Studi Eksperimental Kebisingan Menggunakan Metode Kendali Kebisingan Aktif Pada Knalpot Supra X 125D
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Proses Interferensi Gelombang Bunyi
Suara atau Bunyi adalah sensasi yang dapat kita dengarkan. Secara ilmiah
suara atau bunyi adalah gelombang mekanik yang dalam perambatannya arahnya
sejajar dengan arah getarnya (gelombang longitudinal). Kata bunyi mempunyai
dua definisi: (1) Secara fisis, bunyi berarti penyimpangan tekanan, pergeseran
partikel dalam medium elastik seperti udara bersifat bunyi obyektif. (2) Secara
fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan penyimpangan fisis
yang digambarkan bersifat subyektif sedangkan ( noise) dapat diartikan sebagai
bunyi yaang tidak diinginkan. Gelombang bunyi menyebabkan perubahan tekanan
pada medium yang dilewatinya seperti ditunjukan pada gambar (2.1)
Gambar 2.1 Garpu tala yang dipukul menghasilkan perubahan tekanan Udara
karena getarannya dan menghasilkan bunyi [5]
Berdasarkan Gambar (2.1), persamaan perubahan gelombang bunyi dapat
dituliskan:
Px = P sin(kx − ωt)..................................(2.1)
Dengan
Px = Perubahan dari tekanan standar
P = Amplitudo Tekanan
K = 2π/λ dengan λ adalah panjang gelombang
ω = 2πf = kecepatan sudu
Universitas Sumatera Utara
Ada dua besaran yang biasanya diperoleh dalam bunyi yaitu frekuensi dan
amplitudo. Frekuensi adalah jumlah variasi tekanan per detik yang dinyatakan
dalam satuan Hertz ( Hz), sedangkan amplitudo adalah besaran yang menunjukan
kuat lemahnya bunyi[5].
Kuat dan lemah suatu bunyi dapat ditunjukan dengan beberapa parameter
yang intensitas bunyi (sound intensity), tekanan bunyi (sound pressure), arah
tekanan bunyi (sound pressure level/ SPL) dan kekerasan bunyi (loudness).
Intensitas bunyi adalah waktu rata – rata aliran energi bunyi per satuan luas
dengan arah tegak lurus terhadap bidang yang dinyatakan dalam satuan
Wm−2 .
Kemudian yang dimaksud tekanan bunyi adalah perbedaan yang
dinyatakan tekanan dalam satuan bunyi dengan tekanan atmosfir pada titik
tersebut yang dinyatakan dalam satuan tekanan bunyi. Satuan tekanan bunyi
dinyatakan dalam decibel (dB) [6].
2.1.1 Syarat Terjadinya Suatu Bunyi / Suara
a
Ada sumber bunyi ( benda yang bergetar )
b
Ada medium yang digunakan untuk merambat.
c
Ada penerima atau pendengar di dalam jangkauan sumber bunyi.
2.1.2 Sumber Bunyi
Bunyi merupakan salah satu bentuk energi yang dapat didengar.
Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. Semua getaran benda yang
dapat menghasilkan bunyi disebut sumber bunyi. Salah satu contoh
sumber bunyi/suara yaitu suara mesin (contoh mesin kendaraan bermotor,
mesin diesel), benturan antar benda, suara manusia dan lain sebagainya.
2.1.3 Perambatan Bunyi
Bunyi dapat merambat melalui medium. Gelombang – gelombang
bunyi jika tidak diiringi akan menyebar di dalam semua arah dari semua
sumber. Sebagai contoh , getaran pengeras suara menghasilkan gelombang
Universitas Sumatera Utara
bunyi di udara. Getaran – getaran pengeras suara menghasilkan variasi
tekanan pada udara. Gelombang bunyi di udara secara normal getaran dari
udara yang memaksa gendang telinga kita untuk bergetar. Akan tetapi,
gelombang bunyi juga dapat menjalar ke bahan – bahan lainnya. Jelas
sekali bahwa bunyi tidak dapat berpindah tanpa adanya bahan atau
medium perantara. Bunyi memerlukan waktu untuk merambat dari suatu
tempat ke tempat lain. Kecepatan bunyi pada setiap bahan berbeda –
beda[6].
.
2.2. Pengertian Kebisingan
Kebisingan atau yang biasa disebut noise adalah suatu sinyal gangguan
yang bersifat akustik (suara), elektris, maupun elektronis yang hadir dalam suatu
sistem (rangkaian listrik/elektronika) dalam bentuk gangguan yang bukan
merupakan sinyal yang diinginkan. Bunyi dinilai sebagai bising sangatlah relatif
sekali, suatu contoh misalnya : bunyi mesin – mesin di pabrik merupakan hal yang
biasa bagi operatornya, tetapi tidak demikian pada orang – orang lain
disekitarnya. Itu adalah suara yang tidak diinginkan, suara itu adalah kebisingan.
Tetapi hampir semua mesin – mesin yang dihasilkan, baik itu untuk industri
maupun pada kendaraan bermotor selalu disertai kebisingan. Sumber bising
intrinsc yang muncul dari fluktuasi acak di dalam suatu sistem fisik seperti
thermal dan shot noise[7].
2.2.1 Sumber – sumber kebisingan
Secara garis besar sumber – sumber kebisingan dapat dibagi atas
tiga yaitu:
1.
Air Bone
2.
Solid Borne / Structur Borne
3.
Fluid Borne
Air borne merupakan penyebab kebisingan akibat fenomena
turbulen, shock dan pulsasi di dalam media udara atau gas. Solid borne /
structure borne adalah fenomena kebisingan yang terjadi pada benda solid
akibat dari impak, medan magnet lainnya. Sedangkan fluid borne adalah
Universitas Sumatera Utara
kebisingan pada fluida yang disebabkan oleh gejala – gejala turbulen,
kavitasi dan pulsasi.
Pada sistem teknik mesin, gejala – gejala penyebab kebisingan
yang sering terjadi dapat digolongkan atas tiga yaitu :
1.
Mechanical Noise : Kebisingan akibat fenomena mekanikal,
antara lain roda gigi, impeller, fan ataupun sistem yang terkena
beban luar.
2.
Electro Noise : Kebisingan akibat fenomena elektro, antara lain
trafo, generator dan lainnya.
3.
Hydro Noise : Kebisingan akibat fenomena hydro, antara lain
aliran turbulen instalasi pipa dan lainnya.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2. 1 Spektrum Kebisingan Akustik[8]
Wilayah
Kebisingan
Lp
decibels
N/m2
Kerusakan
Fisik
Rasa sakit
pada telinga
Daerah
Gangguan
Tekanan Bunyi
N/��
Tipikal Situasi
Atm
lb/in2
200 yd dari peluncuran
misil
200
2 X 105
2.03
29.4
180
2 X 104
2.03 X 10−1
29.4
160
2 X 102
2.03 X 10−2
29.4 X 10−1
140
2 X 102
2.03 X 10−3
29.4 X 10−2
Ambang batas rasa
sakit,peluncuran pesawat
jet
120
20
2.03 X 10−4
29.4 X 10−3
Guntur
100
2
2.03 X 10−5
29.4 X 10−4
80
2 X 10−1
2.03 X 10−6
29.4 X 10−5
60
2 X 10−2
2.03 X 10−7
29.4 X 10−6
40
2 X 10−3
2.03 X 10−8
29.4 X 10−7
20
2 X 10−4
2.03 X 10−9
29.4 X 10−8
0
2 X 10−5
2.03 X 10−10
29.4 X 10−9
Ketulian instan
Ambang batas kerusakan
fisik
Pabrik mesin berat
Pabrik umumnya
Pabrik kecil
Percakapan,perumahan
Bisikan dan gesekan
daun
Ambang batas
pendengaran
2.2.2Parameter Kebisingan
Noise atau 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
Universitas Sumatera Utara
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 dapat di modelkan dengan
persamamaan berikut:
F = 1/ T............................................(2.2)
b. Panjang gelombang
Panjang gelombang
(λ) dari gelombang suara merupakan
parameter yang sangat penting didalam mencari tahu pola dari
gelombang suara. Jika dilihat dari gambaran gelombang, maka panjang
gelombang adalah jarak antara dua puncak gelombang. Panjang
gelombang dapat dirumuskan sebagai:
�
λ = ...................................................(2.3)
�
c. Jumlah gelombang
Jumlah gelombang merupakan banyaknya gelombang suara yang
terjadi selama perambatan gelombang. Dirumuskan sebagai berikut:
k=
d. Sound Pressure
2�
�
=
2�
�
.....................................(2.4)
Parameter yang dijadikan sebagai bagian dari gelombang suara
adalah Sound Pressure dan Sound Power.Sound pressure merupakan
fluktuasi dari tekanan udara, ketika suatu sumber bunyi menghasilkan
bunyi, maka bunyi tersebut akan merambat melalui medium udara
yang ada disekitarnya. Ketika terjadi perambatan, maka terjadi
perubahan tekanan atmosfer beberapa saat. Sesuatu yang merupakan
Universitas Sumatera Utara
perubahan tekanan udara sebagai indikasi dari adanya perambatan
bunyi inilah yang disebut sound pressure.
2.2.3 Jenis - jenis Noise
Noise dapat dikelompokan dalam dua jenis 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 :
1
Eksternal Noise: Adalah noise yang dihasilkan dari luar alat atau
sirkuit. Noise tidak disebabkan oleh komponen alat dalam sistem
komunikasi tersebut. Ada 3 sumber utama Noise eksternal:
a. Atmospheric noise: Gangguan elektris yang terjadi secara alami,
disebabkan oleh hal – hal yang berkaitan dengan atmosfer bumi.
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.
b. Ekstraterrestrial noise: Noise ini terdiri dari sinyal elektris yang
dihasilkan dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deepspace noise. Noise ekstraterrestrial bisa disebabkan oleh Milky
Way, galaksi yang lain, dan matahari. Noise ini dibagi menjadi 2
kategori, yaitu solar dan cosmic noise:
1. 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)
Universitas Sumatera Utara
bergantung pada aktivitas sun spot mengikuti pola
perputaran yang berulang setiap 11 tahun.
2. Cosmic noise: Cosmic noise didistribusikan secara kontinu
di sepanjang galaksi. Intensitas noise cenderung kecil
karena sumber noise galaksi terletak lebih jauh dari
matahari. Cosmic noise sering juga disebut black-body
noise dan didistribusikan secara merata di seluruh angkasa.
c. 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
pembakarankendaraan
bermotor,
alternator,
dan
aktivitas
peralihan alat oleh manusia (switching equipment). Misalnya,
setiap saat di rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan
lampu melalui saklar, otomatis aruslistrik 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
antena.
Noise karena aktivitas manusia ini disebut juga impulse noise,
karena bersumber dari aktivitas on/of 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.
2. 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:
a. Thermal noise: Thermal noise berhubungan dengan perpindahan
elektron yang cepat dan acak dalam alat konduktor akibat
Universitas Sumatera Utara
digitasithermal. Perpindahan yang bersifat random ini pertama kali
ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan, Robert Brown, yang
mengamati perpindahan partikel alami dalam penyerbukan biji
padi. Perpindahan random elektron pertama kali dikenal tahun
1927 oleh JB. Johnson di Bell Telephone Laboratories.
Secara matematis, kekuatan noise adalah:
N = K. T. B................................................(2.5)
N= Kekuatan noise (dB)
K = Boltzmann’s proportionality constant (1.38 × 10-23 J/K)
T = Temperatur absolute (K)
B = Band width (mm)
b. Shot noise: noise jenis ini muncul karena penyampaian sinyal yang
tidak beraturan pada keluaran (output) alat elektronik yang
digunakan, seperti pada transistor dua kutub. Pada alat elektronik,
jumlah partikel pembawa energi (elektron)
yang terbatas
menghasilkan fluktuasi pada arus elektrik 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. Penelitian shot noise pertama kali dilakukan pada
kutub positif dan kutub negatif tabung pesawat vakum (vacuumtube amplifier).
c. 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
Universitas Sumatera Utara
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[8].
2.3 Efek Noise
Bising dapat menyebabkan berbagai gangguan seperti gangguan
komunikasi, fisiologis, gangguan pada pendengaran. ancaman bahaya
keselamatan lingkungan kerja, menurunya performa kerja, stres dan
kelelahan.
2.3.1 Efek Noise terhadap sistem Komunikasi
Bising dapat memberikan efek gangguan pada sistem komunikasi
dalam 3 area:
1. Bising menyebabkan pendengar tidak mengerti dengan sinyal asli yang
disampaikan atau bahkan tidak mengerti dengan seluruh sinyal.
2. Bising dapat menyebabkan kegagalan dalam sistem penerimaan sinyal.
3. Bising juga mengakibatkan sistem yang tidak efisien[9].
2.3.2 Efek Noise terhadap fisiologis
Pada umumnya, bising bernada tinggi sangat mengganggu,
apalagi bila terputus-putus atau yang datangnya tiba-tiba. Gangguan
dapat berupa peningkatan tekanan darah, peningkatan nadi, konstriksi
pembuluh darah perifer terutama pada tangan dan kaki, serta dapat
menyebabkan pucat dan gangguan sensoris.
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Efek Noise Terhadap Pendengaran
Gambar 2.2 Konstruksi Telinga Manusia Dalam menangkap Bunyi[10]
Pada gambar 2.2 Menunjukan ilustrasi bagaimana telinga manusia
menangkap bunyi dari sumber suara, terlihat proses dari Eardum menuju
Cochlea yang berakhir pada Brain sebagai pengolah bunyi yang telah di
dengar.
Tingkat tekanan bunyi minimum yang mampu membangkitkan
sensasi pendengaran di telinga pengamat disebut 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 dimana rasa tidak nyaman menyebabkan rasa sakit
tertentu disebut ambang rasa sakit.
Macam-macam gangguan pendengaran (ketulian), dapat dibagi atas :
1.Tuli sementara
Diakibatkan pemaparan terhadap bising dengan intensitas
tinggi. Seseorang akan mengalami penurunan daya dengar yang
sifatnya sementara.
Universitas Sumatera Utara
2. Tuli Menetap
Diakibatkan waktu paparan yang lama (kronis) dan
pengaruhi faktor-faktor sebagai berikut :
a. Tingginya level suara
b. Spektrum suara
c. Kepekaan individu
d. Pengaruh obat-obatan, beberapa obat-obatan dapat memperberat
(pengaruh synergistik) ketulian apabila diberikan bersamaan
dengan kontak suara, misalnya quinine, aspirin, dan beberapa obat
lainnya.
e. Keadaan Kesehatan
3. Prebycusis
Penurunan dayadengar sebagai akibat pertambahan usia
merupakan gejala yang dialami hampir semua orang dan dikenal
dengan prebycusis (menurunnya daya dengar pada nada tinggi)[10].
2.4. Pengertian Active Noise Control(ANC)
Merupakan suatu teknologi yang berguna untuk menghilangkan
bisingsuara yang tidak diinginkan. Prinsip kerjanya adalah dengan menghasilkan
gelombangfrekuensi
yang berkekuatan
cukup
untuk
menetralkan
sinyal
gelombang frekuensi bising dari sumber suara. Lingkungan pekerjaan yang
menggunakan teknologi dengan prinsip mekanis, terutama di bidang perpabrikan,
penyiaran, dan transportasi, akan selalu terlibat dengan bising berfrekuensi tinggi.
Terkait dengan kesehatan dan keselamatan kerja, ANC berperan dalam meredam
bising tersebut sehingga lingkungan kerja (komersil) tidak menimbulkan
kerusakan, baik bagi manusia maupun objek lainnya. Dalam teknik peredaman
suara bertujuan untuk menghilangkan suara atau kebisingan yang tidak
diinginkan.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1 Teori dan Cara Kerja Pengendalian Kebisingan Aktif
Gelombang suara adalah rambatan energi dari suatu sumber yang
berosilasi, melalui proses rapat dan renggang molekul-molekul udara
atau medium penghantar gelombang suara sebagai akibat dari osilasi
sumber suara. Gelombang suara dapat berbentuk sinyal sinusoidal seperti
misalnya suara nada tunggal atau sinyal kompleks seperti misalnya
wicara atau bising. Pengendalian Bising Aktif (Active Noise Control)
adalah pengendalian sinyal bising dengan cara membangkitkan sinyal
bising yang sama (sinyal bising sekunder) tapi dengan fase yang berbeda
180 derajat dari sinyal bising yang hendak dikendalikan (sinyal bising
primer). Interferensi antara sinyal bising primer dan sekunder tersebut
menyebabkan terjadinya peristiwa saling menghapuskan atau kanselasi
(cancelation) antara keduanya sehingga diharapkan bising primer dapat
dihilangkan.
Peristiwa kanselasi tersebut sering tidak terjadi secara ideal
sehingga masih diperoleh residu sinyal bising walaupun dengan
amplitudo yang rendah. Metode kanselasi gelombang untuk pengendalian
bising aktif dipengaruhi oleh banyak hal, antara lain arah rambatan atau
fase gelombang primer dan sekunder, kandungan frekuensi dalam sinyal
bising primer, serta fluktuasi sinyal bising terhadap waktu. Gelombang
sinyal dari constructive akan direduksi menjadi gelombang sinyal
destructive seperti gambar 2.3 dibawah ini :
Gambar 2.3Constructive to destructive[11]
Universitas Sumatera Utara
Bardasarkan gambar 2.3 diatas speaker tersebut harus memiliki
tingkat kekuatan suara yang sama dengan sumber suara yang tidak
diinginkan. Selain cara tersebut, transduser yang menimbulkan sinyal
peredaman juga dapat diletakkan pada tempat dimana peredaman suara
diinginkan, seperti telinga pengguna. Hal ini memerlukan kekuatan
peredam yang lebih kecil, namun hanya efektif bagi satu pengguna saja.
Gambar 2.4 Noise bertemu dengan Anti Noise [11]
Cara kerja sistem kendali kebisingan aktif adalah dengan cara
menambahkan bunyi kebalikan yang tepat untuk mereduksi sinyal bising.
Pada gambar 2.4 Kita dapat melihat gelombang dengan amplitudo yang
awal kemudian kita berikan amplitudo yang berlawanan (berbeda fasa
180 ̊). Pada sisi lain gelombang dengan fasa berlawanan dan amplitudo
sama digabungkan maka akan dapat mereduksi sinyal noise.
Sistem kendali kebisingan aktif adalah suara melawan suara yaitu
dengan metode sinyal yang telah kita dapatkan harus kita cari anti
sinyalnya yaitu yang sama dengan sinyal awal tapi berlawanan fasa.
Berikut contoh sinyal tegak amplitudo rendah dengan kondisi tanpa
suara pada uraian Gambar 2.5 dibawah ini:
Gambar 2.5 Gelombang Tegak Low Amplitudo diam [12]
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Gelombang Tegak High Amplitudo[12]
Dari perbandingan gambar diatas 2.5 dan 2.6 dapat dilihat bahwa
amplitudo dalam keadaan diam dengan keadaan amplitudo rendah dan
tinggi. Terlihat pada amplitudo rendah tidak mempunyai bunyi untuk
amplitudo bunyi nyaring.
Gambar 2.7 Gelombang Tegak pada pergeseran fasa [12]
Pada Gambar 2.7 diatas diperlihatkan pergeseran fasa ynag
berfluktuasi terhadap waktu. dimana dengan pergeseran fasa tersebut akan
terjadi reduksi noise.
Gambar 2.8. Dua buah gelombang tegak dengan perbedaan fasa
180 ̊ saling meniadakan[12]
Universitas Sumatera Utara
Pada Gambar 2.8 diperlihatkan dua bunyi yang berbeda fasa 180 ̊
yang saling meniadakan yang akan menuju kuadran tidak ada bunyi sama
sekali.
Gambar 2.9 Sinyal sumber atau sinyal 1[12]
Pada Gambar 2.9 diperlihatkan sebuah sinyal bunyi sumber atau
sinyal 1 dalam suatu Sistem kendali kebisingan aktif. Dimana persamaan
yang ditunjukan adalah :
�1=A sin��...............................(2.6)
Gambar 2.10 Sinyal lawan atau sinyal 2 [12]
Pada Gambar 2.10 diperlihatkan sinyal lawan atau sinyal 2 dari
suatu sistem kendali kebisingan aktif.
Dimana persamaannya adalah :
�2= − A sin��..........................................(2.7)
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11 Aktif Sinyal[12]
Pada Gambar 2.11 adalah merupakan aktif sinyal , dimana sinyal 1
dan sinyal 2 tergabung dengan fasa yang berlawanan
180 ̊ dan sinyal
saling meniadakan.
Maka persamaan dari penggabungan Sinyal 1 dengan Sinyal 2 adalah :
������ ����� = �1 + �2....................................(2.8)
� ����� ����� = � sin �� = 0.............................(2.9)
2.5. Penjelasan Active Noise Control(ANC)
Bunyi adalah gelombang primer yang terdiri dari fase rapat dan renggang.
Sebuah speaker penghilang bising mengirim gelombang suara yang memiliki
amplitudo sama, namun dengan fase yang terbalik terhadap suara aslinya.
Gelombang bunyi ini bertemu dan membentuk sebuah gelombang baru dalam
proses interferensi, lalu saling meredam secara efektif. Efek peredaman ini
merupakan suatu fase tersendiri. Tergantung pada kondisi dan metode yang
digunakan, gelombang suara baru yang dihasilkan akan dapat berkekuatan sangat
lemah hingga tidak terdengar oleh telinga manusia.
Untuk meredam suara, sebuah speaker penghilang bising dapat diletakkan
berhadapan dengan sumber suara. Dalam kasus ini, speaker tersebut harus
memiliki tingkat kekuatan suara yang sama dengan sumber suara yang tidak
diinginkan.dua gelombang mempunyai fase berbeda 180 derajat, maka akan
saling meniadakan seperti gambar 2.4 dibawah ini :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Dua gelombang speaker saling meniadakan[13]
Dari gambar 2.12 diatas sumber suara speaker 1 dilawan dengan sumber
suara speaker 2 yang dilengkapi pembalik fase 180 derajat akan menghasilkan
gelombang nol (wave zero).
Selain cara tersebut, transduser yang menimbulkan sinyal peredaman juga
dapat diletakkan pada tempat dimana peredaman suara diinginkan, seperti telinga
pengguna. Hal ini memerlukan kekuatan peredam yang lebih kecil, namun hanya
efektif bagi satu pengguna saja. Penghilang bising pada tempat-tempat lainnya
menjadi lebih sulit karena gelombang yang bergerak ke berbagai arah dan sinyal
peredam dapat bergabung dan membuat gelombang interferensi yang malah
memperkuat ataupun merusak suara.
Kendali kebisingan aktif (Active Noise Control) modern dilakukan dengan
menggunakan komputer, yang menganalisa bentuk gelombang bising, lalu
menciptakan bentuk gelombang sinyal terbalik untuk menghilangkannya dengan
proses interferensi. Bentuk gelombang ini identik, memiliki amplitudo yang sama
persis dengan gelombang kebisingan aslinya, tetapi sinyalnya terbalik. Hal ini
menciptakan interferensi perusak yang mengurangi amplitudo bising yang
diterima. Berikut skema pengolahan sinyal gelombang kendali kebisingan aktif
dengan digital analog converter ( DAC): pada gambar 2.13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13. Skema pengolahan active noise control [13]
Gambar 2.13 diatas Menjelaskan tentang sistem kendali bising aktif
bekerja dengan menggunakan Analog Digital Converter dan Digital Analog
Converter. Metode aktif ini berbeda dengan penghilangan bising pasif yang tidak
menggunakan listrik, seperti, langit-langitperedam suara, atau knalpot mobil.
Metode pasif ini memiliki kekurangan pada sifatnya yang hampir menutupi dan
menghambat total semua aliran udara dan suara.Keuntungan metode kontrol
kebisingan aktif dibandingkan pasif adalah :
•
•
•
Lebih efektif dalam frekuensi rendah
Tidak memakan banyak tempat
Dapat memblokir suara secara selektif
Pada gambar 2.14 ditunjukan komponen dasar yang digunakan
kendali kebisingan aktif dibawah ini :
Gambar 2.14. Komponen Dasar Aktif Kendali Kebisingan[14]
Universitas Sumatera Utara
2.5.1 Aplikasi Kendali Kebisingan Aktif ( Active Noise Control)
Aplikasi prinsip dasar Kendali kebisingan aktif membutuhkan
perangkat pengendali elektronik dasar yang terdiri dari mikropon
penangkap sinyal bising primer, pembalik fase fase (Phase Shifter)
penguat dan loudspeaker sinyal bising sekunder dan mikropon kesalahan
untuk mengoreksi pengendali fase sedemikian sehingga interferensi
sinyal bising primer dan sekunder menghasilkan residu bising minimum.
Dalam perkembangannya sistem pengendali secara aktif mulai
diperkenalkan dan semakin disempurnakan untuk menghasilkan kinerja
maksimum. Sampai saat ini beberapa kesulitan masih dihadapi para
peneliti dalam mengaplikasikan ANC terhadap bising dengan kandungan
frekuensi lebar (broad band) atau pada area yang luas (out door).
Walaupun demikian, prinsip pengendalian bising ANC ini dianggap
sangat menjanjikan dikemudian hari karena beberapa alasan, antara lain,
a. Ringan dan hanya memerlukan peralatan elektronik yang relatif
kompak.
b. kinerja pengendalian dapat diubah atau diatur sesuai kebutuhan.
c. Mudah dipasang pada tempat-tempat yang relatif sempit.
Berikut salah satu contoh aplikasi kendali kebisingan aktif yang
digunakan untuk meredam kebisingan in door mobil pada gambar 2.15
Gambar 2.15 Aplikasi kendali kebisingan aktif in door mobil ford[15]
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan gambar 2.15 menunjukan kendali kebisingan aktif
pada indoor mobil dengan sistem kerja sumber suara yang dihasilkan oleh
mesin mobil akan ditangkap oleh microphone dan disyuplai menuju
speaker dan dilakukan proses perlawanan fase dengan suara dari mesin
mobil sehinnga terjadi reduksi noise (noise reduction) dan kontrol module
berfungsi untuk mengatur frekuensi sinyal suara yang dihasilkan oleh alat
kendali kebisingan aktif.
2.6. Noise Contour
Merupakan distribusi kebisingan dari sumber kebisingan yang di
gambarkan dalam bentuk garis yang bersambung dan tidak dapat bertemu atau
memotong garis kontur lainnya dan tidak pula dapat bercabang menjadi garis
kontur yang lain. Kontur kebisingan digunakan untuk menentukan absorber
bunyi sebagai bagian dari pengendalian kebisingan.
2.7. Komponen Utama Kendali Kebisingan Aktif (Active Noise Control)
2.7.1.
Data Recording
Proses penyimpanan data kendali kebisingan aktif untuk mengolah
data yang diterima dari sumber noise dan dikeluarkan melalui out put
speaker seperti gambar 2.16 dibawah ini :
Gambar 2.16Modul data recording
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 2.16 dapat dilihat dapat blok diagram voice recording module
pada gambar 2.17
Gambar 2.17.Blok diagram voice recording module
2.7.2. Pembalik Fase (Phase Shifter)
Penggeser fase adalah suatu alat untuk menggeser fasa pada sinyal.
Teknik ini digunakan dengan tujuan untuk membalikkan fasa 1800 yang
sasarannya
adalah
untuk
membuat
menghasilkan pemrosesan sinyal aktif
anti
noise
.Sehingga
dapat
kendali kebisingan. Teori dari
proses penggeseran fasa adalah melalui masukan pada transistor yang
kemudian dikeluarkan pada kaki kolektor dan emitor dengan resistan
tertentu sihingga sinyal keluaran bisa diatur pergeseran fasanya, dapat
dilihat pada gambar 2.18
Gambar 2.18 Proses input dan output dari pergeseran fasa
Universitas Sumatera Utara
2.7.3. Amplifier
Amplifier adalah komponen elektronika yang digunakan untuk
menguatkan daya atau tenaga secara umum. Dalam penggunaannya,
amplifier akan menguatkan signal suara yaitu memperkuat signal arus I dan
tegangan V listrik dari inputnya. Sedangkan outpunya akan menjadi arus
listrik dan tegangan yang lebih besar.
Besarnya pengertian amplifier sering di sebut dengan istilah Gain.
Nilai dari gain yang dinyatakan sebagai fungsi penguat frekunsi audio,
Gainpower amplifier antara 200 kali sampai 100 kali dari signal output. Jadi
gain merupakan hasil bagi dari daya di bagian output dengan daya di bagian
input dalam bentuk fungsi frekuensi. Ukuran gain biasannya memakai
decible (dB).
Dalam bagian pengertian amplifier pada proses penguatannya audio
ini terbagi menjadi dua kelompok bagian penting, yaitu bagian penguat
signal tegangan (V) yang kebanyakan menggunakan susunan transistor
darlington, dan bagian penguat arus susunannya transistor paralel. Masing
masing transistor derdaya besar dan menggunakan sirip pendingin untuk
membuang panas ke udara, sehingga pada saat ini banyak yang
menggunakan transistor simetris komplementer.
2.8. Knalpot (Silincer)
Knalpot adalah saluran untuk membuang sisa hasil pembakaran pada mesin
pembakaran dalam. Sistem pembuangan terdiri dari beberapa komponen, minimal
terdiri dari satu pipa pembuangan. Di Indonesia dikenal juga sebagai knalpot yang
merupakan kata serapan dari bahasa Belanda yang secara harfiah berarti saringan
suara. Desain saluran pembuangan dirancang untuk menyalurkan gas hasil
pembakaran mesin ketempat yang aman bagi pengguna mesin. Gas hasil
pembakaran umumnya panas, untuk itu saluran pembuangan harus tahan panas
dan cepat melepaskan panas. Saluran pembuangan tidak boleh melewati atau
berdekatan dengan material yang mudah terbakar atau mudah rusak karena panas.
Universitas Sumatera Utara
Meskipun tampak sederhana, desain sistem pembuangan cukup berpengaruh
terhadap performa mesin.
Umumnya komponen dalam sistem pembuangan terdiri dari :
•
Kepala silinder, dimana pipa pembuangan dimulai, kecuali pada mesin dua
langkah dimana saluran pembuangan ditempatkan dibagian bawah dinding
•
•
•
•
silender.
Exhaust manifold atau exhaust header, dimana pipa dari beberapa ruang
bakar/silinder bergabung.
Catalytic converter untuk menurunkan kadar gas beracun, CO, HC dan
NOx
Knalpot, pipa untuk mengalirkan gas hasil pembakaran.
Peredam suara atau disebut juga muffler, yang berfungsi untuk meredam
suara. Pada sepeda motor, peredam bunyi ada di dalam knalpot sedangkan
pada mobil umumnya terlihat dengan jelas berupa tabung sebelum ujung
pipa pembuangan.
Berbagai upaya telah banyak dilakukan untuk meredam kebisingan pada
knalpot mulai dari desain bentuk pipa, bentuk silincer, komponen peredam dalam
silencer seperti sekat, sekat berfungsi untuk menahan meredam suara dari mesin,
dan juga biasa ditambahkan busa api agar suara knalpot lebih nyaring dan halus,
namun pada kenyataanya usaha untuk meredam suara hasil pembakaran mesin
dalam belum begitu sempurna, masih banyak knalpot keluaran pabrikan yang
tidak memenuhi standard pemerintah tentang tingkat pencemaran suara yang
diijinkan seperti gambar 2.19 dibawah ini:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.19 Knalpot
Dari gambar 2.19 diatas knalpot kendaraan berfungsi yaitu :
1.
Meredam suara engine agar tidak keras.
2.
Mengurangi keluarnya zat – zat berbahaya dari asap kendaraan.
3.
Mengalirkan panas pembakaran engine.
4.
Memperlambat kecepatan gas buang keluar kendaraan
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Proses Interferensi Gelombang Bunyi
Suara atau Bunyi adalah sensasi yang dapat kita dengarkan. Secara ilmiah
suara atau bunyi adalah gelombang mekanik yang dalam perambatannya arahnya
sejajar dengan arah getarnya (gelombang longitudinal). Kata bunyi mempunyai
dua definisi: (1) Secara fisis, bunyi berarti penyimpangan tekanan, pergeseran
partikel dalam medium elastik seperti udara bersifat bunyi obyektif. (2) Secara
fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan penyimpangan fisis
yang digambarkan bersifat subyektif sedangkan ( noise) dapat diartikan sebagai
bunyi yaang tidak diinginkan. Gelombang bunyi menyebabkan perubahan tekanan
pada medium yang dilewatinya seperti ditunjukan pada gambar (2.1)
Gambar 2.1 Garpu tala yang dipukul menghasilkan perubahan tekanan Udara
karena getarannya dan menghasilkan bunyi [5]
Berdasarkan Gambar (2.1), persamaan perubahan gelombang bunyi dapat
dituliskan:
Px = P sin(kx − ωt)..................................(2.1)
Dengan
Px = Perubahan dari tekanan standar
P = Amplitudo Tekanan
K = 2π/λ dengan λ adalah panjang gelombang
ω = 2πf = kecepatan sudu
Universitas Sumatera Utara
Ada dua besaran yang biasanya diperoleh dalam bunyi yaitu frekuensi dan
amplitudo. Frekuensi adalah jumlah variasi tekanan per detik yang dinyatakan
dalam satuan Hertz ( Hz), sedangkan amplitudo adalah besaran yang menunjukan
kuat lemahnya bunyi[5].
Kuat dan lemah suatu bunyi dapat ditunjukan dengan beberapa parameter
yang intensitas bunyi (sound intensity), tekanan bunyi (sound pressure), arah
tekanan bunyi (sound pressure level/ SPL) dan kekerasan bunyi (loudness).
Intensitas bunyi adalah waktu rata – rata aliran energi bunyi per satuan luas
dengan arah tegak lurus terhadap bidang yang dinyatakan dalam satuan
Wm−2 .
Kemudian yang dimaksud tekanan bunyi adalah perbedaan yang
dinyatakan tekanan dalam satuan bunyi dengan tekanan atmosfir pada titik
tersebut yang dinyatakan dalam satuan tekanan bunyi. Satuan tekanan bunyi
dinyatakan dalam decibel (dB) [6].
2.1.1 Syarat Terjadinya Suatu Bunyi / Suara
a
Ada sumber bunyi ( benda yang bergetar )
b
Ada medium yang digunakan untuk merambat.
c
Ada penerima atau pendengar di dalam jangkauan sumber bunyi.
2.1.2 Sumber Bunyi
Bunyi merupakan salah satu bentuk energi yang dapat didengar.
Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. Semua getaran benda yang
dapat menghasilkan bunyi disebut sumber bunyi. Salah satu contoh
sumber bunyi/suara yaitu suara mesin (contoh mesin kendaraan bermotor,
mesin diesel), benturan antar benda, suara manusia dan lain sebagainya.
2.1.3 Perambatan Bunyi
Bunyi dapat merambat melalui medium. Gelombang – gelombang
bunyi jika tidak diiringi akan menyebar di dalam semua arah dari semua
sumber. Sebagai contoh , getaran pengeras suara menghasilkan gelombang
Universitas Sumatera Utara
bunyi di udara. Getaran – getaran pengeras suara menghasilkan variasi
tekanan pada udara. Gelombang bunyi di udara secara normal getaran dari
udara yang memaksa gendang telinga kita untuk bergetar. Akan tetapi,
gelombang bunyi juga dapat menjalar ke bahan – bahan lainnya. Jelas
sekali bahwa bunyi tidak dapat berpindah tanpa adanya bahan atau
medium perantara. Bunyi memerlukan waktu untuk merambat dari suatu
tempat ke tempat lain. Kecepatan bunyi pada setiap bahan berbeda –
beda[6].
.
2.2. Pengertian Kebisingan
Kebisingan atau yang biasa disebut noise adalah suatu sinyal gangguan
yang bersifat akustik (suara), elektris, maupun elektronis yang hadir dalam suatu
sistem (rangkaian listrik/elektronika) dalam bentuk gangguan yang bukan
merupakan sinyal yang diinginkan. Bunyi dinilai sebagai bising sangatlah relatif
sekali, suatu contoh misalnya : bunyi mesin – mesin di pabrik merupakan hal yang
biasa bagi operatornya, tetapi tidak demikian pada orang – orang lain
disekitarnya. Itu adalah suara yang tidak diinginkan, suara itu adalah kebisingan.
Tetapi hampir semua mesin – mesin yang dihasilkan, baik itu untuk industri
maupun pada kendaraan bermotor selalu disertai kebisingan. Sumber bising
intrinsc yang muncul dari fluktuasi acak di dalam suatu sistem fisik seperti
thermal dan shot noise[7].
2.2.1 Sumber – sumber kebisingan
Secara garis besar sumber – sumber kebisingan dapat dibagi atas
tiga yaitu:
1.
Air Bone
2.
Solid Borne / Structur Borne
3.
Fluid Borne
Air borne merupakan penyebab kebisingan akibat fenomena
turbulen, shock dan pulsasi di dalam media udara atau gas. Solid borne /
structure borne adalah fenomena kebisingan yang terjadi pada benda solid
akibat dari impak, medan magnet lainnya. Sedangkan fluid borne adalah
Universitas Sumatera Utara
kebisingan pada fluida yang disebabkan oleh gejala – gejala turbulen,
kavitasi dan pulsasi.
Pada sistem teknik mesin, gejala – gejala penyebab kebisingan
yang sering terjadi dapat digolongkan atas tiga yaitu :
1.
Mechanical Noise : Kebisingan akibat fenomena mekanikal,
antara lain roda gigi, impeller, fan ataupun sistem yang terkena
beban luar.
2.
Electro Noise : Kebisingan akibat fenomena elektro, antara lain
trafo, generator dan lainnya.
3.
Hydro Noise : Kebisingan akibat fenomena hydro, antara lain
aliran turbulen instalasi pipa dan lainnya.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2. 1 Spektrum Kebisingan Akustik[8]
Wilayah
Kebisingan
Lp
decibels
N/m2
Kerusakan
Fisik
Rasa sakit
pada telinga
Daerah
Gangguan
Tekanan Bunyi
N/��
Tipikal Situasi
Atm
lb/in2
200 yd dari peluncuran
misil
200
2 X 105
2.03
29.4
180
2 X 104
2.03 X 10−1
29.4
160
2 X 102
2.03 X 10−2
29.4 X 10−1
140
2 X 102
2.03 X 10−3
29.4 X 10−2
Ambang batas rasa
sakit,peluncuran pesawat
jet
120
20
2.03 X 10−4
29.4 X 10−3
Guntur
100
2
2.03 X 10−5
29.4 X 10−4
80
2 X 10−1
2.03 X 10−6
29.4 X 10−5
60
2 X 10−2
2.03 X 10−7
29.4 X 10−6
40
2 X 10−3
2.03 X 10−8
29.4 X 10−7
20
2 X 10−4
2.03 X 10−9
29.4 X 10−8
0
2 X 10−5
2.03 X 10−10
29.4 X 10−9
Ketulian instan
Ambang batas kerusakan
fisik
Pabrik mesin berat
Pabrik umumnya
Pabrik kecil
Percakapan,perumahan
Bisikan dan gesekan
daun
Ambang batas
pendengaran
2.2.2Parameter Kebisingan
Noise atau 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
Universitas Sumatera Utara
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 dapat di modelkan dengan
persamamaan berikut:
F = 1/ T............................................(2.2)
b. Panjang gelombang
Panjang gelombang
(λ) dari gelombang suara merupakan
parameter yang sangat penting didalam mencari tahu pola dari
gelombang suara. Jika dilihat dari gambaran gelombang, maka panjang
gelombang adalah jarak antara dua puncak gelombang. Panjang
gelombang dapat dirumuskan sebagai:
�
λ = ...................................................(2.3)
�
c. Jumlah gelombang
Jumlah gelombang merupakan banyaknya gelombang suara yang
terjadi selama perambatan gelombang. Dirumuskan sebagai berikut:
k=
d. Sound Pressure
2�
�
=
2�
�
.....................................(2.4)
Parameter yang dijadikan sebagai bagian dari gelombang suara
adalah Sound Pressure dan Sound Power.Sound pressure merupakan
fluktuasi dari tekanan udara, ketika suatu sumber bunyi menghasilkan
bunyi, maka bunyi tersebut akan merambat melalui medium udara
yang ada disekitarnya. Ketika terjadi perambatan, maka terjadi
perubahan tekanan atmosfer beberapa saat. Sesuatu yang merupakan
Universitas Sumatera Utara
perubahan tekanan udara sebagai indikasi dari adanya perambatan
bunyi inilah yang disebut sound pressure.
2.2.3 Jenis - jenis Noise
Noise dapat dikelompokan dalam dua jenis 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 :
1
Eksternal Noise: Adalah noise yang dihasilkan dari luar alat atau
sirkuit. Noise tidak disebabkan oleh komponen alat dalam sistem
komunikasi tersebut. Ada 3 sumber utama Noise eksternal:
a. Atmospheric noise: Gangguan elektris yang terjadi secara alami,
disebabkan oleh hal – hal yang berkaitan dengan atmosfer bumi.
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.
b. Ekstraterrestrial noise: Noise ini terdiri dari sinyal elektris yang
dihasilkan dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deepspace noise. Noise ekstraterrestrial bisa disebabkan oleh Milky
Way, galaksi yang lain, dan matahari. Noise ini dibagi menjadi 2
kategori, yaitu solar dan cosmic noise:
1. 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)
Universitas Sumatera Utara
bergantung pada aktivitas sun spot mengikuti pola
perputaran yang berulang setiap 11 tahun.
2. Cosmic noise: Cosmic noise didistribusikan secara kontinu
di sepanjang galaksi. Intensitas noise cenderung kecil
karena sumber noise galaksi terletak lebih jauh dari
matahari. Cosmic noise sering juga disebut black-body
noise dan didistribusikan secara merata di seluruh angkasa.
c. 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
pembakarankendaraan
bermotor,
alternator,
dan
aktivitas
peralihan alat oleh manusia (switching equipment). Misalnya,
setiap saat di rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan
lampu melalui saklar, otomatis aruslistrik 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
antena.
Noise karena aktivitas manusia ini disebut juga impulse noise,
karena bersumber dari aktivitas on/of 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.
2. 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:
a. Thermal noise: Thermal noise berhubungan dengan perpindahan
elektron yang cepat dan acak dalam alat konduktor akibat
Universitas Sumatera Utara
digitasithermal. Perpindahan yang bersifat random ini pertama kali
ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan, Robert Brown, yang
mengamati perpindahan partikel alami dalam penyerbukan biji
padi. Perpindahan random elektron pertama kali dikenal tahun
1927 oleh JB. Johnson di Bell Telephone Laboratories.
Secara matematis, kekuatan noise adalah:
N = K. T. B................................................(2.5)
N= Kekuatan noise (dB)
K = Boltzmann’s proportionality constant (1.38 × 10-23 J/K)
T = Temperatur absolute (K)
B = Band width (mm)
b. Shot noise: noise jenis ini muncul karena penyampaian sinyal yang
tidak beraturan pada keluaran (output) alat elektronik yang
digunakan, seperti pada transistor dua kutub. Pada alat elektronik,
jumlah partikel pembawa energi (elektron)
yang terbatas
menghasilkan fluktuasi pada arus elektrik 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. Penelitian shot noise pertama kali dilakukan pada
kutub positif dan kutub negatif tabung pesawat vakum (vacuumtube amplifier).
c. 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
Universitas Sumatera Utara
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[8].
2.3 Efek Noise
Bising dapat menyebabkan berbagai gangguan seperti gangguan
komunikasi, fisiologis, gangguan pada pendengaran. ancaman bahaya
keselamatan lingkungan kerja, menurunya performa kerja, stres dan
kelelahan.
2.3.1 Efek Noise terhadap sistem Komunikasi
Bising dapat memberikan efek gangguan pada sistem komunikasi
dalam 3 area:
1. Bising menyebabkan pendengar tidak mengerti dengan sinyal asli yang
disampaikan atau bahkan tidak mengerti dengan seluruh sinyal.
2. Bising dapat menyebabkan kegagalan dalam sistem penerimaan sinyal.
3. Bising juga mengakibatkan sistem yang tidak efisien[9].
2.3.2 Efek Noise terhadap fisiologis
Pada umumnya, bising bernada tinggi sangat mengganggu,
apalagi bila terputus-putus atau yang datangnya tiba-tiba. Gangguan
dapat berupa peningkatan tekanan darah, peningkatan nadi, konstriksi
pembuluh darah perifer terutama pada tangan dan kaki, serta dapat
menyebabkan pucat dan gangguan sensoris.
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Efek Noise Terhadap Pendengaran
Gambar 2.2 Konstruksi Telinga Manusia Dalam menangkap Bunyi[10]
Pada gambar 2.2 Menunjukan ilustrasi bagaimana telinga manusia
menangkap bunyi dari sumber suara, terlihat proses dari Eardum menuju
Cochlea yang berakhir pada Brain sebagai pengolah bunyi yang telah di
dengar.
Tingkat tekanan bunyi minimum yang mampu membangkitkan
sensasi pendengaran di telinga pengamat disebut 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 dimana rasa tidak nyaman menyebabkan rasa sakit
tertentu disebut ambang rasa sakit.
Macam-macam gangguan pendengaran (ketulian), dapat dibagi atas :
1.Tuli sementara
Diakibatkan pemaparan terhadap bising dengan intensitas
tinggi. Seseorang akan mengalami penurunan daya dengar yang
sifatnya sementara.
Universitas Sumatera Utara
2. Tuli Menetap
Diakibatkan waktu paparan yang lama (kronis) dan
pengaruhi faktor-faktor sebagai berikut :
a. Tingginya level suara
b. Spektrum suara
c. Kepekaan individu
d. Pengaruh obat-obatan, beberapa obat-obatan dapat memperberat
(pengaruh synergistik) ketulian apabila diberikan bersamaan
dengan kontak suara, misalnya quinine, aspirin, dan beberapa obat
lainnya.
e. Keadaan Kesehatan
3. Prebycusis
Penurunan dayadengar sebagai akibat pertambahan usia
merupakan gejala yang dialami hampir semua orang dan dikenal
dengan prebycusis (menurunnya daya dengar pada nada tinggi)[10].
2.4. Pengertian Active Noise Control(ANC)
Merupakan suatu teknologi yang berguna untuk menghilangkan
bisingsuara yang tidak diinginkan. Prinsip kerjanya adalah dengan menghasilkan
gelombangfrekuensi
yang berkekuatan
cukup
untuk
menetralkan
sinyal
gelombang frekuensi bising dari sumber suara. Lingkungan pekerjaan yang
menggunakan teknologi dengan prinsip mekanis, terutama di bidang perpabrikan,
penyiaran, dan transportasi, akan selalu terlibat dengan bising berfrekuensi tinggi.
Terkait dengan kesehatan dan keselamatan kerja, ANC berperan dalam meredam
bising tersebut sehingga lingkungan kerja (komersil) tidak menimbulkan
kerusakan, baik bagi manusia maupun objek lainnya. Dalam teknik peredaman
suara bertujuan untuk menghilangkan suara atau kebisingan yang tidak
diinginkan.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1 Teori dan Cara Kerja Pengendalian Kebisingan Aktif
Gelombang suara adalah rambatan energi dari suatu sumber yang
berosilasi, melalui proses rapat dan renggang molekul-molekul udara
atau medium penghantar gelombang suara sebagai akibat dari osilasi
sumber suara. Gelombang suara dapat berbentuk sinyal sinusoidal seperti
misalnya suara nada tunggal atau sinyal kompleks seperti misalnya
wicara atau bising. Pengendalian Bising Aktif (Active Noise Control)
adalah pengendalian sinyal bising dengan cara membangkitkan sinyal
bising yang sama (sinyal bising sekunder) tapi dengan fase yang berbeda
180 derajat dari sinyal bising yang hendak dikendalikan (sinyal bising
primer). Interferensi antara sinyal bising primer dan sekunder tersebut
menyebabkan terjadinya peristiwa saling menghapuskan atau kanselasi
(cancelation) antara keduanya sehingga diharapkan bising primer dapat
dihilangkan.
Peristiwa kanselasi tersebut sering tidak terjadi secara ideal
sehingga masih diperoleh residu sinyal bising walaupun dengan
amplitudo yang rendah. Metode kanselasi gelombang untuk pengendalian
bising aktif dipengaruhi oleh banyak hal, antara lain arah rambatan atau
fase gelombang primer dan sekunder, kandungan frekuensi dalam sinyal
bising primer, serta fluktuasi sinyal bising terhadap waktu. Gelombang
sinyal dari constructive akan direduksi menjadi gelombang sinyal
destructive seperti gambar 2.3 dibawah ini :
Gambar 2.3Constructive to destructive[11]
Universitas Sumatera Utara
Bardasarkan gambar 2.3 diatas speaker tersebut harus memiliki
tingkat kekuatan suara yang sama dengan sumber suara yang tidak
diinginkan. Selain cara tersebut, transduser yang menimbulkan sinyal
peredaman juga dapat diletakkan pada tempat dimana peredaman suara
diinginkan, seperti telinga pengguna. Hal ini memerlukan kekuatan
peredam yang lebih kecil, namun hanya efektif bagi satu pengguna saja.
Gambar 2.4 Noise bertemu dengan Anti Noise [11]
Cara kerja sistem kendali kebisingan aktif adalah dengan cara
menambahkan bunyi kebalikan yang tepat untuk mereduksi sinyal bising.
Pada gambar 2.4 Kita dapat melihat gelombang dengan amplitudo yang
awal kemudian kita berikan amplitudo yang berlawanan (berbeda fasa
180 ̊). Pada sisi lain gelombang dengan fasa berlawanan dan amplitudo
sama digabungkan maka akan dapat mereduksi sinyal noise.
Sistem kendali kebisingan aktif adalah suara melawan suara yaitu
dengan metode sinyal yang telah kita dapatkan harus kita cari anti
sinyalnya yaitu yang sama dengan sinyal awal tapi berlawanan fasa.
Berikut contoh sinyal tegak amplitudo rendah dengan kondisi tanpa
suara pada uraian Gambar 2.5 dibawah ini:
Gambar 2.5 Gelombang Tegak Low Amplitudo diam [12]
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Gelombang Tegak High Amplitudo[12]
Dari perbandingan gambar diatas 2.5 dan 2.6 dapat dilihat bahwa
amplitudo dalam keadaan diam dengan keadaan amplitudo rendah dan
tinggi. Terlihat pada amplitudo rendah tidak mempunyai bunyi untuk
amplitudo bunyi nyaring.
Gambar 2.7 Gelombang Tegak pada pergeseran fasa [12]
Pada Gambar 2.7 diatas diperlihatkan pergeseran fasa ynag
berfluktuasi terhadap waktu. dimana dengan pergeseran fasa tersebut akan
terjadi reduksi noise.
Gambar 2.8. Dua buah gelombang tegak dengan perbedaan fasa
180 ̊ saling meniadakan[12]
Universitas Sumatera Utara
Pada Gambar 2.8 diperlihatkan dua bunyi yang berbeda fasa 180 ̊
yang saling meniadakan yang akan menuju kuadran tidak ada bunyi sama
sekali.
Gambar 2.9 Sinyal sumber atau sinyal 1[12]
Pada Gambar 2.9 diperlihatkan sebuah sinyal bunyi sumber atau
sinyal 1 dalam suatu Sistem kendali kebisingan aktif. Dimana persamaan
yang ditunjukan adalah :
�1=A sin��...............................(2.6)
Gambar 2.10 Sinyal lawan atau sinyal 2 [12]
Pada Gambar 2.10 diperlihatkan sinyal lawan atau sinyal 2 dari
suatu sistem kendali kebisingan aktif.
Dimana persamaannya adalah :
�2= − A sin��..........................................(2.7)
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11 Aktif Sinyal[12]
Pada Gambar 2.11 adalah merupakan aktif sinyal , dimana sinyal 1
dan sinyal 2 tergabung dengan fasa yang berlawanan
180 ̊ dan sinyal
saling meniadakan.
Maka persamaan dari penggabungan Sinyal 1 dengan Sinyal 2 adalah :
������ ����� = �1 + �2....................................(2.8)
� ����� ����� = � sin �� = 0.............................(2.9)
2.5. Penjelasan Active Noise Control(ANC)
Bunyi adalah gelombang primer yang terdiri dari fase rapat dan renggang.
Sebuah speaker penghilang bising mengirim gelombang suara yang memiliki
amplitudo sama, namun dengan fase yang terbalik terhadap suara aslinya.
Gelombang bunyi ini bertemu dan membentuk sebuah gelombang baru dalam
proses interferensi, lalu saling meredam secara efektif. Efek peredaman ini
merupakan suatu fase tersendiri. Tergantung pada kondisi dan metode yang
digunakan, gelombang suara baru yang dihasilkan akan dapat berkekuatan sangat
lemah hingga tidak terdengar oleh telinga manusia.
Untuk meredam suara, sebuah speaker penghilang bising dapat diletakkan
berhadapan dengan sumber suara. Dalam kasus ini, speaker tersebut harus
memiliki tingkat kekuatan suara yang sama dengan sumber suara yang tidak
diinginkan.dua gelombang mempunyai fase berbeda 180 derajat, maka akan
saling meniadakan seperti gambar 2.4 dibawah ini :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Dua gelombang speaker saling meniadakan[13]
Dari gambar 2.12 diatas sumber suara speaker 1 dilawan dengan sumber
suara speaker 2 yang dilengkapi pembalik fase 180 derajat akan menghasilkan
gelombang nol (wave zero).
Selain cara tersebut, transduser yang menimbulkan sinyal peredaman juga
dapat diletakkan pada tempat dimana peredaman suara diinginkan, seperti telinga
pengguna. Hal ini memerlukan kekuatan peredam yang lebih kecil, namun hanya
efektif bagi satu pengguna saja. Penghilang bising pada tempat-tempat lainnya
menjadi lebih sulit karena gelombang yang bergerak ke berbagai arah dan sinyal
peredam dapat bergabung dan membuat gelombang interferensi yang malah
memperkuat ataupun merusak suara.
Kendali kebisingan aktif (Active Noise Control) modern dilakukan dengan
menggunakan komputer, yang menganalisa bentuk gelombang bising, lalu
menciptakan bentuk gelombang sinyal terbalik untuk menghilangkannya dengan
proses interferensi. Bentuk gelombang ini identik, memiliki amplitudo yang sama
persis dengan gelombang kebisingan aslinya, tetapi sinyalnya terbalik. Hal ini
menciptakan interferensi perusak yang mengurangi amplitudo bising yang
diterima. Berikut skema pengolahan sinyal gelombang kendali kebisingan aktif
dengan digital analog converter ( DAC): pada gambar 2.13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13. Skema pengolahan active noise control [13]
Gambar 2.13 diatas Menjelaskan tentang sistem kendali bising aktif
bekerja dengan menggunakan Analog Digital Converter dan Digital Analog
Converter. Metode aktif ini berbeda dengan penghilangan bising pasif yang tidak
menggunakan listrik, seperti, langit-langitperedam suara, atau knalpot mobil.
Metode pasif ini memiliki kekurangan pada sifatnya yang hampir menutupi dan
menghambat total semua aliran udara dan suara.Keuntungan metode kontrol
kebisingan aktif dibandingkan pasif adalah :
•
•
•
Lebih efektif dalam frekuensi rendah
Tidak memakan banyak tempat
Dapat memblokir suara secara selektif
Pada gambar 2.14 ditunjukan komponen dasar yang digunakan
kendali kebisingan aktif dibawah ini :
Gambar 2.14. Komponen Dasar Aktif Kendali Kebisingan[14]
Universitas Sumatera Utara
2.5.1 Aplikasi Kendali Kebisingan Aktif ( Active Noise Control)
Aplikasi prinsip dasar Kendali kebisingan aktif membutuhkan
perangkat pengendali elektronik dasar yang terdiri dari mikropon
penangkap sinyal bising primer, pembalik fase fase (Phase Shifter)
penguat dan loudspeaker sinyal bising sekunder dan mikropon kesalahan
untuk mengoreksi pengendali fase sedemikian sehingga interferensi
sinyal bising primer dan sekunder menghasilkan residu bising minimum.
Dalam perkembangannya sistem pengendali secara aktif mulai
diperkenalkan dan semakin disempurnakan untuk menghasilkan kinerja
maksimum. Sampai saat ini beberapa kesulitan masih dihadapi para
peneliti dalam mengaplikasikan ANC terhadap bising dengan kandungan
frekuensi lebar (broad band) atau pada area yang luas (out door).
Walaupun demikian, prinsip pengendalian bising ANC ini dianggap
sangat menjanjikan dikemudian hari karena beberapa alasan, antara lain,
a. Ringan dan hanya memerlukan peralatan elektronik yang relatif
kompak.
b. kinerja pengendalian dapat diubah atau diatur sesuai kebutuhan.
c. Mudah dipasang pada tempat-tempat yang relatif sempit.
Berikut salah satu contoh aplikasi kendali kebisingan aktif yang
digunakan untuk meredam kebisingan in door mobil pada gambar 2.15
Gambar 2.15 Aplikasi kendali kebisingan aktif in door mobil ford[15]
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan gambar 2.15 menunjukan kendali kebisingan aktif
pada indoor mobil dengan sistem kerja sumber suara yang dihasilkan oleh
mesin mobil akan ditangkap oleh microphone dan disyuplai menuju
speaker dan dilakukan proses perlawanan fase dengan suara dari mesin
mobil sehinnga terjadi reduksi noise (noise reduction) dan kontrol module
berfungsi untuk mengatur frekuensi sinyal suara yang dihasilkan oleh alat
kendali kebisingan aktif.
2.6. Noise Contour
Merupakan distribusi kebisingan dari sumber kebisingan yang di
gambarkan dalam bentuk garis yang bersambung dan tidak dapat bertemu atau
memotong garis kontur lainnya dan tidak pula dapat bercabang menjadi garis
kontur yang lain. Kontur kebisingan digunakan untuk menentukan absorber
bunyi sebagai bagian dari pengendalian kebisingan.
2.7. Komponen Utama Kendali Kebisingan Aktif (Active Noise Control)
2.7.1.
Data Recording
Proses penyimpanan data kendali kebisingan aktif untuk mengolah
data yang diterima dari sumber noise dan dikeluarkan melalui out put
speaker seperti gambar 2.16 dibawah ini :
Gambar 2.16Modul data recording
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 2.16 dapat dilihat dapat blok diagram voice recording module
pada gambar 2.17
Gambar 2.17.Blok diagram voice recording module
2.7.2. Pembalik Fase (Phase Shifter)
Penggeser fase adalah suatu alat untuk menggeser fasa pada sinyal.
Teknik ini digunakan dengan tujuan untuk membalikkan fasa 1800 yang
sasarannya
adalah
untuk
membuat
menghasilkan pemrosesan sinyal aktif
anti
noise
.Sehingga
dapat
kendali kebisingan. Teori dari
proses penggeseran fasa adalah melalui masukan pada transistor yang
kemudian dikeluarkan pada kaki kolektor dan emitor dengan resistan
tertentu sihingga sinyal keluaran bisa diatur pergeseran fasanya, dapat
dilihat pada gambar 2.18
Gambar 2.18 Proses input dan output dari pergeseran fasa
Universitas Sumatera Utara
2.7.3. Amplifier
Amplifier adalah komponen elektronika yang digunakan untuk
menguatkan daya atau tenaga secara umum. Dalam penggunaannya,
amplifier akan menguatkan signal suara yaitu memperkuat signal arus I dan
tegangan V listrik dari inputnya. Sedangkan outpunya akan menjadi arus
listrik dan tegangan yang lebih besar.
Besarnya pengertian amplifier sering di sebut dengan istilah Gain.
Nilai dari gain yang dinyatakan sebagai fungsi penguat frekunsi audio,
Gainpower amplifier antara 200 kali sampai 100 kali dari signal output. Jadi
gain merupakan hasil bagi dari daya di bagian output dengan daya di bagian
input dalam bentuk fungsi frekuensi. Ukuran gain biasannya memakai
decible (dB).
Dalam bagian pengertian amplifier pada proses penguatannya audio
ini terbagi menjadi dua kelompok bagian penting, yaitu bagian penguat
signal tegangan (V) yang kebanyakan menggunakan susunan transistor
darlington, dan bagian penguat arus susunannya transistor paralel. Masing
masing transistor derdaya besar dan menggunakan sirip pendingin untuk
membuang panas ke udara, sehingga pada saat ini banyak yang
menggunakan transistor simetris komplementer.
2.8. Knalpot (Silincer)
Knalpot adalah saluran untuk membuang sisa hasil pembakaran pada mesin
pembakaran dalam. Sistem pembuangan terdiri dari beberapa komponen, minimal
terdiri dari satu pipa pembuangan. Di Indonesia dikenal juga sebagai knalpot yang
merupakan kata serapan dari bahasa Belanda yang secara harfiah berarti saringan
suara. Desain saluran pembuangan dirancang untuk menyalurkan gas hasil
pembakaran mesin ketempat yang aman bagi pengguna mesin. Gas hasil
pembakaran umumnya panas, untuk itu saluran pembuangan harus tahan panas
dan cepat melepaskan panas. Saluran pembuangan tidak boleh melewati atau
berdekatan dengan material yang mudah terbakar atau mudah rusak karena panas.
Universitas Sumatera Utara
Meskipun tampak sederhana, desain sistem pembuangan cukup berpengaruh
terhadap performa mesin.
Umumnya komponen dalam sistem pembuangan terdiri dari :
•
Kepala silinder, dimana pipa pembuangan dimulai, kecuali pada mesin dua
langkah dimana saluran pembuangan ditempatkan dibagian bawah dinding
•
•
•
•
silender.
Exhaust manifold atau exhaust header, dimana pipa dari beberapa ruang
bakar/silinder bergabung.
Catalytic converter untuk menurunkan kadar gas beracun, CO, HC dan
NOx
Knalpot, pipa untuk mengalirkan gas hasil pembakaran.
Peredam suara atau disebut juga muffler, yang berfungsi untuk meredam
suara. Pada sepeda motor, peredam bunyi ada di dalam knalpot sedangkan
pada mobil umumnya terlihat dengan jelas berupa tabung sebelum ujung
pipa pembuangan.
Berbagai upaya telah banyak dilakukan untuk meredam kebisingan pada
knalpot mulai dari desain bentuk pipa, bentuk silincer, komponen peredam dalam
silencer seperti sekat, sekat berfungsi untuk menahan meredam suara dari mesin,
dan juga biasa ditambahkan busa api agar suara knalpot lebih nyaring dan halus,
namun pada kenyataanya usaha untuk meredam suara hasil pembakaran mesin
dalam belum begitu sempurna, masih banyak knalpot keluaran pabrikan yang
tidak memenuhi standard pemerintah tentang tingkat pencemaran suara yang
diijinkan seperti gambar 2.19 dibawah ini:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.19 Knalpot
Dari gambar 2.19 diatas knalpot kendaraan berfungsi yaitu :
1.
Meredam suara engine agar tidak keras.
2.
Mengurangi keluarnya zat – zat berbahaya dari asap kendaraan.
3.
Mengalirkan panas pembakaran engine.
4.
Memperlambat kecepatan gas buang keluar kendaraan
Universitas Sumatera Utara