Studi Eksperimental Perbandingan Kebisingan Knalpot Komposit Propylene (PP) dan Palm Oil Fly Ash dengan Knalpot Standar
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Knalpot
Knalpot adalah alat peredam kebisingan yang dipasang pada kendaraan,
pada knalpot terdapat tabung peredam suara yang disebut silencer. Secara umum
knalpot pada kendaraan berfungsi untuk mengalirkan gas pembakaran engine dan
menstabilkan kerja engine terhadap lingkungan. Ada banyak bentuk tabung
peredam knalpot dilapangan, ini bergantung kepada mesin kendaraan dipasang.
Tinggi dan rendahnya tingkat kebisingan pada knalpot akan tergantung beberapa
faktor, antara lain : [2]
a. Volume knalpot
b. Bentuk dan kontruksi knalpot
c. Panjang saluran keluar antara mesin ke knalpot
d. Bahan yang di gunakan oleh knalpot
2.1.1 Jenis - jenis knalpot
1. Knalpot Absortif
Knalpot absortif adalah knalpot yang dirancang khusus menggunakan peredam
untuk menyerap gelombang suara yang keluar dari mesin tanpa memperdulikan
tekanan gas buang. knalpot dengan tipe absorpsi adalah sistem pembuangan gas
yang beroperasi dengan prinsip mengubah pulsa tekanan atau kebisingan dari gas
yang berasal dari ruang bakar menjadi energy panas dengan menggunakan sebuah
material insulasi yang bersifat absorptiv.[10] Bentuk knalpot absortif dapat dilihat
pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Knalpot Absortif [10]
Universitas Sumatera Utara
5
2. Knalpot Reaktif
Knalpot reaktif adalah klapot yang dirancang menggunakan ruang
resonansi untuk menghilangkan gelombang suara yang dipantulkan pada dindingdinding muffler sesuai dengan metode superposisi. Knalpot jenis ini dirancang
berdasarkan prinsip peredaman Helmholtz. Dalam prinsip ini terdapat suatu
rongga atau celah yang dipasang di dalam knalpot dimana pada frekuensi suara
tertentu, rongga tersebut akan beresonansi yang mengakibatkan gelombang suara
tersebut terpantul kembali ke arah mesin. Dalam beberapa rancangan, terdapat
beberapa rongga di dalam knalpot yang berbeda dimensinya untuk menahan
frekuensi tertentu[10]. Bentuk knalpot reaktif dapat dilihat pada gambar 2.2
Gambar 2.2 Knalpot Reaktif [10]
2.2
Komposit
Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan
kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan
material baru dengan sifat baru dan unik dibandingkan dengan sifat material dasar
sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material
penyusun.[13]
Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu: matriks dan
penguat (reinforcement). Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan
Universitas Sumatera Utara
6
penguat hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai produk
yang akan dihasilkan.
Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang
lebih rendah. Pada umumnya konsep material komposit yang dibuat dapat
dibagi ke dalam tiga kelompok utama :
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites-PMC). Bahan ini
merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut, Polimer
Berpenguatan Serat (FRP –Fibre Reinforced Polymers or Plastic)-bahan ini
menggunakan suatu polimer berdasar resin sebagai matriknya dan suatu
jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatan.
2. Komposit Matriks Logam (Metal Matriks Composites-MMC). Ditemukan
berkembang pada indurstri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam
seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti
silicon karbida.
3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites –CMC). Digunakan
pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan
keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabutserabut (whiskers) dimana terbuat dari silicon karbida atau boron nitride.
Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang
digunakannya, yaitu:
1. Fibrous Composite (Komposit Serat), Merupakan jenis komposit yang hanya
terdiri dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa
serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers,
aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara
acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang
lebih kompleks seperti anyaman.
2. Laminated Composite (Komposite Laminat), Merupakan jenis komposit yang
terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya
memiliki karakteristik sifat sendiri.
Universitas Sumatera Utara
7
3. Particulate Composite (Komposit Partikel), Merupakan komposit yang
menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara
merata dalam matriksnya.
2.3
Knalpot Komposit
Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan
kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan
material baru dengan sifat baru dan unik dibandingkan dengan sifat material dasar
sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material
penyusun. Bahan komposit yang digunakan dalam pembuatan knalpot kali ini
adalah polymer polypropylene yang di perkuat dengan POFA (Palm oil Flyash).
Dengan bahan komposit tersebut diharapkan menuai hasil sesuai harapan. Metode
yang digunakan dalam pembuatan knalpot komposit ini adalah metode casting.
Perlu diperhatikan yang terbuat dari komposit ini hanyalah bagian kepala knalpot
atau silentcer dan beserta bagian dalamnya yang disebut buffle sedangkan pipa
saluran dari mesin sama dengan knalpot standart biasanya.
Gambar 2.3 Knalpot komposit POFA
2.4
Termoplastik
Thermoplastik merupakan jenis plastik yang dapat didaur ulang, yaitu
dapat dicairkan dan dialirkan bila dipanasi sehingga dapat dibentuk atau membeku
kembali bila pemanasnya dihentikan. Bahan-bahan yang termasuk thermoplastik
antara lain.[6]
Universitas Sumatera Utara
8
a.
polysterene (PS)
Jenis : General Purpose (GP-PS), High impact (HI-PS) dan Expandable
Foam.
Bentuk bahan : Butiran (Granular).
Sifat-sifat umum: Murah, Mudah diolah, tahan terhadap bahan kimia, menjadi
lembek dengan bahan hydrocarbon, bening, berdaya guna
Aplikasi :
General purpose: untuk botol, kemasan stoples, lampu Kristal kotak kaset, tutup
botol, wadah produk, lembaran, mainan anak-anak, dsb.
High Impact: untuk kabinet TV, radio, lemari es, mesin cuci, gantungan baju, alat
elektronika, rumah pita kaset, dsb.
Expandable Foam : untuk busa pelapis sebagai peredam benturan untuk produk
yang dikemas dalam kotak (misal TV, radio, alat ukur dsb).
b. polyethylene (PE)
Jenis : plastik polyethelene memiliki 2 jenis utama, yaitu LDPE (Low Density
Polyethylene) dan HDPE (hight density polyethylene). Bentuk bahan : Butiran.
Sifat-sifat umum : Daya tahan kimianya sangat baik, Faktor tenaga yang
rendah,Ketahanan mekanikal yang rendah, daya tahan kelembaban uap yang
tangguh dan sangat luwes.
Aplikasi : Film dan lembaran untuk kemasan, insulasi kawat dan kabel, pipa,
lapisan, cetakan, mainan anak-anak dan alat-alat rumah tangga.
c.
Polyprophylene (PP)
Polyprohpylene merupakan plastik polymer yang mudah dibentuk ketika
panas, rumus molekulnya adalah (-CHCH3-CH2-). PP sendiri memiliki sifat yang
tahan terhadap bahan kimia atau Chemical Resistance namun ketahuan pukul atau
Impact Strengh rendah, transparan dan memiliki titik leleh 165°C.
Sifat-sifat : Tanpa bau dan warna, tahan panas, keras permukaan yang sangat
baik, sangat tahan kimia, sifat elektrikal yang baik
Aplikasi : Alat-alat rumah tangga, kesehatan, mainan anak-anak, komponen
elektronika, tabung dan pipa, serat dan filamen.
d.
polymethil metacrylate (PMMA atau Acrylik)
Bentuk bahan: Butiran dan cairan.
Universitas Sumatera Utara
9
Sifat-sifat: Bening Kristal,Unggul terhadap pengaruh cuaca, Cukup tahan terhadap
kimia,Tahan benturan,Memiliki daya lentur yang baik,Tahan ultraviolet
Aplikasi: Panel-panel dekorasi dan bangunan, kubah, sistem lensa otomatis, ubin
berkilat, jendela, tirai, papan nama/tanda, pembalut dan perekat elastomer.
Kebanyakan plastik mempunyai karakteristik tertentu ketika terkena panas.
Karakteristik-karakteristik tersebut adalah mudah terbakar, warna dan sifat api,
ada dan tidak adanya asap, perilaku meleleh (misalnya menetes atau
membengkak), dan bau.
2.5
Polypropylene ( PP)
Polypropylene (PP) merupakan sebuah polimer termoplastik yang banyak
dipakai dalam industri plastik. Penggunaan yang luas dikarenakan sifat mampu
cetaknya yang baik, dan faktor penyusutan yang lebih kecil dibandingkan dengan
polyethylene (PE).[15] Perbandingan sifat meliputi, ketelitian dimensi, kekuatan,
kekerasan, berat jenis, ketahanan melar, ketahanan panas, ketahanan cuaca, dan
ketahanan retak, polypropylene (PP) memiliki sifat yang lebih baik dibandingkan
dengan high density polyethylene (HDPE) dan low density polyethylene (LDPE).
Berikut adalah material properties dari PP
Density (g/cm3)
: 0,90 - 0,91
Modulus ofelasticity(GPa) : 1,14 - 1,55
Tensile strength (MPa)
: 31,0 - 41,4
Conductivity (W/mK)
: 0,12
Elongation (%)
: 100 - 600
Melting temperature (oC) : 165
Gambar 2.4 Polyprophylene
Universitas Sumatera Utara
10
2.6
Palm oil flyash (POFA)
Abu (fly ash) cangkang kelapa sawit adalah limbah padat yang berasal dari
pembakaran cangkang kelapa sawit yang di pergunakan sebagai bahan bakar
boiler untuk menghasilkan uap pada proses penggilingan minyak sawit Abu
cangkang kelapa sawit ini memiliki kandungan utama Silikon Oksida ( SIO2)
yang memiliki sifat reaktif dan pozzolanik bagus yang bisa bereaksi menjadi
bahan yang keras dan kaku. Abu cangkang sawit ini merupakan bentuk partikel
halus sangat cocok di jadikan bahan komposit.[3] POFA merupakan salah satu
hasil pembakaran tandanan kosong kelapa sawit dimana POFA merupakan limbah
dari industry yang tidak mengandung toksik bagi tanah dan organisme. Selain itu
POFA dapat menambah kandungan unsur hara dalam tanah yang memperbaiki
kualitas tanah dasar kolam perikanan. Kemampuan POFA sebagai bahan dan zat
yang dapat digunakan untuk memperbaiki sifat fisik dan kimia tanah karena
keunggulan sifat kimiawinya yang kaya akan unsur hara.[1]
Gambar 2.5 Proses POFA[3]
Sifat Fisik
Sifat-sifat abu ditentukan oleh komposisi dan sifat-sifat mineral-mineral
pengotor dalam cangkang kelapa sawit serta proses pembakarannya. Dalam proses
pembakaran cangkang kelapa sawit, titik leleh abu cangkang dan fiber lebih tinggi
daripada temperatur pembakarannya. Kondisi ini menghasilkan abu yang
Universitas Sumatera Utara
11
memiliki tekstur butiran yang sangat halus. Abu terbang (fly ash) cangkang dan
fiber kelapa sawit terdiri dari butiran halus berbentuk bola padat atau berongga,
abu ini berwarna abu-abu keputihan .[14]
Sifat Kimia
Sifat kimia dari abu terbang cangkang dan fiber kelapa sawit dipengaruhi
oleh yang dibakar, teknik penyimpanan serta penanganannya. Hasil pembakaran
ini memiliki kandungan silika (SiO2), alumina (Al2O3) dan besi oksida
(Fe2O3).[14]
Tabel 2.1 Kimia Properties POFA
Chemical Consituents
Silicon Dioxide (SiO2)
Aluminium Oxide (Al2O3)
Ferric Oxide (Fe2O3)
Calsium Oxide (CaO)
Magnesium Oxide (MgO)
Sodium Oxide (Na2O)
Potasium Oxide (K2O)
Sulfur Oxide (SO2)
Loss On ignition (LOI)
(Abdullah, K dan Hussin,M, 2010)
(%)
55.20
4.48
5.44
4.12
2.25
0.1
2.28
2.25
13.86
Gambar 2.6 POFA
2.7
Gelombang
Gelombang adalah getaran yang merambat. Gelombang terjadi karena
adanya sumber getaran. Pada perambatanya gelombang merambatkan energi
gelombang, sedangakan perantaranya tidak ikut merambat [9]
Universitas Sumatera Utara
12
2.7.1
Macam-macam gelombang
Menurut zat perantaranya :
1. Gelombang mekanik :gelombang yang perambatanya memerlukan medium,
contoh :gelombang air dan gelombang bunyi.
2. Gelombang elektrik : gelombang yang dalam perambatanya tidak memerlukan
medium.contoh gelombang radio dan gelombang cahaya
menurut arah rambat dan arah getarannya:
1.
Gelombang transversal
adalah gelombang yang arah rambatanya tegak lurus terhadap arah
getaranya. Gelombang transversal berbentuk bukit gelombang dan lembah
gelombang yang merambat. Contoh gelombang pada tali, permukaan air dan
gelombang cahaya.
Gambar gelombang transversal :
Gambar 2.7 Gelombang transversal[9]
Panjang gelombang adalah panjang suatu gelombang yang terdiri dari satu
bukit dan satu lembah gelombang.panjang gelombang di lambangkan dengan
lamda ( λ ) dan satuanya adalah meter
2.
Gelombang longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar
dengan arah rambatnya. Gelombang longitudinal berbentuk rapatan dan
renggangan. Contohnya gelombang bunyi.
Gambar gelombang longitudinal :
Gambar 2.8 Gelombang longitudinal[9]
Universitas Sumatera Utara
13
Panjang gelombang longitudinal adalah panjang satu gelombang yang
terdiri dari satu rapatan dan satu renggangan.
•
Periode gelombang (T)
Yaitu waktu yang di prlukan untuk menempuh satu gelombang,satuanya
adalah sekon (s)
•
Frekuensi gelombang((f)
Yaitu jumlah gelombang yang terbentuk dalam satu detik,satuanya adalah
Hz (hertz)
•
Cepatrambat gelombang (v)
Yaitu jarak yang di tempuh gelombang dalam waktu satu detik ,satuanya
adalah meter/detik (m/s)
•
Hubungan antara pajang gelombang,periode,frekuensi, dan cepat rambat
gelomabang.
Rumus dasar gelombang adalah:
λ = vT Dan f = 1/T maka v= λ f.......................................(2.1)
dimana:
v = cepat rambat gelombang (m/s)
λ = panjang gelombang (m)
T = periode (s)
f
= frekuensi (Hz)
Menurut amplitudo dan fasenya :
1. Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya sama di
setiap titik yang dilalui gelombng.
2. Gelombng diam (stasioner) adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya
berubah (tidak sama) di setiap titik yang dilalui gelombang.
Menurut medium perantaranya :
1. Gelombang mekanik adalah gelombang yang didalam perambatannya
Universitas Sumatera Utara
14
memerlukan medium perantara. Hampir semua gelombang merupakan gelombang
mekanik.
2. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang didalam perambatannya
tidak memerlukan medium perantara. Contoh : sinar gamma (γ), sinar X, sinar
ultra violet, cahaya tampak, infra merah, gelombang radar, gelombang TV,
gelombang radio.
2.8
Bunyi
Suara atau bunyi didefinisikan sebagai serangkain gelombang yang
merambat dari suara sumber getar sebagai akibat perubahan kerapatan dan juga
tekanan udara atau perubahan tekanan yang dapat dideteksi oleh telinga.
Gelombang suara pada fluida kebanyakan dihasilkan melalui permukaan zat padat
yang bergetar di dalam fluida tersebut. Satuan desibel menunjukkan tingkat
tekanan suara [12].
Bunyi mempunyai dua definisi, yaitu:
1. Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam
medium elastik seperti udara. Definisi ini dikenal sebagai bunyi objektif.
2. Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan
penyimpangan fisis yang digambarkan pada bagian atas. Hal ini disebut
sebagai bunyi subjektif [5].
Secara singkat bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang
merambat secara perapatan dan perenggangan terbentuk oleh partikel zat
perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran.Rambatan
gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan partikelpartikel udara yang bergerak ke luar, yaitu karena penyimpangan tekanan.Hal
serupa juga terjadi pada penyebaran gelombang air pada permukaan suatu kolam
dari titik dimana batu dijatuhkan.Gelombang bunyi adalah gelombang yang
dirambatkan sebagai gelombang mekanik longitudinal yang dapat menjalar dalam
medium padat, cair dan gas. Gelombang bunyi ini merupakan getaran (vibrasi)
molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama lain namun demikian zat
tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi
bahkan tidak pernah terjadi perpindahan partikel.
Universitas Sumatera Utara
15
2.8.1
Syarat bunyi
Syarat terjadinya bunyi adalah :
1. ada benda yang bergetar (sumber bunyi)
2. ada medium yang merambatkan bunyi, dan
3. ada penerima yang berada di dalam jangkauan sumber bunyi
Bunyi memiliki cepat rambat yang terbatas. Bunyi memerlukan waktu
untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Cepat rambat bunyi sebenarnya
tidak terlampau besar. Cepat rambat bunyi jauh lebih kecil dibandingkan denga
cepat rambat cahaya. Bahkan sekarang orang telah mampu membuat pesawat
yang dapat terbang beberapa kali daripada cepat rambat bunyi. Cepat rambat
bunyi sering dirumuskan sebagai berikut:
���
c=�
�
.................................................. (2.2)
atau dalam bentuk yang sederhana dapat ditulis :
c = 20,04√�............................................(2.3)
Keterangan :
c = Cepat rambat bunyi (m/s)
γ = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1,41)
Pa = Tekanan atmosfir (Pa)
ρ = Kerapatan (Kg/m3)
T = Suhu (K)
Bunyi merupakan gelombang maka bunyi mempunyai cepat rambat yang
dipengaruhi oleh 2 faktor yaitu :
1. Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan
partikel medium maka semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi
merambat paling cepat pada zat padat.
2.
Suhu medium, semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat
bunyi merambat. Hubungan ini dapat dirumuskan kedalam persamaan
Universitas Sumatera Utara
16
matematis (v = v0 + 0,6 t) dimana v0 adalah cepat rambat pada suhu nol
derajat dan t adalah suhu medium [5].
2.8.2
Sifat bunyi
Sifat sifat bunyi diantaranya adalah :
1. Merupakan gelombang longitudinal
2. Tidak bisa merambat pada ruang hampa
3. Kecepatan rambatnya dipengaruhi oleh kerapatan medium perambatannya
(padat, cair, gas). Paling cepat pada medium yang kerapatannya tinggi.
4. Dapat mengalami resonansi dan pemantulan.
Bunyi dapat mengalami resonansi. resonansi adalah peristiwa ikut
bergetarnya suatu benda akibat getaran benda lain, karena frekuensinya sama.
Bunyi dapat mengalami pemantulan, proses pemantulan bunyi dimanfaatkan
pada:
1. Penentuan cepat rambat bunyi
2. Pendeteksian cacat dan retak pada pipa logam
3. Survei geofisika
4. Pengukuran ketebalan pelat logam
5. Pengukuran kedalaman tempat.
2.8.3
Jenis bunyi
Jenis jenis bunyi diantara adalah :
1. Bunyi infrasonik: yaitu bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz, dan dapat
didengar oleh anjing, jangkrik, angsa, dan kuda.
2. Bunyi audiosonik, yaitu bunyi yang frekuensinya berada antra 20 Hz-20.000
Hz dan dapat didengar manusia.
3. Bunyi untrasonik, yaitu bunyi yang frekuensinya lebih dari 20.000 Hz, dapat
didengar oleh kelelawar dan lumba-lumba.
4. Nada, yaitu bunyi yang frekuensinya beraturan.
5. Desah, yaitu bunyi yang frekuensinya tidak teratur.
Universitas Sumatera Utara
17
6. Gaung atau kerdam, yaitu bunyi pantul yang sebagian datang bersamaan
dengan bunyi asli, sehingga menggangu bunyi asli.
7. Gema yaitu, bunyi pantul yang datang setelah bunyi asli, sehingga memperkuat
bunyi asli.
2.9
Kebisingan
Kebisingan atau noise adalah bunyi atau suara yang tidak dikehendaki dan
dapat mengganggu kesehatan dan kenyamanan lingkungan yang dinyatakan dalam
satuan decibel (dB). Kebisingan umumnya di sebabkan oleh kenaikan tekanan
bunyi. Kebisingan dapat di rasakan apabila bunyi mempunyai tekanan diatas 60
dB. Seiring berkembangnya waktu, kebanyakan dari mesin produksi, mesin–
mesin transportasi, dan segala sesuatu yang dapat meningkatkan taraf hidup
manusia selalu berdampingan dengan masalah kebisingan.Kebisingan dapat
merambat melalui banyak jalur yang disebut sebagai path of noise .[4]
Kebisingan (Noise) dapat dikelompokkan dalam dua jenis berdasarkan
adanya hubungan noise dengan sinyal, yaitu:
1.
Correlated noise: Hubungan antara sinyal dan noise masuk dalam kategori
ini. Karena itu, correlated noise hanya muncul saat ada sinyal.
2.
Uncorrelated noise: Noise yang dapat muncul kapanpun, saat terdapat sinyal
maupun tidak ada sinyal. Uncorrelated noise muncul tanpa memperhatikan
adanya sinyal atau tidak. Noise dalam kategori ini dapat dibagi lagi menjadi dua
kategori umum, yaitu :
a. Eksternal Noise: Adalah noise yang dihasilkan dari luar alat atau sirkuit.
Noise tidak disebabkan oleh komponen dalam sistem komunikasi.
Ada 3 sumber utama noise eksternal:
1. Atmospheric
noise:
Gangguan
elektris
yang
terjadi
secara
alami,disebabkan oleh hal – hal yang berkaitan dengan atmosfer. Noise
atmosfer biasanya disebut juga static electricity. Noise jenis ini bersumber
dari kondisi elektris yang bersifat alami, seperti kilat dan halilintar. Static
electricity berbentuk impuls yang menyebar ke dalam energi sepanjang
lebar frekuensi
2. Ekstraterrestrial noise: Noise ini terdiri dari sinyal elektris
yang
dihasilkan dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deep-space
Universitas Sumatera Utara
18
noise. Noise ekstra terrestrial bisa disebabkan oleh Milky Way, galaksi
yang lain, dan matahari. Noise ini dibagi menjadi 2 kategori, yaitu solar
dan cosmic noise:
•
Solar noise: Solar noise dihasilkan langsung dari panas matahari. Ada dua
bagian solar noise, yaitu saat kondisi dimana intensitas radiasi konstan dan
tinggi, gangguan muncul karena aktivitas sun-spot dan solar flare-ups.
Besar gangguan yang jarang terjadi ini (bersifat sporadis) bergantung pada
aktivitas sun spot mengikuti pola perputaran yang berulang setiap 11
tahun.
•
Cosmic noise: Cosmic noise didistribusikan secara continue disepanjang
galaksi. Intensitas noise cenderung kecil karena sumber noise galaksi
terletak lebih jauh dari matahari. Cosmic noise sering juga disebut blackbody noise dan didistribusikan secara merata di seluruh angkasa.
3.
Man-made noise: Secara sederhana diartikan sebagai noise yang dihasilkan
manusia. Sumber utama dari noise ini adalah mekanisme spark-producing,
seperti komutator dalam motor elektrik, sistem pembakaran bermotor,
alternator, dan aktivitas peralihan alat oleh manusia. Misalnya, setiap saat
di rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan lampu melalui
saklar, otomatis arus listrik dapat tiba-tiba muncul atau terhenti. Tegangan
dan arus listrik berubah secara mendadak, perubahan ini memuat lebar
frekuensi yang cukup besar. Beberapa frekuensi itu memancar/menyebar
dari saklar atau listrik rumah, yang bertindak sebagai miniatur penghantar
dan antenna. Noise karena aktivitas manusia ini disebut juga impulse noise,
karena bersumber dari aktivitas on/off yang bersifat mendadak. Spektrum
noise cenderung besar dan lebar frekuensi bisa sampai 10 MHz. Noise
jenis ini lebih sering terjadi pada daerah metropolitan dan area industri
yang padat penduduknya, karena itu disebut juga industrial noise.
b. Internal Noise: Internal noise juga menjadi faktor yang penting dalam sistem
komunikasi Internal noise adalah gangguan elektris yang dihasilkan alat atau
sirkuit. Noise muncul berasal dari komponen alat dalam sistem komunikasi
bersangkutan. Ada 3 jenis utama noise yang dihasilkan secara internal, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
19
1. Thermal
noise:
perpindahan elektron
Thermal
noise
berhubungan
dengan
yang cepat dan acak dalam alat konduktor
akibat digitasi thermal. Perpindahan yang bersifat random ini pertama
kali ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan, Robert Brown yang
mengamati perpindahan partikel
dalam penyerbukan biji padi.
Perpindahan random elektron pertama kali dikenal tahun 1927 oleh
JB.Johnson di Bell Telephone Laboratories. Johnson membuktikan
bahwa kekuatan thermal noise proporsional dengan bandwidth dan
temperatur absolut.
N = KTB…………………………………(2.4)
Dimana:
N= kekuatannoise(noisepower)
K = Boltzmann’s proportionality constant (1.38 × 10-23 j/k)
T = Temperatur absolute
B = bandwidth
2. Shot noise: noise jenis ini muncul karena penyampaian sinyal yang
tidak beraturan pada keluaran (output) alat elektronik yang digunakan,
seperti pada transisto elektronik, jumlah partikel yang terbatas
menghasilkan fluktuasi konduktor. Shot noise juga bisa terjadi pada
alat optik, akibat keterbatasan foton pada alat optik. Pada shot noise,
penyampaian sinyal tidak bergerak secara kontinu dan beraturan, tapi
bergerak berdasarkan garis edar yang acak. Karena itu, gangguan yang
dihasilkan acak dan berlapis pada sinyal yang ada. Ketika shot noise
semakin kuat, suara yang ditimbulkan noise ini mirip dengan butir
logam yang jatuh di atas genteng timah. Shot noise tidak berlaku pada
kawat logam, karena hubungan antar elektron pada kawat logam dapat
menghilangkan fluktuasi acak. Shot noise disebut juga transistor noise
dan saling melengkapi dengan thermalnoise. Penelitian shot noise
pertama kali dilakukan pada kutub positif dan kutub negative tabung
pesawat vakum (vacuum-tube amplifier) dan dideskripsikan secara
matematis oleh W. Schottky tahun 1918.
Universitas Sumatera Utara
20
3. Transit-time noise: Arus sinyal yang dibawa melintasi sistem masukan
dan keluaran pada alat elektronik, (misalnya dari penyampai ( emitter)
ke pengumpul (collector) pada transistor menghasilkan noise yang
tidak beraturan dan bervariasi. Inilah yang disebut dengan transit-time
noise. Transit- time noise terjadi pada frekuensi tinggi ketika sinyal
bergerak melintasi semikonduktor dan membutuhkan waktu yang
cukup banyak untuk satu perputaran sinyal. Transit time noise pada
transistor ditentukan oleh mobilitasdata yang dibawa, bias tegangan,
dan konstruksi
transistor. Jika perjalanan data tertunda dengan
frekuensi yang tinggi saat perlintasan semikonduktor, noise akan lebih
banyak dibandingkan dengan sinyal aslinya.[7]
2.9.1
Parameter kebisingan
Kebisingan memiliki banyak parameter yang bisa dijadikan sebagai acuan
dalam menentukan skala kebisingan tersebut sebagaimana banyaknya parameter
untuk menentukan bunyi. Namun, parameter yang sering dijadikan acuan dalam
mengukur suatu kebisingan untuk mempersempit pembahasan biasanya di
tentukan oleh parameter berikut:
a. Frekuensi
Gelombang gerak sendiri memiliki banyak kriteria yang dapat dijabarkan
secara terperinci diantaranya adalah frekuensi.Frekuensi didefinisikan sebagai
jumlah getaran ataupun gerakan yang terjadi dalam satu satuan waktu. frekuensi
ditentukan dalam satuan yang disebut Hertz (Hz). Satu Hertz sama dengan satu
siklus perdetik. Frekuensi yang dapat didengar oleh Manusia berkisar 20 sampai
20.000 Hz dan jangkauan frekuensi ini dapat mengalami penurunan pada batas
atas rentang frekuensi sejalan dengan bertambahnya umur manusia. Jangkauan
frekuensi audio manusia akan berbeda jika umur manusia juga berbeda. Frekuensi
bunyi dapat didefinisikan sebagai jumlah periode siklus kompresi dan regangan
yang muncul dalam satu satuan waktu.[8] Frekuensi dapat di modelkan dengan
persamaan (2.1)
Universitas Sumatera Utara
21
b. Panjang gelombang
Panjang gelombang ( � ) dari gelombang suara merupakan parameter yang
sangat penting didalam mencari tau pola dari gelombang suara.jika dilihat dari
gambaran gelombang, maka panjang gelombang adalah jarak antara dua
puncak gelombang. Panjang gelombang dapat didefenisikan sebagai berikut:
c
λ = ................................................ ..(2.5)
f
Dimana :
λ = Panjang gelombang
c = cepat rambat bunyi
f = Frekuensi
2.9.2 Tingkat Kebisingan
Untuk mempermudah penentuan nilai kebisingan, maka ada metode yang
digunakan dengan menggunakan skala level atau tingkat kebisingan suara dalam
satuan decibel (dB) yang dibagi menjadi dua kategori yakni sound pressure level
dan sound power level.
a. Sound Pressure Level (SPL)
Hampir setiap pemikiran umum mendefinisikan kata decibel (dB) dengan
mengaitkan terhadap sound pressure level. Hal seperti ini telah menjadi suatu
kesimpulan tersendiri bahwa apabila berbicara tentang skala decibel berarti
merupakan suatu hasil perhitungan dari sound pressure level.
Secara matematis sound pressure level dapat di rumuskan sebagai berikut:
�2
SPL = Lp = 10 log ��(��� )2 �
�
Dimana :
= 20 log �(��� )
…………......... (2.6)
P = tekanan yang terjadi (Prms ) untuk aliran fluida
P(ref) = tekanan pada air borne = 2 x 10-5 N/m2
Dan berikut ini adalah nilai SPL yang terjadi pada berbagai sumber bunyi yang
akan ditampilkan pada tabel 2.2 dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
22
Tabel 2.2 SPL Berdasarkan Sumbernya
Sound
No
Sound Sources(Noise)
Pressure
Examples with Distance
Level Lp dB
SPL
1.
Jet aircraft, 50 m away
140
2
Threshold of pain
130
3
Threshold of discomfort
120
4
Chainsaw, 1 m distance
110
5
Disco, 1 m from speaker
100
6
Diesel truck, 10 m away
90
7
Kerbside of busy road, 5m
80
8
Vacuum cleaner, distance 1 m
70
9
Conversational speech, 1 m
60
10
Average home
50
11
Quite library
40
12
Quite bedroom at night
30
13
Background in TV studio
20
14
Rustling leaves in the distance
10
15
Threshold of hearing
0
Sumber : Cook, K., & Samuel, 2014
b.
Sound Power level
Sound power level dapat di rumuskan sebagai berikut :
�
Dimana :
Lw = 10 log10 �
(db) ……………….............(2.7)
���
W
= Sound Power
Wreff = sound power referensi dengan standar 10-12 watt
Universitas Sumatera Utara
23
2.9.3
Penyerapan Daya Bunyi dalam Tabung (Transmission Loss)
Penyerapan atau kehilangan daya bunyi adalah besar energi bunyi yang
hilang dalam tabung[4]. Nilai penyerapan ini dsat dicari dengan persamaan :
Dimana:
TL=10 ���10 [1+0.25(
��
��
−
�� 2
2���
) ���2 �
�].........(2.8)
��
λ
TL= Transmision Loss
Se= Luas daerah masuk atau keluar
Sc= Luas Daerah Knalpot
Lc=panjang knalpot
a = d knalpot terpanjang
b = d knalpot terpanjang
λ = panjang gelombang
2.9.3.
Koefisien Absorsi
Koefisien absorbsi bunyi didefinisikan perbandingan antara energi yang
diserap dengan energi yang datang pada permukaan material. Besarnya
kemampuan suatu material dalam menyerap bunyi digunakan parameter koefisien
diadsorbsi (α). Koefisien absorbsi bunyi berdasarkan arah datangnya gelombang
bunyi dibedakan menjadi dua, yaitu koefisien normal (αn) untuk bunyi yang
datangnya tegak lurus dan koefisien acak atau sabin (αs) untuk bunyi yang
datangnya dari berbagai arah.
Koefisien absorbsi (α) =
������� �����
����� ���� �����������
Universitas Sumatera Utara
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Knalpot
Knalpot adalah alat peredam kebisingan yang dipasang pada kendaraan,
pada knalpot terdapat tabung peredam suara yang disebut silencer. Secara umum
knalpot pada kendaraan berfungsi untuk mengalirkan gas pembakaran engine dan
menstabilkan kerja engine terhadap lingkungan. Ada banyak bentuk tabung
peredam knalpot dilapangan, ini bergantung kepada mesin kendaraan dipasang.
Tinggi dan rendahnya tingkat kebisingan pada knalpot akan tergantung beberapa
faktor, antara lain : [2]
a. Volume knalpot
b. Bentuk dan kontruksi knalpot
c. Panjang saluran keluar antara mesin ke knalpot
d. Bahan yang di gunakan oleh knalpot
2.1.1 Jenis - jenis knalpot
1. Knalpot Absortif
Knalpot absortif adalah knalpot yang dirancang khusus menggunakan peredam
untuk menyerap gelombang suara yang keluar dari mesin tanpa memperdulikan
tekanan gas buang. knalpot dengan tipe absorpsi adalah sistem pembuangan gas
yang beroperasi dengan prinsip mengubah pulsa tekanan atau kebisingan dari gas
yang berasal dari ruang bakar menjadi energy panas dengan menggunakan sebuah
material insulasi yang bersifat absorptiv.[10] Bentuk knalpot absortif dapat dilihat
pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Knalpot Absortif [10]
Universitas Sumatera Utara
5
2. Knalpot Reaktif
Knalpot reaktif adalah klapot yang dirancang menggunakan ruang
resonansi untuk menghilangkan gelombang suara yang dipantulkan pada dindingdinding muffler sesuai dengan metode superposisi. Knalpot jenis ini dirancang
berdasarkan prinsip peredaman Helmholtz. Dalam prinsip ini terdapat suatu
rongga atau celah yang dipasang di dalam knalpot dimana pada frekuensi suara
tertentu, rongga tersebut akan beresonansi yang mengakibatkan gelombang suara
tersebut terpantul kembali ke arah mesin. Dalam beberapa rancangan, terdapat
beberapa rongga di dalam knalpot yang berbeda dimensinya untuk menahan
frekuensi tertentu[10]. Bentuk knalpot reaktif dapat dilihat pada gambar 2.2
Gambar 2.2 Knalpot Reaktif [10]
2.2
Komposit
Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan
kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan
material baru dengan sifat baru dan unik dibandingkan dengan sifat material dasar
sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material
penyusun.[13]
Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu: matriks dan
penguat (reinforcement). Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan
Universitas Sumatera Utara
6
penguat hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai produk
yang akan dihasilkan.
Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang
lebih rendah. Pada umumnya konsep material komposit yang dibuat dapat
dibagi ke dalam tiga kelompok utama :
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites-PMC). Bahan ini
merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut, Polimer
Berpenguatan Serat (FRP –Fibre Reinforced Polymers or Plastic)-bahan ini
menggunakan suatu polimer berdasar resin sebagai matriknya dan suatu
jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatan.
2. Komposit Matriks Logam (Metal Matriks Composites-MMC). Ditemukan
berkembang pada indurstri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam
seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti
silicon karbida.
3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites –CMC). Digunakan
pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan
keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabutserabut (whiskers) dimana terbuat dari silicon karbida atau boron nitride.
Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang
digunakannya, yaitu:
1. Fibrous Composite (Komposit Serat), Merupakan jenis komposit yang hanya
terdiri dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa
serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers,
aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara
acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang
lebih kompleks seperti anyaman.
2. Laminated Composite (Komposite Laminat), Merupakan jenis komposit yang
terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya
memiliki karakteristik sifat sendiri.
Universitas Sumatera Utara
7
3. Particulate Composite (Komposit Partikel), Merupakan komposit yang
menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara
merata dalam matriksnya.
2.3
Knalpot Komposit
Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan
kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan
material baru dengan sifat baru dan unik dibandingkan dengan sifat material dasar
sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material
penyusun. Bahan komposit yang digunakan dalam pembuatan knalpot kali ini
adalah polymer polypropylene yang di perkuat dengan POFA (Palm oil Flyash).
Dengan bahan komposit tersebut diharapkan menuai hasil sesuai harapan. Metode
yang digunakan dalam pembuatan knalpot komposit ini adalah metode casting.
Perlu diperhatikan yang terbuat dari komposit ini hanyalah bagian kepala knalpot
atau silentcer dan beserta bagian dalamnya yang disebut buffle sedangkan pipa
saluran dari mesin sama dengan knalpot standart biasanya.
Gambar 2.3 Knalpot komposit POFA
2.4
Termoplastik
Thermoplastik merupakan jenis plastik yang dapat didaur ulang, yaitu
dapat dicairkan dan dialirkan bila dipanasi sehingga dapat dibentuk atau membeku
kembali bila pemanasnya dihentikan. Bahan-bahan yang termasuk thermoplastik
antara lain.[6]
Universitas Sumatera Utara
8
a.
polysterene (PS)
Jenis : General Purpose (GP-PS), High impact (HI-PS) dan Expandable
Foam.
Bentuk bahan : Butiran (Granular).
Sifat-sifat umum: Murah, Mudah diolah, tahan terhadap bahan kimia, menjadi
lembek dengan bahan hydrocarbon, bening, berdaya guna
Aplikasi :
General purpose: untuk botol, kemasan stoples, lampu Kristal kotak kaset, tutup
botol, wadah produk, lembaran, mainan anak-anak, dsb.
High Impact: untuk kabinet TV, radio, lemari es, mesin cuci, gantungan baju, alat
elektronika, rumah pita kaset, dsb.
Expandable Foam : untuk busa pelapis sebagai peredam benturan untuk produk
yang dikemas dalam kotak (misal TV, radio, alat ukur dsb).
b. polyethylene (PE)
Jenis : plastik polyethelene memiliki 2 jenis utama, yaitu LDPE (Low Density
Polyethylene) dan HDPE (hight density polyethylene). Bentuk bahan : Butiran.
Sifat-sifat umum : Daya tahan kimianya sangat baik, Faktor tenaga yang
rendah,Ketahanan mekanikal yang rendah, daya tahan kelembaban uap yang
tangguh dan sangat luwes.
Aplikasi : Film dan lembaran untuk kemasan, insulasi kawat dan kabel, pipa,
lapisan, cetakan, mainan anak-anak dan alat-alat rumah tangga.
c.
Polyprophylene (PP)
Polyprohpylene merupakan plastik polymer yang mudah dibentuk ketika
panas, rumus molekulnya adalah (-CHCH3-CH2-). PP sendiri memiliki sifat yang
tahan terhadap bahan kimia atau Chemical Resistance namun ketahuan pukul atau
Impact Strengh rendah, transparan dan memiliki titik leleh 165°C.
Sifat-sifat : Tanpa bau dan warna, tahan panas, keras permukaan yang sangat
baik, sangat tahan kimia, sifat elektrikal yang baik
Aplikasi : Alat-alat rumah tangga, kesehatan, mainan anak-anak, komponen
elektronika, tabung dan pipa, serat dan filamen.
d.
polymethil metacrylate (PMMA atau Acrylik)
Bentuk bahan: Butiran dan cairan.
Universitas Sumatera Utara
9
Sifat-sifat: Bening Kristal,Unggul terhadap pengaruh cuaca, Cukup tahan terhadap
kimia,Tahan benturan,Memiliki daya lentur yang baik,Tahan ultraviolet
Aplikasi: Panel-panel dekorasi dan bangunan, kubah, sistem lensa otomatis, ubin
berkilat, jendela, tirai, papan nama/tanda, pembalut dan perekat elastomer.
Kebanyakan plastik mempunyai karakteristik tertentu ketika terkena panas.
Karakteristik-karakteristik tersebut adalah mudah terbakar, warna dan sifat api,
ada dan tidak adanya asap, perilaku meleleh (misalnya menetes atau
membengkak), dan bau.
2.5
Polypropylene ( PP)
Polypropylene (PP) merupakan sebuah polimer termoplastik yang banyak
dipakai dalam industri plastik. Penggunaan yang luas dikarenakan sifat mampu
cetaknya yang baik, dan faktor penyusutan yang lebih kecil dibandingkan dengan
polyethylene (PE).[15] Perbandingan sifat meliputi, ketelitian dimensi, kekuatan,
kekerasan, berat jenis, ketahanan melar, ketahanan panas, ketahanan cuaca, dan
ketahanan retak, polypropylene (PP) memiliki sifat yang lebih baik dibandingkan
dengan high density polyethylene (HDPE) dan low density polyethylene (LDPE).
Berikut adalah material properties dari PP
Density (g/cm3)
: 0,90 - 0,91
Modulus ofelasticity(GPa) : 1,14 - 1,55
Tensile strength (MPa)
: 31,0 - 41,4
Conductivity (W/mK)
: 0,12
Elongation (%)
: 100 - 600
Melting temperature (oC) : 165
Gambar 2.4 Polyprophylene
Universitas Sumatera Utara
10
2.6
Palm oil flyash (POFA)
Abu (fly ash) cangkang kelapa sawit adalah limbah padat yang berasal dari
pembakaran cangkang kelapa sawit yang di pergunakan sebagai bahan bakar
boiler untuk menghasilkan uap pada proses penggilingan minyak sawit Abu
cangkang kelapa sawit ini memiliki kandungan utama Silikon Oksida ( SIO2)
yang memiliki sifat reaktif dan pozzolanik bagus yang bisa bereaksi menjadi
bahan yang keras dan kaku. Abu cangkang sawit ini merupakan bentuk partikel
halus sangat cocok di jadikan bahan komposit.[3] POFA merupakan salah satu
hasil pembakaran tandanan kosong kelapa sawit dimana POFA merupakan limbah
dari industry yang tidak mengandung toksik bagi tanah dan organisme. Selain itu
POFA dapat menambah kandungan unsur hara dalam tanah yang memperbaiki
kualitas tanah dasar kolam perikanan. Kemampuan POFA sebagai bahan dan zat
yang dapat digunakan untuk memperbaiki sifat fisik dan kimia tanah karena
keunggulan sifat kimiawinya yang kaya akan unsur hara.[1]
Gambar 2.5 Proses POFA[3]
Sifat Fisik
Sifat-sifat abu ditentukan oleh komposisi dan sifat-sifat mineral-mineral
pengotor dalam cangkang kelapa sawit serta proses pembakarannya. Dalam proses
pembakaran cangkang kelapa sawit, titik leleh abu cangkang dan fiber lebih tinggi
daripada temperatur pembakarannya. Kondisi ini menghasilkan abu yang
Universitas Sumatera Utara
11
memiliki tekstur butiran yang sangat halus. Abu terbang (fly ash) cangkang dan
fiber kelapa sawit terdiri dari butiran halus berbentuk bola padat atau berongga,
abu ini berwarna abu-abu keputihan .[14]
Sifat Kimia
Sifat kimia dari abu terbang cangkang dan fiber kelapa sawit dipengaruhi
oleh yang dibakar, teknik penyimpanan serta penanganannya. Hasil pembakaran
ini memiliki kandungan silika (SiO2), alumina (Al2O3) dan besi oksida
(Fe2O3).[14]
Tabel 2.1 Kimia Properties POFA
Chemical Consituents
Silicon Dioxide (SiO2)
Aluminium Oxide (Al2O3)
Ferric Oxide (Fe2O3)
Calsium Oxide (CaO)
Magnesium Oxide (MgO)
Sodium Oxide (Na2O)
Potasium Oxide (K2O)
Sulfur Oxide (SO2)
Loss On ignition (LOI)
(Abdullah, K dan Hussin,M, 2010)
(%)
55.20
4.48
5.44
4.12
2.25
0.1
2.28
2.25
13.86
Gambar 2.6 POFA
2.7
Gelombang
Gelombang adalah getaran yang merambat. Gelombang terjadi karena
adanya sumber getaran. Pada perambatanya gelombang merambatkan energi
gelombang, sedangakan perantaranya tidak ikut merambat [9]
Universitas Sumatera Utara
12
2.7.1
Macam-macam gelombang
Menurut zat perantaranya :
1. Gelombang mekanik :gelombang yang perambatanya memerlukan medium,
contoh :gelombang air dan gelombang bunyi.
2. Gelombang elektrik : gelombang yang dalam perambatanya tidak memerlukan
medium.contoh gelombang radio dan gelombang cahaya
menurut arah rambat dan arah getarannya:
1.
Gelombang transversal
adalah gelombang yang arah rambatanya tegak lurus terhadap arah
getaranya. Gelombang transversal berbentuk bukit gelombang dan lembah
gelombang yang merambat. Contoh gelombang pada tali, permukaan air dan
gelombang cahaya.
Gambar gelombang transversal :
Gambar 2.7 Gelombang transversal[9]
Panjang gelombang adalah panjang suatu gelombang yang terdiri dari satu
bukit dan satu lembah gelombang.panjang gelombang di lambangkan dengan
lamda ( λ ) dan satuanya adalah meter
2.
Gelombang longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar
dengan arah rambatnya. Gelombang longitudinal berbentuk rapatan dan
renggangan. Contohnya gelombang bunyi.
Gambar gelombang longitudinal :
Gambar 2.8 Gelombang longitudinal[9]
Universitas Sumatera Utara
13
Panjang gelombang longitudinal adalah panjang satu gelombang yang
terdiri dari satu rapatan dan satu renggangan.
•
Periode gelombang (T)
Yaitu waktu yang di prlukan untuk menempuh satu gelombang,satuanya
adalah sekon (s)
•
Frekuensi gelombang((f)
Yaitu jumlah gelombang yang terbentuk dalam satu detik,satuanya adalah
Hz (hertz)
•
Cepatrambat gelombang (v)
Yaitu jarak yang di tempuh gelombang dalam waktu satu detik ,satuanya
adalah meter/detik (m/s)
•
Hubungan antara pajang gelombang,periode,frekuensi, dan cepat rambat
gelomabang.
Rumus dasar gelombang adalah:
λ = vT Dan f = 1/T maka v= λ f.......................................(2.1)
dimana:
v = cepat rambat gelombang (m/s)
λ = panjang gelombang (m)
T = periode (s)
f
= frekuensi (Hz)
Menurut amplitudo dan fasenya :
1. Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya sama di
setiap titik yang dilalui gelombng.
2. Gelombng diam (stasioner) adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya
berubah (tidak sama) di setiap titik yang dilalui gelombang.
Menurut medium perantaranya :
1. Gelombang mekanik adalah gelombang yang didalam perambatannya
Universitas Sumatera Utara
14
memerlukan medium perantara. Hampir semua gelombang merupakan gelombang
mekanik.
2. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang didalam perambatannya
tidak memerlukan medium perantara. Contoh : sinar gamma (γ), sinar X, sinar
ultra violet, cahaya tampak, infra merah, gelombang radar, gelombang TV,
gelombang radio.
2.8
Bunyi
Suara atau bunyi didefinisikan sebagai serangkain gelombang yang
merambat dari suara sumber getar sebagai akibat perubahan kerapatan dan juga
tekanan udara atau perubahan tekanan yang dapat dideteksi oleh telinga.
Gelombang suara pada fluida kebanyakan dihasilkan melalui permukaan zat padat
yang bergetar di dalam fluida tersebut. Satuan desibel menunjukkan tingkat
tekanan suara [12].
Bunyi mempunyai dua definisi, yaitu:
1. Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam
medium elastik seperti udara. Definisi ini dikenal sebagai bunyi objektif.
2. Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan
penyimpangan fisis yang digambarkan pada bagian atas. Hal ini disebut
sebagai bunyi subjektif [5].
Secara singkat bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang
merambat secara perapatan dan perenggangan terbentuk oleh partikel zat
perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran.Rambatan
gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan partikelpartikel udara yang bergerak ke luar, yaitu karena penyimpangan tekanan.Hal
serupa juga terjadi pada penyebaran gelombang air pada permukaan suatu kolam
dari titik dimana batu dijatuhkan.Gelombang bunyi adalah gelombang yang
dirambatkan sebagai gelombang mekanik longitudinal yang dapat menjalar dalam
medium padat, cair dan gas. Gelombang bunyi ini merupakan getaran (vibrasi)
molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama lain namun demikian zat
tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi
bahkan tidak pernah terjadi perpindahan partikel.
Universitas Sumatera Utara
15
2.8.1
Syarat bunyi
Syarat terjadinya bunyi adalah :
1. ada benda yang bergetar (sumber bunyi)
2. ada medium yang merambatkan bunyi, dan
3. ada penerima yang berada di dalam jangkauan sumber bunyi
Bunyi memiliki cepat rambat yang terbatas. Bunyi memerlukan waktu
untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Cepat rambat bunyi sebenarnya
tidak terlampau besar. Cepat rambat bunyi jauh lebih kecil dibandingkan denga
cepat rambat cahaya. Bahkan sekarang orang telah mampu membuat pesawat
yang dapat terbang beberapa kali daripada cepat rambat bunyi. Cepat rambat
bunyi sering dirumuskan sebagai berikut:
���
c=�
�
.................................................. (2.2)
atau dalam bentuk yang sederhana dapat ditulis :
c = 20,04√�............................................(2.3)
Keterangan :
c = Cepat rambat bunyi (m/s)
γ = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1,41)
Pa = Tekanan atmosfir (Pa)
ρ = Kerapatan (Kg/m3)
T = Suhu (K)
Bunyi merupakan gelombang maka bunyi mempunyai cepat rambat yang
dipengaruhi oleh 2 faktor yaitu :
1. Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan
partikel medium maka semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi
merambat paling cepat pada zat padat.
2.
Suhu medium, semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat
bunyi merambat. Hubungan ini dapat dirumuskan kedalam persamaan
Universitas Sumatera Utara
16
matematis (v = v0 + 0,6 t) dimana v0 adalah cepat rambat pada suhu nol
derajat dan t adalah suhu medium [5].
2.8.2
Sifat bunyi
Sifat sifat bunyi diantaranya adalah :
1. Merupakan gelombang longitudinal
2. Tidak bisa merambat pada ruang hampa
3. Kecepatan rambatnya dipengaruhi oleh kerapatan medium perambatannya
(padat, cair, gas). Paling cepat pada medium yang kerapatannya tinggi.
4. Dapat mengalami resonansi dan pemantulan.
Bunyi dapat mengalami resonansi. resonansi adalah peristiwa ikut
bergetarnya suatu benda akibat getaran benda lain, karena frekuensinya sama.
Bunyi dapat mengalami pemantulan, proses pemantulan bunyi dimanfaatkan
pada:
1. Penentuan cepat rambat bunyi
2. Pendeteksian cacat dan retak pada pipa logam
3. Survei geofisika
4. Pengukuran ketebalan pelat logam
5. Pengukuran kedalaman tempat.
2.8.3
Jenis bunyi
Jenis jenis bunyi diantara adalah :
1. Bunyi infrasonik: yaitu bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz, dan dapat
didengar oleh anjing, jangkrik, angsa, dan kuda.
2. Bunyi audiosonik, yaitu bunyi yang frekuensinya berada antra 20 Hz-20.000
Hz dan dapat didengar manusia.
3. Bunyi untrasonik, yaitu bunyi yang frekuensinya lebih dari 20.000 Hz, dapat
didengar oleh kelelawar dan lumba-lumba.
4. Nada, yaitu bunyi yang frekuensinya beraturan.
5. Desah, yaitu bunyi yang frekuensinya tidak teratur.
Universitas Sumatera Utara
17
6. Gaung atau kerdam, yaitu bunyi pantul yang sebagian datang bersamaan
dengan bunyi asli, sehingga menggangu bunyi asli.
7. Gema yaitu, bunyi pantul yang datang setelah bunyi asli, sehingga memperkuat
bunyi asli.
2.9
Kebisingan
Kebisingan atau noise adalah bunyi atau suara yang tidak dikehendaki dan
dapat mengganggu kesehatan dan kenyamanan lingkungan yang dinyatakan dalam
satuan decibel (dB). Kebisingan umumnya di sebabkan oleh kenaikan tekanan
bunyi. Kebisingan dapat di rasakan apabila bunyi mempunyai tekanan diatas 60
dB. Seiring berkembangnya waktu, kebanyakan dari mesin produksi, mesin–
mesin transportasi, dan segala sesuatu yang dapat meningkatkan taraf hidup
manusia selalu berdampingan dengan masalah kebisingan.Kebisingan dapat
merambat melalui banyak jalur yang disebut sebagai path of noise .[4]
Kebisingan (Noise) dapat dikelompokkan dalam dua jenis berdasarkan
adanya hubungan noise dengan sinyal, yaitu:
1.
Correlated noise: Hubungan antara sinyal dan noise masuk dalam kategori
ini. Karena itu, correlated noise hanya muncul saat ada sinyal.
2.
Uncorrelated noise: Noise yang dapat muncul kapanpun, saat terdapat sinyal
maupun tidak ada sinyal. Uncorrelated noise muncul tanpa memperhatikan
adanya sinyal atau tidak. Noise dalam kategori ini dapat dibagi lagi menjadi dua
kategori umum, yaitu :
a. Eksternal Noise: Adalah noise yang dihasilkan dari luar alat atau sirkuit.
Noise tidak disebabkan oleh komponen dalam sistem komunikasi.
Ada 3 sumber utama noise eksternal:
1. Atmospheric
noise:
Gangguan
elektris
yang
terjadi
secara
alami,disebabkan oleh hal – hal yang berkaitan dengan atmosfer. Noise
atmosfer biasanya disebut juga static electricity. Noise jenis ini bersumber
dari kondisi elektris yang bersifat alami, seperti kilat dan halilintar. Static
electricity berbentuk impuls yang menyebar ke dalam energi sepanjang
lebar frekuensi
2. Ekstraterrestrial noise: Noise ini terdiri dari sinyal elektris
yang
dihasilkan dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deep-space
Universitas Sumatera Utara
18
noise. Noise ekstra terrestrial bisa disebabkan oleh Milky Way, galaksi
yang lain, dan matahari. Noise ini dibagi menjadi 2 kategori, yaitu solar
dan cosmic noise:
•
Solar noise: Solar noise dihasilkan langsung dari panas matahari. Ada dua
bagian solar noise, yaitu saat kondisi dimana intensitas radiasi konstan dan
tinggi, gangguan muncul karena aktivitas sun-spot dan solar flare-ups.
Besar gangguan yang jarang terjadi ini (bersifat sporadis) bergantung pada
aktivitas sun spot mengikuti pola perputaran yang berulang setiap 11
tahun.
•
Cosmic noise: Cosmic noise didistribusikan secara continue disepanjang
galaksi. Intensitas noise cenderung kecil karena sumber noise galaksi
terletak lebih jauh dari matahari. Cosmic noise sering juga disebut blackbody noise dan didistribusikan secara merata di seluruh angkasa.
3.
Man-made noise: Secara sederhana diartikan sebagai noise yang dihasilkan
manusia. Sumber utama dari noise ini adalah mekanisme spark-producing,
seperti komutator dalam motor elektrik, sistem pembakaran bermotor,
alternator, dan aktivitas peralihan alat oleh manusia. Misalnya, setiap saat
di rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan lampu melalui
saklar, otomatis arus listrik dapat tiba-tiba muncul atau terhenti. Tegangan
dan arus listrik berubah secara mendadak, perubahan ini memuat lebar
frekuensi yang cukup besar. Beberapa frekuensi itu memancar/menyebar
dari saklar atau listrik rumah, yang bertindak sebagai miniatur penghantar
dan antenna. Noise karena aktivitas manusia ini disebut juga impulse noise,
karena bersumber dari aktivitas on/off yang bersifat mendadak. Spektrum
noise cenderung besar dan lebar frekuensi bisa sampai 10 MHz. Noise
jenis ini lebih sering terjadi pada daerah metropolitan dan area industri
yang padat penduduknya, karena itu disebut juga industrial noise.
b. Internal Noise: Internal noise juga menjadi faktor yang penting dalam sistem
komunikasi Internal noise adalah gangguan elektris yang dihasilkan alat atau
sirkuit. Noise muncul berasal dari komponen alat dalam sistem komunikasi
bersangkutan. Ada 3 jenis utama noise yang dihasilkan secara internal, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
19
1. Thermal
noise:
perpindahan elektron
Thermal
noise
berhubungan
dengan
yang cepat dan acak dalam alat konduktor
akibat digitasi thermal. Perpindahan yang bersifat random ini pertama
kali ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan, Robert Brown yang
mengamati perpindahan partikel
dalam penyerbukan biji padi.
Perpindahan random elektron pertama kali dikenal tahun 1927 oleh
JB.Johnson di Bell Telephone Laboratories. Johnson membuktikan
bahwa kekuatan thermal noise proporsional dengan bandwidth dan
temperatur absolut.
N = KTB…………………………………(2.4)
Dimana:
N= kekuatannoise(noisepower)
K = Boltzmann’s proportionality constant (1.38 × 10-23 j/k)
T = Temperatur absolute
B = bandwidth
2. Shot noise: noise jenis ini muncul karena penyampaian sinyal yang
tidak beraturan pada keluaran (output) alat elektronik yang digunakan,
seperti pada transisto elektronik, jumlah partikel yang terbatas
menghasilkan fluktuasi konduktor. Shot noise juga bisa terjadi pada
alat optik, akibat keterbatasan foton pada alat optik. Pada shot noise,
penyampaian sinyal tidak bergerak secara kontinu dan beraturan, tapi
bergerak berdasarkan garis edar yang acak. Karena itu, gangguan yang
dihasilkan acak dan berlapis pada sinyal yang ada. Ketika shot noise
semakin kuat, suara yang ditimbulkan noise ini mirip dengan butir
logam yang jatuh di atas genteng timah. Shot noise tidak berlaku pada
kawat logam, karena hubungan antar elektron pada kawat logam dapat
menghilangkan fluktuasi acak. Shot noise disebut juga transistor noise
dan saling melengkapi dengan thermalnoise. Penelitian shot noise
pertama kali dilakukan pada kutub positif dan kutub negative tabung
pesawat vakum (vacuum-tube amplifier) dan dideskripsikan secara
matematis oleh W. Schottky tahun 1918.
Universitas Sumatera Utara
20
3. Transit-time noise: Arus sinyal yang dibawa melintasi sistem masukan
dan keluaran pada alat elektronik, (misalnya dari penyampai ( emitter)
ke pengumpul (collector) pada transistor menghasilkan noise yang
tidak beraturan dan bervariasi. Inilah yang disebut dengan transit-time
noise. Transit- time noise terjadi pada frekuensi tinggi ketika sinyal
bergerak melintasi semikonduktor dan membutuhkan waktu yang
cukup banyak untuk satu perputaran sinyal. Transit time noise pada
transistor ditentukan oleh mobilitasdata yang dibawa, bias tegangan,
dan konstruksi
transistor. Jika perjalanan data tertunda dengan
frekuensi yang tinggi saat perlintasan semikonduktor, noise akan lebih
banyak dibandingkan dengan sinyal aslinya.[7]
2.9.1
Parameter kebisingan
Kebisingan memiliki banyak parameter yang bisa dijadikan sebagai acuan
dalam menentukan skala kebisingan tersebut sebagaimana banyaknya parameter
untuk menentukan bunyi. Namun, parameter yang sering dijadikan acuan dalam
mengukur suatu kebisingan untuk mempersempit pembahasan biasanya di
tentukan oleh parameter berikut:
a. Frekuensi
Gelombang gerak sendiri memiliki banyak kriteria yang dapat dijabarkan
secara terperinci diantaranya adalah frekuensi.Frekuensi didefinisikan sebagai
jumlah getaran ataupun gerakan yang terjadi dalam satu satuan waktu. frekuensi
ditentukan dalam satuan yang disebut Hertz (Hz). Satu Hertz sama dengan satu
siklus perdetik. Frekuensi yang dapat didengar oleh Manusia berkisar 20 sampai
20.000 Hz dan jangkauan frekuensi ini dapat mengalami penurunan pada batas
atas rentang frekuensi sejalan dengan bertambahnya umur manusia. Jangkauan
frekuensi audio manusia akan berbeda jika umur manusia juga berbeda. Frekuensi
bunyi dapat didefinisikan sebagai jumlah periode siklus kompresi dan regangan
yang muncul dalam satu satuan waktu.[8] Frekuensi dapat di modelkan dengan
persamaan (2.1)
Universitas Sumatera Utara
21
b. Panjang gelombang
Panjang gelombang ( � ) dari gelombang suara merupakan parameter yang
sangat penting didalam mencari tau pola dari gelombang suara.jika dilihat dari
gambaran gelombang, maka panjang gelombang adalah jarak antara dua
puncak gelombang. Panjang gelombang dapat didefenisikan sebagai berikut:
c
λ = ................................................ ..(2.5)
f
Dimana :
λ = Panjang gelombang
c = cepat rambat bunyi
f = Frekuensi
2.9.2 Tingkat Kebisingan
Untuk mempermudah penentuan nilai kebisingan, maka ada metode yang
digunakan dengan menggunakan skala level atau tingkat kebisingan suara dalam
satuan decibel (dB) yang dibagi menjadi dua kategori yakni sound pressure level
dan sound power level.
a. Sound Pressure Level (SPL)
Hampir setiap pemikiran umum mendefinisikan kata decibel (dB) dengan
mengaitkan terhadap sound pressure level. Hal seperti ini telah menjadi suatu
kesimpulan tersendiri bahwa apabila berbicara tentang skala decibel berarti
merupakan suatu hasil perhitungan dari sound pressure level.
Secara matematis sound pressure level dapat di rumuskan sebagai berikut:
�2
SPL = Lp = 10 log ��(��� )2 �
�
Dimana :
= 20 log �(��� )
…………......... (2.6)
P = tekanan yang terjadi (Prms ) untuk aliran fluida
P(ref) = tekanan pada air borne = 2 x 10-5 N/m2
Dan berikut ini adalah nilai SPL yang terjadi pada berbagai sumber bunyi yang
akan ditampilkan pada tabel 2.2 dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
22
Tabel 2.2 SPL Berdasarkan Sumbernya
Sound
No
Sound Sources(Noise)
Pressure
Examples with Distance
Level Lp dB
SPL
1.
Jet aircraft, 50 m away
140
2
Threshold of pain
130
3
Threshold of discomfort
120
4
Chainsaw, 1 m distance
110
5
Disco, 1 m from speaker
100
6
Diesel truck, 10 m away
90
7
Kerbside of busy road, 5m
80
8
Vacuum cleaner, distance 1 m
70
9
Conversational speech, 1 m
60
10
Average home
50
11
Quite library
40
12
Quite bedroom at night
30
13
Background in TV studio
20
14
Rustling leaves in the distance
10
15
Threshold of hearing
0
Sumber : Cook, K., & Samuel, 2014
b.
Sound Power level
Sound power level dapat di rumuskan sebagai berikut :
�
Dimana :
Lw = 10 log10 �
(db) ……………….............(2.7)
���
W
= Sound Power
Wreff = sound power referensi dengan standar 10-12 watt
Universitas Sumatera Utara
23
2.9.3
Penyerapan Daya Bunyi dalam Tabung (Transmission Loss)
Penyerapan atau kehilangan daya bunyi adalah besar energi bunyi yang
hilang dalam tabung[4]. Nilai penyerapan ini dsat dicari dengan persamaan :
Dimana:
TL=10 ���10 [1+0.25(
��
��
−
�� 2
2���
) ���2 �
�].........(2.8)
��
λ
TL= Transmision Loss
Se= Luas daerah masuk atau keluar
Sc= Luas Daerah Knalpot
Lc=panjang knalpot
a = d knalpot terpanjang
b = d knalpot terpanjang
λ = panjang gelombang
2.9.3.
Koefisien Absorsi
Koefisien absorbsi bunyi didefinisikan perbandingan antara energi yang
diserap dengan energi yang datang pada permukaan material. Besarnya
kemampuan suatu material dalam menyerap bunyi digunakan parameter koefisien
diadsorbsi (α). Koefisien absorbsi bunyi berdasarkan arah datangnya gelombang
bunyi dibedakan menjadi dua, yaitu koefisien normal (αn) untuk bunyi yang
datangnya tegak lurus dan koefisien acak atau sabin (αs) untuk bunyi yang
datangnya dari berbagai arah.
Koefisien absorbsi (α) =
������� �����
����� ���� �����������
Universitas Sumatera Utara