TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Pemantulan dan Penyerapan Material Akustik
Apabila gelombang bunyi datang pada suatu permukaan, kemungkinan yang terjadi adalah :
1.Dipantulkan semua. 2.Ditransmisikan semua.
3.Sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan ditransmisikan.
Gelombang Datang Gelombang Pantul Gelombang Datang Gelombang Pantul Gelombang diserap/ ditransmisikan 1 1c ρ ρ2c2
Gambar 2.9 Pemantulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua media akustik
Misalkan dua media akustik dengan sifat impedansi ρ1c1 dan ρ2c2, dimana gleombang bunyi datang dari arah kiri merambat tegak lurus terhadap permukaan datar. Jika ρ1c1 lebih kecil dari ρ2c2, maka sebagian energi gelombang bunyi akan diserap atau ditramisiskan kedalam material akustik dan sebagian lagi akan dipantulkan. Semakin besar perbedaan nilai ρ1c1 dan ρ2c2maka semakin besar daya penyerapan gelombang bunyi oleh material akustik.
Pemantulan bunyi adalah fenomena dimana gelombang bunyi dibalikkan dari suatu permukaan yang memisahkan dua media. Pemantulan bunyi ini juga mengikuti kaidah pemantulan, dimana sudut datangnya bunyi selalu sama dengan sudut pantulan bunyi.
Jumlah energi bunyi yang dipantulkan oleh suatu permukaan bergantung pada luas permukaan yang dikenainya. Dinding lantai, dan langit-langit datar dapat menjadi pemantul yang baik maupun sebaliknya. Bahan-bahan yang kurang tegar dan berpori seperti kain, tirai dan taplak perabotan merupakan bahan menyerap bunyi.
Gambar 2. 10 Pemantulan dan penyerapan energi bunyi pada media akustik
Proses pemindahan daya bunyi dalam ruangan tertentu untuk mengurangi tingkat tekanan bunyi disebut penyerapan bunyi. Proses ini berkaitan dengan penurunan jumlah energi di udara yang menjalar hingga mengenai suatu media berpori atau fleksibel. Energi terserap ketika gelombang bunyi yang dipantulkan dari disebut koefisien serapan bunyi dari material. Harga koefisien serapan bunyi ini tergantung dari sifat material, frekuensi bunyi dan sudut gelombang bunyi ketika mengenai permukaan material. Koefisien serapan bunyi (α) adalah [6] :
α = Ia / Ii 2.8 Dimana : Ia = Intensitas bunyi yang diserap (W/m2)
Tabel 2.1 Koefisien Serapan bunyi (α) dari beberapa material
Material Sound Absorption
Coefficient - α Plaster walls 0.01 - 0.03 Unpainted brickwork 0.02 - 0.05 Painted brickwork 0.01 - 0.02 3 mm plywood panel 0.01 - 0.02 6 mm cork sheet 0.1 - 0.2 6 mm porous rubber sheet 0.1 - 0.2 12 mm fiberboard on battens 0.3 - 0.4 25 mm wood wool cement on battens 0.6 - 0.07 50 mm slag wool or glass silk 0.8 - 0.9 12 mm acoustic belt 0.5 - 0.5
Hardwood 0.3
25 mm sprayed asbestos 0.6 - 0.7 Persons, each 2.0 - 5.0 Acoustic tiles 0.4 - 0.8 Sumber : http/www.engineering tool books.com
Total luas daerah yang diserap(Total Room Sound Absorption) [6].
A = S1α1 + S2α2 + .. + Snαn = ∑ Siαi 2.9 Dimana : A =Luas Permukaan yang diserap (m2).
Sn = Luas daerahpermukaan (m2).
αn = koefisien serapan dari permukaan material. Koefisien Serapan Rata-Rata (Mean Absorption Coefficient )[6]
am = A / S 2.10
Dimana , am = Koefisien Serapan Rata-Rata A = Luas Daerah Yang Diserap (m2)
2.6.1 Frekuensi
Frekuensi bunyi dapat didefenisikan sebagai jumlah periode siklus kompresi dan regangan yang muncul dalam satu satuan waktu.
f = 1/t 2.11
dimana : f = Frekuensi (Hz) t = Waktu (detik)
Dalam tabel 2.2 berikut dapat dilihat jarak frekuensi yang dapat ditransmisikan dan diterima oleh beberapa sumber dan penerima bunyi
Tabel 2.2 Jarak frekuensi yang ditransmisikan dan diterima oleh sumber dan penerima bunyi
Sumber Bunyi Jarak Frekuensi (Hz)
Manusia 85 - 5.000 Anjing 450 - 1080 Kucing 780 - 1520
Piano 30 - 4100
Pitch Musik Standar 440 Terompet 190 - 990
Drum 95 - 180
Kelelawar 10.000 - 120.000 Jangkrik 7.000 - 100.000 Burung Nuri 2.000 - 13.000 Burung Kakak Tua 7.000 - 120.000 Mesin Jet 5 - 50.000 Mobil 15 - 30.000 Penerima Bunyi Manusia 20 - 20.000 Anjing 15 - 50.000 Kucing 60 - 65.000 Kelelawar 1000 - 120.000 Jangkrik 100 - 15.000 Burung Nuri 250 - 21.000 Burung Kakak Tua 150 - 150.000
2.6.2Kecepatan Perambatan
Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda pada tiap media. Pada media gas atau udara, cepat rambat bunyi bergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan dapat diperoleh dari persamaan berikut [8]:
c = γ. a γ R T ρ
Ρ =
2.12
dimana : c = Cepat rambat bunyi (m/s)
γ = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1.41) Pa = Tekanan atmosfer (pascal)
ρ = Kerapatan (Kg/m3) T = Suhu (K)
Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan, sedangkan pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan [8].
c = ρ E
2.13
dimana : E = Modulus Young (Pascal) ρ = Kerapatan (Kg/m3)
2.6.3 Panjang Gelombang
Panjang gelombang bunyi dapat didefenisikan sebagai jarak antara dua muka gelombang berfase sama. Hubungan antara panjang gelombang, frekuensi dan cepat rambat bunyi dapat ditulis :
f c
=
Dimana : λ= Panajng gelombang bunyi (m) c = Cepat rambat bunyi (m/s) f = Frekuensi (Hz)
2.6.4 Intensitas
Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang udara dalam suatu daerah per satuan luas. Intensitas bunyi pada tiap titik dari sumber dinyatakan dengan:
I =
A W
2.15
Dimana : I = Intensitas bunyi (W/m2) W = Daya akustik (Watt) A = Luas Area (m2)
Ambang batas pendengaran manusia, yaitu nilai minimum intensitas daya bunyi yang dapat dideteksi telinga manusia adalah 10-6 W/cm2. Intensitas maksimum bunyi yang dapat diterima tanpa menyebabkan kerusakkan adalah sekitar 10-3 W/cm2.
2.6.5Kecepatan Partikel
Radiasi bunyi yang dihasilkan suatu sumber bunyi akan mengelilingi udara sekitarnya. Radiasi bunyi ini akan mendorong dan partikel udara yang dekat dengan permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan menyebabkan bergeraknya partikel-partikel disekitar radiasi bunyi yang disebut dengan kecepatan partikel.
Hubungan tekanan dengan kecepatan partikel sebagai berikut [10]: V = c . ρ Ρ 2.16
Dimana : V = Kecepatan partikel (m/det) P = Tekanan (pascal)
ρ = Massa jenis bahan (kg/m3)
c = Kecepatan rambat gelombang (m/det)
Untuk permasalahan solidborne dapat dianalogikan menjadi persamaan .
ρ
σ = c.V 2.17
Dengan asumsi :
1. Gelombang yang terjadi di solid adalah gelombang bidang 2. Persamaan diatas dapat diturunkan menjadi gerak di benda solid
3. Reaksi medium solid berupa tegangan, sedangkan pada udara berupa tekanan
2.6.6Tekanan Bunyi dan Tingkat Tekanan Bunyi
Tekanan bunyi adalah variasi tekanan diatas dan dibawah tekanan atmosfer, dalam satuan pascal. Variasi tekanan ini sifatnya periodik, satu variasi tekanan komplit disebut juga sebagai satu siklus frekuensi. Secara umum persamaan gelombang tekanan bunyi datang dapat dituliskan sebagai :
) . 2 sin( f t k1.x P Pl = a π − 2.18
Dan persamaan untuk gelombang ditransmisikan dan dipantulkan adalah : ) . 2 sin( f t k2t P Pt= a π − 2.19 ) . 2 sin( f t k1x P Pr= a π + 2.20
Dimana : Pl = Tekanan bunyi (N/m2 atau Pal)
Pt = Tekanan bunyi ditransmisikan (N/m2 atau Pa) Pr = Tekanan bunyi dipantulkan (N/m2 atau Pa) Pa = Amplitudo tekanan bunyi (N/m2 atau Pa) f = Frrekuensi (Hz)
t = Waktu (detik)
k1,k2 = Bilangan gelombang pada media 1 dan media 2 = c
f π 2
x = Jarak dari sumber
Tingkat tekanan bunyi didefenisikan dalam persamaan berikut :
Lp = 10 log 2 ) ( ref P t p dB 2.21
Dimana : Lp = Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level/SPL), dB Pref = Tekanan bunyi referensi, 2 x 10-
5
N/m2 untuk bunyi udara
p (t) = Tekanan bunyi, Pa
2.6.7 Tingkatan Intensitas Bunyi
Intensitas bunyi sangat penting diperhatikan untuk mengetahui radiasi total yang menuju udara oleh sumber bunyi dan untuk mengetahui tekanan bunyi. Intensitas bunyi tergantung pada posisi dalam daerah persatuan luas dimana gelombangnya bergerak secara pararel. Intensitas bunyi akan bernilai maksimum jika arah gelombangnya tegak lurus dari sumber bunyi.
Hubungan intensitas bunyi, tekanan bunyi, kecepatan bunyi dan kerapatan udara adalah sebagai berikut :
p rms Imas. .c
2 = ρ
2.22
Dimana : prms= akar tekanan bunyi, Pa ρ= Kerapatan udara, Kg/m3 c = kecepatan bunyi di udara, m/s
Tingkatan intensitas bunyi didefenisikan dalam rumus berikut :
Lt = 10 log
ref
I I
2.23
Dimana : I = Intensitas bunyi, W/m2
Iref= Intensitas referensi, 10-12 W/m2
2.6.8 Daya Bunyi dan Tingkatan Daya Bunyi
Daya bunyi adalah daya radiasi sumber bunyi yang menuju ke sekitar udara, dalam satuan watts. Hubungan daya bunyi dengan intensitas bunyi ditulis dalam persamaan berikut : ) ( ) 4 ( 2 r I r Ws = π s 2.24
Dimana, Ws = Total daya bunyi, watts
Is = Maksimum intensitas udara pada jarak radius (r)
r = Jarak dari titik tengah akustik sumber bunyi ke permukaan imajiner sphere, m
tingkatan daya bunyi didefenisikan dalam persamaan berikut :
w
Dimana, Lw = Tingkat daya bunyi, dB W = Daya bunyi, watts
W0 = Daya bunyi referensi, 10-12 Watts