BAB II
TINJAUAN TEORITIS
2.1. Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda – beda.dikarenakan karekteristik pembentuknya berbeda – beda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karekteristik yang berbeda dari material – material pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat.
Saat ini jenis komposit yang paling banyak digunakan adalah komposit berpenguat serat. Hal ini karena serat sebagai penguat memiliki keuntungan sebagai berikut:
1. Memiliki perbandingan panjang dengan diameter (aspect ratio) yang besar. Hal ini menggambarkan bahwa bila digunakan sebagai penguat dalam komposit, serat akan memiliki luas daerah kontak yang luas dengan matriks dibanding bila menggunakan penguat lain. Dengan demikian diharapkan akan terbentuk ikatan yang baik antara serat dengan matriks. 2. ”Size effect”. Serat memiliki ukuran yang kecil sehingga jumlah cacat per
satuan volume serat akan lebih kecil dibandingkan material lain. Dengan demikian serat akan memiliki sifat mekanik yang baik dan konsisten. 3. Serat memiliki densitas yang rendah sehingga memilki sifat mekanik
spesifik (sifak mekanik per satuan densitas) yang tinggi.
2.1.1. Jenis – Jenis Material Komposit
Komposit didefinisikan sebagai material yang terdiri dua atau lebih material penyusun yang berbeda, umumnya matriks dan penguat (reinforcement).Matriks adalah bagian komposit yang secara kontinyu melingkupi penguat dan berfungsi mengikat penguat yang satu dengan yang lain serta meneruskan beban yang diterima oleh komposit ke penguat. Sedangkan penguat adalah komponen yang dimasukkan ke dalam matriks yang berfungsi sebagai penerima atau penahan beban utama yang dialami oleh komposit.
Berdasarkan jenis penguatnya komposit dibagi:
1. Material komposit serat (fibricus composite), yaitu komposit yang terdiri dari serat dan bahan dasar yang diprosuksi secara fabrikasi, misalnya serat + resin sebagai bahan perekat, sebagai contoh adalah FRP (Fiber Reinforce Plastic) plastik diperkuat dengan serat dan banyak digunakan, yang sering disebut fiber glass.
2. Komposit lapis (laminated composite), yaitu komposit yang terdiri dari lapisan dan bahan penguat, contohnya polywood, laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya.
3. Komposit partikel (particulate composite), yaitu komposit yang terdiri dari partikel dan bahan penguat seperti butiran (batu dan pasir) yang diperkuat dengan semen yang sering kita jumpai sebagai beton.
Berdasarkan matriksnya, komposit dibagi menjadi:
1. Metal matrix composites (MMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks logam.
2. Ceramic matrix composites (CMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks keramik.
3. Polymer matrix composites (PMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks polimer.
membentuk ikatan yang baik dengan sebagian besar penguat. Polimer yang lebih banyak digunakan sebagai matriks komposit adalah polimer termoset, walaupun polimer termoplastik juga dapat digunakan. Penggunaan polimer termoset lebih umum karena proses manufaktur polimer termoset lebih sederhana. Manufaktur komposit termoset biasanya tidak memerlukan temperatur dan tekanan yang tinggi. Viskositas polimer termoset yang rendah pada suhu kamar juga membuat impregnasi (kemampuan meresap) polimer tersebut ke dalam serat lebih baik dibanding termoplastik. Namun termoset juga memiliki kelemahan antara lain sifatnya yang pada umumnya beracun dan kesulitan pendaur-ulangan polimer termoset.
2.2. Serat Sabut Kelapa
Kelapa merupakan tanaman perkebunan/industri berupa pohon batang lurus dari famili Palmae. Tanaman kelapa (cocos nucifera L ), merupakan tanaman serbaguna atau tanaman yang mempunyai nilai ekonomi yang tinggi. Seluruh bagian pohon kelapa dapat dimanfaatkan untuk kepentingan manusia, sehingga pohon ini sering disebut pohon kehidupan ( tree of life ) karena hampir seluruh bagian dari pohon, akar, batang, daun dan buahnya dapat dipergunakan untuk kebutuhan kehidupan manusia sehari – hari.
Penggunaan sabut kelapa banyak dimanfaatkan karena sabut kelapa memiliki sifat tahan lama, sangat ulet, kuat terhadap gesekan, tidak mudah patah, tahan terhadap air, tidak mudah membusuk, tahan terhadap jamur dan hama serta tidak dihuni oleh rayap dan tikus. Untuk itu, serat sabut kelapa menjadi alternatif perkembangan komposit, karena selain murah, mudah didapat juga sangat berlimpah.
Buah kelapa terdiri dari epicarp yaitu bagian luar yang permikaannya licin, agak keras dan tebalnya ± 0,7 mm, mesocarp yaitu bagian tengah yang disebut sabut, bagian ini terdiri dari serat yang keras yang tebalnya 3 – 5 cm, endocarp yaitu tempurung yang tebalnya 3-6 mm, bagian dalam melekat pada kulit luar dari biji endosperm, putih lembaga (endosperm) yang tebal 3 -5 cm dan air kelapa. Sabut kelapa merupakan bagian lapisan tengah ( mesocarp ) dari buah kelapa yang terletak antar epicarp dan endocarp. Buah yang telah tua terdiri dari 35%, 12% tempurung, 28% endosperm dan 25 % air. Sabut kelapa terdiri dari kulit ari, serat dan sekam ( dast ). Dinatara tiga komponen penyusun sabut kelapa ini penggunaan serat adalah paling banyak dimaanfatkan dan telah berkembang, serat sabut kelap lapisan tengah kulit terluar dari tempurung. Serat sbut kelapa memiliki sifat dapat menahan kandungan air dan unsure kimia pupuk, serta dapat menetralkan keasaman tanah, ramah lingkungan, juga tidak mudah terbakar atau memberikan asap beracun bila terbakar. ( Djoehana, 1995 ).
Sifat fisisnya :
- Seratnya terdiri dari serat kasar dan halus dan tidak kaku - Mutu serat ditentukan dari warna dan ketebalan
- Mengandung unsure kayu seperti lignin, suberin, kutin, tannin, dan zat lilin.
Sifat mekanik :
- Kekuatan tarik dari serat kasar dan halus berbeda - Mudah rapuh
2.3. G ypsum
Gipsum adalah batu putih yang terbentuk karena pengendapan air laut.Gipsum merupakan mineral terbanyak dalam batuan sedimen, lunak bila murni.Merupakan bahan baku yang dapat diolah menjadi kapur tulis.Menurut Sanusi (1986) gipsum adalah suatu senyawa kimia yang mengandung dua molekul hablur dan dikenal dengan rumus kimia CaSO4.2H2O. Dalam bentuk murni gipsum berupa kristal berwarna putih dan berwarna abu-abu, kuning, jingga atau hitam bila kurang murni.
( a ) ( b ) Gambar 2.1. menujukan bentuk gipsum
a) Batu putih yang terbentuk akibat pengandapan air laut b) Gypsum berbentuk serbuk
Gipsum memiliki banyak kegunaan sejak zaman prasejarah hingga sekarang. Beberapa kegunaan gipsum yaitu:
1) Drywall 2) Bahan perekat
3) Penyaring dan sebagai pupuk tanah. Di akhir abad 18 dan awal abad 19, gipsum Nova Scotia atau yang lebih dikenal dengan sebutan plaister, digunakan dalam jumlah yang besar sebagai pupuk diladang – ladang Gandum di Amerika Serikat
4) Campuran bahan pembuatan lapangan tenis
6) Sebagai pengental tofu karena memiliki kadar kalsium yang tinggi, khususnya di Benua Asia (beberapa negara Asia Timur) diproses dengan cara tradisonal
7) Sebagai penambah kekerasan untuk bahan bangunan 8) Untuk bahan baku kapur tulis
9) Sebagai salah satu bahan pembuat portland semen 10)Sebagai indikator pada tanah dan air
11)Sebagai agen medis pada ramuan tradisional China yang disebut Shi Gao.
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 gipsum adalah nama generik untuk keluarga produk lembaran yang terdiri dari inti utama yang tidak terbakar dan dilapisi kertas pada permukaannya.selain untuk plafon gypsum dipakai dinding partisi seperti skat kamar dan lining wall ( penutup tembok ) hanya saja gipsum tidak biasa diaplikasikan untuk eksterior, kolom dinding atau penahan beban.
2.3.1. Papan Gypsum
Papan gypsum adalah nama generik untuk keluarga produk lembaran yang terdiri dari inti utama yang tidak dapat terbakar dan dilapisi kertas pada permukaannya ( Gypsum Assocation, 2007 ). Papan gypsum bersifat tahan api, awet dan tidak menimbulkan emisi gas formaldehida. Salah satu penggunaan papan gypsum cocok untuk pemakaian dibawah atap dan tidak selalu berhubungan dengan kelembaban tinggi.
Spesifikasi papan gypsum dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 koefisien absorpsi papan gypsum
Frekuensi Koefisien Absorbsi Bunyi
150 Hz 0,29
250 Hz 0,10
500 Hz 0,05
1000 Hz 0,04
2000 Hz 0,07
4000 Hz 0,09
Sumber : (Doelle, Leslie L, 1993) 2.4. Teori gelombang dan bunyi
Pada bagian ini akan diberikan beberapa definisi dan pengertian dasar mengenai gelombang dan bunyi serta hal-hal yang berkaitan dengan teori ini.
2.4.1. Pengertian gelombang
Gerak gelombang muncul di dalam hampir tiap-tiap cabang fisika, seperti gelombang air, gelombang bunyi, gelombang cahaya, gelombang radio, dan gelombang elektromagnetik lainnya. Sebuah perumusan mengenai atom dan partikel-partikel sub-atomik dinamakan mekanika gelombang. Jelaslah bahwa sifat-sifat gelombang sangat penting di dalam fisika.
Gelombang dapat didefenisikan sebagai getaran yang merambat melaluimedium yang dapat berupa zat padat, cair, dan gas. Gelombang terjadi karena adanya sumber getaran yang bergerak terus-menerus. Medium pada proses perambatan gelombang tidak selalu ikut berpindah tempat bersama dengan rambatan gelombang. Misalnya bunyi yang merambat melalui medium udara, maka partikel-partikel udara akan bergerak osilasi (lokal) saja.
vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Perambatan gelombang ini tidak memerlukan medium dan bergerak mendekati kelajuan
cahaya. Contohnya sinar gamma (γ), sinar X, sinar ultra violet, cahaya tampak,
infra merah, gelombang radar, gelombang TV, gelombang radio.
Berdasarkan arah getar dan arah rambat, gelombang dibedakan menjadi dua jenis yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatannya tegak lurus terhadap arah getarnya, contohnya gelombang pada tali , gelombang permukaan air, gelombang cahaya. Sedangkan gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah merambatnya searah dengan arah getarnya, contohnya gelombang bunyi dan gelombang pada pegas. Gelombang ini terdiri dari rapatan dan regangan. Rapatan adalah daerah-daerah dimana kumparan-kumparan mendekat selama sesaat. Regangan adalah daerah-daerah dimana kumparan-kumparan menjauh selama sesaat. Rapatan dan regangan berhubungan dengan puncak dan lembah pada gelombang transversal. Gelombang transversal dan gelombang longitudinal dapat digambarkan secara grafis pada gambar 2.3.
Gambar 2.3a. Gelombang transversal
2.4.2. Frekuensi
Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan. Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Seseorang bisa mengukur waktu antara dua buah kejadian/ peristiwa (dan menyebutnya sebagai periode), lalu memperhitungkan frekuensi ( ) sebagai hasil kebalikan dari periode ( ), seperti nampak dari rumus di bawah ini :
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), partikel dari medium berusaha mencari persamaan posisi mereka. Perilaku partikel 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.
oleh Galileo. Makin rendah frekuensi, makin rendah ketinggian, dan makin tinggi frekuensi, makin tinggi ketinggian. Telinga manusia dapat mendengar frekuensi dalam jangkauan 20 Hz sampai 20000 Hz jangkauan ini disebut jangkauan pendengaran. Jangkauan ini berbeda dari orang ke orang. Satu kecenderungan umum adlah jika bertambah tua, mereka makin tidak bisa mendengar frekuensi yang tinggi, sehingga batas frekuensi tinggi mungkin menjadi 10000 Hz atau kurang.
Gelombang bunyi yang frekuensinya di luar jangkauan yang dapat terdengar mungkin mencapai telinga , tetapi biasanya kita tidak menyadarinya. Frekuensi diatas 20000 Hz disebut ultrasonik. Banyak hewan dapat mendengar frekuensi ultrasonic; anjing, misalnya dapat mendengar bunyi setinggi 50000 Hz dan kelelawar dapat mendeteksi frekuensi sampai setinggi 100000 Hz. Pada penilitian ini jangkauan sumber frekuensi yang digunakan ada dua jenis frekuensi yang digunakan yaitu pada frekuensi rendah dan frekuensi tinggi. Pada frekuensi rendah yang digunakan adalah 200 Hz dan 100 Hz, dan pada frekuensi tinggi yang digunakan adalah 1000 Hz dan 3000 Hz. Dari diantara 2 jenis frekuensi inilah kemampuan batas tingkat frekuensi yang dapat diterima oleh manusia ini dikarenakan bahwa telinga paling sensitif terhadap bunyi dengan frekuensi antara 200 Hz dan 4000 Hz. Pada tingkat intensitas yang lebih rendah, telinga kita relatif tidak sensitif terhadap frekuensi tinggi dan rendah daripada frekuensi tengah.
Kontrol “kenyaringan” pada sistem stereo ditujukan untuk mengimbangi hal ini.
Sewaktu volume dikecilkan, kontrol kenyaringan menaikkan frekuensi tinggi dan rendah relative terhadap frekuensi tengah sehingga bunyi akan memiliki
keseimbangan yang “terdengar lebih normal”. Untuk mengetahui jangkauan
sumber dan penerima frekuensi berikut ada Beberapa batasan frekuensi yang dapat dihasilkan dari beberapa sumber dapat dilihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Batasan frekuensi
Sumber Bunyi Rentang Frekuensi (Hz)
Manusia 85-5000
Anjing 450-1080
Piano 30-4100
Pitch Music Standart 440
Terompet 190-990
Drum 95-180
Kelelawar 10000-120000
Jangkrik 7000-100000
Burung Nuri 2000-13000
Burung Kakak Tua 7000-120000
Mesin Jet 5-50000
Mobil 15-30000
Penerima Bunyi Rentang Frekuensi (Hz)
Manusia 20-20000
Anjing 15-50000
Kucing 60-65000
Kelelawar 1000-120000
Jangkrik 100-15000
Burung Nuri 250-21000
Burung kakaktua 150-150000
2.4.3 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:
= 1
2.4.4. Pengertian Bunyi
1. Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam medium elastik seperti udara. Definisi ini dikenal sebagai bunyi Obyektif.
2. Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan penyimpangan fisis yang digambarkan pada bagian atas. Hal ini disebut sebagai bunyi subyektif.
Secara singkat, Bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang merambat secara perapatan dan perenggangan terbentuk oleh partikel zat perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran. Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan partikel-partikel udara yang bergerak ke luar, yaitu karena penyimpangan tekanan. Hal serupa juga terjadi pada penyebaran gelombang air pada permukaan suatu kolam dari titik dimana batu dijatuhkan.
Gelombang bunyi adalah gelombang yang dirambatkan sebagai gelombang mekanik longitudinal yang dapat menjalar dalam medium padat, cair dan gas. Medium gelombang bunyi ini adalah molekul yang membentuk bahan medium mekanik ini (Sutrisno, 1988). Gelombang bunyi ini merupakan vibrasi/getaran molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama lain namun demikian zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi bahkan tidak pernah terjadi perpindahan partikel (Resnick dan Halliday , 1992).
Gambar 2.4.a. Rambatan gelombang bunyi dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat
Gambar 2.4.b. Rambatan gelombang bunyi medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat
Hewan menggunakan gelombang bunyi/suara untuk memperoleh perubahan informasi dan untuk mendeteksi lokasi dari suatu objek. Misalnya ikan lumba-lumba, kelelawar, menggunakan gelombang bunyi untuk mengemudi dan menentukan lokasi makanan, apabila cahaya tidak cukup untuk pengamatan. Manusia berusaha menggunakan gelombang bunyi sebagai pengganti cahaya (Ackerman et al, 1988). Syarat terdengarnya bunyi ada tiga macam yaitu ada sumber bunyi, ada medium (udara), dan ada penerima/pendengar.
Gambar 2.5. Radiasi bunyi dari bel
Gambar 2.6. Dua impuls tunggal yang memiliki ketinggian ( mangnitude ) atau amplitudo berbeda menjauh dari sumber bunyi
Perubahan tekanan yang membawa informasi bunyi ini bergerak pada arah yang sama dengan muka gelombang, yaitu secara longitudinal, sehingga dapat dikatakan bunyi merupakan gerakan gelombang mekanis yang longitudinal.
2.4.5. Sifat – Sifat Bunyi
2.4.5.1. Asal dan Perambatan Bunyi
Semua benda yang dapat bergetar mempunyai kecenderungan untuk menghasilkan bunyi. Bila ditinjau dari arah getarnya, bunyi termasuk gelombang longitudinal dan bila dilihat dari medium perambatannya, bunyi termasuk gelombang mekanik.
2.4.5.2. Cepat Rambat Bunyi
Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda-beda pada tiap media yang dilaluinya. Pada media gas udara, cepat rambat bunyi tergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan
C = ��
Dimana : C = Cepat rambat bunyi ( m/s )
γ = Rasio panas spesifik ( untuk udara = 1,41 ) Pa = Tekanan atmosfir ( Pascal )
ρ = Kerapatan ( Kg/m3 )
Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan, sedangkan pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan.
C = �
Dimana : E = Modulus young ( N/m2 )
ρ = Kerapatan ( Kg/m3
)
Pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan. C = �
Dimana : K = Modulus bulk ( N/m2 )
ρ = Kerapatan ( Kg/m3
)
1. Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan partikel medium maka semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi merambat paling cepat pada zat padat. Tabel 2.4 disajikan beberapa kecepatan bunyi dalam material tertentu.
Tabel 2.4 Cepat rambat bunyi pada berbagai material
Material Kecepatan Bunyi ( ft/s ) Kecepatan Bunyi ( m/s )
Udara 1,1 335
Timah 3,7 1128
Air 4,5 1385
Beton 10,2 3109
Kayu 11,1 3417
Kaca 15,5 4771
Baja 16 4925
2. Suhu medium, semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat bunyi merambat. Hubungan ini dapat dirumuskan kedalam persamaan matematis (V = V0 + 0,6.t) dimana V0 adalah cepat rambat
pada suhu nol derajat dan t adalah suhu medium. Besar kecilnya cepat rambat bunyi pada suatu medium sangat tergantung pada temperatur
medium tersebut (Beranek & L’ver, 1992).
2.4.5.3. Panjang Gelombang
Panjang suatu gelombang bunyi dapat didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh oleh perambatan bunyi selama tiap siklus. Hubungan antara panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat bunyi dapat ditulis sebagai berikut :
λ = �
f = Frekuensi ( Hz )
2.4.5.4. Intensitas Bunyi
Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang udara dalam suatu daerah per satuan luas. Intensitas bunyi dalam arah tertentu di suatu titik adalah laju energi bunyi rata-rata yang ditransmisikan dalam arah tersebut melewati satu-satuan luasan yang tegak lurus arah tersebut di titik bersangkutan. Untuk tujuan praktis dalam dalam pengendalian kebisingan lingkungan, tingkat tekanan bunyi sama dengan tingkat intensitas bunyi (Doelle,1972).
Pengukuran kebisingan dilakukan dengan menggunakan sound level meter. Prinsip kerja alat ini adalah dengan mengukur tingkat tekanan bunyi. Tekanan bunyi adalah penyimpangan dalam tekanan atmosfir yang disebabkan oleh getaran partikel udara karena adanya gelombang yang dinyatakan sebagai amplitudo dari fluktuasi tekanan
Intesitas bunyi pada tiap titik dari sumber dinyatakan dengan : I =
�
Dimana : I = Intensitas Bunyi ( W/m2 ) W = Daya akustik ( Watt )
A = luas daerah yang ditembus tegak lurus oleh Gelombang bunyi ( m2 )
Ambang batas pendengaran manusia, yaitu nilai minimum intensitas daya bunyi yang dapat dideteksi telinga manusia, adalah 10-6 W/cm2. Tingkat tekanan bunyi beberapa macam bising dan bunyi tertentu ditunjukkan dalam tabel 2.5.
Tabel 2.5 Skala intensitas kebisingan
Jenis bising / bunyi Desibel Kriteria Jet tinggal landas, meriam, uap, halilintar, band
rock
100 – 130 Menulikan
perusahaan,
Percakapan pada umumnya, radio perlahan, rumah bising.
40 – 60 Sedang
Kantor pribadi, ruang tenang, percakapan yang tenang.
20 – 40 Lemah
Gemerisik daun, bisikan, nafas manusia. S/d 20 Sangat lemah 2.4.5.5. Kecepatan Partikel
Radiasi bunyi yang dihasilkan suatu sumber bunyi akan mengelilingi udara sekitarnya. Radiasi bunyi ini akan mendorong patikel udara yang dekat dengan permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan menyebabkan bergeraknya partikel-partikel di sekitar radiasi bunyi yang disebut dengan kecepatan partikel pada persamaan :
V = �
Dimana : V = Kecepatan partikel ( m/s ) P = Tekanan ( Pa )
C = Cepat rambat bunyi ( m/s ) ρ = Massa jenis ( kg/m3 )
2.4.5.6.Tekanan Bunyi dan Tingkatan 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 :
Pi = Pa sin (2 − 1 )
dan persamaan untuk gelombang ditransmisikan dan dipantulkan adalah : Pt = Pa sin (2 − 2 )
Pr = Pa sin (2 + 1 ) Dimana : Pi = Tekanan bunyi (N/m2)
Pt = Tekanan bunyi yang ditransmisikan (N/m2)
Pr = Tekanan bunyi yang dipantulkan (N/m2)
Pa = Amplitudo Tekanan (N/m2)
k1,k2 = Bilangan gelombang pada media 1 dan media 2 =
2
x = jarak dari sumber gelombang (m)
Penyimpangan dalam tekanan atmosfir yang disebabkan getaran partikel udara karena adanya gelombang bunyi disebut tekanan bunyi. Tingkat tekanan bunyi diukur oleh sound level meter yang terdiri atas mikrofon, penguat, dan instrument output (keluaran) yang mengukur tingkat tekanan bunyi dalam decibel. Nilai tingkat tekanan bunyi ini sangat bervariasi, yaitu pada rentang 2 x 10-5 N/m2 hingga 600 N/m2. Bermacam-macam alat/ piranti tambahan dapat disambungkan atau digabungkan pada instrumen dasar ini, sesuai dengan kebutuhan, seperti penganalisis frekuensi atau perekam grafis.
2.5. Material Akustik
Material akustik adalah material teknik yang fungsi utamanya adalah untuk menyerap suara/bising. Material akustik adalah suatu bahan yang dapat menyerap energi suara yang datang dari sumber suara. Pada dasarnya semua bahan dapat menyerap energi suara, namun besarnya energi yang diserap berbeda
– beda untuk tiap bahan. Energi suara tersebut dikonversi menjadi energi panas, yang merupakan hasil dari friksi dan resistansi dari berbagai material untuk bergerak dan berdeformasi. Sama halnya dengan besar energi suara yang sangat kecil bila dilihat dalam satuan Watt, energi panas yang dihasilkan juga sangat kecil sehingga secara makrokopis tidak akan terlalu terasa perubahan temperature pada bahan tersebut.
Peredam suara merupakan suatu hal penting didalam desain akustik, dan dapat diklasifikasikan menjadi 4 bagian, yaitu : (1) Material berpori (porous materials), (2) Membran penyerap (panel absorbers), (3) Rongga penyerap
(cavity resonators), dan Manusia dan furnitur.
penyerapan atau peredaman dari suatu jenis material adalah fungsi dari frekuensi. Penyerapan relatif rendah pada frekuensi rendah dan meningkat terhadap ketebalan material. Absorpsivitas frekuensi rendah dapat ditingkatkan dengan cara melapisi material sehingga menambah ketebalannya. Mengecat plaster dan tile, secara varial akan menghasilkan efektivitas reduksi yang cukup besar.
2. Membran penyerap (panel absorber): lembar bahan solid (tidak porus) yang dipasang dengan lapisan udara dibagian belakangnya (air space backing).Bergetarnya panil ketika menerima energi suara serta transfer energi getaran tersebut ke lapisan udara menyebabkan terjadinya efek penyerapan suara. Sama halnya separti material berpori, yang berfungsi sebagai peredam suara, yaitu merubah energi suara menjadi energi vibrasi dan kalor. Penambahan porous absorber pada bagian ruang kosong antara ruang panil dan dinding akan lebih jauh meningkatkan efisiensi dari penyerapan frekuensi rendah
3. Rongga penyerap (cavity resonator), rongga udara dengan volume tertentu dapat dirancang berdasarkan efek resonator Helmholzt. Efek osilasi udara pada bagian leher (neck) yang terhubung dengan volume udara dalam rongga ketika menerima energi suara menghasilkan efek penyerapan suara, menyerap energi suara paling efisien pada pita frekuensi yang sempit di dekat sumber gaungnya. Peredam jenis ini biasanya dalam bentuk elemen tunggal, seperti blok beton standar dengan rongga yang ditempatkan didalamnya; bentuk lain terdiri dari panel yang berlubang-lubang dan kisi-kisi kayu dengan selimut absorbsi diantaranya. Selain memberikan nilai estetika arsitektur, sistem yang baru saja dijelaskan (bentuk kedua) memberikan absorbsi yang berguna untuk rentang frekuensi yang lebih lebar daripada kemungkinan yang diberikan oleh elemen tunggal berongga (struktur sandwich).
kondisi dimana terdapat banyak orang dengan meja dan kursi (seperti dapat kita temukan di dalam ruang kelas dan ruang kuliah), akan lebih cocok jika digunakan peredaman per orang dan per benda dari furnitur yang diberikan daripada peredaman oleh manusia saja. dengan menentukan jumlah dan distribusi peredam jenis ini, dapat dimungkinkan untuk merancang kelakuan waktu gaung terhadap frekuensi untuk memperoleh hampir semua lingkungan akustik yang diinginkan. Hal ini juga dapat memungkinkan untuk merancang sebuah ruangan dimana karakteristik gaungnya dapat diubah dengan cara menggeser atau merubah posisi panil dimana posisi permukaan berpengaruh terhadap sifat peredaman yang berbeda. Selama waktu gaung optimum bergantung terhadap fungsi ruangan, dengan cara ini dapat dimungkinkan untuk merancang sebuah ruangan serba guna (multipurpose rooms). Bagaimanapun, cara seperti ini akan lebih efektif untuk menekan biaya dan memberikan solusi yang fleksibel, khususnya di dalam ruangan yang besar.
2.5.1. Gejala Penyerapan Suara Dalam Material
Energi suara datang yang tiba pada suatu bahan akan diubah sebagian oleh bahan tersebut menjadi energi lain, seperti misalnya getar (vibrasi) atau energi panas. Oleh karena itu, bahan yang mampu menyerap suara pada umumnya mempunyai struktur berpori atau berserat. Nilai absorpsivitas suara dihitung menggunakan persamaan dibawah ini:
⍺= �
Gambar 2.7 Ilustrasi penyerapan energi suara oleh bahan akustik Bahan-bahan akustik yang tergolong sebagai bahan penyerap suara antara lain adalah glass wool, rock wool, soft board, carpet, kain, busa, acoustic tiles, resonator, dan lain-lain.
2.6. Koefisien Serap Bunyi
Konsep dari penyerapan Bunyi (Acoustic Absorption) merujuk kepada kehilangan energi yang terjadi ketika sebuah gelombang bunyi menabrak dan dipantulkan dari suatu permukaan benda. 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.
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
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 ketebalantertentu dapat dilihat pada tabel 2.6.
Tabel 2.6 Koefisien penyerapan bunyi dari material akustik
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 material
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 (⍺) adalah 1.
3. Sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian lagi akan ditransmisikan/diserap (0 < ⍺ < 1).
Jika pada suatu media akustik terdapat dua material dengan sifat impedansi 1 1dan 2 2 seperti pada gambar 2.8, dimana ρ adalah massa jenis material dan c adalah cepat rambat bunyi. Gelombang datang dari arah kiri merambat tegak lurus terhadap permukaan bahan. Jika 1 1 lebih kecil dari 2 2 kemudian energi dari gelombang datang tidak dapat ditransmisikan melewati dataran antar muka, setiap energi yang tersisa akan menjadi gelombang pantul. Sedangkan jika 1 1 lebih besar dari 2 2 dan energi dari gelombang datang dapat ditransmisikan melewati dataran antar muka, setiap energi akan menjadi gelombang yang diserap. Jika 1 1 sama besar dengan 2 2 dan energy 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. 1 1> 2 2 akan dipantulkan 2. 1 1< 2 2 akan diserap
3. 1 1= 2 2 akan 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 (α).Harga koefisien ini bergantung dari sifat material, frekuensi
bunyi, dan sudut gelombang bunyi ketika mengenai permukaan material tersebut.Secara matematis dapat ditulis seperti rumus berikut :
⍺ = � �
� � �
⍺ = 1 - 2 = 1- 2− 1�1
1�1+ 2
2
dimana : 2 = 2�2 = � �
� � �
= Impedansi pada bahan ( kg/m2 s = rayls ) 1= Kerapatan udara ( kg/m3 )
2 = Kerapatan bahan
�1 = Cepat rambat bunyi diudara ( m/s ) �2 = Cepat rambat bunyi pada bahan ( m/s )
2.7. Metode Tabung Impedansi ( Resonator )
Gambar 2.9 Tabung Impedansi ( Resonator ) ( SNI - Resonator )
Cepat rambat bunyi dalam tabung ditentukan dengan persamaan : , = 1− 0,76
2 × 1
dimana : , = cepat rambat bunyi dalam tabung c = cepat rambat bunyi diudara bebas
r = jari – jari tabunng f = frekuensi
Metode ini hanya mengukur koefisien serapan normal yang terjadi, penggunaan metode ini untuk menunjukan macam – macam sifat dari pada serapan yang mana dimiliki oleh sebuah bahan.
Jika nada – nada murni yang dihasilkan oleh sebuah oscillator yang digunakan untuk menggetarkan loudspeaker yang menghasikan gelombang, dan jika perpindahan dari gelombang terjadi pada sembarang waktu, maka dapat dinyatakan sebagai berikut :
1 = � sin (� - kx ) ( 2.7.1 )
k = 2 /λ
dan perpindahan gelombang pantulan dapat dinyatakan sebagai berikut :
1 = �, sin (� + kx ) ( 2.7.2 )
Gambar 2.10 Dua gelombang yang merambat dengan arah berlawanan
Jadi sebagai akibat perpindahan pada setiap titik pada gambar 2.11besar d dapat diberikan dengan rumus :
d = 1 + 2
d = 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 (2.7.3)
Dapat terlihat bahwa masing – masing nilai maksimum dan minimum adalah A ( 1 + A ) dan A ( 1 – A ) dan �/4 terpisah, yang pertama menjadi 0, λ/2, 3λ/2 dan lain – lain. Sedangkan yang kedua menjadi λ /4, 3 λ/4, 5 λ/4, 7 λ/4 dan sebagainya. ( Rochmah, 1992 )
Jika nilai maksimum dan minimum dari amplitudo pada tabung adalah A1 dan A 2 maka :
�1 �2 =
� ( 1+� )
� ( 1−� ) (2.7.4)
Atau :
A = Amplitudo = ( �1−�2 )
( �1+�2 ) (2.7.5)
R.T.Muehleisen dari Illinois Institute of Technology mengkonversikan energi gelombang suara menjadi energi listrik melalui Condensor Microphone
Tegangan terhadap waktu pada layarnya, tergambar oleh pancaran electron yang menumbuk 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 positive ) untuk mempercepat gerakananya, sehingga jatuh tertuju pada layar tabung. Susunanan ini di sebut dengan electron gun. Sebuah tabug juga mempunyai elektroda yang menyimpangkan pancaran electron keatas/kebawah dan kekiri/kekanan. Elektron-elektron disebut pancaran sinar katoda sebab mereka dibangkitkan oleh cathode dan ini menyebabkan Oscilloscope disebut secara lengkap dengan Cathode Ray Oscilloscope atau CRO.
Dalam penerapan teori diatas dalam penelitian Absorpsivitas 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 minimal pengukuran ( B ). ( www.lit.com ). Illustrasi tersebut dapat dilihat pada gambar 2.12
Sekali lagi perlu diingat bahwa gambar gelombang sinus seperti pada gambar 2.11 bukanlah gelombang suara sesungguhnya, gelombang suara tidak dapat dilihat oleh mata, tetapi energi gelombang suara dapat dikonversikan menjadi gelombang listrik dalam bentuk sinus, segitiga, dan segi empat yang menumbuk lapisan phospor pada layar osciloscope.
Baseline pada gambar 2.11 adalah suatu teknik dalam mengilustrasikan batas pengukuran tegangan yang terjadi pada tabung impedance tube tetap energy dapat ditunjukan sebagai berbanding langsung terhadap amplitudo kuadran yaitu :
Energi = �,= ��1−�2 2
1+ �2 2 (2.7.6)
�, = r = Sebagian dari energi pantulan ⍺ = koefisien serapan
= 1 - �, = 1 - r = 1 - �1−�2 2
�1+ �2 2
= �1+�2 2− �1−�2 2 �1+ �2 2
= 2 �1 × 2�2 �1+ �2 2
= 4 �1 × �2 �1+ �2 2
Jika perbandingan maksimum dan minimum A1/A2 diukur maka rumus yang sesuai dapat dituliskan sebagai berikut.
= 4 �1 × �2 1+ �1
�2 2
= 4 2+�1
�2+
�2
�1
(2.7.7)
2.8. Visual Analyzer
Visual analyzer merupakan software yang fungsinya sama dengan osiloskop adapun kegunaan dari software ini adalah untuk mendeteksi gelombang dengan sensitivitas yang sangat tinggi sehingga dibutuhkan ruangan yang jauh dari sumber bunyi agar sehingga tidak ada ganguan dari luar ketika melakukan pengukuran. Pada software ini sinyal suara di ubah kedalam bentuk tegangan untuk setiap waktunya adapun hasil yang diperoleh dari pengolahan sinyal bunyi ini dapat kita lihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 menunjukan hasil pengolahan sinyal bunyi pada frekuensi 200 Hz dengan menggunakan Visual Analyazer.
A Time series
Time
mS 60 90
30
0
[image:30.595.111.514.157.722.2]
