Kajian Koefisien Absorpsi Bunyi Dari Material Komposit Serat Gergajian Batang Sawit Dan Gypsum Sebagai Material Penyerap Suara Menggunakan Metode Impedance Tube

(1)

KAJIAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI MATERIAL

KOMPOSIT SERAT GERGAJIAN BATANG SAWIT DAN

GYPSUM SEBAGAI MATERIAL PENYERAP SUARA

MENGGUNAKAN METODE

IMPEDANCE TUBE

TESIS

Oleh :

KHAIRUL SUHADA 077015005 / MTM

PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KAJIAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI MATERIAL

KOMPOSIT SERAT GERGAJIAN BATANG SAWIT DAN

GYPSUM SEBAGAI MATERIAL PENYERAP SUARA

MENGGUNAKAN METODE

IMPEDANCE TUBE

T E S I S

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Pada Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh :

KHAIRUL SUHADA 077015005 / MTM

PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

T E S I S

BERJUDUL

KAJIAN KOEFISIEN ABSORPSI MATERIAL KOMPOSIT SERAT GERGAJIAN BATANG SAWIT DAN GYPSUM SEBAGAI

MATERIAL PENYERAP SUARA MENGGUNAKAN METODE IMPEDANCE TUBE

Telah Diseminarkan Dan Diuji Di Depan Komisi Pembimbing Dan Tim Penguji Fakultas Teknik USU Untuk Memperoleh Gelar Magister Nteknik

Pada tanggal 24 Juli 2010

...

Khairul Suhada

Kandidat

Tim Penguji,

...

Dr_Ing. Ikhwansyah Isranuri

Pembimbing Utama/Ketua Penguji

...

Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME

(4)

Judul Tesis : KAJIAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI MATERIAL KOMPOSIT SERAT GERGAJIAN BATANG SAWIT DAN GYPSUM SEBAGAI

MATERIAL PENYERAP SUARA

MENGGUNAKAN METODE IMPEDANCE

TUBE

Nama Mahasiswa : Khairul Suhada

Nomor Pokok : 077015005

Program Studi : Magister Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

Dr_Ing. Ikhwansyah Isranuri

Ketua

Prof. Basuki Wirjo Sentono, Ms, Ph.D Dr. Nasruddin MN, M,Eng.Sc

Anggota Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

(5)

ABSTRAK

Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik dasar mengenai koefisien absorbsi bunyi material akustik yang dibuat dengan bahan dasar serat gergajian batang sawit dengan Gypsum. Variabel dalam penelitian ini adalah perubahan komposisi material serat gergajian batang sawit dan Gypsum. Pembuatan sampel diawali dengan penggergajian batang sawit yang menghasilkan serat batang sawit, pengeringan, pencampuran dengan air dan Gypsum, pencetakan dan pengeringan. Pembuatan sampel berbentuk silindris dengan dimeter 50,8 mm untuk kemudian benda uji diuji karakteristik akustiknya dengan menggunakan metode

impedance tube. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa nilai Koefisien absorpsi yang paling tinggi pada Variasi serat gergajian batang sawit adalah pada campuran 0,4:1 pada frekuensi 4000 Hz dengan ketebalan 3 cm yaitu 0,408. Nilai Koefisien absorpsi yang paling rendah pada Variasi serat gergajian batang sawit adalah pada campuran 0,1:1 pada frekuensi 250 Hz dengan ketebalan 3 cm yaitu 0,115.Nilai Koefisien absorpsi yang paling tinggi pada Variasi Gypsum adalah pada pada campuran 0,2:1,25 pada frekuensi 150 Hz dengan ketebalan 2 cm yaitu 0,223. Nilai Koefisien absorpsi yang paling rendah pada Variasi Gypsum adalah pada pada campuran 0,2:2 pada frekuensi 4000 Hz dengan ketebalan 2 cm yaitu 0,055. Penyerapan suara semakin melemah pada frekuensi rendah yaitu dari frekuensi 150 Hz sampai 250 Hz dan semakin menguat pada frekuensi tinggi yaitu dari frekuensi 250 Hz sampai 4000 Hz pada variasi serat gergajian batang sawit dan penyerapan suara melemah dari frekuensi rendah 150 Hz dan semakin melemah pada frekuensi 4000 Hz pada variasi Gypsum.

(6)

ABSTRACT

The primary aim of this research is for knowing the basic characteristic about sound coefficient absorbtion of acoustic material which is made based on fiber stem palm with Gypsum. The variable in this research is the composition change of fiber stem palm and gypsum. Sample manufacture is started with sawing the stem palm that produced fiber stem palm, drying, mixing with water and gypsum, casting and drying. Sample manufacture have to shape cylinders with diameter 50.08 mm and then specimen is tested the it’s characteristic of absorbtion by Impedance Tube method. From this research that have been done could be conclusion that biggest coefficient absorbtion value was on sawing fiber stem palm variation on composition ratio 0.4:1 on frequency 4000 Hz namely 0.408. Lowest coefficient absorbtion value was on sawing fiber stem palm variation on composition ratio 0.1:1 on frequency 250 Hz with 3 cm thickness namely 0.115. Biggest coefficient absorbtion value was on Gypsum variation on composition ratio 0.2:1.25 on frequency 150 Hz with 2 cm thickness namely 0.223. Lowest coefficient absorbtion value was on Gypsum variation on composition ratio 0.2:2 on frequency 4000 Hz with 2 cm thickness namely 0.055. Sound absorbtion more and more lower on low frequency namely from 150 Hz until 250 Hz and more and more higher on high frequency namely from 250 Hz until 4000 Hz on sawing fiber stem palm variation on the contrary the absorbtion of sound strength on lower on low frequency namely from 150 Hz until 4000 Hz.

(7)

KATA PENGANTAR

Bismillaahirohmaanirrohiim.

Segala Puji hanya kepada Allah SWT yang Maha Perkasa dan Bijaksana,

Penguasa Langit dan bumi serta apa-apa yang ada diantaranya, yang telah

memberikan Taufik kepada Hamba yang banyak dosa dan doif ini dalam

meyelesaikan tugas Thesis. Sholawat dan Salam kepada Dzainal Ambiya Nabi

Muhammad SAW yang telah membimbing Kita untuk memahami Kebesaran Allah

Ta’ala. Keberkahan dan keampunan mudah-mudahan terlimpah kepada seluruh

Guru-guru Saya khususnya di lingkungan Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera

Utara.

Penulis sangat berharap Thesis ini yang berjudul “Kajian Koefisien

Absorpsi Material Komposit Serat Gergajian Batang Sawit Dan Gypsum

Sebagai Material Penyerap Suara Menggunakan Metode Impedance Tube”

menjadi suatu keberkahan dalam mengatasi limbah batang sawit dan menambah

keilmuan di bidang Akustik.

Di lembaran kertas ini penulis mengucapkan rasa terimakasih yang

sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah berjasa besar dalam penyelessaian Thesis

ini, yaitu khususnya kepada kedua Orang Tua Penulis tercinta yang selalu

memberikan semangat untuk menuntut ilmu yang setinggi-tingginya. Tidak lupa pula

ucapan terimakasih saya yang sebanyak-banyaknya kepada Bapak Prof. Dr. Ir.

(8)

sekaligus Dosen di bangku kuliah yang telah banyak memotivasi dan memperbaiki

mutu saya dalam hal dunia dan akhirat. Kepada Bapak Dr.-Ing. Ikswansyah Isranuri

sebagai Ketua Teknik Mesin sekaligus Dosen Pembimbing I yang telah memberikan

ide Thesis ini dan membimbing saya dalam hal Noise dan Vibration. Kepada Bapak

Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D sebagai Dosen Pembimbing II.yang telah

banyak memberikan masukkan dalam hal material komposit semoga Allah SWT

membalas segala kebaikan beliau dengan keberkahan ilmu. Kepada Bapak DR.

Nasruddin MN, M,Eng.Sc sebagai Dosen Pembimbing III yang telah banyak

membimbing saya dalam hal penurunan rumus, semoga Allah SWT memberkahi

hidup beliau. Kepada seluruh Dosen Magister Teknik Mesin USU dan seluruh

Pegawai Magister Teknik Mesin serta seluruh sahabat-sahabat Mahasiswa Magister

Teknik Mesin khususnya stambuk 2007 semoga Allah membalas kebaikan atas segala

kebaikan dan pertolongan yang telah diberikan kepada saya.

Saran dan kritik yang membangun dari berbagai pihak sangat Penulis harapkan

Penulis harapkan dapat perperan dalam hal menyempurnakan Thesis ini.

Medan, 04 September 2010

Penulis,

(9)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR...iii

RIWAYAT HIDUP...v

DAFTAR ISI...vi

DAFTAR TABEL...ix

DAFTAR GAMBAR...xi

DAFTAR ISTILAH ... xvi

i BAB 1 PENDAHULUAN...1

1.1 Latar Belakang ...1

1.2. Road Map Penelitian ...4

1.3. Perumusan Masalah ...6

1.4. Tujuan Penelitian ...7

1.5. Manfaat Penelitian ...8

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA...9

2.1. Material akustik...9

2. 2. Bunyi dan Kebisingan ...9

2.2.1.Pengaruh Kebisingan ...10

2.2.2. Teknik Pengendalian Kebisingan ...11

2.3. Frekuensi ...13

2.4. Periode ...14

2.5. Gerak Gelombang Bunyi ...15

2.6. Kecepatan Gelombang Bunyi ...16

(10)

2.8. Absorpsivitas Bunyi dan Refleksitas Bunyi...20

2.9. Metode Tabung Impedance...21

2.10. Penyerapan Dan Pemantulan Akustik...27

2.11. Gypsum ...29

2.11.1. Papan Gypsum ...30

2.12. Kelapa Sawit ...32

BAB 3 METODE PENELITIAN...33

3.1. Tempat dan Waktu ...33

3.2. Bahan ...34

3..3. Alat-alat Pembuatan Spesimen ...35

3. 4. Alat-alat Pengujian...37

3. 5. Metode Pembuatan Spesimen ...39

3.6. Variabel Penelitian ...39

3. 7. Set-Up Alat Uji Kemampuan Serap BunyiImpedence Tube ....40

3.8. Pelaksanaan Penelitian ...41

3.9. Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data ...42

3.9.1. Contoh Aplikasi Pengukuran...43

3.10. Perencanaan Pengujian...46

3.11. Validasi Alat ...46

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN...48

4.1. Hasil Pengujian Variasi serat ...48

4.1.1. Campuran 0,1;1 dengan ketebalan 1 cm ...48

4.1.4. Campuran 0,2;1 ...71

4.1.5. Campuran 0,3;1 ...73

(11)

4.2. Hasil Pengujian Variasi Gypsum ...77

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN...81

5.1. Kesimpulan ...81

5.2 Saran...82

(12)

DAFTAR TABEL

Halaman

1. Tabel 1.1. Koefisien absorpsi gypsum ...6

2. Tabel 2.1. Toefisien penyerapan bunyi dari material akustik ...9

3. Tabel 2.2. Tingkat kebisingan rata-rata diukur pada beberapa jarak. ...10

4. Tabel 2.3. Tingkat kebisingan yang dizinkan oleh Walsh-Healey Public Contracts...11

5. Tabel 2.4. Batasan dari frekuensi...14

6. Tabel 2.5. Kecepatan gelombang suara...17

7. Tabel 2.6. Koefisien absorpsi dari material akustik...29

8. Tabel 2.7. Komposisi kimia gypsum ...30

9. Tabel 2.8. Koefisien absorpsi gypsum ...31

10.Tabel 2.9. Kuat tekan papan gypsum ...31

11.Tabel 2.10. Kuat impak papan gypsum...31

12.Tabel2.11. Karakteristik detail sifat fisik dan mekanis batang kelapa sawit ....32

13.Tabel 3.1. Kegiatan dan instansi pendukung penelitian...33

14.Tabel 3.2. Perbandingan campuran bahan specimen dengan memvariasikan serat batang sawit...39

15.Tabel 3.3. Perbandingan campuran bahan specimen dengan memvariasikan gypsum. ...40

16.Tabel 3.4. Parameter pengujian...46

17.Tabel 3.5. Koefisien absorpsi papan gypsum tebal 13 mm referensi ...46

18.Tabel 3.6. Koefisien absorpsi papan gypsum tebal 13 mm pengujian pengukuran FMIPA USU...47

15.Tabel 3.7. Galat koefisien absorpsi (α) ...47

16.Tabel 4.1. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran 0,1:1 dengan ketebalan 1 cm ...56

17.Tabel 4.2. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran 0,1:1 ketebalan 2 cm ...62

(13)

19.Tabel 4.4. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran

0,1:1 ketebalan 1, 2 dan 3 cm ...71

20. Tabel 4.5. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran

21. Tabel 4.6. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran

23. Tabel 4.8. Koefisien absorpsi variasi gypsum jenis campuran 0,2:1,25 dan

(14)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Gambar 1.1. Pohon kelapa sawit...1

2. Gambar 1.2. Panel akustik tipe sh 0011 - absorption panel / plain...3

3. Gambar 1.3. (a) glass wall (b) selencer knalpot dengan peredam glass wall ...3

4. Gambar 1.4. Skematik roadmap penelitian ...4

5. Gambar 1.5. Limbah batang kelapa sawit...7

6. Gambar 2.1. Gelombang transversal...15

7. Gambar 2.2. Gelombang longitudinal...15

8. Gambar 2.3. Intensitas bunyi ...18

9. Gambar 2.4. Analogi thermometer...19

10.Gambar 2.5. Tabung impedansi (resonator) ...21

11.Gambar 2.6. Dua gelombang yang merambat dengan arah berlawanan...23

12.Gambar 2.7. Ilustrasi Pengukuran gelombang ...25

13.Gambar 2.8. Pemantulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua media akustik ...28

14.Gambar 3.1. Gergajian batang sawit (serat bercampur serbuk) ...34

15.Gambar 3.2. Gypsum ...35

16.Gambar 3.3. Gergaji mesin ...35

17.Gambar 3.4. Timbangan...36

18.Gambar 3.5. Impedance tube ...37

19.Gambar 3.6. Osciloscop ...37

20.Gambar 3.7. Power amplifire ...37

21.Gambar 3.8. Sound generator ...38

22.Gambar 3.9. Condensor microphone ...38

23.Gambar 3.10. Speaker ...38

24.Gambar 3.11. Spesimen siap uji...39

(15)

26.Gambar 3.13. Diagram alir penelitian...43

27.Gambar 3.14. Pengukuran gelombang reflection (pantul) ...42

28.Gambar 3.15. Posisi microphone 35 cm ...43

32.Gambar 4.1. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm ...48

(b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm ...49

33.Gambar 4.2. Standing wave ratio (SWR) ...50

34.Gambar 4.3. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 250 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm ...51

29. Gambar 4.4... (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 500 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm ...52

30. Gambar 4.5. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 1 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm ...53

(b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 1 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm ...53

(16)

(a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 2 KHz pada osciloscope

dengan ketebalan 1 cm ...54

(b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 2 KHz pada osciloscope

32. Gambar 4.7.

33. Gambar 4.8.

(a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope

(b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope

34. Gambar 4.9.

35. Gambar 4.10.

36. Gambar 4.11.

(17)

37. Gambar 4.12.

38. Gambar 4.13.

(b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 4 KHz pada osciloscoe

39. Gambar 4.14.

40. Gambar 4.15.

41. Gambar 4.16.

42. Gambar 4.17.

(18)

43. Gambar 4.18.

44. Gambar 4.19.

45. Gambar 4.20. Grafik frekuensi versus koefisien absorpsi dan photo dengan pembesaran 100 kali pada campuran 0,1:1 ...70

46. Gambar 4.21. Grafik frekuensi versus koefisien absorpsi dan photo dengan pembesaran 100 kali pada campuran 0,2:1:...72

(19)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

(20)

DAFTAR ISTILAH

Simbol Besaran Satuan

a amplitude... (m)

c speed of sound………... (m/s)

d depth………... (m)

f frequency………. (Hz)

g gravity acceleration……… (m/s2)

l length……….. (m)

m surface weight………. (kg/m2)

n attenuation coefficient……….

p sound pressure………. (db)

s stiffness……… (n/m)

t time……….. (s)

x static deflection……… (m)

a total absorption………... (m2-sabin)

b bending stiffness………. (nm)

c correction factor………. (db)

d sound energy density……….. (w-/m3)

e young’s modulus………. (pa)

il insertion loss………... (db)

lp sound pressure level... (db)

m total weight... (kg)

nr noise reduction... (db)

pwl sound power level... (db)

s area... (m2)

tc celsius temperature... (0c)

tk kelvin temperature……… (0k)

(21)

tl transmission loss……….. (db)

v volume……… (m3)

w sound power ... (w)

α absorption coefficient……….

path length difference... (m)

transmissibility………

loss factor………

geometric angle………... 0

λ wavelength……….. (m)

ξ damping coefficient……… (kg rad/s)

ρ density………. (kg/m3)

σ poisson’s ratio………..

τ transmission coefficient………..

ω angular frequency………... (rad/s)

δ noise reduction………... (db)

4m air absorption………... (1/m or

(22)

ABSTRAK

Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik dasar mengenai koefisien absorbsi bunyi material akustik yang dibuat dengan bahan dasar serat gergajian batang sawit dengan Gypsum. Variabel dalam penelitian ini adalah perubahan komposisi material serat gergajian batang sawit dan Gypsum. Pembuatan sampel diawali dengan penggergajian batang sawit yang menghasilkan serat batang sawit, pengeringan, pencampuran dengan air dan Gypsum, pencetakan dan pengeringan. Pembuatan sampel berbentuk silindris dengan dimeter 50,8 mm untuk kemudian benda uji diuji karakteristik akustiknya dengan menggunakan metode

impedance tube. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa nilai Koefisien absorpsi yang paling tinggi pada Variasi serat gergajian batang sawit adalah pada campuran 0,4:1 pada frekuensi 4000 Hz dengan ketebalan 3 cm yaitu 0,408. Nilai Koefisien absorpsi yang paling rendah pada Variasi serat gergajian batang sawit adalah pada campuran 0,1:1 pada frekuensi 250 Hz dengan ketebalan 3 cm yaitu 0,115.Nilai Koefisien absorpsi yang paling tinggi pada Variasi Gypsum adalah pada pada campuran 0,2:1,25 pada frekuensi 150 Hz dengan ketebalan 2 cm yaitu 0,223. Nilai Koefisien absorpsi yang paling rendah pada Variasi Gypsum adalah pada pada campuran 0,2:2 pada frekuensi 4000 Hz dengan ketebalan 2 cm yaitu 0,055. Penyerapan suara semakin melemah pada frekuensi rendah yaitu dari frekuensi 150 Hz sampai 250 Hz dan semakin menguat pada frekuensi tinggi yaitu dari frekuensi 250 Hz sampai 4000 Hz pada variasi serat gergajian batang sawit dan penyerapan suara melemah dari frekuensi rendah 150 Hz dan semakin melemah pada frekuensi 4000 Hz pada variasi Gypsum.

(23)

ABSTRACT

The primary aim of this research is for knowing the basic characteristic about sound coefficient absorbtion of acoustic material which is made based on fiber stem palm with Gypsum. The variable in this research is the composition change of fiber stem palm and gypsum. Sample manufacture is started with sawing the stem palm that produced fiber stem palm, drying, mixing with water and gypsum, casting and drying. Sample manufacture have to shape cylinders with diameter 50.08 mm and then specimen is tested the it’s characteristic of absorbtion by Impedance Tube method. From this research that have been done could be conclusion that biggest coefficient absorbtion value was on sawing fiber stem palm variation on composition ratio 0.4:1 on frequency 4000 Hz namely 0.408. Lowest coefficient absorbtion value was on sawing fiber stem palm variation on composition ratio 0.1:1 on frequency 250 Hz with 3 cm thickness namely 0.115. Biggest coefficient absorbtion value was on Gypsum variation on composition ratio 0.2:1.25 on frequency 150 Hz with 2 cm thickness namely 0.223. Lowest coefficient absorbtion value was on Gypsum variation on composition ratio 0.2:2 on frequency 4000 Hz with 2 cm thickness namely 0.055. Sound absorbtion more and more lower on low frequency namely from 150 Hz until 250 Hz and more and more higher on high frequency namely from 250 Hz until 4000 Hz on sawing fiber stem palm variation on the contrary the absorbtion of sound strength on lower on low frequency namely from 150 Hz until 4000 Hz.

(24)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Saat ini dunia mendapatkan tantangan besar dalam mengolah limbah pohon

Kelapa Sawit yang sudah tidak produktif. Indonesia, khususnya Sumatera Utara,

memiliki banyak lahan perkebunan kelapa sawit. Laju perkembangan tanaman kelapa

sawit di Indonesia, khususnya Sumatera Utara, telah mengalami kemajuan yang pesat

dalam beberapa tahun ini. Dari data statistik Perkebunan Kelapa Sawit Indonesia

2009 disebutkan bahwa luas area perkebunan kelapa sawit untuk seluruh daerah di

Indonesia mencapai 7.125.331 Ha dan di Sumatera Utara mencapai 636.242 Ha

dengan kerapatan 130 – 143 pohon per hektar. (www.deptan.com).

Pohon Kelapa Sawit yang sudah tidak produktif seperti yang ditunjukkan pada

gambar 1.1 sangat penting diusahakan agar menjadi material yang bermanfaat dan

bernilai ekonomis.

(25)

Secara umum, bahan yang bersifat lembut dan berpori diyakini mampu

menyerap energi suara yang melintasinya. Batang kelapa sawit memiliki sifat lembut

dan struktur yang berpori. Berdasarkan pemahaman ini, maka ada kemungkinan

batang kelapa sawit dapat dijadikan material akustik yang dapat menyerap energi

suara sehingga batang kelapa sawit ini dapat lebih berguna.

Kelapa sawit merupakan tumbuhan monokotil yang mana batangnya memiliki

sifat fisik yang berbeda dari kulit hingga inti. Menurut penelitian yang dilakukan oleh

Purboyo Guritno dan Basuki Wirjosentono, batang kelapa sawit memiliki sifat fisik

dan mekanis yang berbeda pada bagian inti, bagian tengah, dan bagian kulitnya.

Kekuatan, kerapatan, serta jumlah seratnya makin menurun dari bagian kulit

(Peripheral) hingga intinya. (Guritno, Purboyo & Basuki Wirjo Sentono, 2000).

Kebisingan merupakan salah satu masalah yang sangat penting untuk diatasi,

karena jelas mengganggu aktivitas maupun kesehatan pada manusia. Salah satu cara

untuk mencegah perambatan radiasi kebisingan pada komponen struktur mesin,

ruangan bangunan serta kebisingan industri, ialah dengan penggunaan material

akustik yang bersifat menyerap atau meredam bunyi sehingga bising yang terjadi

dapat direduksi.

Setiap manusia pasti menginginkan suasana yang nyaman dan jauh dari

kebisingan, tetapi untuk membeli sebuah material akustik, katakanlah sebuah panel

akustik memerlukan biaya yang mahal, sebagai contoh panel akustik pada gambar 1.2

panel akustik tipe SH 0011 - Absorption Panel/Plain adalah 88.25 EUR untuk harga

(26)

yang terbuat dari serat batang sawit yang gratis kita dapatkan dan gypsum yang hanya

tiga puluh ribu rupiah per 20 kg, maka akan sangat terjangkau harganya.

Gambar 1.2 Panel akustik tipe SH 0011 - Absorption Panel / Plain (www. Aixfoam.com)

Sampai saat ini, bahan peredam suara yang umum digunakan pada Selencer

knlapot ialah glass wall seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.3 karena memiliki

koefifien absorpsivitas yang tinggi yaitu 0,99 tetapi harganya sangat mahah yaitu

sekitar Rp.300.000,- sampai jutaan, oleh karena itu sangat penting sekali menemukan

material akustik alternatif yang murah dan handal. (www. Aixfoam.com).

(a) (b)

Aplikasi material akustik (glass

wall) pada selencer knalpot

Gambar 1.3 (a) Glass Wall (b) Selencer knalpot dengan peredam glass wall

Pada tahap awal telah diselidiki kemungkinan penggunaan limbah batang

sawit sebagai bahan baku panel akustik. Meskipun dilaporkan (Ikhwansyah, Munir

(27)

bahwa bahan komposit polimer yang dibuat dari serat batang kelapa sawit ini cukup

layak diproduksi, namun material akustik yang terbuat dari serat batang kelapa sawit

dengan perekat gypsum sebagai bahan penyerap suara belum pernah diuji dan

penelitian dalam bidang material akustik yang terbuat dari limbah batang kelapa sawit

sangat murah dari segi ekonomis karena jumlah batang sawit yang sudah tidak

produktif sangat banyak.

1.2. Roadmap Penelitian

Cakupan penelitian dari tahun I, II, dan III ditunjukkan pada gambar 1.4.

Ikhwansya h, Munir, kajian awal karakterikti k akustik inti kelapa sawit dengan metode simulasi

Kajian eksperimental akustik bahan komposit polimer yang terbuat dari serat batang kelapa sawit yang dibuburkan memakai resin hasil riset tahun pertama Program Utama :

- Pembuatan

spesimen dari serat kelapa sawit yang dibuburkan dengan resin yang terbaik hasil tahun I

- Karakteristik

Akustik

- Transmision

Loss Penyelidikan

eksperimental karakteristik akustik bahan komposit polimer yang terbuat dari serat batang kelapa sawit alamiah dengan poliuretane dan resin

Program Utama : - Sifat Fisik Batang kelapa sawit - Pembuatan komposit spesimen secara sandwitch - Karakteristik akustik yaitu Koefisien reflection dan koefisien absorpsi

Simulasi Karakteriktik Akustik bahan komposit polimr yang terbuat dari serat batang kelapa sawit yang susunannya bervariasi menggunakan metode elemen hingga (MEH) Program Utama :

- Simulasi MEH

analisa dari tahun pertama dan tahun kedua

- Verifikasi hasil

eksperimental tahun pertama dan kedua

Tahun 2004 Tahun 2009 Tahun 2010 Tahun 2011

Rekomend

(28)

Menurut Memed, Santoso dan Sutigno (1992) yang meneliti sifat papan

gypsum dari kayu sengon mengemukakan bahwa, kadar air papan gypsum ada di

sekitar 12 – 13% dan tidak dipengaruhi oleh perlakuan. Jenis partikel mempengaruhi

kerapatan papan gypsum yaitu yang terbuat dari wol kayu kerapatannya (1,23 g/cm3)

lebih tinggi daripada yang terbuat dari tatal (1,09 g/cm3). Walaupun dalam

pembuatannya diusahakan seragam mungkin. Hal ini disebabkan oleh tebal papan

gypsum yang berbeda, yaitu 1,405 cm untuk yang terbuat dari wol kayu dan 1,43 cm

yang terbuat dari tatal, sedang berat bahannya sama. Perlakuan berupa perendaman

partikel mempengaruhi penyerapan air dan pengembangan tebal setelah perendaman

papan gypsum selama 24 jam, demikian pula interaksi antara macam partikel dan

perendaman. Penyerapan air papan gypsum yang partikelnya direndam (21,27%)

lebih rendah dari pada partikelnya tidak terendam (30,66%). Demikian pula

pengembangan tebal papan gypsum yang partikelnya direndam (1,38%) lebih rendah

daripada yang partikelnya tidak direndam (1,965%). Sifat penyerapan air dan

pengembangan tebal erat hubungannya, sehingga wajar bila penyerapan air tinggi

maka pengembangan tebalnya juga tinggi. Data tersebut di atas tidak berbeda banyak

dari hasil penelitian Febrianto (1986) yang membuat papan gypsum dari selembar

kayu karet dengan kerapatan 1,03 – 1,06 g/cm3. Setelah papan gypsum direndam

selama 24 jam maka penyerapan airnya 32,39 – 48,98% dan pengembangan tebalnya

1,66 – 3,10%. Hidayati (1989) meneliti papan gypsum dari wol kayu tusam dengan

kerapatan 0,73 – 0,88 g/cm3. Penyerapan air setelah perendaman air dalam 24 jam

(29)

Hubner (1985) mengemukakan persyaratan papan gypsum menurut standar

Jerman, yaitu keteguhan lenturnya (modulus patah) 60 kg/cm2 untuk yang

kerapatannya 1 g/cm3, 75 – 80 kg/cm2untuk yang kerapatannya 1,1 g/cm3 dan 85 –

90 kg/cm3 untuk yang kerapatannya 1,2 g/cm3. Bila hal ini dibandingkan dengan data

papan gypsum dari kayu sengon maka papan gypsum dari tatal yang tidak direndam,

memenuhi persyaratan tersebut sedangkan yang lainnya tidak memenuhi syarat

walaupun perbedaannya tidak begitu besar.

Disebabkan gypsum memilki kemampuan serap suara seperti pada tabel 1.1

maka dengan alasan itulah gypsum dipakai sebagai perekat pada penelitian ini.

Tabel 1.1 Koefisien absorpsi gypsum

Sumber : (Doelle, Leslie L, 1993)

Frekuensi 150 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz

Koef. Serap Bunyi 0.29 0.10 0.05 0.04 0.07 0.09

1.2. Perumusan Masalah

Tanaman kelapa sawit memiliki umur ekonomis 25 tahun, dan setelah itu

biasanya pohon kelapa sawit akan di tebang kemudian di biarkan melapuk atau di

bakar. Jika tindakan pembakaran dilakukan, maka akan ada berjuta batang pohon

kelapa sawit yang akan dibakar yang tentu saja akan menimbulkan pencemaran udara

yang ikut memicu terjadinya pemanasan global yang merupakan salah satu

(30)

menjadikan batang pohon kelapa sawit menjadi lebih berguna sehingga tidak menjadi

sarang hama yang merusak pohon kelapa sawit seperti, tikus, kumbang dan gendon.

Dengan memanfaatkan batang sawit yang tidak produktif menjadi material akustik

berarti memberikan nilai tambah pada limbah batang kelapa sawit, dan pencemaran

lingkungan akibat pembakaran limbah batang sawit ini, secara bersamaan juga dapat

dikurangi. Limbah batang sawit yang biasanya dibakar ditunjukkan pada gambar 1.5.

Gambar 1.5 Limbah batang kelapa sawit

Material akustik berbahan batang sawit dengan perekat gypsum diperkirakan

akan mampu menjadi material akustik alternatif yang handal dan murah, untuk itulah

pengujian ini dilakukan untuk mengembangkan material akustik baru dan menjadi

solusi dari limbah batang sawit.

1.3. Tujuan Penelitian

1.3.1. Tujuan umum penyelidikan

Tujuan umum penyelidikan ini adalah mendapatkan karakteristik akustik

seperti koefisien serap (absorbsi) bunyi pada beberapa frekuensi dari material

(31)

1.3.2. Tujuan khusus penyelidikan ini adalah:

1.Mengetahui harga amplitudo maksimal dan minimal pada tabung

impedance.

2.Mengetahui harga frekuensi yang paling baik diserap material yang diuji.

3.Mendapatkan jenis perbandingan antara air, gergajian batang sawit dan

gypsum yang paling tepat yang digunakan dalam pembuatan material

akustik alternatif tersebut, sehingga menghasilkan nilai koefisien serap yang

optimal.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat yang akan diperoleh dari penyelidikan ini adalah:

1. Menemukan material akustik alternatif yang handal dan murah.

2. Menjadi solusi masalah limbah dari batang kelapa sawit yang begitu besar

di dunia.

3. Mengeliminir terjadinya pemanasan global yang merupakan salah satu

masalah dunia yang diakibatkan dari pembakaran limbah batang kelapa

sawit.

4. Menambah informasi baru dalam keilmuan di bidang material akustik,

(32)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Material Akustik

Material akustik adalah material teknik yang fungsi utamanya adalah untuk

menyerap suara/bising. Tiap-tiap material akustik memiliki nilai kemampuan

penyerapan bunyi yang berbeda-beda, seperti pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Koefisien penyerapan bunyi dari material akustik.

Frekuensi (Hz)

Material 150 250 500 1000 2000 4000

Gypsum board (13 mm)

Kayu

Gelas

Tegel geocoustic (81 mm)

Beton yang dituang

Bata tidak dihaluskan

Steel deck (150 mm)

2.2. Bunyi dan Kebisingan

Bunyi, secara psikologis, didefinisikan sebagai hasil dari variasi-variasi

tekanan disuatu medium baik udara maupun air yang berlaku pada permukaan telinga

yang mengubah variasi tekanan menjadi sinyal-sinyal elektrik dan diterima otak

(33)

yang memiliki tekanan dan sebagai medium pemindah gelombang bunyi. Medium ini

dapat berupa udara, gas dan benda padat.

Menteri Negara Lingkungan Hidup dalam sebuah kepuusannya (No. Kep 48

/MENLH/11/1996 ; tentang baku tingkat kebisingan) mengistilahkan “ Kebisingan

adalah bunyi yag tidak diinginkan dari usaha/kegiatan manusia dalam tingkat dan

waktu tertentu yang dapat menimbulkan gangguan kesehatan manusia dan

kenyamanan lingkungan “. Tingkat kebisingan dari beberapa sumber dapat dilihat

pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Tingkat kebisingan rata-rata diukur pada beberapa jarak.

Sumber Kebisingan Tingkat Kebisingan, dB

Detik arloji Halaman tenang Kantor

Pembicaraan normal, 1m Mobil di lalu lintas kota, 7m Industri

Ruang teletype surat kabar Motor tempel 10 HP, 17m Jet lepas landas, 1100m Motor sport, 10m

Mesin potong rumput, 3m Sirine, 50 HP, 30m Roket ruang angkasa

20 Sumber : (Hemond Jr, Conrad J, 1983)

2.2.1 Pengaruh Kebisingan

Kebisingan yang cukup tinggi, di atas 70 dB dapat menyebabkan

kegelisahan, kurang enak badan, kejenuhan mendengar, sakit lambung dan

(34)

kemunduran serius pada kondisi kesehatan seseorang. Bila hal ini

berkepanjangan dapat merusak pendengaran yang bersifat sementara

maupun permanen. Tingkat kebisingan yang cukup tinggi untuk

menyebabkan ketulian sementara atau permanen terjadi di industri. Berbagai

kriteria telah ditetapkan dan menyatakan tingkat kebisingan maksimum yang

tidak boleh dilampaui. Bila tingkat kebisingan melampaui tingkat kebisingan

yang membahayakan maka harus diambil suatu tindakan pencegahan untuk

mereduksinya.

Tabel 2.3 memperlihatkan batasan tingkat kebisingan pada industri yang

dizinkan oleh Walsh-Healey Public Contracts, yang jika dilampaui harus dilakukan

tindakan proteksi terhadap pekerja.

Tabel 2.3. Tingkat kebisingan yang dizinkan oleh Walsh-Healey Public Contracts.

Durasi, perhari (Jam)

Tingkat Bunyi (dB) 0.25 atau kurang

90 Sumber : (Hemond Jr, Conrad J, 1983)

2.2.2. Teknik Pengendalian Kebisingan

Pengendalian kebisingan merupakan tindakan penurunan/pengurangan

kebisingan di sumber-sumber kebisingan, mengontrol jalannya kebisingan dan

(35)

diizinkan. Penurunan kebisingan dengan metoda aplikasi akustik pada permesinan

sejak tahap desain merupakan hal yang paling efektif mengingat besarnya biaya yang

harus dikeluarkan dan persoalan pengendalian kebisingan bersifat multi

dimensi atau lintas ilmu.

Untuk mendapatkan suatu rancangan material akustik, komponen mesin

maupun ruangan yang bersifat low noise design, ada hal-hal tertentu yang harus

dilakukan, salah satunya adalah identifikasi. Source atau Noise Generation

Mechanism (NGM) harus diketahui, bersifat apakah NGM-nya, apakah air borne,

solid borne, ataupun fluid borne. Identifikasi ini mencakup sumber, propagasi dan

radiasi dan berdasarkan data-data kualitatif, eksperimen dan pengalaman.Dalam

mengidentifikasi sumber-sumber kebisingan suatu sistem haruslah diketahui

komponen-komponen mana saja yang bersifat aktif maupun pasif. Dalam arti mana

saja yang memiliki NGM dan yang tidak memiliki NGM. Indentifikasi propagasi atau

jalannya rambatan bunyi mencakup komponen mana saja yang berpotensial

meneruskan dan yang merefleksikan kembali dalam satu material. Dengan demikian,

dapat diketahui karakteristik atau perilaku rambatan. Identifikasi radiasi sangat

tergantung dari bentuk geometri dari stuktur mesin atau komponen. Bagian/area mana

saja yang berpotensial dan bersfat dominan. Radiasi juga dipengaruhi oleh situasi

sekitar objek yang menjadi permasalahan, seperti tipe medan bunyi, ruang terbuka

atau tertutup dan emisi dari mesin-mesin yang berdekatan. (Ikhwansyah, 2002).

(36)

Harga dari sebuah objek yang bergerak balik dan terus (back and forth)

dapat digunakan sebagai definisi dari frekuensinya, oleh karena itu frekuensi adalah

jumlah dari getaran-getaran yang terjadi dalam sebuah satuan waktu. Frekuensi juga

adalah jumlah dari waktu sebuah perulangan gelombang sempurna dengan waktu,

atau juga jumlah siklus yang terjadi dalam sebuah satuan waktu. Pada waktu lampau

satuan dari ukuran sebuah frekuensi didefinisikan sebagai banyaknya siklus perdetik

(cps). Sekarang, frekuensi ditentukan dalam satuan yang disebut Hertz (Hz). Satu

Hertz sama dengan satu siklus perdetik. Frekuensi yang dapat didengar oleh manusia

berkisar 20 sampai 20.000 Hz. Perbandingan terbalik dari frekuensi adalah waktu

untuk sebuah siklus getaran yang sempurna yang diukur dalam perbandingan dari

waktu seperdetik, dan dikenal sebagai periode. Karena itu sebuah frekuensi dari

20 Hz akan memiliki sebuah Periode 0,05 detik, dan dapat kita tulis dalam persamaan

berikut:

f =

T

1

(Hz) (2.1)

Frekuensi dari sebuah gelombang suara menunjukan jumlah dari waktu

pembagian tekanan (compression portion) dari gelombang yang melalui suatu poin

dalam sebuah waktu, biasanya satu detik. Bagian tekanan dari gelombang diikuti

dengan penyertaan penipisan yang disebabkan ketika tekanan bunyi bergerak melalui

sebuah elastis medium dan menyebabkan partikel dari medium bergerak bersamaan

menjadi lebih rapat atau dekat, setelah melalui dari regangan dan rapatan (Pulse),

(37)

adalah seperti sebuah massa yang digantungkan pada ujung pegas. Ketika massa

ditekan dari posisi diamnya, massa cenderung kepada gerak osilasi dengan sebuah

periodik atau gerak berulang hingga energi dari pegas mencapai sebuah kondisi yang

stabil. Beberapa batasan frekuensi yang dapat dihasilkan dari beberapa sumber dapat

dilihat pada tabel 2.4.

Tabel 2.4 Batasan dari frekuensi.

Sumber : (Hemond Jr, Conrad J, 1983)

2.4. Periode

Waktu yang dibutuhkan dalam menyelesaikan satu pergerakan gelombang

siklus adalah definisi dari periode. Hubungan frekuensi dengan periode adalah

kebalikan dari frekuensi dan dapat ditulis dengan persamaan berikut:

Tp =

f

1

(s)

(38)

2.5. Gera

dengan jenis-jenis yang berbeda, tergantung dari

gerak par

tegak lurus ke

arah dari gerak gelombang seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1.

n) dari

medium sebagai gelombang suara seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2.

Gelombang longitudinal

k Gelombang Bunyi

Perjalanan dari energi melalui sebuah medium menghasilkan sebuah gerak

gelombang yang mana berkembang

tikel dalam suatu medium.

Aliran listrik, panas, atau energi cahaya adalah karakteristik sebuah

gelombang transversal yang tercipta ketika partikel bergerak pindah

Gambar 2.1 Gelombang transversal

Gerak gelombang longitudinal adalah hasil gerak partikel yang

berganti-ganti dari perapatan dan perenggangan (alternate compression and rarefactio

(39)

2.6. Ke

itentukan dengan

penerapan persamaan hukum thermodinamika gas sebagai berikut:

=

cepatan Gelombang Bunyi

Kecepatan dari gelombang suara tergantung dari sifat-sifat fisik (physical

properties) dari medium yang dilalui oleh gelombang bunyi tersebut. Untuk udara dan

kebanyakan gas, kecepatan suara pada medium ini dapat d

c

γ = Rasio dari panas spesifik pada tekanan konstan kepada panas spesifik pada

317 m2 / s2 K

M =

u Metrik. Untuk Sistem U.K persamaan kecepatan gelombang

unyinya adalah:

c = 49.03

dim :

c = Kecepatan gelombang suara

volume konstan

G = Konstanta gas = 8

T = Temperatur 0K

Berat molekul gas

Untuk udara pada tekanan atmosfer, persamaan 2.3 dapat direduksi dari satu

kepada dua bentuk persamaan, tergantung pada pemilihan sistem pengukuran, yaitu

U.K (English) ata

b

0

T (2.3.a)

ana

dim :

c = kecepatan gelombang bunyi (ft/s)

(40)

Untuk sistem Metrik persamaanya adalah:

c = 20,05 T0 (2.3.b)

ana

c

t. kecepatan rambat gelombang pada media

padat dapat dinyatakan sebagai berikut:

c =

dim :

= kecepatan gelombang bunyi (m/s)

Untuk kecepatan rambat gelombang pada benda padat sangat tergantung dari

dimensi dan properties material tersebu

 E

(m/s) (2.4)

man

)

patan rambat gelombang pada berbagai jenis material dapat

dilihat pada tabel 2.5.

Tabel 2.5 Kecepatan gelombang suara.

Di a:

E = modulus young (MPa

ρ = massa jenis (Kg/m3)

(41)

Hubungan karakteristik kecepatan suara terhadap frekuensi dari gelombang

serta panjang gelombang dapat ditunjukan melalui persamaan berikut:

c = f . λ (2.5)

dimana λ adalah panjang gelombang (m).

2.7. Intensitas Suara

Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang suara dalam suatu

daerah per satuan luas, intensitas bunyi sangat penting difahami untuk mengetahui

radiasi total dari suatu sumber bunyi dan juga tekanannya.

Untuk sebuah gelombang datar yang semakin menyebar (Plane Progrssive

Wave) dapat kita ketahui intensitasnya dengan persamaan berikut:

I =

c p

.

 (

2

s m

J Joule

2 ) (

) (2.6)

Umumnya refrensi intensitas bunyi menggunakan refrensi intensitas yang

berdasarkan tekanan bunyi 10-12 W/m2 atau 10-16 W/cm2. Illustrasi keadaan intensitas

bunyi dapat dilihat pada gambar 2.3.

(42)

Analogi intensitas bunyi antara satuan W/m2 dengan dB dapat kita lihat

seperti gambar 2.4.

Gambar 2.4 Analogi thermometer dengan intensitas bunyi

Karena intensitas (I) adalah sebuah fungsi dari tekanan persegi (p2), kita dapat

mengembangkan sebuah persamaan untuk tingkat tekanan bunyi (Sound pressure

Level)/SPL sebagai berikut:

SPL = 10 Log 2 0 2 1

p p

(dB) (2.7)

atau :

SPL = 20 Log 0 1

p p

(dB) (2.8)

Dimana:

P0 = tekanan refrensi sebagai tekanan bunyi yang mampu didengar pada sebuah

frekuensi 1000 Hz. Untuk sistim Internasional (SI) Po 10-12 W/m2 atau 10-16

W/cm2.

(43)

Selama daya bunyi (Sound Power Level)/PWL adalah sebuah ukuran total

radiasi energi suara dari sebuah sumber dan SPL adalah tekanan pada sebuah jarak

radial xr dari sumber suara, hubungan antara dua parameter ini dapat dilihat menjadi

suatu persamaan berikut:

PWL = SPL + 10 Log 2π xr2

L = SPL + 20 Log xr + 10 Log 2π (2.9.a)

tau da m pengukuran toleransi

PWL = SPL + 20 xr + 8 (metric)

i sifat material, frekuensi bunyi, dan (2.9)

PW

a la :

(2.9.b)

2.8. Absorpsivitas dan Refleksitas Bunyi

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.

Proses pemindahan daya bunyi dari suatu ruang tertentu, dalam mengurangi

tingkat tekanan bunyi dalam volume tertentu, dikenal sebagai penyerapan bunyi.

Proses ini berkaitan dengan penurunan jumlah energi bunyi dari udara yang menjalar

hingga ia mengenai suatu media berpori atau fleksibel. Bagian energi terserap ketika

gelombang bunyi dipantulkan darinya disebut dengan koefisien serapan bunyi dari

(44)

sudut gelombang bunyi ketika mengenai permukaan material tersebut. Secara

matematis dapat ditulis seperti rumus berikut:

Energy

oefisien serapan ditentukan langsung dari amplitudo tekanan dalam pola gelombang

tegak yang disusun di tabung. Tabung ini dapat digambarkan seperti gambar 2.5.

2.9. Metode tabung impedansi (Resonator)

Dalam mengukur koefisien serapan material salah satu metode standard yang

sering digunakan adalah metode tabung impedansi (resonator). Dengan metode

k

Keterangan : B = Tabung uta L = Troli untuk

ma

(45)

Gambar 2.5. Tabung impedansi (resonator).(SNI-Resonator)

Cepat rambat bunyi dalam tabung ditentukan dengan persamaan:



imana nyi dalam tabung

at bunyi diudara bebas

r = jari-jari tabung

f = frekuensi

koefisien serapan normal yang terjadi,

rkan loudspeaker yang menghasilkan gelombang, dan jika

sembarang waktu, mak

(2.14)

ikut:

(2.15)

A = amplitudo maksimum gelombang datang

d : c’ = cepat rambat bu

c = cepat ramb

Metode ini hanya mengukur

penggunaan metode ini untuk menunjukkan macam-macam sifat dari pada serapan

yangmana dimiliki oleh sebuah bahan.

Jika nada-nada murni yang dihasilkan oleh sebuah oscillator yang digunakan

untuk menggeta

perpindahan dari gelombang terjadi pada a dapat dinyatakan

sebagai berikut:

d1 = A sin (ωt – kx)

k = 2 π/λ

dan perpindahan gelombang pantulan dapat dinyatakan sebagai ber

(46)

A’ = amplitudo maksimum dari gelombang pantulan

ai akibat perpindahan pada setiap titik seperti pada gambar 2.6,

d

1 – A) dan λ/4 terpisah, yang pertama menjadi 0, λ/2, 3 λ /2 dan

lain-lai

1992).

Jika nilai maksimum dan minimum dari

A2 maka:

Gambar 2.6 Dua gelombang yang merambat dengan arah berlawanan d= 0

d1= A sin (ωt-kx) d2= A’ sin (ωt+kx)

Jadi sebag

besar d dapat diberikan dengan rumus:

= d1 + d2

= A sin (ωt – kx) + A’ sin (ωt + kx)

= A sin ωt cos kx – A cos ωt sin kx + A’ sin ωt cos kx + A’ cos ωt sin kx

= (A sin ωt cos kx + A’ sin ωt cos kx) + (A’ cos ωt sin kx – A cos ωt sin kx)

= A (1 + A) sin ωt cos kx + A (1 - A) cos ωt sin kx (2.16)

Dapat terlihat bahwa masing – masing nilai maksimum dan minimum adalah

A (1 + A) dan A (

n. Sedangkan yang kedua menjadi λ /4, 3 λ/4, 5 λ/4, 7 λ/4 dan sebagainya

(Rochmah,

amplitudo pada tabung adalah A1 dan

A) -(1

) A(1 A2

A1

A A



(47)

atau:

A2) (A1 Amplitudo A



A2) (A1



 (2.18)

R.T.Muehleisen dari Illinois Institute of Technology mengkonversikan energi

gelombang suara menjadi energi listrik melalui Condensor Microphone yang

diperkuat Amplifire dan mengout-putkannya pada Osciloscope yang mampu

menunjukkaan kepada kita bentuk dari sinyal listrik dengan menunjukkan grafik

tegangan terhadap waktu pada layarnya, tergambar oleh pancaran electron yang

enum

e) untuk mempercepat gerakannya, sehingga jatuh tertuju pada layar

tabung. Susunan ini disebut dengan electron gun. Sebuah tabung juga mempunyai

Elektron-elektron disebut pancaran sinar katoda sebab mereka dibangkitkan

eh ca

m buk lapisan phosphor dari layar menimbulkan pancaran cahaya, biasanya

berwarna hijau atau biru, ini sama dengan pengambaran pada layar Televisi.

Oscilloscope terdiri dari tabung vacum dengan sebuah Cathode (electrode

negative) pada satu sisi yang menghasilkan pancaran electron dan sebuah Anode

(electrode positiv

elektroda yang menyimpangkan pancaran elektron keatas/kebawah dan

kekiri/kekanan.

ol thode dan ini menyebabkan Oscilloscope disebut secara lengkap dengan

(48)

Dalam penerapan teori diatas dalam penelitian aAbsorpsivitas suara pada

tabung impedance Tube R.T.Muehleisen mengilustrasikan gambar gelombang sinus

dan Baseline sebagai pengukuran energi suara maksimal (tegangan maksimal) dan

energi suara minimal (tegangan minimal) yang terjadi di dalam tabung impedance

sebagai respon dari energi suara yang dipancarkan oleh Signal Generator pada

Speaker, energi maksimal (A1) yang terjadi di dalam tabung impedance tube adalah

tegangan maksimal pengukuran (A) ditambah tegangan minimal pengukuran (B) pada

tabung impedance sewaktu diberi energi suara dan energi minimal pada tabung

impedance tube (A2) adalah tegangan maksimal pengukuran (A) dikurang tegangan

inimal pengukuran (B). (www. Iit.com). Illustrasi tersebut dapat dilihat pada

ambar 2.7.

Gambar 2.7. Ilustrasi pengukuran gelombang

diingat bahwa gambar gelombang sinus seperti pada gambar m

g

Sekali lagi perlu

2.7 bukanlah gelombang suara sesungguhnya, gelombang suara tidak dapat dilihat

(49)

listrik dalam bentuk sinus, segitiga, dan segi empat yang menumbuk lapisan phospor

pada layar osciloscope.

mengillustrasikan batas

Baseline pada gambar 2.7 adalah suatu teknik dalam

Pengukuran tegangan yang terjadi pada tabung impedance tube. Contoh aplikasi

terdapat pada Bab 3 sub Bab teknik pengambilan data.

t ditunjukan sebagai berbanding langsung terhadap

mplitudo kuadran yaitu: Tetapi energi dapa

a

A’= sebagian dari energi pantulan

(50)

2

Jika perbandingan maksimum dan minimum, A1/A2 diukur maka rumus yang

sesuai dapat dituliskan sebagai berikut:

2

2.10. Penyerapan dan Pemantulan Akustik

Bila suatu gelombang bunyi datang pada suatu permukaan batas yang

emisa

1. Dipantulkan semua.

m hkan dua daerah dengan laju gelombang berbeda, maka kemungkinan yang

(51)

2. Ditransmisikan semua.

3. Sebagian gelom an dipa l a a gian lagi akan ditransmisikan.

ulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua media

akustik dapat dilihat pada gambar 2.8.

media akustik. (Doelle, Leslie L, 1993).

antar muka, setiap energi yang tersisa akan menjadi gelombang

pantul.

ini juga mengikuti

bang ak ntu k n d n seba

Pemant

Gambar 2.8 Pemantulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua

Misalkan dua media akustik dengan sifat impedansi ρ1c1 dan ρ2c2, dimana

datang gelombang dari arah kiri merambat tegak terhadap antar muka. Jika ρ1c1 lebih

kecil dari ρ2c2, kemudian energi dari gelombang datang tak dapat ditransmisikan

melewati dataran

Pemantulan bunyi adalah fenomena dimana gelombang bunyi dibalikkan dari

suatu permukaan yang memisahkan dua media. Pemantulan bunyi Gelombang

datang

Gelombang diserap/ditransmis

ikan

Gelombang pantul

Ge

a g

lombang d tan

ρ1c1 ρ2c2

(52)

kaidah pemantu dengan sudut

di gypsum adalah mineral yang bahan utamanya terdiri dari lan, dimana sudut datangnya bunyi selalu sama

pantulan bunyi.

Penyerapan gelombang bunyi sangat bervariasi dari setiap material,

kemampuan serap material sangat tegantung pada struktur dan massa jenis material

rsebut. Koefisien beberapa material dapat dilihat pada tabel 2.6.

Tabel 2.6 Koefisien absorpsi dari material akustik. te

2.11. Gypsum

Gypsum adalah sebuah mineral yang kebanyakan umumnya di temukan di

lapisan sediment yang mengendap dan bersatu dengan halite, anhydrite, sulfur,

(53)

hydra

kimia

an modern dengan gypsum sudah dimulai sejak dulu

dimana gypsum digunakan sebagai pengisi pencetakan gigi dalam bidang kedokteran.

yang

terdiri dari inti utama dengan kertas pada

p n untuk m biasa dipakai dinding partisi seperti skat

k ning wall (penutu k), hanya saja gypsum iaplikasikan

u terior, kolom dinding atau penahan beban. Rumus kimia gypsum adalah

aSO4·2(H2O), berat molekul = 172,17 gm dan komposisinya seperti tabel 2.7.

Tabel 2.7 Komposisi kimia gypsum.

Nam

ted calcium sulfate. Gypsum akan menjadi lebih kuat apabila mengalami

penekanan. (Gypsum Association, 2007). Gypsum terbuat dari kalsium sulfat (CaSO4

2 H2O). gypsum memiliki criteria antara lain untuk dibentuk memiliki kestabilan

dan fisik yang tinggi, memiliki kemampuan untuk menyerap air dengan baik,

mudah untuk didapat.

Material gypsum tidak membahayakan bagi kesehatan manusia, sebagai

faktanya banyak pengobat

Gypsum juga digunakan sebagai plafon dimana gypsum mempunyai kelendutan

paling minimal, fleksibel dan memiliki kemampuan konduktivitas suhu yang rendah.

Berdasarkan sifat diatas gypsum sebagai plafon dengan mudah dapat di modifikasi

sesuai dengan kebutuhan.

Papan gypsum adalah nama generik untuk keluarga produk lembaran

yang tidak terbakar dan dilapisi

ermukaannya. Selai plafon, gypsu

amar dan li p tembo tidak biasa d

ntuk eks

C

a Komposisi Persentasi Oxide

(54)

Oxygen 55,76 %

Total 100 % 100 %

2.11.1. Papan Gypsum

Papan gypsum adalah nama generik untuk keluarga produk lembaran yang

terdiri dari inti utama yang tidak dapat terbakar dan dilapisi dengan kertas pada

permukaannya.(Gypsum A ifat tahan api, awet

dan b i rm . Salah satu penggunaan papan

gy tuk aian wah n tid alu b ngan an

gypsum dapat dilihat pada tabel 2.8, 2.9 dan

Sumb r : (www. Gypsum Association, 2007)

ssociation, 2007). Papan gypsum bers

tidak menim ulkan em si gas fo aldehida

psum cocok un pemak di ba atap da ak sel erhubu deng

kelembaban tinggi. Spesifikasi papan

2.10.

Tabel 2.8 Koefisien absorpsi gypsum.

Tabel 2.9 Kuat tekan papan gypsum.

Frekuensi 150 Hz 250 Hz 500 Hz 1000

Hz

2000 Hz

4000 Hz Koef. Serap

Bunyi

0.29 0.10 0.05 0.04 0.07 0.09

(55)

Tabel 2.10 Kuat impak papan gypsum.

mber : (www. Gypsu

2.12. Kelapa Sawit

Hasil penelitian mencatat volume batang kelapa sawit rata-rata 1,72

m3/pohon, apabila diambil 75% dari populasi akan diperoleh 128 pohon/ha, maka

akan tersedia volume batang kayu sebesar 165,12 m3/ha. Secara teknis setelah

mencapai umur tertentu (25 tahun), produktivitasnya menurun secara nyata, Karena

tuntutan persyaratan proses produksi, pengolahan dan pemasaran, infrastruktur harus

cukup mendukung, sehingga mempunyai kelayakan teknis dan ekonomis yang lebih

layak dibanding karet dan kelapa.

Karakteristik kayu kelapa sawit adalah sebagai berikut:

n aw

kompon

g me an rapuh.

Su m Association, 2007)

Kelapa sawit (Elaeis) adalah tumbuhan industri penting penghasil minyak

masak, minyak industri, maupun bahan bakar (biodiesel).

1. Ta aman ke pa sla it han memiliki sedikit bagian kayu yang cukup keras.

e ki

ya

2. Batang kelapa sawit m mili en struktural dengan banyak poros

(56)

Karakteristik detail sifat fisik dan mekanis batang kelapa sawit dapat dilihat

pada tabel 2.11.

Tabel2.11. Karakteristik detail sifat fisik dan mekanis batang kelapa sawit.

umber : (Guritno, Purboyo & Basuki Wirjo Sentono, 2000)

Bagian Kerapatan (g/cm3)

Jumlah serat per cm2

Modulus patah (kg/cm2)

Modulus elastisitas (kg/cm2)

Kulit 0,53 67 217 15685

Tengah 0,42 52 194 9473

Inti 0,39 39 127 780

(57)

BAB 3

METODE PENELITIAN

Penelitian mengenai penggunaan inti batang sawit sebagai bahan baku spesimen

akustik ini merupakan penelitian lanjutan dari sebuah penelitian awal mengenai

potensi inti batang sawit sebagai bahan baku akustik. Adapun penelitian lanjutan ini

dirancang sebagai penelitian eksperimental laboratorium, maka dalam penelitian ini

metode campuran merata atau homogen, menjadi metode yang dipilih untuk

mencetak spesimen sedangkan metode pengujian absorpsivitas suara ini mengacu

pada m e tub

3.1. Tempat dan Waktu

tan pen be

Tabel 3.1 Kegiatan dan instansi pendukung penel

. Keterangan

etode ASTM C 1038 dengan menggunakan impedanc e.

l 3.1:

itian Keseluruhan kegia elitian ini dijelaskan dalam ta

No Kegiatan Instansi Pendukung

1. Pengadaan Bahan-bahan

Pengujian

-Toko-toko bahan di kota Medan

(58)

-PT. PN II Klumpang Kebun 2. Peracikan Spesimen Laboratorium Noise &

3. Pengujian Absorptivitas Laboratorium Fisika Instrumen Akustik FMIPA USU

Perkebunan

Kelapa Sawit

Perekat (Gypsum) diperoleh dari Toko-toko

Penjualan bahan bangunan

Vibration Center MTM USU

(Impedance Tube)

PTPN II dan

4. Asistensi Dengan Dosen Magister Teknik Mesin USU

3.2. Bahan

Adapun bahan-bahan yang akan digunakan dalam pembuatan spesimen akustik

ini adalah sebagai berikut:

1. Gergajian batang sawit.

Gergajian batang sawit. yang digunakan pada penelitian ini adalah seperti

yang ditunjukkan pada gambar 3.1 dan memiliki panjang serat dari ukuran partikel

sampai panjang maksimal 5 cm, panjang rata 2,2 cm, dan diameter serat

rata-rata 0,08 cm, densitas 0,40 gr/cm3, jumlah serat per cm2 50, modulus patah 190

(59)

Gamb rcampur serbuk)

2. Gypsum

Jenis gypsum i perekat pada spesimen ini adalah

gypsum SNI 15-0129-2004 m cor seperti yang ditunjukkan pada

gambar 3.2.

igunakan dalam penelitian ini adalah air produksi PDAM Tirtanadi

edan.

.3. Alat-ala

n ini adalah

ebagai beri

1. Gergaji mesin

ar 3.1 Gergajian batang sawit (serat be

yang akan digunakan sebaga

erek A Plus khusus

Gambar 3.2 Gypsum

3. Air

Air yang d

M

3 t Pembuatan Spesimen

Adapun alat-alat yang digunakan dalam pembuatan specime

(60)

ge aji m tunjukkan pada gambar 3.3 adalah

sebaga

as mesin : 2 Tak – 5,3 HP – 3,9 KW

Rantai : 3/8" pitch ( Rapid micro, Super )

a oli : Otomatis/Manual

. Timbangan

Timb erk Mettler Toledo, tipe

G024 delta range, da um 619/210 g seperti ditunjukkan pada

gambar 3.4.

Gambar 3.3 Gergaji mesin

Spesifikasi rg esin seperti yang di

i berikut:

Kapasit

Silinder : 72,2 cc

Ukuran bar : 32 – 63 cm/12.5" - 25"

Pomp

Kapasitas tangki bensin : 0,68 liter

Kapasitias tangki oli rantai : 0,36 liter

angan yang digunakan pada penelitian ini berm

ya timbang maksim 2

(61)

spesimen

eter dalam tabung

pedance dengan variasi ketebalan 1, 2 dan 3 cm.

.4. Alat Pengujian

Alat-alat pengujian yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Impedance Tube

e Tube yang digunakan pada penelitian ini memiliki panjang 50 cm,

amet

2. Osciloscope

Alat yang digunakan bang suara pada pengujian

miliki kapasitas 25 MHz, akurasi pengukuran 5 V-10-3 mV, tipe

W GOS-622G seperti pada gambar 3.6.

Gambar 3.4 Timbangan

3. Cetakan campuran

Cetakan spesimen yang akan digunakan dalam pengujian terbuat dari pipa

PVC merk Maspion berdiameter 50,8 mm sesuai dengan diam

im

3

Impedanc

di er 5,08 cm dan tebal pipa 0,3 cm seperti pada gambar 3.5.

Gambar 3.5. Impedance tube

untuk mengukur gelom

Impedance Tube me

(62)

Gambar 3.6. Osciloscop

Gambar 3.7. Power Amplifire

4. Sound Generator

Spesifikasi Sound Generator pada gambar 3.8 yang digunakan dalam

penelitian ini bertipe GW Instek GFG-8216A kapasitas 1 MHz.

Gambar 3.9 Condensor microphone

Spesifikasi Condensor microphone pada gambar 3.9 diatas bermerk

rofessional wired condenser microphone type condenser dengan kapasitas frekuensi

spon 50 Hz – 18 KHz.

Spesifikasi:

250 Watt Stereo Merk Piwie Tipe AV-299 seperti pada gambar 3.7 disamping.

3. Power Amplifire

Gambar 3.8. Sound generator

5. Condensor Microphone

p

(63)

5. Speaker

S

Gambar 3.10 Speaker

3.5. Metode Pembuatan Spesimen

Pertam

me

dikeringkan dicam rata, lalu dicampur

dengan air dengan perbandingan an pada variabel bebas

pada sub Bab 3.6 kemudian diaduk sampai rata, setelah itu dimasukan kedalam

pesimen yang telah siap diuji seperti pada gambar 3.11.

esimen yang telah siap diuji

3.6. abel Penel

A. Variabel bebas dalam penelitian ini ada tiga yaitu:

pesifikasi Speaker diameter 8 cm, daya 20 Watt, 8 ohm.seperti pada gambar

3.10.

a-tama batang sawit digergaji dengan gergaji mesin sehingga

nghasilkan serat, serat dikeringkan sampai beratnya stabil/kering, serat yang telah

pur dengan gypsum dan diaduk hingga me

seperti yang telah ditentuk

cetakan lalu dikeringkan. S

Gambar 3.11. Sp

(64)

1

ersentasi berat (Kg) s

Tabel 3.2 Perbandingan campuran bahan specimen dengan variasikan serat

gergajian batang sawit.

Jenis Perbandingan dalam Kg (% Berat)

. Variasi perbandingan serat gergajian batang sawit, gypsum dan air dalam

p eperti pada tabel 3.2 dan 3.3.

mem

No Serat gergajian batang sawit Gypsum

1. 0,1 1

2. 0,2 1

1 1 3. 0,3

4 0,4

Tabel 3.3 Perbandingan campuran bahan specimen dengan memvariasikan gypsum.

Jenis Perbandingan dalam Kg (% Berat)

No Serat gergajian batang sawit Gypsum

1. 0,2 1,25

2. 0,2 1,50

3. 0,2 1,75

4 0,2 2

3.

. Variabel tetap

Variabel te olt).

.7. Set Up Alat Uji Koefisien Serap Bunyi Menggunakan Impedence Tube

Set up alat uji koefisien serap bunyi menggunakan impedence tube yang nyata

dan sket dapat dilihat pada gambar 3.12 dibawah ini. 2. Ketebalan yaitu: 1, 2 dan 3 (cm)

Frekuensi (f) yaitu: 150, 250, 500, 1000, 2000, 4000 (Hz)

tap pada penelitian ini ialah Volume Amplifire (V B

(65)

ta dan skets

3.8. Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian ini akan mengikuti diagram alir sebagai upaya

optimal mendapatkan tujuan dari penelitian, seperti diperlihatkan pada gambar 3.13

dari diagram tersebut dapat dilihat urutan-urutan pelaksanaan mulai dari penelusuran

literatur, rancangan penelitian, pengujian dan pengamatan, analisa data-data Gambar 3.12 Set-up alat uji serap bunyi nya

pengujian spesimen, sampai pada analisa dan kesimpulan.

Mulai

Rancangan Penelitian

Pembuatan Spesimen

Pengujian dan Pengamatan

Analisa Data Ya atau

Tidak

Penulusuran Literatur

(66)

Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian

3.9. Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data

Pengukuran gelombang dilakukan dengan melihat tampilan bentuk

gelombang pantul pada monitor Oscilloscope, dengan mengeser posisi mikrophon di

sepanjang tabung impedance, maka kita akan mendapatkan tegangan maksimum dan

minimum pengukuran pada tabung yang diberi gelombang bunyi yang ditentukan

ekuensinya, setelah itu kita akan mendapatkan gelombang maksimum dan minimum

yang terjadi pada tabung impedance dengan menjumlahkan tegangan maksimum

pengukuran (A) dengan minimum pengukuran (B) dan mengurangkan harga tegangan

maksimum pengukuran (A) dengan minimum pengukuran (B). Puncak gelombang

tertinggi atau maksimal pada tabung adalah A1=(A+B) dan gelombang terendah atau

(67)

elombang pantul (reflection)

Standing Wave Ratio (SWR) =

Gambar 3.14 Pengukuran g

B

mum pengukuran

ersamaan berikut: Dimana:

A = tegangan maksimum pengukuran

B = tegangan mini

Maka koefisien absorpsi dapat kita tentukan dengan p

A2/A1)

A1 = tegangan maksimal pada tabung impedance

= A+B

ung impedance

A2 = tegangan minimal pada tab

= A-B