KOEFISIEN SERAP BUNYI - TINJAUAN PUSTAKA

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

TINJAUAN PUSTAKA

2.4 KOEFISIEN SERAP BUNYI

Penyerap jenis berserat adalah penyerap yang paling banyak dijumpai, sebagai contoh jenis selimut mineral wool (rockwool atau glasswool). Penyerap jenis ini mampu menyerap bunyi dalam jangkauan frekuensi yang lebar dan lebih disukai karena tidak mudah terbakar. Namun kelemahanya terletak pada model permukaan yang berserat sehingga harus digunakan dengan hati-hati agar lapisan serat tidak rusak/cacat dan kemungkinan terlepasnya serat-serat halus ke udara karena usia pemakaian.

Penyerap dari bahan berserat dipasarkan dari berbagai ketebalan dan kerapatan sehingga yang paling sesuai dengan frekuensi bunyi yang hendak diserap. Sebagai gambaran umum untuk menyerap bunyi frekuensi rendah diperlukan penyerap berserat dalam ketebalan yang lebih bila dibandingkan

dengan untuk menyerap suara berfrekuensi tinggi. Sebagai contoh bila untuk suara berfrekuensi tinggi dibutuhkan ketebalan 30 mm, maka untuk frekuensi rendah dibutuhkan ketebalan 75 mm sampai dengan 100 mm (Mediastika, 2009). Untuk nilai koefisien penyerapan bunyi pada berbagai material dengan ketebalan tertentu dapat dilihat pada tabel 2.5.

Tabel 2.5Koefisien penyerapan bunyi dari Material akustik

Material Frekwensi (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Gypsum board(13 mm) Kayu Gelas Tegel geocoustic(81 mm) Beton yang dituang Bata tidak dihaluskan

Steel deck(150 mm) 0.29 0.15 0.18 0.13 0.01 0.03 0.58 0.10 0.11 0.06 0.74 0.01 0.03 0.64 0.05 0.10 0.04 2.35 0.02 0.03 0.71 0.04 0.07 0.03 2.53 0.02 0.04 0.63 0.07 0.06 0.02 2.03 0.02 0.05 0.47 0.09 0.07 0.02 1.73 0.03 0.07 0.40 Sumber : Doelle, Leslie L, 1993.

Penggunaan material akustik untuk memagari jalur perambatan bising merupakan salah satu cara termudah untuk dapat mengendalikan bising melalui jalur propagasi bunyi (perhatikan gambar 2.14).

Gambar 2.14Penggunaan material akustik pada jalur rambatan pada dinding ruang mesin.

Perambatan gelombang dengan menggunakan dinding penghalang dapat juga menurunkan kebisingan (seperti aplikasi pada gambar 2.15).

Material akustikacourete fiber

Gambar 2.15Penggunaan material akustik untuk meredam kebisingan pada mesin pendingin.

Konsep dari penyerapan bunyi (Acoustic Absorption) merujuk kepada kehilangan energi yang terjadi ketika sebuah gelombang bunyi menabrak dan dipantulkan dari suatu permukaan benda. Kata Absorpsi sering digunakan oleh orang-orang dengan mengakaitkan aksi dari sebuah Bunga Karang ketika terendam air. Jika suatu gelombang suara bertemu atau menumbuk suatu permukaan bahan, maka suara tersebut akan dipantulkan, diserap, dan diteruskan atau ditransmisikan oleh bahan tersebut. Besarnya energi suara yang yang dipantulkan, diserap, atau diteruskan bergantung jenis dan sifat dari bahan atau material tersebut. Pada umumnya bahan yang berpori (porous material) akan menyerap energi suara yang lebih besar dibandingkan dengan jenis bahan lainnya, karena dengan adanya pori-pori tersebut maka gelombang suara dapat masuk kedalam material tersebut. Energi suara yang diserap oleh bahan akan dikonversikan menjadi bentuk energi lainnya, pada umumnya diubah menjadi energi kalor [18].

Gelombang Datang Gelombang Pantul Gelombang Datang Gelombang Pantul Gelombang diserap/ ditransmisikan 1 1c  2c2

Bila suatu gelombang bunyi datang bertemu pada suatu permukaan batas yang memisahkan dua daerah dengan laju gelombang berbeda (seperti gambar 2.16), maka gelombang bunyi tersebut akan dipantulkan (R) dan diserap/ditransmissikan () dankemungkinan yang terjadi adalah :

1. Dipantulkan semua (R = 1), artinya ketika gelombang bunyi datang dan dipantulkan kembali maka nilai efisiensi R = 1 atau koefesien pantul (R) adalah 1.

2. Ditransmisikan/diserap semua ( = 1), artinya jika gelombang bunyi datang dan gelombang tersebut diserap semua maka nilai efisiensi= 1 atau koefesien serap () adalah1.

3. Sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian lagi akan ditransmisikan/diserap (0 << 1).

Jika pada suatu media akustik terdapat dua material dengan sifat

impedansi _, dan _, seperti pada gambar 2.16, dimana adalah massa jenis material dancadalah cepat rambat bunyi. Gelombang datang dari arah kiri merambat tegak lurus terhadap permukaan bahan. Jika , lebih kecil dari

, , kemudian energi dari gelombang datang tidak dapat ditransmisikan

melewati dataran antar muka, setiap energi yang tersisa akan menjadi gelombang pantul. Sedangkan jika _, lebih besar dari _, dan energi dari gelombang datang dapat ditransmisikan melewati dataran antar muka, setiap energi akan menjadi gelombang yang diserap. Jika , sama besar dengan _, dan energi yang ada yang dapat ditransmisikan dan ada juga yang tidak dapat ditransmisikan maka sebagian akan menjadi gelombang pantul dan sebagian lagi akan menjadi gelombang yang diserap.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa: 1. 1c1>2c2akan dipantulkan 2. 1c1<2c2akan diserap

3. 1c1 2c2akan diserap dan dipantulkan

Perbandingan antara energi suara yang diserap oleh suatu bahan dengan energi suara yang datang pada permukaan bahan tersebut didefenisikan sebagai koefesien absorbsi ( ).

Energy

Sound

Incident

energy

Sound

Absorbed





_(2-21) 2 2 1 1 1 1 2 2 1 1 Z c ^c Z R        ^  dimana:

= impedansi pada bahan (kg/m2.s = rayls)

1= Kerapatan udara (kg/m3)

2= Kerapatan bahan (kg/m3)

c1= Cepat rambat bunyi di udara (m/s)

c2= Cepat rambat bunyi pada bahan (m/s)

Dengan R adalah koefisien refleksi suara, yang didefinisikan sebagai perbandingan tekanan gelombang suara yang dipantulkan terhadap tekanan gelombang suara yang datang. Persamaan tersebut menggunakan asumsi bahwa tidak ada suara yang ditransmisikan atau diteruskan. Sehingga untuk menghitung normal impedansinya (Z) dapat dihitung dengan persamaan (2-22) berikut.

=

(2-22)

dimana : = kerapatan udara (kg/m3)

c = cepat rambat bunyi dalam udara (m/s) R = koefisien pantul

Z = normal impedansi bahan uji (kg/m2.s = rayls)

Velocity Particle Force Applied c Z₂ ₂ ₂ 

Efisiensi penyerapan bunyi suatu bahan pada frekuensi tertentu dinyatakan oleh koefesien absorbsi bunyi. Koefisien ini dinyatakan dengan (Alpha), nilai dapat berada diantara 0 dan 1 pada suatu frekuensi tertentu. Adalah suatu kebiasaan standar untuk membuat daftar nilai koefesien serap bunyi pada wakil frekuensi standar yang meliputi bagian yang paling penting dari jangkauan frekuensi audio, yaitu pada 125, 250, 500, 1000, 2000, dan 4000 Hz. Penyerapan bunyi suatu permukaan diukur dalam Sabin. Satu sabin menyatakan satu permukaan seluas 1 ft2 (atau 1 m2) yang mempunyai koefesien penyerapan = 1,0. Sebagai contoh, suatu permukaan akustik seluas 11 m² dan mempunyai = 0,5, maka penyerapan permukaannya adalah S = 11 x 0,50 = 5,5 m2dan material tersebut menyerap 65 0/0 bunyi yang datang padanya. Untuk kualitas pengujian serapan bunyi suatu bahan akustik, sangat dipengaruhi oleh ketebalan, kepadatan, porositas, serta orientasi perletakan bahan.

Dalam mengukur koefisien serapan bunyi pada material ada tiga metode standard yang sering digunakan, antara lain:

1. Metode tabung impedansi (resonator)

Dengan metode ini, koefisien serapan ditentukan langsung dari amplitudo tekanan dalam pola gelombang tegak yang disusun di tabung. Metode ini digunakan untuk mengukur koefisien penyerapan bunyi bahan-bahan akustik yang kecil dan gelombang bunyi yang merambat tegak lurus pada permukaan bahan, jangkauan frekuensi sekitar 200-3000 Hz. Metode ini lebih tepat dimanfaatkan untuk pekerjaan-pekerjaan teoritik. Tabung ini dapat digambarkan sebagaimana pada gambar 2.17 berikut:

Gambar 2.17Tabung impedansi (resonator)

Keterangan : B = Tabung utama

L = Troli untuk mengatur jarak sumber bunyi

P =Probe tube

G = Pengukur jarak sumber J =neck

K = Mikropon

Dalam mengukur koefisien serapan bunyi pada material ada tiga metode standard yang sering digunakan, antara lain:

1. Metode tabung impedansi (resonator)

Gambar 2.17Tabung impedansi (resonator)

Keterangan : B = Tabung utama

L = Troli untuk mengatur jarak sumber bunyi

P =Probe tube

G = Pengukur jarak sumber J =neck

K = Mikropon

Dalam mengukur koefisien serapan bunyi pada material ada tiga metode standard yang sering digunakan, antara lain:

1. Metode tabung impedansi (resonator)

Gambar 2.17Tabung impedansi (resonator)

Keterangan : B = Tabung utama

L = Troli untuk mengatur jarak sumber bunyi

P =Probe tube

G = Pengukur jarak sumber J =neck

Diameter dalam tabung utama ditentukan melalui persamaan [12, Hal 21]:

h f

d  ²⁰⁰⁰⁰ cm (2-23)

dimana :

d = diameter dalam tabung

fh= frekuensi tertinggi pengukuran

Cepat rambat bunyi dalam tabung ditentukan dengan persamaan:

           f r c c ¹ 2⁰^.⁷⁶ 1 '  ^(2-24)

dimana: c = cepat rambat bunyi dalam tabung (cm/s) c = cepat rambat bunyi diudara bebas (cm/s) r = jari-jari tabung (cm)

f = frekuensi (Hz)

Metode ini hanya mengukur koefisien serapan normal yang terjadi, penggunaan metode ini untuk menunjukkan macam-macam sifat dari pada serapan yang mana dimiliki oleh sebuah bahan. Metode ini terutama digunakan di dalam pekerjaan riset ataupun dalam pengaturan kualitas untuk pembuatan dari pada bahan bahan penyerapan suara.

Nada-nada murni dihasilkan oleh sebuah oscillator yang digunakan untuk menggetarkan loudspeaker yang menghasilkan gelombang. Jika perpindahan dari gelombang yang terjadi pada sembarang waktu, maka dapat dinyatakan sebagai berikut:

d1= a sin ( t kx) k = 2 /

dan perpindahan gelombang pantulan dapat dinyatakan sebagai berikut: d2= fa sin ( t + kx)

dimana: a = amplitudo maksimum mula mula

Jadi sebagai akibat perpindahan pada setiap titik diberikan dengan : d = d1+ d2

= a sin ( t kx) + fa sin ( t + kx)

= a (1 + f) sin t cos kx + a (1 - f) cos t sin kx

Dapat terlihat bahwa masing masing nilai maksimum dan minimum adalah a (1 + f) dan a (1 f) dan /4 terpisah, yang pertama menjadi 0, /2, 3 /2, 2 dan lain-lain. Sedangkan yang kedua menjadi /4, 3 /4 , 5 /4, 7 /4 dan sebagainya. Jika nilai maksimum dan minimum dari amplitudo adalah A1 dan A2 maka : A2 A1 ₌ f) -(1 a⁽¹ ^f) a  _atau _{f =} A2)

(A1^(A1^-^A2) ^{= Amplitudo}

tetapi energi dapat ditunjukkan sebagai berbanding langsung terhadap amplitudo kwadran yaitu:

energi = r = f2= ²₂ A2) (A1^(A1^-^A2)

r = sebagian dari energi pantulan = koefisien serapan

= 1- r

= ₂² A2) (A1^(A1^-^A2) 1

 

= ² ₂ ² A2)

(A1 ^-^(A1 Â2) A2) (A1  ^  = ₂ A2) (A1¹ ² ² 2 ^x Â A = ₂ A2) (A1¹ ² 4 ^x Â A

Jika perbandingan maksimum dan minimum A1/A2 diukur maka rumus yang sesuai dapat dituliskan sebagai berikut [3, Hal 135].

= ₂ A2) / A1 (1 ¹ ² 4 ^A ^x ^A = A2/A1) A2 / A1 (2 ⁴ ^(2-25)

Dari persamaan (2-25) maka dapat dicari nilai koefisien absorbsi bunyi dari suatu material teknik yang selanjutnya dipakai untuk mencari nilai koefisien pantul (R) dan normal impedansinya (Z).

Pengukuran gelombang pada pengujian koefisien absorbsi dengan metode

Impedance Tube dapat dilakukan dengan melihat tampilan bentuk gelombang pantul pada monitor Oscilloscope seperti pada gambar 2.18. Puncak gelombang tertinggi adalah Pmax (dinotasikan A1) dan gelombang terendah adalah Pmin(dinotasikan A2). Frekuensi yang diamati disesuaikan dengan ukuran diameter dari Impedance Tube. Semakin besar diameter Impedance Tube yang digunakan maka frekuensi maksimum yang dapat diukur semakin kecil.

Gambar 2.18Gelombang pantul untuk menentukan SWR

Sehingga dari gambar dapat disimpulkan bahwa : Standing Wave Rasio (SWR) =

=

Koefisien Refleksi/pantul R(f) = Maka: R =

1-dimana : R = koefisien pantul bunyi = koefisien serap bunyi

Persamaan tersebut menggunakan asumsi bahwa tidak ada energi suara yang ditransmisikan atau diteruskan. Dalam metode tabung impedansi ini banyak

SWR SWR   1 1 A1 A2

standarisasi yang telah ditetapkan untuk pengujian koefisien serap bunyi, salah satunya adalah ASTM C-384.

Untuk mendapatkan suatu pembacaan standar secara umum tanpa melihat rentang frekuensi masing-masing koefisien absorbsi bahan, maka dipakai nilai NRC (Noise Reduction coefficient) atau koefisien reduksi bunyi. NRC atau koefisien reduksi bising adalah angka rata-rata koefisien absorbsi material akustik pada frekuensi 250, 500, 1000, dan 2000 Hz. NRC diperlukan untuk menunjukkan seberapa jauh efisiensi bahan dalam mereduksi bunyi, dan ini dipakai sebagai angka standar internasional dalam menilai efisiensi kemampuan bahan dalam mereduksi bunyi. Nilai NRC dijadikan sebagai data dalam menilai kinerja akustik bahan dalam pemilihan dan perancangan bahan akustik ruang pada mesin atau bangunan secara keseluruhan.

Misalnya : karpet memiliki sebagai berikut : a. pada frekuensi 250 = 0,20 b. pada frekuensi 500 = 0,35 c. pada frekuensi 1000 = 0,45 d. pada frekuensi 2000 = 0,55

Maka NRC karpet adalah : ^, ^, ^, ^,

=

0,39

=

0, 40 2. Metode ruang dengung dengan Revebration Room.

Dengan metode ini, pengukuran dibuat dengan memberikan sumber bunyi pada suatu ruangan hingga dataran bunyi mencapai tingkat uniform melalui suatu materi dalam sekitar satu detik. Sumber kemudian dimatikan dengan cepat dan tingkat tekanan bunyi yang ada diruangan diukur. Hal ini dapat dilakukan dengan membaca slope pada kurva alat ukur. Waktu untuk Reveberation dan persamaan Sabin dapat ketahui dengan persamaan berikut [6, Hal 52]:

Tr = A^V 05 . 0 _(s) _(2-26) Dimana : Tr = Waktu dengung V = Volume ruang (m3)

A = . S (Sabin.m2)

= koefisien Absorbsi (Sabin)

Metode ruang dengung ini menggunakan ruang kosong dengan waktu dengung yang panjang. Bahan penyerap bunyi contoh dipasang pada ruang kosong tersebut tersebut, sehingga dengan demikian akan mengurangi waktu dengung yang panjang tadi. Koefisien penyerapan bunyi bahan lalu dapat dihitung dari pengurangan waktu dengung ruang ketika kosong.

Tabel 2.6 menunjukkan harga koefisien absorbsi bunyi dari beberapa material akustik dengan memberikan nilai NRC-nya.

Tabel 2.6Koefisien serapan bunyi dari beberapa material akustik

Material ₁₂₅ ^{Koefisien Absorbsi Bahan} NRC

Hz ²⁵⁰Hz ⁵⁰⁰Hz ¹⁰⁰⁰Hz ²⁰⁰⁰Hz ⁴⁰⁰⁰Hz

Lembaran sabut kelapa 10 mm 0,05 0,11 0,16 0,24 0,34 0,32 0,21 Lembaran sabut kelapa 20 mm 0,27 0,3 0,41 0,49 0,55 0,37 0,44 Lembaran sabut kelapa 30 mm 0,13 0,29 0,47 0,64 0,67 0,49 0,52 Lembaran sabut kelapa 50 mm 0,41 0,58 0,74 0,76 0,62 0,37 0,68 Lembaran sabut kelapa 70 mm 0,28 0,58 0,73 0,77 0,8 0,5 0,72 Papan gypsum standar 9 mm 0,12 0,08 0,06 0,02 0,04 0,03 0,05 Papan gypsum standar 12 mm 0,14 0,05 0,07 0,08 0,08 0,05 0,07 Papan gypsum akustik 9 mm 0,02 0,02 0,04 0,09 0,14 0,13 0,07 Gabungan Papan gypsum standar 9 mm + sabut 10 mm 0,23 0,18 0,14 0,06 0,05 0,03 0,11 Gabungan Papan gypsum akustik 9 mm + sabut 10 mm 0,08 0,29 0,25 0,18 0,22 0,1 0,24

Sumber : Riset Romi Hidayat, 2001. 3. Metodesteady state

Metode ini terdiri dari pengukuran tingkat tekanan bunyi dalam ruangan dalam keadaan steady, kemudian suatu daya bunyi diberikan pada ruangan tersebut. Sumber diletakkan tidak terlalu jauh dan tidak terlalu dekat pada permukaan yang akan diukur. Sound level meter dilengkapi dengan satu atau 1/3

Dalam dokumen Kajian Eksperimental Karakteristik Material Akustik Dari Campuran Serat Batang Kelapa Sawit Dan Polyurethane Dengan Metode Impedance Tube (Halaman 60-71)