BAB_I

BAB I : PENDAHULUAN1.1. ILMU AKUSTIK Ilmu yang mempelajari tentang bunyi-bunyian beserta segala gejalanya disebut Akustik. Cabang-cabang ilmu akustik dapat disebutkan sbb : Akustik Arsitektur (Arcitectural Acoustics) Akustik Udara (Aero Acoustics) Akustik Bawah Air (Underwater Acoustics) Akustik Elektro (Electro Acoustics) Akustik Lingkungan (Environmental Acoustics) Pengendalian Bising Industri (Industrial Noise Control) Ultrasonik (Ultrasonics) Getaran (Vibration) Setiap cabang dari ilmu akustik ini dapat dipecah-pecah lagi menjadi cabang-cabang yang lebih spesifik, misalnya Akustik Lingkungan, mempunyai cabang yang disebut Bising Lalu lintas (Traffic Noise), Kebisingan Bandara (Airport Noise); Ultronic mempunyai cabang Ultrasonik untuk industri dan Ultrasonik untuk kedokteran. 1.2. GELOMBANG AKUSTIK : Gelombang akustik adalah gelombang mekanis yang berasal dari getaran mekanis. Gelombang akustik memerlukan medium (padat, cair, gas) untuk perambatnnya.

Frekuensi Gelombang Akustik : Frekuensi menyatakan jumlah getaran per detik, Gelombang akustik mempunyai tiga pembagian daerah frekuensi, yaitu : f < 20 Hz 20 f < 20 KHz f 20 KHz oleh telinga manusia. Frekuensi Bunyi : Hubungan antara frekuensi bunyi, panjang gelombang, dan kecepatan rambat di dalam medium udara dapat dituliskan : c = kecepatan rambat gelombang bunyi di dalam medium udara, m/det Infrasonik Sonic Ultrasonic

Daerah frekuensi lebih kecil dari 20 Hz tidak dapat diindera

f=

c

= panjang gelombang bunyi di dalam medium udara, m P0 c = 49,03

Po = tekanan udara =

c c

p v

panas spesifik pada tekanan tetap = panas spesifik pada volume tetap

= rapat massa udara Kecepatan rambat bunyi, c, di dalam medium udara seperti dituliskan pada rumus di atas ditentukan oleh tekanan udara, panas spesifik, dan rapat massa udara (rapat massa udara juga ditentukan oleh temperatur udara).

Tekanan Bunyi : Apabila ada gelombang bunyi yang melewati suatu medium, maka tekanan di dalam medium tersebut akan berubah. Perbedaan atau selisih perubahan ini disebut sebagai tekanan bunyi. Di dalam medium udara, tekanan bunyi terendah yang dapat diindera oleh telinga manusia (dewasa muda pada frekuensi bunyi 1000 Hz) adalah 20 Pa dan tekanan bunyi yang dapat menyebabkan telinga terasa sakit adalah 208 Pa. Tekanan bunyi dengan tekanan lebih kecil dari 20 Pa tidak dapat dirasakan atau diindera oleh telinga manusia, sedangkan tekanan bunyi diatas 208 Pa dapat merusakkan syaraf indera pendengaran atau dapat menyebabkan tuli permanen. Dengan demikian tekanan bunyi yang dapat ditoleransi oleh indera telinga manusia adalah 20 Pa sampai dengan 208 Pa atau 2.10-5 Pa sampai dengan 2.102 Pa. (Pa atau N/m2).

Daya Bunyi : Daya bunyi merupakan karakteristik (sifat yang dipunyai individu) dari suatu sumber bunyi sehingga tidak dipengaruhi faktor luar, seperti kondisi medium atau jarak dari sumber bunyi. Daya bunyi tidak tergantung pada dekat atau jauhnya letak titik dari sumber. Daya bunyi atau disebut juga daya akustik mempunyai definisi seperti definisi daya pada umumnya, yaitu energi bunyi yang dikeluarkan atau dipancarkan oleh suatu sumber bunyi setiap satuan waktu, dan mempunyai satuan Joule per detik atau Watt.

Intensitas Bunyi : Intensitas bunyi didefinisikan sebagai Daya bunyi persatuan luas yang ditembus oleh gelombang bunyi (satuan watt/m2). Berbeda dengan daya bunyi, intensitas bunyi sangat tergantung pada jarak dari sumber bunyi dan luasan dimana intensitas bunyi tersebut dihitung. Semakin jauh dari sumber atau semakin besar luasan yang ditembus, maka intensitas bunyi semakin kecil. Semakin jauh dari sumber, besarnya daya bunyi selalu tetap, walaupun intensitas bunyi berubah menjadi semakin kecil.

1.3.TINGKAT dan DECIBEL Tingkat Tekanan Bunyi (Sound Pressure Level), Lp Seperti disebutkan di atas bahwa tekanan bunyi terendah yang dapat diindera oleh telinga manusia adalah 2.10-5 Pa sampai dengan 2.102 Pa., yaitu dengan rentang orde 10-5 Pa sampai 102 Pa. Secara matematis, definisi Tingkat Tekanan Bunyi, disimbulkan dengan Lp, dapat dituliskan sebagai :

Lp = 10 log

p2 p ref2

dB

dengan : p = tekanan bunyi (rms), Pa pref = tekanan bunyi referensi = 2.10-5 Pa Tingkat Tekanan bunyi mempunyai satuan decibel atau disingkat dB. (1 Bel = 10 Decibel) Pada tekanan p = 2.10-5 Pa, maka tingkat tekanan bunyi, Lp = 0 dB, sedangkan pada tekanan p = 2.102 Pa, maka tingkat tekanan bunyi Lp = 140 dB, sehingga rentang Tingkat Tekanan Bunyi yang dapat ditoleransi oleh telinga manusia adalah 0 dB sampai 140 dB. Sebagai gambaran tentang konversi tekanan bunyi dan tingkat tekanan bunyi dapat dilihat pada gambar 1.1.

Tekanan Bunyi, Pa 120 10.000.000 110 100 1.000.000 90 80 100.000 70 60 10.000 50 40 1.000 30 20 100 10 20 0

Tingkat Tekanan Bunyi, dB Telinga manusia terasa sakit Diskotik

Truk berat pada jarak 15 m

Orang Bicara normal pada jarak 1 m

Suasana pedesaan

Batas telinga manusia dapat mengindera bunyi

Gambar 1.1. : Konversi Tekanan bunyi dan Tingkat tekanan bunyi. Tingkat Intensitas Bunyi (IL = Intensitas Level), LI

L I = 10 log

I I ref

dB

...................(1.3)

I = Intensitas Bunyi , watt/m2 Iref = Intensitas Bunyi Referensi, watt/m2 = 10-12 watt/m2I1 P1 = P I ref ref 2

Intensitas Bunyi (Tekanan Bunyi)2 , I p2

P L I = 10 log 1 P ref

2

Lp = 10 log

I I ref

dB

....................(1.4)

Jadi Tingkat tekanan bunyi sama dengan tingkat intensitas bunyi (Lp = LI) Untuk gelombang bidang :

P2 I= c

...........................(1.5)

P = tekanan bunyi; = rapat massa udara

c = kecepatan rambat bunyi.Tingkat Daya Bunyi (PWL = Power Level), Lw

Tingkat daya bunyi didefinisikan sebagai 10 kali logaritma dari perbandingan antara daya bunyi dan daya bunyi referensi,

W L W = 10 log WrefW = Daya Bunyi (watt)

dB

.....................(1.6)

Wref = Daya Bunyi Referensi = 12-12 watt. Daya dan Tingkat Daya Bunyi dari beberapa sumber :Sumber

Daya Bunyi, watt 10-7 10-5 10-3 10-2 10-1 1 10 100 30 x 106

Tingkat Daya Bunyi, dB 50 70 90 100 110 120 130 140 195

Suara orang berbisik Suara orang becakap-cakap Suara orang berteriak rata-rata Record Player (Loud) Bel truk Pesawat Terbang (Propeller) Pipa Organa (Puncak) Pesawat Terbang Besar (Empat Pro-peller) Roket Saturnus (Saturn Rocket)

1.4. PENJUMLAHAN TINGKAT TEKANAN BUNYI

Secara fisis, besaran yang diterima oleh membran telinga manusia atau sensor alat ukur bunyi bukan tingkat tekanan bunyi, Lp, melainkan tekanan bunyi, p Untuk menjumlahkan tingkat tekanan bunyi, tekanan bunyi perlu dijumlahkan terlebih dulu, kemudian dimasukkan kedalam rumus definisi tingkat tekanan bunyi.P LP1 = 10 log 1 2 Pref2

atau

P1 PrefP2 Pref2

2

P1 LP1 10 = antilog = 10 10

L

LP2 = 10 logsehingga,

P2

2 2

Pref

atau

P2 LP2 10 = antilog = 10 10

L

P2 t P 2 ref

2 2 P1 P2 = + 2 2 Pref Pref Total

P2 L pt = 10 log 2 P ref

Total

LP2 LP1 L pt = 10 log10 10 + 10 10

Untuk sumber bunyi yang banyak dapat dikembangkan menjadi :

L pt

Lpi = 10 log 10 10 i =1 n

dB

.................(1.7)

Tingkat tekanan bunyi total dapat dihitung bila masingmasing tingkat tekanan bunyi diketahui.

PENJUMLAHAN TINGKAT TEKANAN BUNYI DENGAN GRAFIK :

Penjumlahan tingkat tekanan bunyi dapat dilakukan dengan menggunakan grafik sebagai berikut (gambar 1.2)Penambahan (dB) Yang Akan Ditambahkan ke Tingkat Tekanan Bunyi YAng Terbesar 3

2

1

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Selisih (dB) Antara Dua Tingkat Tekanan Bunyi Yang Akan Ditambahkan

Gambar 1.1. Grafik untuk penjumlahan tingkat tekanan bunyi

Bila dua sumber bunyi telah diketahui tingkat tekanan bunyinya, maka selisih nilai dari dua Tingkat tekanan bunyi tersebut dicari pada nilai absis dari gambar, kemudian tarik ke arah vertikal sampai memotong kurva dan tarik kearah horizontal untuk mengetahui nilai Tingkat teknan bunyi yang harus ditambahkan ke Tingkat tekanan bunyi yang lebih besar. Harga Tingkat tekanan bunyi total adalah nilai yang diperoleh dari cara diatas, kemudian di tambahkan pada nilai Tingkat tekanan bunyi yang lebih besar dari keduanya. Kalau Lp1 > Lp2 dan selisih tingkat tekanan bunyinya adalah Lp1 Lp2 = 0, maka Lptotal = Lp1 + 3 dB Lp1 Lp2 = 10, maka Lptotal = Lp1 + 0.5 dB = Lp1 Lp (Lp2) yang lebih kecil bisa diabaikan Bukti: Dua sumber bunyi dengan level yang sama (selisih 0 dB) Lp1 = 80 dB; Lp2 = 80 dB Lptotal = 10 log (1080/10 + 1080/10) = 10 log (2 . 108) = 10 log 2 + 10 log 108 dB

= 10. 0,3 + 80 = 83 dB atau Lp2 + 3 dB

sama dengan Lp1 + 3 dB

Dua sumber bunyi mempunyai selisih 10 dB Lp1 = 90 dB; Lp2 = 80 dB Lptotal = 10 log (1090/10 + 1080/10) = 10 log (109 + 108) = 10 log {108 (10 + 1)} dB = 10 log 108 + 10 log 11 dB = 80 + 10,41 dB = 80,41 dB Lp2 dapat diabaikan. sama dengan Lp1, dan

1.5. PENGURANGAN TINGKAT TEKANAN BUNYI

Pengurangan noise).

tingkat

tekanan

bunyi

ini

sering

dihubungkan dengan kebisingan latar belakang ( background Dengan cara yang sama dengan penjumlahan tingkat tekanan bunyi, maka dapat dituliskan :

P Lpt =10log t 2 PrefLpB = 10 logp2 p2 ref

2

Lpt

LpB

Lp = Lpt LpB = 10 log (10 10 + 10 10 )

dengan Lpt = LpB + Lp = tingkat tekanan bunyi total, dB Lp = tingkat tekanan bunyi sumber, dB LpB = tingkat tekanan bunyi latar belakang, dB Rumus di atas digunakan untuk menentukan tingkat tekanan bunyi suatu sumber dengan menghilangkan pengaruh tingkat tekanan bunyi latar belakang.

PENGURANGAN TINGKAT TEKANAN BUNYI DENGAN GRAFIK

Pengurangan tingkat tekanan bunyi dapat dilakukan dengan menggunakan grafik sebagai berikut (gambar 1.3)3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 3 4 5 6 7 8 9 10 Selisih (dB) Antara Tingkat Tekanan Bunyi Total Dengan Tingkat Tekanan Bunyi Latar Belakang

Gambar 1.3. : Grafik untuk menghitung pengurangan tingkat tekanan bunyi

Koreksi (dB) Yang Harus Dikurangkan Pada Tingkat Tekanan Bunyi Total

CONTOH :

Dalam suatu pengukuran diperoleh tingkat tekanan bunyi total adalah 86 dB, dan tingkat tekanan bunyi backgrond = 80 dB. Berapa tingkat tekanan bunyi sumber ?. Penyelesaian86 80 10 10 L ps = 10 log 10 10

Lpt = Lps + Lpb = 86 dB

L ps = 10 log 10 8, 6 10 8Lpb = 80 dB 84,8 dB.

(

)

CONTOH SOAL UNTUK LATIHAN

1 Berapa frekuensi bunyi yang bisa didengar oleh telinga manusia? 2. Berapa amplitudo tekanan bunyi yang bisa direspon oleh telinga manusia? 3. Tuliskan definisi mengenai : a. Tingkat tekanan bunyi (SPL) b. Tingkat daya bunyi (PWL) c. Tingkat intensitas bunyi (IL) Dan sebutkan frekuensinya !

4. Tulis 3 daerah frekuensi akustik! 5. Berapa tingkat tekanan bunyi pada suatu titik dimana tekanan bunyinya adalah : 2.10-5 Pa, 200 Pa ? 6. Pada suatu titik dipengaruhi oleh 2 tingkat tekanan bunyi : TTB :1. 80dB 2. 86 dB Hitunglah TTB total !JAWAB:

1. 20 Hz 20KHz. 2. 20 Pa s/d 208 Pa atau 2.10-5 Pa s/d 200 Pa 3. a. b. c.

P2 Lp = 10 log 2 PrefLW = 10 log W Wref

LI = 10 log

I I refIref = 10-12 watt/m2

Pref = 2.10-5 Pa ; 4. f < 20 Hz

Wref = 12-12 watt ; Infrasonik Sonic Ultrasonic

20 f < 20 KHz f 20 KHz 5.P2 Lp = 10 log 2 Pref

(2.10 ) = 10 log (2.10 )

-5 2

5 2

=0

80 86 10 10 10 + 10 6. L t = 10 log

8 8, 6 = 10 log 10 + 10

(

)

= 10. 8,7 = 87 dB

1.6. TINGKAT TEKANAN BUNYI RATA-RATAPerhitungan tingkat tekanan bunyi rata-rata sering

diperlukan bila ingin mengetahui pola pengarahan suatu sumber bunyi (dari titik ukur ke titik ukur) atau bila pengukuran tingkat tekanan bunyi pada suatu titik menghasilkan harga yang tidak sama untuk pengukuran yang berulang-ulang. Harga tingkat tekanan bunyi rata-rata dapat dihitung dengan rumus :

Lratarata = 10 log(10atau

L pi / 10

) 10 log n

Lrata rata = 10 log

1 L / 10 ( 10 pi ) n

Apabila tingkat tekanan bunyi dari hasil pengukuran di beberapa titik, menghasilkan beda harga tingkat tekanan bunyi terendah

dan tertinggi (Lpmax - Lmin) sama atau lebih kecil 5, maka tingkat tekanan bunyi rata-rata dapat didekati dengan rumus :

L prata rata

1 = L pi n

dB

Bila Lpmax - Lpmin terletak antara 5 dan 10, maka tingkat tekanan bunyi dapat didekati dengan rumus :

L prata rata

1 = L pi + 1 n

dB.

Masing-masin rumus tingkat tekanan bunyi rata-rata ini dapat digunakan dengan memperhatikan persyaratannya.

1.7. PITA FREKUENSI OKTAF

Frekuensi yang bisa didengar : 20 Hz sampai dengan 20 kHz dapat dibagai menjadi pita-pita frekuensi yang lebih sempit, seperti frekuensi satu oktaf, sepertiga oktaf, setengah oktaf dan sebagainya. Masing-masing pita mempunyai frekuensi tengah.. 1 oktaf (1/1 octave) 1/3 oktaf (1/3 octave)

Sering dipakai untuk penilaian kebisingan

Pembagian frekuensi lainnya adalah : oktaf, 1/5 oktaf; 1/10 oktaf, dan sebagainya.Batas Atas, Batas Bawah, Dan Frekuensi Tengah Dari Suatu Pita Suatu pita frekuensi dibatasi oleh frekuensi cutoff

bagian bawah dan bagian atas dan diwakili oleh frekuensi tengah. Sebagai ilustrasi suatu pita dapat digambarkan sebagai berikut :

f1Lower cut off frequency (frek batas bawah)

f0Center of freq(frek tengah)

f2Higher/upper cut off frequency (frek batas atas)

Gambar 1.3. : Suatu pita frekuensi, dibatasi oleh frekuensi cutoff bagian bawah dan atas, dan diwakili oleh frekuensi tengah. Hubungan antara batas bawah dan batas atas pita frekeuensi dengan frekuensi tengahnya dapat dinyatakan dengan : Rumus Umum : f1 = 2(m/2) f0 . . . Hz f2 = 2(m/2) f0 . . . Hz f2 = 2m f1 f0 = (f1. f2)1/2 . . . Hz . . . Hz

m = 1, , 1/3, . . . , 1/10 oktaf ., 1/10 oktaf

...

1 oktaf, oktaf, 1/3

Lebar suatu pita frekuensi dinyatakan oleh : bw = (f2 f1) = (2m/2 2m/2) f0 prosentase bw : . . . Hz

bw % bw = f x 100% 0 = (2m/2 2m/2) x 100 %

Pembagian pita frekuensi tersebut sangat bermanfaat untuk mengetahui karakteristik akustik dari suatu sumber bunyi atau penjalarannya.Contoh Soal : 1. Tentukan frekuensi cutt off f1 dan f2 dan lebar pita, BW

dari pita 1 oktaf yang berfrekuensi tengah f0 = 1000 Hz. Jawab : f1 = 21/2 f0 = 21/2 .1000 = 707 Hz f2 = 21/2 f0 = 21/2 .1000 = 1414 Hz bw = f2 f1 = 1414 707 = 707 Hz Hitung juga soal diatas kalau ditanya adalah 1/10 oktaf ! Jawab : f1 = 2(1/10 :2) f0 = 966 Hz

f2 = 2(1/10 : 2) f0 = 1035 Hz bw = f2 f1 = 69 Hz. 2. Tentukan frekuensi cut off f1 dan f2 bawah dan atas dan lebar pita dari pita 1/5 oktaf dengan frekuensi tengah 2000 Jawab : f1 = 1866 , f2 = 2144 , BW = 278 f1 = 2(1/5 :2) 2000 = 1866 Hz f2 = 2(1/5 : 2) 2000 = 2144 Hz bw = f2 f1 = 278 Hz.

Filter Frekuensi Bunyi :

Filter frekuensi bunyi digunakan untuk menghalangi bunyi dengan frekuensi yang tidak diinginkan. Filter Frekuensi Bunyi dipasang sebagai kelengkapan dari alat ukur. Umumnya adalah filter frekuensi pita 1 oktaf dan 1/3 oktaf. Misalnya Filter Frekuensi 1 Oktaf :Untuk frekuensi tengah 16, maka gelombang bunyi yang diteruskan hanya yang berfrekuensi 11 22 Hz. Sedangkan gelombang bunyi yang berfrekuensi lainnya tidak dteruskan atau dihalangi.

1.8. TINGKAT BUNYI

Tingkat bunyi adalah tingkat tekanan bunyi yang telah dibebani sesuai dengan kurva beban tertentu, misalnya beban A, B, C, D. Satuan tingkat bunyi disesuaikan dengan beban jaringannya, misalnya dBA, dBB, dBC, dBD. Kurva jaringan beban tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

RES P ONS FREKUENS I UNTUK P EM BEBANAN JARINGAN A, B, C, D 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80

Respons relatif (dB)

C B A

10,000

Fre kue nsi (Hz)

dBA digunakan untuk penilaian kepekaan telinga manusia dB atau dBC digunakan untuk pengontrolan suatu sumber bunyi (mengetahui kerusakan mesin). dBD digunakan pada pesawat terbang. dBB dan dBC digunakan pada level yang lebih tinggi Bila alat ukur menghasilkan nilai 70, maka telinga manusia menangkapnya lebih dari 70

16,000

100

160

250

400

630

1,000

1,600

2,500

4,000

6,300

10

16

25

40

63

Perbedaan tingkat tekanan bunyi dengan tingkat kekerasan bunyi : 1. Tingkat tekanan bunyi ada di alat ukur 2. Tingkat kekerasan bunyi ada di telinga. Hubungan antara TTB dengan TKB :o Pada frekuensi rendah, TKB < TTB (tidak peka pada

frekuensi tinggi).o Pada frekuensi 500 1 KHz (TKB-nya kecil) o Pada frekuensi 1000, TBK = TTB. o Pada frekuensi besar diatas 5 KHz, TKB > TTB (peka

terhadap frekuensi tinggi). dBA dibuat persis seperti respon telinga manusia. Telinga kurang peka, bila dibandingkan dengan alat ukur, misal telinga menangkap bunyi dengan frekensi 31,5 Hz sebesar 100 dB tapi TTB mengatakan besarnya adalah 120 dB.

1.9. FAKTOR DAN INDEKS KETERARAHAN

Setiap sumber bunyi menyebarkan gelombang bunyi kesegala arah disekitarnya. Penyebaran ini mempunyai pola yang sangat tergantung dari karakteristik sumber tersebut. Sebuah sumber bunyi ideal (sumber bunyi titik) mempunyai pola keterarahan berbentuk bola, tetapi sumber bunyi pada umumnya mempunyai pola keterarahan tidak berbentuk bola.

Keterarahan suatu sumber bunyi dinyatakan oleh besaran Faktor Keterarahan atau Indeks Keterarahan. Faktor Keterarahan, Q, didefinisikan sebagai :Perbandingan antara intensitas bunyi pada suatu arah dan intensitas bunyi rata-rata, keduanya diukur pada jarak tertentu. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :Q= I I

r = r1

tanpa satuan

dengan I adalah intensitas bunyi pada arah sudut sebesar dan I adalah intensitas bunyi rata-rata untuk seluruh arah.Untuk gelombang spheris (muka gelombang berbentuk bola),I= p2 0c

Sehingga,Q=2 p

p2

tanpa satuanr = r1

dengan p adalah tekanan bunyi pada arah sudut sebesar dan p adalah tekanan bunyi rata-rata untuk seluruh arah. Dan Indeks Keterarahan, DI, didefinisikan sebagai : DI = 10 log Q dB DI = 10 log2 p

p2

dB ataur = r1

DI = Lp - Lp dB

Q = antilog DI/10 = 10(Lp Lp)/10