ge tt ing  higher .   I t   im pli e s   that  the   tes t  de vice   s ys tem  will   r e quir e   lar ge r      if   th e   f r e que nc y   is   r a is e d.   F igu r e   9   s hows   that   the  f r e q ue n c y   r e s pons e   va lue  is   not   f ixed .   T he r e f o r e ,   s ignal  c ond it ioner s   a s   s hown  in  F igur e   4   a r e   a dde d   a s   s hown  i n  F igu r e   10  indi c a ti ng  the   input   vol tage      f r om   a   s ignal  ge n e r a tor   in   e ve r y  0 . 5   Hz .   F igu r e   11  s hows   the  f r e qu e nc y   r e s pons e   a f ter   s i g na l   c o nd it io ne r s   f r om   F i gu r e   1 0   a r e   a d de d .   C ons e q ue n t ly ,   t he   d iap h r a gm   d is p lac e m e n t   o f   the  t e s t  de vi c e   is   s ta ti ona r y   a t   th e   r a n ge   3 . 36   t o   3 . 46   a t   th e   f r e q ue n c y   r a nge   of   0 . 5 - 10   Hz   a s   de pi c te d   b y  F igu r e   11 .   I t  c a n   be   c lea r ly   s e e n   t ha t   t he   lo uds pe a ke r   is   o pe r a ted   a t   low   f r e qu e n c ie s   a n d   c a n   b e   us e d   a s   a   t e s t   de vi c e .           F igur e   9.   T he   volt a ge   r a ti o   be twe e n  the  volt a ge   s ignal  ge ne r a tor   whic h  r e pr e s e nted  a s      a nd  the   a mpl it ude   volt a ge   a t  s pe a ke r   whic h  de noted  a s     in  e ve r y   0. 5   Hz   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   18 ,   No .   3 ,  J une   2020:    13 68   -   13 75   1374       F igur e   10.   T he   volt a ge   of   the  s ignal  ge ne r a to r   whi c h  de notes   a s   V_in  in  e ve r y  0 . 5           F igur e   11.   T he   diaphr a gm  d is plac e ment  of   the  lou ds pe a ke r   in          4.   CONC L USI ON   T he   low - f r e que nc y   r e s pons e   tes t  de vice s   of   E C M   ha s   be e n  s uc c e s s f ull y  im pleme nted.   T he   tes t   de vice   ha s   be e n  s uc c e s s f ull y  ve r if ied  with   c ons tant  dis plac e ment .   S o   the   pr opos e d  tes t  de vice   is   a ble  to  us e d   a s   a   low - f r e que nc y  r e s pons e   tes t  de vice .         AC KNOWL E DGE M E NT   T he   r e s e a r c h  pr ojec t  wa s   s uppor ted  by  the  D e p a r tm e nt  of   E lec tr ica l  E ng inee r ing  Unive r s it y     of   B r a wijaya .       RE F E RE NC E S   [1 ]   O t t o y ,   e t   al . ,   “ A   l o w - p o w er  ME MS  m i cro p h o n e  ar ra y   fo r  w i re l es s   aco u s t i c  s en s o r s , ”   2 0 1 6   IE E E   S en s o r s   A p p l i ca t i o n s   S ym p o s i u m   ( S A S ) ,   IE E E ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 6 .   [2 ]   Y u d an i n g t y as   E ,  et   a l . ,   “ Id e n t i fi ca t i o n   o f  Pu l s e   Freq u en cy   Sp ec t ru m  o f  C h ro n i c  K i d n e y   D i s ea s e  Pa t i e n t s   Meas u red   at   T CM  Po i n t s   U s i n g   FFT   Pro ce s s i n g ,”   P r o ceed i n g s   o f   t h e  1 5 t h   I n t e r n a t i o n a l   Co n f er e n ce  o n   Q u a l i t y  i n   R e s ea r c h   (Q i R ):  In t e r n a t i o n a l   S y m p o s i u m   o n   E l ec t r i ca l   a n d   Co m p u t er   E n g i n ee r i n g ,   IE E E ,  p p .   1 6 9 – 1 7 2 ,   2 0 1 7 .   [3 ]   Y u d an i n g t y as ,   E . ,   et   al . .   “ E l ec t ret   c o n d en s er  mi cro p h o n e  as   a  t rad i t i o n al   C h i n es e  med i ci n e  art er i al   p u l s e  s e n s o r ,”     In   M A T E C  W e b   o f   C o n f er e n ces , v o l .   1 9 7 ,   p p .   1 1 0 2 4 ,   2 0 1 8 .   [4 ]   Y u d an i n g t y as ,   E . ,   D j u r i at n o ,   W . ,   an d   Y u w o n o ,   R.   “ Pu l s e  freq u en c y   s p ec t ru m  o f  s u b j ect s   w h o s e  n o r m al   el ect r o card i o g ram  (E CG )  t es t , ”   A R P N   Jo u r n a l   o f   E n g i n eer i n g   a n d   A p p l i e d   S c i en ce s .   A s i a n   R e s ea r ch   P u b l i s h i n g   Net wo r k  (A R P N) ,  v o l .   1 0 ,   n o .   16 ,   2 0 1 5 .   [5 ]   D u t t ,   D .   N . ,   a n d   Sh r u t h i ,   S. ,   “ D i g i t a l   p r o ces s i n g   o f  E CG   an d   PPG   s i g n al s   fo r  s t u d y   o f  ar t er i al   p aramet er s   fo r   card i o v a s cu l ar  ri s k   a s s e s s me n t ,”   I n   2 0 1 5   In t er n a t i o n a l   Co n f e r en ce  o n   C o m m u n i c a t i o n s   a n d   S i g n a l   P r o ce s s i n g   (ICCS P ),   IE E E ,   p p .   1 5 0 6 - 1 5 1 0 ,   A p r il   2 0 1 5 .   [6 ]   Y an g ,   C.   L . ,   Ch an g ,   T .   C. ,   an d   Ch en ,   Y .   Y . ,   “ Mi cr o w a v e  s en s o r s   ap p l y i n g   f o r  T ra d i t i o n a l   C h i n es e  Me d i c i n e  p u l s e   d i a g n o s i s , ”   In   2 0 1 7   In t er n a t i o n a l   W o r ks h o p   o n   E l ec t r o m a g n et i cs :  A p p l i c a t i o n s   a n d   S t u d en t   In n o va t i o n   Co m p et i t i o n ,   IE E E ,   p p .   1 1 3 - 1 1 5 ,   May   2 0 1 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         L ow - fr e que nc y   r e s pons e   tes t  de v ice   of  e lec tr e t  c on de ns e r   mic r ophon e   ( E r ni  Y udaningt y as )   1375   [7 ]   Z h an g ,   A . ,   Y an g ,   L . ,   an d   D an g ,   H . ,   “ D et ec t i o n   o f  t h e  t y p i ca l   p u l s e  co n d i t i o n   o n   Cu n - G u a n - Ch i   b a s ed   o n   i m ag e   s en s o r, ”   S e n s o r s   &  Tr a n s d u ce r s ,   v o l .   1 6 5 ,   n o .   2 ,   p p .   4 6 ,   2 0 1 4 .   [8 ]   J en g ,   Y .   N . ,   Y an g ,   T .   M. ,   an d   L ee,   S.   Y .   “ Res p o n s e  i d en t i f i cat i o n   i n   t h e  e x t reme l y   l o w   fre q u e n cy   re g i o n   o f   a n  el ect re t   co n d en s er  mi cr o p h o n e, ”   S en s o r s ,  v o l .   11 ,   n o .   1 ,   pp. 6 2 3 - 6 3 7 ,   2 0 1 1 .   [9 ]   Ch en ,   Y .   Y . ,   an d   Ch a n g ,   R.   S. ,   “ A   s t u d y   o f  n e w   p u l s e  a u s c u l t at i o n   s y s t em, ”   S e n s o r s ,  v o l .   15 ,   n o .   4 ,     p p .   8 7 1 2 - 8 7 3 1 ,   2 0 1 5 .   [1 0 ]   N o mu ra,   S. ,   et   al . ,   “ Id en t i f i cat i o n   o f  h u ma n   p u l s e  w av ef o rm  b y   s i l i c o n   mi cr o p h o n e  ch i p ,”   2 0 1 1   IE E E   In t er n a t i o n a l   Co n f er e n ce  o n   S ys t em s ,   M a n ,   a n d   Cyb er n et i cs ,   IE E E ,  p p .   1 1 4 5 - 1 1 5 0 ,   O c t o b er   2 0 1 1 .   [1 1 ]   N o mu ra,   S. ,   H an as ak a,   Y . ,   an d   O g a w a,   H . ,   “Mu l t i p l e  P u l s e  W av e  Mea s u reme n t   T o w ar d   E s t i mat i n g   Co n d i t i o n   O f   H u ma n   A rt er i es , ”   IA D I S   I n t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o n   W W W / I n t e r n e t ,  v o l .   11 ,   n o .   3 ,   2 0 1 3 .   [1 2 ]   J en g ,   Y .   N . ,   Y an g ,   T .   M. ,   an d   L ee,   S.   Y . ,   “ Res p o n s e  i d en t i f i cat i o n   i n   t h e  ex t remel y   l o w   fre q u e n cy   reg i o n   o f   an   el ect re t   co n d en s er  mi cr o p h o n e ,”   S en s o r s ,  v o l .   11 ,   n o .   1 ,   p p .   6 2 3 - 6 3 7 ,   2 0 1 1 .    [1 3 ]   L u e,   J .   H . ,   et   al . ,   “ Si mp l e  t w o - ch a n n e l   s o u n d   d et e ct o r s   ap p l y i n g   t o   p u l s e  meas u reme n t , ”   Li f e  S ci e n ce  Jo u r n a l ,     v o l .   11 ,   n o .   4 ,   p p .   4 2 1 - 4 2 3 ,   2 0 1 4 .     [1 4 ]   Y ao ,   L . ,   et   al . ,   “ A   t o p i c  mo d el i n g   a p p r o ach   fo r  t ra d i t i o n al   Ch i n e s e  med i c i n e  p re s cri p t i o n s , ”   IE E E   Tr a n s a c t i o n s   o n   Kn o wl e d g e  a n d   D a t a   E n g i n eer i n g ,  v o l .   30 ,   n o .   6,   pp.   1 0 0 7 - 1 0 2 1 ,   2 0 1 8 .   [1 5 ]   W an g ,   D . ,   Z h an g ,   D . ,   an d   L u ,   G . ,   “ A n   o p t i ma l   p u l s e  s y s t em  d es i g n   b y   mu l t i c h an n el   s en s o r s   fu s i o n , ”   I E E E   j o u r n a l   o f   b i o m ed i ca l   a n d   h e a l t h   i n f o r m a t i cs ,   v o l .   2 0 ,   n o .   2 ,   p p .   4 5 0 - 4 5 9 ,   2 0 1 5 .   [1 6 ]   W an g ,   H . ,   et   al . ,   “ Sh ap e - p res er v i n g   p re p ro ce s s i n g   fo r  h u ma n   p u l s e  s i g n al s   b as e d   o n   ad a p t i v e  p aram et er   d et erm i n a t i o n , ”   IE E E   t r a n s a ct i o n s   o n   b i o m ed i ca l   ci r cu i t s   a n d   s y s t em s ,   vol.   8 ,   n o .   4,   pp.   5 9 4 - 6 0 4 ,   2 0 1 3 .   [1 7 ]   Y u d an i n g t y as ,   E . ,   “ N o n l i n ear i t y   co mp e n s a t i o n   o f   l o w - fre q u e n cy   l o u d s p eak er  re s p o n s e  u s i n g   i n t e rn al     mo d e l   co n t ro l l er, ”   T E LKO M NIKA   Te l eco m m u n i ca t i o n   Co m p u t i n g   E l ec t r o n i c s   a n d   Co n t r o l ,  v o l .   17 ,   n o .   2,     pp.   9 4 6 - 9 5 5 ,   2 0 1 9 .   [1 8 ]   Brei t b an d - Sy s t eme / Fu l l ra n g e  Sy s t em s ,   SC  5 . 9 - 8   O h m,   A rt .   N o .   8 0 0 6 ,   V IS A T O N .   [1 9 ]   Sel f,   D .   “ A u d i o   p o w er  amp l i f i er  d es i g n   h a n d b o o k , ”   R o u t l e d g e ,   2 0 0 2 .   [2 0 ]   M.   H o ri b e,   “ Perfo rman ce  co mp ari s o n s   b e t w e en   i m p ed a n ce  an a l y zer s   an d   v ec t o r  n e t w o r k   an al y zer s   fo r  i m p ed a n c e   meas u reme n t   b e l o w   1 0 0   MH z  freq u en c y , ”   2 0 1 7   8 9 t h   A R F T G   M i c r o w a ve  M e a s u r e m en t   Co n f er e n ce  (A R F T G ) ,  H o n o l o l u ,   H I,   p p .   1 - 4 ,   2 0 1 7 .   [2 1 ]   W .   L i ,   et   al . ,   “ O p t i cal   V ec t o r  N e t w o rk   A n al y zer   Bas ed   o n   Si n g l e - Si d eb a n d   Mo d u l at i o n   an d   Seg m en t a l   Meas u reme n t , ”   i n   IE E E   P h o t o n i c s   Jo u r n a l ,   v o l .   6 ,   n o .   2 ,   p p .   1 - 8 ,   A p ri l   2 0 1 4 .   [2 2 ]   M.   Pel t o k an g as ,   et   a l . ,   “ Mo n i t o ri n g   A r t eri a l   Pu l s e  W av es   w i t h   Sy n ch r o n o u s   Bo d y   Sen s o r  N et w o r k , ”   in   I E E E   Jo u r n a l   o f   B i o m ed i ca l   a n d   H e a l t h   In f o r m a t i cs ,   v o l .   1 8 ,   n o .   6 ,   p p .   1 7 8 1 - 1 7 8 7 ,   N o v   2 0 1 4 .   [2 3 ]   L .   W an g   a n d   D .   W e n .   “ Res earc h   o n   N o n - I n v a s i v e  A rt er i al   P u l s e  Sen s o r  a n d   D e t ect i n g   Sy s t em ,”   2 0 0 9   2 n d   In t e r n a t i o n a l   Co n f er e n ce  o n   B i o m e d i c a l   E n g i n eer i n g   a n d   In f o r m a t i c s ,  p p .   1 - 5 ,   O ct   2 0 0 9 .   [2 4 ]   G .   Pi l l o n n e t ,   et   a l . ,   “ A   h i g h   p e r f o r m a n ce  s w i t c h i n g   a u d i o   a m p l i f i e r   u s i n g   s l i d i n g   m o d e  c o n t r o l , ”   2 0 0 8   Jo i n t   6 t h   In t e r n a t i o n a l   IE E E   No r t h e a s t   W o r ks h o p   o n   Ci r c u i t s   a n d   S ys t e m s   a n d   TA IS A   Co n f er en ce ,   Mo n t real ,   Q C,   2 0 0 8 ,     p p .   3 0 5 - 3 0 9 ,   2 0 19 .   [2 5 ]   Sch mi d t ,   “ L o w   Freq u en c y   So u n d   G en era t i o n   b y   L o u d s p ea k er  D r i v er s , ”   w w w . rm s aco u s t i c s . n l ,   E d .   P u b l i s h e d   b y  R M S   A co u s t i c s   &  M ech a t r o n i c s   t h e  Net h e r l a n d s ,   2 0 1 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.