modul ke-14 bunyi

7/23/2019 Modul Ke-14 Bunyi

1/12

MODUL

Minggu ke :14

FISIKA DASAR I

Semester 1 / 3 sks / MFF 1011

Oleh

Drs. Sunarta, M.S.

Didanai dengan dana BOPTN P3-UGM

Tahun Anggaran 2013

14


2/12

BAB X

MENGENAL GELOMBANG BUNYI

Diskripsi :

Dibahas sifat fisis gelombang bunyi , interaksinya terhdap bahan penghalang, sifatserapan, pantulan gelombang bunyi, menghitung intensitas suara dan mengenal alat

ukur iintensitas gelombang bunyi, ditunjukkan aplikasi pengukuran suara berbagai

variasi amplitude dan frekuensi gelombang bunyi.

Manfaat :

Memberikan pengetahuan dasar tentang gelombang bunyi, mengenal alat ukur suara,

faham tentang ruang kedap suara, dan sift-sifat fisis gelombang bunyi.

LO :

o Menghitung nilai intensitas gelombang baik yang dipantulkan, diteruskan

maupun yang diserap suatu material, dan menyebutkan sifat-sifat gelombang

bunyi, gelombang seismic dan model gelombang lainnya.

o Menggunakan alat ukur intensitas suara.

X.1. Pendahuluan

Fisika merupakan ilmu dasar yang menjadi tumpuhan bagi hampir semua disiplin

ilmu sains dan teknik. Hal ini disebabkan karena fisika mempelajari semua gejala alam yang

ada disamping mengenal dengan baik karakter benda benda alam tersebut. Pendekatan ilmu

fisika melalui kajian teoritis maupun pengamatan-pengamatan melalui eksperimen, hal ini

menjadikan seorang fisikawan dapat menguasai tentang metode pengukuran yang tepat dan

akurat dalam meneliti gejala alam yang ada.

Cakupan Ilmu Fisika yang meliputi : Menanika, Panas, Listrik, Magnet, Optika,

Bunyi, dan lainnya, menuntut seorang Fisikawan untuk selalu mengembangan dan meneliti

persoalan yang tidak sedikit bahkan selalu ada yang harus diteliti lebih lanjut seiring

perkembangan teknologi.

Khususnya di bidang Bunyi ( gelombang suara ), sudah sangat pesat berkembang dan

berbagai disiplin sudah banyak memanfaatkan. Misalnya bagaimana usaha-usaha yang

dilakukan untuk mengurangi pengaruh kebisingan yang disebabkan adanya lalu lalangkendaraan ber-mesin di jalan raya, terhadap gedung-gedung yang berada di sepanjang jalan

tersebut, bagaimana membuat ruang di gedung-gedung tersebut nyaman tanpa terganggu

kebisingan suara. Hal ini merupakan salah satu persoalan yang sangat erat dengan ilmu

fisika, karena gelombang bunyi merupakan bagian ilmu fisika.


3/12

Untuk mengetahui lebih dalam tentang dasar ilmu bunyi, maka perlu pedalaman teori

selanjutnya pada bab-bab berikut.

X.2. Gelombang Bunyi

Seperti layaknya sebuah gelombang, untuk merambat diperlukan sebuah mediaperantara, secara umum gelombang dibedakan menjadi dua penjalaran yaitu secara

transversal dan longitudinal, namun khusus untuk gelombang bunyi proses penjalaran

digambarkan secara longitudinal.

Dengan mendeteksi gelombang suara yang tertangkap pada suatu tempat, dapat

dilacak kedudukan sumber suara yang menghantarkan gelombang tersebut dan lewat

perantara apa saja suara tersebut menjalar.

Pada gambar-1, ditunjukkan skema proses penjalaran gelombang bunyi yang

merambat pada suatu medium homogen, dari sebuah sumber suara berupa titik gelombang.

Terlihat bahwa getaran suara pada medium menjalar secara radial dengan intensitas semakin

melemah dengan jarak rambatan yang dilalui.

Gerak muka gelombang dapat dinyatakan oleh sinar-sinar yang digambar tegak lurus

terhadap muka gelombang. Untuk sumber titik, sinar-sinar merupakan garis-garis

radial yang menyebar dari sumber.

Arah penjalaran gelombang bunyi secara radial dari pusat suara menyebar ke segala

arah lewat medium perantara.

Muka gelombong merupakan permukaan gelombang bunyi yang menggambarkan

bahwa getaran pada muka tersebut mempunyai nilai sama kuat ( untuk media yang

homogen )

Intensitas suara akan semakin melemah seiring dengan jauhnya sumber suara

terhadap posisi deteksi, hal ini juga terpengaruh oleh sifat fisis media, apakah media

mempunyai sifat redaman atau tidak terhadap suara tsb.

Arah penjalaran

Sumber

Muka

Gelombang

Gambar-1; Penjalaran

Gelombang Bunyi

Arah penjalaran


4/12

X.3. Laju Bunyi

Secara umum laju sebuah gelombang mekanik trasversal pada sepanjang dawai

teregang nilainya bergantung dari perbandingan sifat elastis dan sifat inersia bahan dawai

tersebut. Untuk gelombang bunyi yang menjadi medium adalah udara sedang sifat

gelombangnya longitudinal, maka dapat diperoleh bahwa sifat elastis berkaitan dengan

tekanan udara sedangkan sifat inersia berkaitan dengan rapat massa medium.

Berdasarkan keterangan diatas, diperoleh persamaan yang menggambarkan kelajuan

bunyi di udara adalah :

= (1)dengan ; B = modulus bulk; dan = rapat massa udara.

Beberapa nilai tingkat kelajuan bunyi yang lewat pada berbagai medium perantara dituliskanpada daftar tabel-1, berikut :

Medium Suhu ( oC ) dan

Tekanan 1atm

Laju ( m/detik)

Gas udara 0 331

Gas udara 20 343

Gas helium 0 965

Gas hidrogen 0 1284

Air 0 1402

Air 20 1482Air laut 20 ; kadar garam 3,5% 1522

Aluminium 0 6420

Baja 0 5941

Granit 0 6000

Tabel-1: Laju Gelombang Bunyi pada material

X.4. Perambatan Gelombang Bunyi di Udara

Dalam medium homogeny seperti udara dengan kerapatan yang konstan, gelombangbunyi akan merambat dengan garis lurus searah berkas. Bentuk gelombang merupakan

gelombang bidang, yang dengan jarak sumber suara yang cukup jauh muka gelombang dapat

digambarkan sebagai bidang-bidang sejajar dan berkas-berkas gelombang berupa garis-garis

parallel yang tegak lurus muka gelombang.


5/12

Bila suatu gelombang datang pada suatu permukaan batas yang memisahkan dua

daerah dengan bahan yang berbeda sehingga berakibat laju gelombangnya berbeda, maka

sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian yang lainnya akan ditransmisikan. Hal

ini dapat terjadi misalnya ketika gelombang bunyi di udara menumbuk suatu permukaan

padat atau cair. Berkas yang terpantul akan membentuk sudut dengan garis normal

permukaan yang besarnya sama dengan sudut berkas yang dating, sebaliknya berkas yng

ditransmisikan akan dibelokkan atau menjauh dari garis normalnya.

Dari fenomena diatas dapat diambil pelajaran bahwa sifat gelombang bunyi sepertilayaknya gelombang lainnya yaitu dapat dipantulkan, ditransmisikan, bergantung dari media

yang ditumbuk oleh gelombang bunyi tersebut. Hal ini memberikan inspirasi pada kita

bahwa tentu ada bahan yang bersifat dapat memantulkan dan juga mentransmisikan suara

dengan baik.

Jumlah energy bunyi yang dipantulkan dari permukaan bergantung pada sifat

permukaan tersebut. Dinding, lantai, dan langit-langit yang datar dapat menjadi pemantul

suara yang baik; sebaliknya bahan-bahan yang kurang tegar dan berpori seperti kain tirai dan

taplak perabotan akan dapat menyerap bunyi yang dating kepadanya. Bahan-bahan pemantul

suara menjadi suatu bahan yang berperan penting untuk desain ruang kuliah, perpustakaan,ruang audiotorium music. Apabila di suatu ruang banyak pemantul yang datar maka akan

banyak gaun suara yang tiba ketilinga dalam waktu yang berbeda sehingga menjadi kacau

tidak jelas didengarkan. Bahan-bahan yang bersifat menyerap sering ditempatkan di dinding

dan langit-langit untuk mengurangi pantulan suara agar dapat didengar dengan baik.

X.5. Intensitas dan Level Bunyi

Intensitas bunyi didefinisikan sebagai : laju rata-rata energi per satuan luas

gelombang bunyi yang dipindahkan oleh gelombang ke suatu permukaan, dituliskan sebagai :

= (2)Dengan : P = laju perpindahan energi (daya) gelombang bunyi dan A= luas

permukaan interupsi bunyi.

Gambar

Gelombang Bidang


6/12

Bila dikaitkan dengan penjalaran gelombang bunyi di suatu ruang, maka persamaan

intensitas bunyinya dapat dituliskan sebagai :

= 4 (3)

dengan r = jari-jari permukaan berdimensi bola.

Persamaan terakhir memberikan gambaran bahwa, nilai intensitas bunyi merambat ke

medium yang isotropis dengan melemah sebanding dengan jarak kwadrat dari sumber secara

radial di dalam ruang.

Energi gelombang bunyi di udara adalah energy osilasi molekul udara yang bervibrasi

dengan gerak harmonic sederhana sepanjang arah penjalaran gelombang. Telah kita ketahui

bahwa energy total massa (m) yang berosilasi gerak harmonic sederhana dengan frekuensi

sudut () dan amplitude (A) adalah sebesar :

= 1222 (4)

Telinga manusia dapat mengakomodasi suatu rentang intensitas gelombang bunyi

yang cukup luas, dari sekitar 10-12

W/m2 (sebagai ambang pendengaran) hingga sekitar 1

W/m2 ( yang biasanya akan menimbulkan rasa sakit untuk mayoritas pendengaran orang

dewasa). Variasi tekanan yang sesuai dengan intensitas-intensitas ekstrim ini adalah kira-kira

3 x 10-5

Pa untuk ambang pendengaran dan 30 Pa untuk ambang rasa sakit. Variasi tekanan

yang kecil ini ditimpakan di atas tekanan atmosfer normal sekitar 101 kPa.

Apabila telinga kita mendengar suara terlalu keras, maka terasa adanya suatu energi

yang kuat yang menghantam telinga genderang telinga kita, hal ini memang benar karena

pada dasarnya ada energi suara yang menabrak pada genderang telinga kita. Lantas berapa

satuan suara yang dapat kita terima dengan nyaman ? Perhatikan tabel-2; level intensitas

bunyi atau tingkat kenyaringan pada berbagai aktivitas suara sebagai berikut :

Sumber

Aktivitas suara

Intensitas bunyi

(dB)

Keterangan

Batas pendengaran manusia 0 Ambang pendengaran

Pernapasan normal 10 Hampir tak terdengar

Desir dedaunan 10-20

Bisikan lembut(jarak 5m) 30 Sangat tenang

Perpustakaan 40

Perkantoran(tenang) 50 Tenang

Percakapan normal(jarak 1m) 60

Lalu-lintas ramai 70

Mesin-mesin pabrik(aktif) 80


7/12

Truk berat(jarak 15m) 90 Suara konstan dapat

merusakpendengaran

Air terjun Niagara 90

Kereta tua 100

Konser music rock;kebisingan kontruksi

bangunan; jet tinggallandas(jarak 60 m)

110130Ambang rasa sakitpada pendengaran

Jet tinggal landas jarak dekat 150

Mesin roket besar (jarak

dekat) 180

X.6. Mengenal Alat Pengukur Intensitas Gelombang Suara

Seperti gelombang pada umumnya, gelombang suara dapat ditangkap dengan

suatu alat deteksi suara, seperti salah satu model alat yang dinamakan SOUNDLEVEL METERsecara skematik wujud alat tersebut dituliskan sebagai :

Alat Sound level meter merupakan jenis alat untuk mendeteksi gelombang suara,

adapun yang dicatat pada alat ini adalah intensitas suara. Tampilan digital menjadikan alat ini

mempunyai ketelitian cukup baik.

Panel Depan Alat Sound Level SL-4010


8/12

Banyak aplikasi yang dapat diukur dengan alat sound level, misalnya untuk

mengamati kebisingan ruang, mendeteksi serapan bahan kedap suara bahkan gelombang

transmisi suara yang dapat menerobos suatu bahan juga dapat dilacak dengan alat ini.

Dalam aplikasinya dapat dilengkapi dengan set-up eksperimen, sesuai dengan metode

pengukuran obyek yang akan dideteksi, sebagai contoh akan digunakan untuk mengukurserapan bahan kedap suara.

X.7. Aplikasi Alat Sound Level Meter

Diskripsi Peralatan :

1. Generator suara : peralatan elektronik yang berfungsi sebagai sumber

pembangkit suara, dengan pengaturan frekuensi dan amplitodo. Output suara

dari generator disalurkan melalui speker kecil.

2. Tabung Suara : terbuat dari pipa pralon 3/4 dim, dengan panjang sekitar 50

cm, diberi lubang dibagian tengah sebagai tempat bahan sekat suara yang akan

diamati factor serapannya (foto ada di lampiran)

3. Suond Level : perangkat elektronik, dengan tampilan digital sebagai alat

monitor intensitas gelombang suara dalam unit decibel (db).

4. Osiloskop : sebagai peralatan monitor bentuk gelombang yang di hasilkan dari

generator pembangkit, diusahakan bentuk yang digunakan berupa gelombangharmonic sederhana ( sinus /cosines )

Prosedur Pengamatan :

1. Bangkitkan generator suara, atur sesuaikan dengan bahan sekat yang diamati

sehingga mendapatkan gelombang suara yang terdeteksi dengan baik pada

alat.

Bahan sekat

suara

Generator

Suara

SOUND

LEVEL

TABUNG SUARA-OUTTABUNG SUARA-IN

Gb-4. Set-Up AlatPenelitian

OSILOSKOP

PENAMPIL

probespeker


9/12

2. Pasang dan ganti sekat suara sesuai metode yang dikehendaki dalam

penelitian, mungkin berganti jenis bahan, atau menambah ketebalan bahan

pada jenis tertentu.

3. Amati setiap perubahan bahan sekat, catat data suara yang tertangkap pada

sound level

4.

Amati suara pembangkit langsung tanpa penyekat, guna pembanding terhadap

suara yang lewat sekat, hal ini sebagai dasar perhitungan berapa % suara dapat

teredam oleh bahan sekat yang diamati.

5. Lakukan pengulangan langkah-1 s/d 4, untuk beberapa jenis bahan sekat yang

akan diamati dan untuk mendapatkan ketepatan data pengamatan.

6. Diamati juga output suara sebagai fungsi frekuensi suara inputnya, untuk

berbagi bahan yang diselidiki.

Hasil Pengamatan :

Data-1 (tanpa sekat)

Amplitudo 2 Volt

Data-2 (tanpa sekat)

Frekuensi 100 Hz

No. Frekuensi

(Hz)

Intensitas

(dB)

No. Amplitudo

(mV)

Intensitas

(dB)

1. 10 65,10,2 1. 100 61,20,2

2. 20 82,20,2 2. 200 62,00,2

3. 30 86,30,2 3. 300 62,50,2

4. 40 89,40,2 4. 400 87,00,2

5. 50 95,30,2 5. 500 89,10,2

6. 60 94,70,2 6. 600 92,30,2

7. 70 95,20,2 7. 700 94,40,2

8. 80 97,00,2 8. 800 95,30,2

9. 90 97,40,2 9. 900 96,30,2

10. 100 102,10,2 10. 1000 97,40,2

Data-3

sekat serabut kain (1cm)

Amplitudo 1000 mV

Data-4

sekat serabut kain (2cm)

Aplitudo 2000 mV

No. Frekuensi

(Hz)

Intensitas

(dB)

No. Frekuensi

(Hz)

Intensitas

(dB)

1. 10 - 1. 10 -

2. 20 77,10,2 2. 20 66,60,2

3. 30 80,20,2 3. 30 73,50,2

4. 40 86,30,2 4. 40 77,30,2

5. 50 91,40,2 5. 50 79,10,2

6. 60 91,70,2 6. 60 82,80,2

7. 70 90,30,2 7. 70 86,00,2


10/12

8. 80 93,20,2 8. 80 86,40,2

9. 90 92,70,2 9. 90 87,00,2

10. - - 10. - -

Data-5Pengamaatan Intensitas Serapan suara

Sekat suara : lapisan serabut kainIntensitas I0= 104 dB; f=200Hz; A= 2 Volt

Tebal

sekat (cm)

Intensitas

Suara (dB)

Faktor

transmisi suara (%)

Keterangan :

1 96,70,2 92,9

Bahan sekat merupakan

bahan yang biasa

digunakan sebagaipelapis dinding ruang

kedap suara. (ada dipasaran)

2 93,20,2 89,6

3 88,60,2 85,2

4 87,00,2 83,6

5 84,00,2 80,7

6 80.90,2 77,87 78,00,2 75,0

Analisa data :

Data-1 : Gelombang suara ditangkap langsung tanpa sekat, pada Aplitudo konstan dan

frekuensi suara bervariasi.

o Merupakan data pengamatan untuk mengamati respon Sound Level terhadap input

gelombang suara yang dihasilkan dari sumber generator tanpa ada penyekat apapun;

guna mengetahui pola nilai Intensitas suara terhadap frekuensi gelombang input dari

generator suara.o Diperoleh hasil seperti grafik-1; yang ternyata stabilitas frekuensi pada system sel

suara yang dibuat tercapai pada frekuensi gelombang input sekitar 100 Hz

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Grafik-1

Respon Intensitas fungsi Frekuensi gelombang

( sel tanpa sekat )


11/12

Data-2 : Gelombang suara ditangkap tanpa sekat, dengan Amplitudo suara konstan sedang


Merupakan data pengamatan untuk merespon Sound Level terhadap input gelombang

suara yang dihasilkan dari sumber generator tanpa ada penyekat; guna mengetahui

pola nilai Intensitas suara terhadap amplitude gelombang input dari generator suara. Dari table data sudah terlihat jelas bahwa semakin besar amplitude gelombang suara

akan memberikan intensitas yang semakin membesar dan tidak ada titik

optomumnya; artinya nilai akan semakain naik sebanding dengan kenaikan amplitude

gelombang yang masuk.

Secara grafik ditunjukkan juga ada tren yang terus naik (lihat grafik-2); dan tidak ada

titik optimasi yang dicapai. Hal ini memberikan gambaran bahwa amplitude suara

tidak akan merubah pola / sifat gelombangnya, sehingga dalam pengamatan

dibebaskan untuk memilih nilai amplitude yang penting pada nilai tersebut intensitas

suara dapat tertangkap oleh alat sound level dengan baik (obserbvabel).

Data-3 dan data-4 : Gelombang suara melewati sekat, dengan amplitude konstan dan


Merupakan data pengamatan yang ingin menunjukkan respon Intensitas suara

terhadap input gelombang dengan variasi frekuensi; dengan sel yang disekat dengan

serabut kain yang merupakan bahan serap suara yang sering digunakan di lapangan (

sebagai pelapis dinding ruang kedap suara).

Hasil seperti ditunjukkan pada grafik-3, terlihat bahwa penambahan tebal sekat tidak

mempengaruhi pola/ sifat respon sound level dalam merekam intensitas. Hal ini

ditunjukkan oleh hasil kedua grafik yang identik meskipun tebal sekat suara dirubah.

0

20

40

60

80

100

120

Grafik-2

Respon Intensitas fungsi Amplitudo gelombang( sel tanpa sekat )


12/12

Data-5 : Gelombang suara melewati sekat dengan tebal sekat bervariasi.

Merupakan data pengamatan yang menunjukkan prosentase transmisi suara lewat

bahan sekat kedap suara; ternyata menghasilkan informasi bahwa terjadi menurunan

intensitas transmisi suara secara signifikan terhadap tebal sekat penghalang.

Hal ini menunjukkan bahwa bahan mempunyai kemampuan menyerap suara yang

melaluinya; semakin tebal bahan semakin meningkatkan daya serapnya; seperti

ditunjukkan pada grafik-4.

LATIHAN SOAL-SOAL :

0

50

100

150

200

250

Column1 0 2 3 4 5 6 7 8 9

10

70

75

80

85

90

95

1 2 3 4 5 6

Grafik-3

Respon Intensitas fungsi Frekuensi gelombang

( sel bersekat serabut kain )

Data-3

Tebal 1cm

Data-4

Tebal 2cm

Grafik-4

Intensitas fungsi tebal sekat

( sekat serabut kain )

modul ke-14 bunyi

Documents