PENGEMBANGAN MODUL EFEK GITAR ELEKTRIK BERBASIS FPGA DENGAN LATENSI RENDAH

Nathan Lutfi Raqhi Ifandi, Nia Gella Augoestien, S.Si., M.Cs.

2026 | Skripsi | ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

Pengembangan Modul Efek Gitar Elektrik Berbasis FPGA Dengan Latensi Rendah 

Oleh

Nathan Lutfi Raqhi Ifandi 22/494327/PA/21271

Efek gitar berbasis waktu seperti delay dan flanger sangat sensitif terhadap presisi timing, sehingga menuntut pemrosesan audio real-time dengan latensi yang rendah, konsisten, dan terukur. Sebagian besar penelitian terdahulu pada implementasi efek gitar berbasis Field Programmable Gate Array (FPGA) berfokus pada demonstrasi fungsi atau integrasi multi-efek, dan belum menjadikan latensi yang rendah, konsisten, dan terukur sebagai fokus utama. Penelitian ini merancang dan mengimplementasikan modul efek gitar elektrik delay dan flanger berbasis FPGA dengan latensi yang rendah, konsisten, dan terukur.

Sistem dirancang menggunakan pendekatan High-Level Synthesis (HLS) pada papan PYNQ-Z2 berbasis SoC Zynq-7000 (XC7Z020) dengan audio codec ADAU1761 terintegrasi. Logika terprogram (PL) menangani komputasi kedua efek, sedangkan prosesor (PS) menangani konfigurasi codec. Seluruh pemrosesan berjalan pada satu domain clock 100 MHz dengan initiation interval sama dengan satu. Kebenaran algoritma diverifikasi terhadap model acuan, latensi diperoleh dari sintesis dan pengukuran osiloskop dan kedua efek diuji dengan sinyal gitar elektrik nyata serta dibandingkan dengan nilai teoretisnya.

Kedua efek terverifikasi secara bit-exact terhadap model acuannya pada 48.000 sampel uji tanpa galat. Latensi pemrosesan berada pada orde nanodetik, yaitu 70 ns untuk delay dan 150 ns untuk flanger, dengan timing pada 100 MHz terpenuhi. Latensi total sistem sebesar (967 ± 11) µs dengan koefisien variasi 2,4%, dengan komponen dominan berasal dari konversi codec di luar cakupan rancangan efek. Pada pengujian dengan sinyal gitar nyata dan analisis karakteristik, keluaran kedua efek sesuai dengan nilai teoretis rancangannya tanpa clipping. Hasil ini menunjukkan modul efek gitar berbasis FPGA melalui HLS mencapai latensi yang rendah, konsisten, dan terukur.

Development of A Low-Latency FPGA-Based Electric Guitar Effects Module

by

Nathan Lutfi Raqhi Ifandi 22/494327/PA/21271

Time-based guitar effects such as delay and flanger are highly sensitive to timing precision, and therefore demand real-time audio processing with low, consistent, and measurable latency. Previous FPGA-based guitar effect studies have largely focused on demonstrating functionality or integrating multiple effects, rather than on low, consistent, and measurable latency. This study designs and implements delay and flanger electric guitar effect modules on a Field Programmable Gate Array (FPGA) with low, consistent, and measurable latency.

The system uses a High-Level Synthesis (HLS) approach on a PYNQ-Z2 board based on the Zynq-7000 SoC (XC7Z020) with an integrated ADAU1761 audio codec. The Programmable Logic (PL) computes both effects, while the Processing System (PS) handles codec configuration. All processing runs on a single 100 MHz clock domain with an initiation interval of one. Algorithm correctness is verified against a reference model, latency is obtained from synthesis and oscilloscope measurement, and both effects are tested with a real electric guitar signal and compared with their theoretical values.

Both effects are verified as bit-exact against their reference models across all 48,000 test samples without error. The processing latency is on the order of nanoseconds, namely 70 ns for delay and 150 ns for flanger, with timing closure at 100 MHz. The total system latency is (967 ± 11) µs with a coefficient of variation of 2.4%, dominated by codec conversion outside the effect design scope. In tests with a real guitar signal and in the characteristic analysis, the outputs of both effects agree with their theoretical design values without clipping. These results show that an FPGA-based guitar effects module developed through HLS achieves low, consistent and measurable latency.

Kata Kunci : Efek gitar, FPGA, high-level synthesis, latensi rendah, delay dan flanger