Asal Perambatan dan Kecepatan Bunyi

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

.

2.1 Asal Perambatan dan Kecepatan Bunyi

Kata bunyi mempunyai dua definisi: 1 Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam medium elastik seperti udara. Ini adalah bunyi-obyektif. 2 Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan penyimpangan fisis yang digambarkan. Ini adalah bunyi subyektif. Gambar 2.1 Garpu tala yang dipukul menghasilkan perubahan tekanan udarakarena getarannya dan menghasilkan bunyi[3] Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan partikel-partikel udara yang bergerak ke arah luar, yaitu karena penyimpangan tekanan dan getaran yang terjadi pada subjek yang di pukul lihat gambar 2.1. Ini sama dengan penyebaran gelombang air pada permukaan suatu kolam dari titik di mana batu dijatuhkan. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Partikel-partikel udara yang meneruskan gelombang bunyi tidak berubah posisi normalnya; mereka hanya bergetar sekitar posisi kesetimbangannya, yaitu posisi partikel bila tak ada gelombang bunyi yang diteruskan. Penyimpangan tekanan ditambahkan pada tekanan atmosfir yang kira-kira tunak steady dan ditangkap oleh telinga. Gambar 2.2 Konstruksi Telinga manusia dalam menangkap bunyi [4] Pada gambar 2.2 adalah merupakan ilustrasi bagaimana telinga manusia menangkap bunyi dari sumber suara, telihat proses dari Eardum menuju Cochlea yang berakhir pada Brain sebagai pengolah bunyi yang telah di dengar. Suara nyanyian atau instrumen musik memancarkan beberapa ratus atau bahkan ribu mikrowatt daya akustik. Hal ini menjelaskan bagaimana mudahnya seorang penyanyi atau pemusik mengisi volume suatu auditorium yang terlampau besar untuk pembicaraan yang tidak diperkuat. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Jika tekanan gelombang bunyi yang berubah mencapai telinga luar, getaran yang diterima gendang telinga diperbesar oleh tulang-tulang kecil di telinga tengah dan diteruskan lewat cairan ke ujung-ujung saraf yang berada di telinga dalam. Saraf akhirnya meneruskan impuls ini ke otak, di mana proses mendengar tahap terakhir terjadi dari sensasi bunyi tercipta. Tingkat tekanan bunyi minimum yang mampu membangkitkan sensasi pendengaran di telinga pengamat disebut ambang kemampuan mendengar. Bila tekanan bunyi ditambah dan bunyi menjadi lebih keras, akhirnya ia mencapai suatu tingkat dimana sensasi pendengaran menjadi tidak nyaman. Tingkat tekanan bunyi minimum yang merangsang telinga sampai suatu keadaan di mana rasa tidak nyaman menyebabkan rasa sakit tertentu disebut ambang rasa sakit. Antara kemampuan didengar dan rasa sakit tekanan bertambah sejuta kali. Ini menunjukkan jangkauan tekanan bunyi yang ditanggapi telinga sangat lebar. Jelas bahwa kepekaan telinga berubah dengan nyata bila bunyi berbeda frekuensinya. Dari kurva ambang kemampuan dengar dapat dilihat bahwa pada 1000 Hz tingkat tekanan bunyi minimum sekitar 4 dB diperlukan untuk hampir tidak didengar telinga sedangkan pada 63 Hz telinga tidak akan bereaksi terhadap bunyi apapun kecuali bila tekanannya mencapai tingkat minimum kira-kira 35 dB. Sampai tingkat tertentu kita tuli terhadap bunyi frekuensi rendah. Kepekaan telinga kita yang berkurang dalam jangkauan frekuensi rendah menguntungkan, karena hal ini menghindarkan kita dari gangguan yang disebabkan bunyi frekuensi rendah di dalam dan sekitar kita. Sebaliknya, adalah menguntungkan bahwa telinga lebih peka ter- Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 hadap bunyi dalam jangkauan sekitar 400 sampai 5000 Hz, yaitu frekuensi yang penting untuk inteligibilitas pembicaraan dan kenikmatan musik yang sempurna. Kecepatan rambat gelombang bunyi pada temperatur ruang 68°F 20°C adalah sekitar 1.130 ft per sekon 344 m per sekon. Dalam pembahasan telah ditunjukkan bahwa kecepatan bunyi yang relatif rendah inilah yang menyebabkan cacat akustik seperti gaung pemantulan yang berkepanjangan, gema dan dengung yang berlebihan [3]. Bunyi merupakan gelombang atau dalam istilah tekniknya kita menyebutkan sinyal. Sinyal bunyi tersebut dapat kita lihat seperti gambar 2.3 Sinyal bunyi merupakan gelombang sinusoidal. Kemudian jika sinyal bunyi itu didiskritkan maka tampaklah sinyal tersebut seperti yang tertera pada gambar 2.3 sebelah kanan dimana terlihat sinyal sudah berupa garis-garis dan ini yang dinamakan pengolahan sinyal bunyi yaitu dengan mendiskretkan sinyal tersebut. Tahapan diskret sinyal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.3 terlihat bahwa tahapan pertama adalah sinyal berbentuk sinusoidal yang kemudian beralih kepada sinyal berbentuk eksponensial dan dilanjutkan kepada sinyal square dan diakhiri dengan sinyal sinusoidal yang tereksponensial yang begitu berfluktuasi dengan amplitudo yang sangat acak. Dari semua sinyal tersebut dapat dicuplik atau disamplingkan atau dalam istilah matematikanya pendiskretan sinyal. Pendiskretan ini bertujuan untuk mempermudah pemrosesan sinyal tersebut. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.3 Sinyal suara dan sinyal diskret atau dalam istilah pemrosesan sinyal di samplingkan [5] Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Sinyal yang paling sederhana adalah standing wave. Yaitu sinyal yang berbentuk sinussoidal, dapat dilihat pada gambar 2.4, 2.5, dan 2.6. Gambar 2.4 Sinyal tegak [6] Gambar 2.4 menunjukan bagaimana kerapatan gelombang berjalan dan bagaimana Sound Pressure yang terjadi pada standing wave. Dapat dilihat juga dari simulasi tentang kerapatan frekuensi pada proses terjadinya Sound Pressure tersebut. Proses ini telah disimulasikan oleh ISVR Institut of Sound and Vibration Research. Dan menjadi acuan sebagai simulasi penjalaran sinyal untuk Sound Pressure. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar 2.5 Sinyal tegak dengan panjang gelombangnya pada perbedaan frekuensi [6] Pada gambar 2.5 dapat dilihat panjang gelombang pada frekuensi tinggi dan panjang gelombang pada frekuensi rendah berbeda. Pada panjang gelombang frekuensi rendah kerapatan medianya lebih jarang sehingga jarak antara satu puncak gelombang ke puncak gelombang lain lebih jauh jika dibandingkan dengan panjang gelombang pada frekuensi tinggi. Pada frekuensi tinggi jarak antara satu puncak dengan puncak lainnya lebih dekat dikarenakan kerapatannya yang lebih. Dengan Sound Pressure Level yang sama namun frekuensi yang berbeda maka terlihatlah perbedaan kerapatan gelombang, yang sebutkan dengan long wavelength dan short wavelength. Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 . Gambar 2.6 Sinyal tegak dengan panjang gelombang pada perbedaan kecepatannya [6] Pada gambar 2.6 dapat dilihat persamaan frekuensi dan perbedaan percepatan pada Sound Pressure Level yang terjadi pada Long Wavelength dan Short Wavelength. Frekuensi dan kecepatan rambatan bunyi detik waktu t 2.1 Hz frekuensi f Hz t 1 f = = = Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Pergerakan kecepatan gelombang bunyi berbeda pada tiap media, seperti pada udara, gas atau air. Cepat rambat bunyi bergantung pada kerapatan, suhu dan tekanan media udara. 2 . 2 detik m P cg a = atau K Suhu T Kgm Kerapatan Pa Atmosfer Tekanan Pa 1.41 udara untuk spesifik panas Rasio mdet bunyi rambat Cepat cg : dimana 2.3 det m T 20.05 cg 3 = = = = = = = Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan, sedangkan pada media tidak padat bergantung pada modulus Bulk dan kerapatan. 2.4 Pa E cs = Kgm Kerapatan Pa Young Modulus E : dimana 3 = = Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Intensitas dan Kecepatan Partikel Bunyi di udara 2.5 m W A W I 2 = m Area Luas A Watt Akustik Daya W m W Bunyi Intensitas I : dimana 2 2 = = = Intensitas bunyi yang dapat dideteksi manusia adalah 10 -6 Wcm 2 , maksimum yang dapat diterima tanpa menyebabkan kerusakan adalah sekitar 10 -3 Wcm 2 . Kecepatan partikel adalah radiasi bunyi yang dihasilkan sumber bunyi akan mengelilingi udara sekitarnya. Kecepatan partikel: 2.6 mdet c . P V = mdet gelombang rambat Kecepatan c kgm bahan jenis Massa Pa Tekanan P mdet partikel Kecepatan V : dimana 3 = = = = Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008 Untuk menghitung panjang gelombang dapat dicari dengan persamaan : 2.7 meter f c = = ft 1128 340mdet udara di bunyi rambat Kecepatan c 1det Frekuensi f m gelombang rambat Panjang : dimana = = = Maka panjang gelombang akustik adalah: 8 . 2 ft f 1128 = Tingkat kebisingan suara yang terlalu besar disebutkan directivity. Ini terjadi karena penjalaran media yang bebas. Ini dapat di tunjukan pada gambar dibawah, terlihat bagaimana penjalaran SPL Sound Pressure Level. Kemudian kita dapat melihat sumber suara pada suatu ruangan dengan beberapa variasi. Diketahui perambatan Sound Pressure Level adalah: dB 4x10 atm P 10log ref P atm P 10log m N 2x10 P P Patm 20log SPL 5 2 10 2 2 10 2 5 ref ref 10 S − − = = = = = 2.9 Pa 101300 P Pa 0.00002 P : dimana atm ref = = Alfisyahrin : Simulasi Pemrosesan Sinyal Suara Untuk Sistem Aktif Kendali Kebisingan Pada Knalpot…, 2008 USU e-Repository © 2008

2.2 Perambatan Bunyi pada Media