Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan Modifikasi Struktur Helmholtz Resonator - UNS Institutional Repository

KOEFISIEN SERAP BUNYI PADA PEREDAM DENGAN
MODIFIKASI STRUKTUR HELMHOLTZ RESONATOR

Disusun Oleh:
ANA RATNI FITRIANINGROM
M0212011

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS ILMU MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juni, 2017
i

HALAMAN PERSETUJUAN
SKRIPSI

KOEFISIEN SERAP BUNYI PADA PEREDAM DENGAN MODIFIKASI
STRUKTUR HELMHOLTZ RESONATOR

Oleh:
ANA RATNI FITRIANINGROM
M0212011

Telah disetujui oleh

Pembimbing I

Tanggal………………………………

Drs. Harjana, M.Si., Ph.D.
NIP. 195907251986011001
Pembimbing II

Tanggal………………………………

Ubaidillah, S.T., M.Sc., Ph.D

NIP. 198408252010121004

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul

: Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan
Modifikasi Struktur Helmholtz Resonator

Yang ditulis oleh
Nama
: Ana Ratni Fitrianingrom
NIM
: M0212011
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada
Hari
: Senin
Tanggal : 19 Juni 2017

Dewan Penguji
1.
Ketua Penguji
Nuryani S.Si., M.Si., Ph.D.
NIP.196903032000031001
2.

3.

4.

……………………………….

Sekretaris Penguji
Drs. Eng. Kusumandari S.Si., M.Si.
NIP. 198105182005012002

……………………………….

Anggota Penguji I

Drs. Harjana, M.Si., Ph.D.
NIP. 195907251986011001

……………………………….

Anggota Penguji II
Ubaidillah, S.T., M.Sc., Ph.D
NIP. 198408252010121004

……………………………….

Disahkan pada tanggal ………………
Oleh
Kepala Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dr. Fahru Nurosyid S.Si., M.Si
NIP. 197210132000031002


iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari penelitian saya dengan judul
“Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan Modifikasi Struktur Helmholtz
Resonator” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi
Skripsi ini tidak berisi materi penelitian orang lain maupun telah dipublikasikan
untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di
Perguruan Tinggi Negeri lainnya kecuali yang tertulis dalam daftar pustaka dalam
Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan
terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus
memberitahu penulis.

Surakarta, 04-04-2017

ANA RATNI FITRIANINGROM

iv


HALAMAN MOTTO

“Jangan memikirkan apa yang sudah kamu dapat dari orang
lain/organisai/institusi/perkumpulan, namun pikirkan apa yang sudah kamu
berikan pada mereka.”
“Do the best, Be the best, GOD takes the rest”
(MB UNS)

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Karya ini dipersembahkan kepada:
Ibu (Suwarni) yang telah melahirkan saya ke dunia ini dengan penuh perjuangan,
membesarkan saya dengan penuh rasa kasih sayang dan kesabaran. Ibu yang selalu
mendengarkan curahan hati saya, memberikan kepercayaan kepada saya dan
mendoakan saya.
Bapak (Suratmin) yang telah membesarkan saya dengan penuh kasih sayang dan
kesabaran. Bapak yang selama saya kuliah setia menunggu saya setiap malam untuk
membukakan pintu rumah. Dan tentunya bapak yang memberikan kepercayaan

serta mendoakan saya selalu.
Adikku (Rindi Lilin Wandira) dengan penuh kasih sayang saling mendukung
keputusan satu sama lain dan saling mendengarkan keinginan satu sama lain.
Dosen-dosenku yang telah memberikan ilmu yang berharga dan berguna bagi
kehidupan saya sekarang dan kedepannya. Terima kasih untuk segalanya.
Tim iARG yang selalu membantu saya dalam mengambil data dan menyusun
skripsi ini.

vi

Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan Modifikasi Struktur Helmholtz
Resonator

ANA RATNI FITRIANINGROM
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK
Penelitian ini berfokus pada koefisien serap bunyi panel berupa planar
Helmholtz resonator dengan modifikasi Helmholtz resonator. Panel terbuat dari

akrilik dan non-woven felt yang dikombinasi menjadi beberapa variasi planar
Helmholtz resonator. Bentuk dasar, panel sandwich terdiri dari tiga lapisan akrilik,
lapisan pertama memiliki lubang dan lapisan terakhir akrilik penuh. Sedangkan,
bagian tengah merupakan lapisan dengan modifikasi bentuk rongga. Material nonwoven felt berfungsi untuk menggantikan akrilik penuh di lapisan terakhir.
Koefisien serap bunyi diuji dengan menggunakan tabung impedansi B&K 4206
dengan standar ASTM E-1050. Hasil untuk planar bentuk dasar tanpa modifikasi
pada lapisan tengah, koefisien serap bunyi berada pada frekuensi 998-1000 Hz
sebesar 0,7. Setelah dimodifikasi, hasil terbaiknya 0,549 berada pada frekuensi
1145-1168 Hz. Ketika lapisan akhir diganti dengan menggunakan material nonwoven felt, meningkatkan koefisien bunyi dengan nilai 0,73 pada frekuensi 489-500
Hz. Dampak dari memodifikasi lapisan tengah dan mengganti lapisan terakhir
dengan material non-woven felt mampu menggeser nilai koefisien serap bunyi dari
planar Helmholtz resonator ke frekuensi yang lebih rendah.
Kata kunci: planar Helmholtz resonator, koefisien serap bunyi, modifikasi
Helmholtz resonator

vii

Sound Absorption of Absorber with Helmholtz Resonator Structure
Modification


ANA RATNI FITRIANINGROM
Physic Department, Faculty of Mathematic and Naturan Sciences,
Sebelas Maret University

ABSTRACT
This research focused on the sound absorption coefficient of a panel contained
planar Helmholtz resonator featuring arrangement of Helmholtz resonators. The
panels were fabricated from an acrylic and non-woven felt which were combined
becoming some variation of sandwich panel. In the basic form, the sandwich
consisted of three layers of acrylic in which the first layer has a true hole and the
last layer was totally closed. Meanwhile, the middle part was layer with a custom
shape. The non-woven felt was employed as the last layer instead of using acrylic
layer. Sound absorption test was carried out using impedance tube B&K 4206
following ASTM E-1050. At the first test, the basic form without any modification
in the middle layer, the absorption coefficient reached 0.7 at peak range of 998 to
1000 Hz. The sandwich acrylic panels with modified middle layer had the best
result of 0.549 with a broader frequency ranges of 1145 to 1168 Hz. Meanwhile,
replacing the last layer with non-woven felt improved the absorption coefficient of
0.73 on the low frequency 489 to 500 Hz. The introduction of non-woven felt as the
back enclosure has been successfully proofing the sandwich panel with planar

Helmholtz resonator.
Keyword: Planar Helmholtz resonator, sound absorption coefficient, costum
Helmholtz resonator

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan segala rahmat
serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi ini.
Skripsi yang penulis susun sebagian dari syarat untuk mendapatkan gelar
Sarjana Sains. Skripsi ini diberi judul “Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan
Modifikasi Helmholtz Resonator”. Terselesaikannya skripsi ini merupakan salah
satu capaian bagi penulis.
Skripsi ini merupakan akhir dari kehidupan mahasiswa S1 Universitas
Sebelas Maret Surakarta. Selama menjadi mahasiswa S1 Universitas Sebelas Maret
Surakarta, penulis telah banyak mendapatkan pelajaran baik itu yang terprogram
oleh kurikulum maupun dari organisasi. Penulis banyak belajar mengenai membagi
waktu, memimpin tim dan berbicara didepan umum yang sebelumnya penulis tidak
mampu melakukannya.

Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan
kehidupan mahasiswa S1 Fisika FMIPA UNS dan Skripsi ini penulis mengucapkan
terima kasih. Ucapan terimaksih khusus penulis sampaikan kepada:
1. Bapak Harjana selaku Dosen Pembimbing I atas saran dan masukan
positif untuk menunjang kesuksesan penulis selama proses studi hingga
memperoleh gelar sarjana.
2. Bapak Ubaidillah selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan, bantuan
dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Iwan Yahya selaku kepala laboratorium iARG dan pendidik yang
dengan sabar dan ikhlas selalu membantu penulis dalam setiap kesulitan
serta memberikan motivasi dan sebagai sandaran inspirasi bagi setiap
anak didiknya.
4. Kedua orang tua penulis Bapak Suratmin dan Ibu Suwarni, serta adik
penulis Rindi Lilin Wandira yang selalu memberikan doa dan semangat
kepada penulis.

ix

x

5. Keluarga laboratorium iARG yang telah membantu, memberikan
semangat, dan ide-ide kepada penulis.
6. Keluarga besar Marching Band Sebelas Maret (MB UNS) yang
memberikan motivasi, semangat dan ilmu kepada penulis.
7. Keluarga besar Fisika angkatan 2012 (CFC 2012) yang memeberikan
semangat, motivasi dan kasih sayang yang diberikan kepada penulis.
8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu demi satu yang selalu
mendukung penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.

Surakarta, 04-04-2017

Penulis

PUBLIKASI

Sebagian skripsi berjudul “Acoustical Properties of Planar resonator Array
Obtained from Used Cardboard for Improving the Performance of Plaited
Bamboo Partition” akan dipresentasikan pada The 2nd International Joint
Conference on Advanced Engineering and Technology (IJCAET 2017), Bali,
24-26 Agustus 2017.

xi

DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. ii
HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iii
HALAMAN PERNYATAAN .............................................................................. iv
HALAMAN MOTTO ........................................................................................... v
HALAMAN PERSEMBAHAN .......................................................................... vi
HALAMAN ABSTRAK ..................................................................................... vii
HALAMAN ABSTRACT .................................................................................. viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
HALAMAN PUBLIKASI.................................................................................... xi
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiv
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv
DAFTAR GRAFIK ............................................................................................ xvi
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................... xvii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xviii
BAB I PENDAHULUAN ......................................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Latar Belakang Masalah ...................... Error! Bookmark not defined.
1.2. Batasan Masalah .................................. Error! Bookmark not defined.
1.3. Perumusan Masalah............................. Error! Bookmark not defined.
1.4. Tujuan Penelitian................................. Error! Bookmark not defined.
1.5. Manfaat Penelitian............................... Error! Bookmark not defined.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.............................. Error! Bookmark not defined.
2.1. Gelombang Bunyi ............................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Intensitas.............................................. Error! Bookmark not defined.
2.3. Impedansi Akustik............................... Error! Bookmark not defined.
2.4. Interaksi Gelombang pada Bidang BatasError!
Bookmark
not
defined.
2.5. Material Penyerap ............................... Error! Bookmark not defined.
2.5.1. Material berpori ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.5.2. Helmholtz Resonator ............................. Error! Bookmark not defined.
2.6. Mekanisme Akustik pada Resonator TunggalError! Bookmark not
defined.
2.7. Metode Tabung Impedansi Dua MikrofonError! Bookmark not
defined.
BAB III METODE PENELITIAN ......................... Error! Bookmark not defined.
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ............. Error! Bookmark not defined.
3.2. Alat dan Bahan .................................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Prosedur Penelitian .............................. Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ..................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Pembuatan Sampel ................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.3. Pengujian ................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.4. Analisa ..................................................... Error! Bookmark not defined.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................. Error! Bookmark not defined.
xii

xiii

4.1. Analogi Elektro-akustik pada Planar Helmholtz resonator ......... Error!
Bookmark not defined.
4.1.1. Planar Helmholtz resonator dengan Bentuk Rongga Sederhana
Error! Bookmark not defined.
4.1.2. Planar Helmholtz resonator dengan Bentuk Rongga R2 ...... Error!
Bookmark not defined.
4.1.3. Planar Helmholtz resonator dengan Bentuk Rongga R3 ...... Error!
Bookmark not defined.
4.1.4. Planar Helmholtz resonator dengan Bentuk R4Error! Bookmark
not defined.
4.2. Variasi Diameter Lubang Helmholtz Resonator Sederhana ....... Error!
Bookmark not defined.
4.3. Koefisien Serap Bunyi dan Pola Resonansi pada Material Peredam
dengan Memodifikasi Struktur Rongga Helmholtz Resonator ... Error!
Bookmark not defined.
4.4. Koefisien Serap Bunyi Planar C7R4T dengan Variasi Jumlah Lapisan
R4 ........................................................ Error! Bookmark not defined.
4.5. Kofisien Serap Bunyi pada Planar C7R4T dengan Menyisipkan Lapisan
C7R4, C5R4, dan C3R4 ...................... Error! Bookmark not defined.
4.6. Koefisien Serap Bunyi C7R4T dengan Menambah Material NonWoven Felt .......................................... Error! Bookmark not defined.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................... Error! Bookmark not defined.
5.1. Kesimpulan.......................................... Error! Bookmark not defined.
5.2. Saran .................................................... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ............................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 3. 1.Variasi diameter d1 ................................ Error! Bookmark not defined.
Tabel 3. 2. Variasi jumlah rongga .......................... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3. 3. Variasi jumlah lapisan R4 .................... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3. 4. Variasi diameter d2 ............................... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3. 5. Variasi ketebalan material non-woven felt ......... Error! Bookmark not
defined.

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Bookmark not

Gambar 2. 1. Gelombang longitudinal (Kuttruf, 2007)Error!
defined.
Gambar 2. 2. Mekanisme bunyi ............................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 3. Perambatan gelombang melalui bidang batas dua medium ..... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2. 4. Helmholtz resonator sederhana digambarkan dengan (a) gelombang
bunyi (b) gaya mekanik (Virgan, 2008)Error!
Bookmark
not
defined.
Gambar 2. 5. Desain coupled Helmholtz resonator (Tang et al., 2012) ......... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2. 6. Desain Helmholtz resonator tree (Paiva & Valimaki, 2012) ... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2. 7. Analogi komponen akustik dengan sistem listrik dan sistem mekanik
(Vigran,2008) ...................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 8. Metode pengukuran koefisien serap dengan menggunakan fungsi
pindah: letak dan interval mikrofon (Kim, 2010)Error!
Bookmark
not defined.
Gambar 3. 1. Flowchart prosedur penelitian .......... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 2. Desain lapisan C3 ............................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 3. Desain lapisan C5 ............................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 4. Desain lapisan C7 ............................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 5. Desain lapisan R ............................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 6. Desain lapisan R2 ............................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 7. Desain lapisan R3 ............................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 8. Desain lapisan R4 ............................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 9. Desain lapisan T ............................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 10. Susunan kaca akrilik untuk variasi d1 .......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 3. 11. Susunan kaca akrilik untuk variasi jumlah rongga Helmholtz
resonator .............................................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 12. Susunan kaca akrilik untuk variasi diameter d2 pada dual
Helmholtz resonator ............................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 13. Susunan kaca akrilik dan material non-woven felt ................ Error!
Bookmark not defined.
Gambar 3. 14. Konfigurasi pengujian tabung impedansi dua mikrofon. ....... Error!
Bookmark not defined.

Gambar 4. 1.(a) Bentuk sederhana dari planar C7RT, C5RT, atau C3RT (b) analogi elektroakustik pada Helmholtz resonator ................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 2. (a) Bentuk sederhana dari planar C7R2T (b) analogi elektro-kustik pada
planar C7R2T ................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 3. (a) Bentuk sederhana dari planar C7R3T (b) analogi elektro-akustik pada
sampel C7R3T ............................................... Error! Bookmark not defined.

xv

xvi

Gambar 4. 4. (a) Bentuk sederhana dari planar C7R4T (b) analogi elektro-akustik pada
sampel C7R4T ............................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR GRAFIK

Halaman
Grafik 2. 1.Koefisien serap dari coupled resonator dengan d1= 4 mm dan l2= 20
mm. (a) d3= 2 mm; (b) d3= 3 mm; dan (c) d3= 5 mm. _____: l4=20 mm;
- - - : l4 =40 mm; _. _: l4=60 mm; _.._ : l4=80 mm; ……∶ l4=100 mm
(Tang et al., 2012). .............................. Error! Bookmark not defined.
Grafik 4. 1. Koefisien serap bunyi sampel Helmholtz resonator sederhana . Error!
Bookmark not defined.
Grafik 4. 2.Koefisien serap bunyi planar C7R2T, C7R3T, dan C7R4T ........ Error!
Bookmark not defined.
Grafik 4. 3.Koefisien serap bunyi dengan menambahkan lapisan R4 ........... Error!
Bookmark not defined.
Grafik 4. 4. Koefisien serap bunyi planar C7R4C7R4T, C7R4C5R4T, dan
C7R4C3T ............................................ Error! Bookmark not defined.
Grafik 4. 5. Koefisien serap bunyi planar C7R4T dengan tambahan material nonwoven felt............................................. Error! Bookmark not defined.

xvii

DAFTAR SIMBOL
Simbol
𝑦
𝑡
𝜔
φ
𝑣0
𝑣
𝐴
k
f
𝑃0 , 𝑃
∆𝑃
𝑉0 , 𝑉
∆𝑉
𝜌0 , 𝜌
∆𝜌
𝛿
𝑠
B
γ
x
𝜂
𝐼
𝑟

𝛼
𝑇
z
Z
𝑢
𝑆
𝑙
𝑉
𝑑
𝐿
𝑅
𝐶

: Simpangan
: Waktu
: Kecepatan sudut
: sudut fase
: Kecepatan gelombang bunyi di udara
: Kecepatan gelombang
: Amplitudo
: Bilangan gelombang
: Frekuensi
: Tekanan
: Perubahan tekanan
: Volume
: Perubahan volume
: Kerapatan
: Perubahan kerapatan
: Dilatasi, fraksi perubahan volume
: Kondensasi, fraksi perubahan kerapatan
: Modulus Bulk
: Tetapan Laplace
: Posisi partikel
: Simpangan partikel
: Intensitas gelombang bunyi
: Koefisien refleksi
: Koefisien serap
: Koefisien transmisi
: Impedansi spesifik
: Impedansi akustik
: Kecepatan partikel medium
: Luas penampang
: Panjang leher
: Volume
: Diameter
: Indukor
: Resistor
: Kapasitor

xviii

satuan
𝑚
𝑠, 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
𝑟𝑎𝑑/𝑠
Rad
𝑚/𝑠
𝑚/𝑠
𝑚
1/𝑚
𝐻𝑧
𝑃𝑎, 𝑁/𝑚2
𝑃𝑎, 𝑁/𝑚2
𝑚3
𝑚3
𝑘𝑔/𝑚3
𝑘𝑔/𝑚3
𝑃𝑎, 𝑁/𝑚2
M
M
𝐽⁄𝑠. 𝑚2 , 𝑊𝑎𝑡𝑡/𝑚2
𝐾𝑔⁄𝑚2 𝑠
𝐾𝑔⁄𝑚4 𝑠
𝑚/𝑠
𝑚2
𝑚
𝑚3
𝑚
𝑘𝑔/𝑚4 , 𝐻
𝑘𝑔/𝑚4 𝑠, Ω
𝑚4 𝑠 2 /𝑘𝑔, 𝐹

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
Lampiran 1. Data Hasil Pengukuran ...................... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 2. Gambar Planar Helmholtz Resonator Error! Bookmark not defined.
Lampiran 3. Penurunan Persamaan Intensitas Bunyi ........... Error! Bookmark not
defined.
Lampiran 4. Penurunan Persamaan Impedansi Spesifik ...... Error! Bookmark not
defined.
Lampiran 5. Penurunan Persamaan Bidang Batas . Error! Bookmark not defined.

xix

1