RANCANG BANGUN BILIK AKUSTIK PADA SPEKTRUM
AUDIOSONIK UNTUK KEPERLUAN EKSPERIMENTAL
VIABILITAS
ESCHERICHIA COLI
TERHADAP BUNYI
(Skripsi)
Oleh Agung Tri Ilhami
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
ABSTRACT
DESIGN OF ACOUSTIC CHAMBER ON AUDIOSONIC
SPECTRUM FOR EXPERIMENTAL PURPOSE OF
ESCHERICHIA COLI'S VIABILITY AT SOUND
By
Agung Tri Ilhami
Research on the effect of sound waves on the audiosonic spectrum on the viability of bacteria is belonging to the infrequent research. Of the few research that has been conducted, but only experimental. This kind of research requires excellent cooperation among the researchers in the field of microbiology and electronics engineering.
In this research has been made an acoustic chamber that was adapted from predecessor research. Modifications on the use of software as a signal generator, audio power amplifier that amplifies the power of the signal, and compression driver as a sound transducer. All materials used in the design has met the microbiological sterilization standard in order to avoid contamination during the process of sample testing.
By the use of software, the forms of the signal to be tested to E. coli microbial samples can be more varied and easy to operate. The addition of the oscilloscope as the measurement instrument on the audio power amplifier output line will facilitate estimating the sound power that is being tested and simultaneously monitoring waveforms directly. The results of this design is expected to help other researchers who want to conduct similar research.
ABSTRAK
RANCANG BANGUN BILIK AKUSTIK PADA SPEKTRUM
AUDIOSONIK UNTUK KEPERLUAN EKSPERIMENTAL
VIABILITAS
ESCHERICHIA COLI
TERHADAP BUNYI
Oleh Agung Tri Ilhami
Penelitian tentang pengaruh gelombang bunyi pada spektrum audiosonik terhadap viabilitas bakteri tergolong penelitian yang belum banyak dilakukan. Dari beberapa penelitian yang pernah dilakukan, hanya bersifat eksperimental. Penelitian semacam ini membutuhkan kerjasama yang sangat baik antara peneliti di bidang mikrobiologi dan rekayasa elektronika.
Dalam penelitian ini telah dibuat suatu bilik akustik (acoustic chamber) yang diadaptasi dari penelitian pendahulunya. Modifikasi pada penggunaan software
sebagai pembangkit bentuk sinyal, audio power amplifier sebagai penguat daya sinyal, dan compression driver sebagai transduser bunyi. Seluruh material yang digunakan pada rancang bangun ini telah memenuhi standar sterilisasi mikrobiologi guna menghindari kontaminasi saat proses pengujian sampel.
Dengan penggunaan software, bentuk-bentuk sinyal yang akan diujikan ke sampel mikroba E.coli dapat menjadi lebih bervariasi dan mudah dioperasikan. Penambahan instrumen pengukuran yaitu osiloskop pada jalur output audio power
amplifier akan mempermudah melakukan perkiraan daya bunyi yang sedang
diujikan sekaligus memantau bentuk gelombang secara langsung. Hasil dari rancang bangun ini diharapkan dapat membantu peneliti lain yang ingin melakukan penelitian sejenis.
RANCANG BANGUN BILIK AKUSTIK PADA SPEKTRUM
AUDIOSONIK UNTUK KEPERLUAN EKSPERIMENTAL
VIABILITAS
ESCHERICHIA COLI
TERHADAP BUNYI
Oleh Agung Tri Ilhami
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Osilasi pada bandul sederhana ... 7
Gambar 2.2. Ilustrasi gelombang transversal pada seutas tali ... 11
Gambar 2.3. Ilustrasi gelombang longitudinal ... 12
Gambar 2.4. Ilustrasi rambatan bunyi ke telinga ... 13
Gambar 2.5. Spektrum bunyi ... 16
Gambar 2.6. Bentuk sinyal frekuensi tunggal dan spektrumnya ... 18
Gambar 2.7. Bentuk gelombang kompleks dan spektrumnya ... 19
Gambar 2.8. Osilasi molekul udara ... 20
Gambar 2.9. Representasi osilasi molekul udara sebagai gelombang sinus ... 23
Gambar 2.10. Ilustrasi intensitas dalam bentuk tiga dimensi ... 24
Gambar 2.11. Komposit bentuk gelombang dan analisis harmonik ... 28
Gambar 2.12. Spektrum bunyi alat musik ... 29
Gambar 2.13. Seperangkat soundsystem ... 30
Gambar 2.14. Penguat daya kelas A dan bentuk sinyalnya ... 31
Gambar 2.15. Penguat daya kelas B ... 32
Gambar 2.16. Distorsi cross-over ... 32
Gambar 2.17. Penguat daya kelas AB ... 33
Gambar 2.18. Compression driver besertacorongnya ... 33
xiii
Gambar 2.20. Bagan sel prokariot ... 35
Gambar 2.21. Lapisan-lapisan permukaan sel ... 37
Gambar 2.22. Struktur sel bakteri ... 38
Gambar 2.23. Fase pertumbuhan mikroorganisme ... 42
Gambar 2.24. Sonikator ... 43
Gambar 2.25. Ilustrasi perlakuan sonikasi di Universitas Indonesia ... 43
Gambar 2.26. Skema acousticchamber pada penelitian di UMS ... 44
Gambar 3.1. Tampilan software Daqarta for Windows ... 46
Gambar 3.2. Tampilan awal software ... 47
Gambar 3.3. Tampilan menu generator pada Daqarta ... 48
Gambar 3.4. Penyamaan posisi slider Daqarta dan Windows ... 49
Gambar 3.5. Tampilan menu L.0. Stream ... 50
Gambar 3.6. Tampilan system tray Windows ... 50
Gambar 3.7. Tampilan setelah volume control di-klik ... 51
Gambar 3.8. Tampilan volume mixer - headphones ... 51
Gambar 3.9. Audio Power Amplifier ... 52
Gambar 3.10. Skema rangkaian split power supply ... 53
Gambar 3.11. Rangkaian split power supply ... 53
Gambar 3.12. Compression driver ... 54
Gambar 3.13. Blok diagram keseluruhan sistem elektronik ... 54
Gambar 3.14. Diagram alir sistem elektronik penelitian ... 55
Gambar 3.15. Akuarium ... 56
Gambar 3.16. Corong bunyi ... 57
Gambar 3.18. Lembaran acrylic yang telah disatukan dengan horn ... 58
Gambar 3.19. Micholder ... 58
Gambar 3.20. Tempat menghimpit tabung reaksi ... 59
Gambar 3.21. Bilik akustik (acoustic chamber) ... 59
Gambar 3.22. Proses sterilisasi dengan UV di dalam Laminar Air Flow ... 61
Gambar 3.23. Diagram alir sterilisasi alat-alat penelitian ... 62
Gambar 3.24. Autoclave ... 63
Gambar 3.25. Sampel air WC ... 67
Gambar 3.26. BGBB (+) ... 68
Gambar 3.27. Inkubator ... 69
Gambar 3.28. Koloni E. coli pada media EMBA ... 70
Gambar 3.29. Fiksasi sampel bakteri ... 72
Gambar 3.30. Proses pewarnaan Gram ... 72
Gambar 3.31. E. coli yang terwarnai ... 72
Gambar 3.32. Ilustrasi pembagian dan pelabelan biakan murni ... 74
Gambar 3.33. Posisi tabung reaksi saat proses sonikasi ... 75
Gambar 3.34. Pengenceran “A” menjadi “A0” ... 76
Gambar 3.35. Siklus pengenceran ... 77
Gambar 3.36. Colony counter ... 80
Gambar 4.1. Skema Dual Rail Power Supply ... 82
Gambar 4.2. Tampilan osiloskop pengujian tegangan DC ... 82
Gambar 4.3. Tampilan osiloskop pengujian tegangan ripple ... 83
Gambar 4.4. Tampilan software Daqarta saat dioperasikan ... 85
xv
Gambar 4.6. Sinkronisasi wave volume slider dan Daqarta volume slider ... 86
Gambar 4.7. Tampilan nilai-nilai pada slider ... 86
Gambar 4.8. Diagram pengujian power amplifier tanpa beban ... 88
Gambar 4.9. Tampilan osiloskop saat pengujian tanpa beban ... 89
Gambar 4.10. Tampilan distorsi clipping saat pengujian tanpa beban ... 91
Gambar 4.11. Diagram pengujian power amplifier diberi beban ... 92
Gambar 4.12. Tampilan osiloskop saat pengujian dengan beban ... 92
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
HALAMAN JUDUL ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
RIWAYAT HIDUP ...vii
PERSEMBAHAN ...viii
SANWACANA ... x
DAFTAR ISI ...xiii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 3
1.3 Manfaat Penelitian ... 3
1.4 Rumusan Masalah ... 4
1.5 Batasan Masalah ... 4
1.6 Riwayat Penelitian ... 5
1.7 Hipotesis ... 5
1.8 Sistematika Penulisan ... 6
2.2 Gelombang ... 8
2.2.1 Tipe-tipe Gelombang ... 9
2.2.2 Bentuk Gelombang ... 10
2.3 Bunyi ... 12
2.3.1 Laju Bunyi ... 13
2.3.2 Spektrum Bunyi ... 15
2.3.3 Karakteristik Bunyi ... 17
2.3.3.1 Pitch dan Frekuensi ... 17
2.3.3.2 Loudness dan Amplitudo ... 22
2.3.3.3 Timbre dan Harmonisa ... 27
2.4 Penguat Daya Audio (Audio Power Amplifier) ... 30
2.4.1 Penguat Daya Kelas AB ... 30
2.5 Compression Driver ... 33
2.6 Escherichia coli (E. coli) ... 34
2.6.1 Morfologi E. coli ... 35
2.6.2 Klasifikasi E. coli ... 38
2.7 Fase Pertumbuhan Mikroorganisme ... 40
2.8 Pengaruh Frekuensi Bunyi Audiosonik Pada Penelitian Terdahulu ... 42
2.8.1 Penelitian Dalam Negeri ... 42
2.8.2 Penelitian Luar Negeri ... 44
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Pembangkitan Sinyal Menggunakan Perangkat Lunak ... 46
3.1.1 Bentuk Sinyal Yang Dibangkitkan ... 47
3.1.2 Pengaturan Parameter Sinyal ... 47
3.2 Penguatan Sinyal Menggunakan Audio PowerAmplifier ... 52
3.3 Konversi Energi Listrik Menjadi Bunyi ... 54
3.4 Perancangan Model Elektronik ... 54
3.5 Perancangan Bilik Akustik (Acoustic Chamber) ... 56
3.6 Metode Sterilisasi ... 60
3.7.1 Pembuatan Media BGBB (BrilliantGreenBileBroth) ... 64
3.7.2 Pembuatan Media NB (NutrientBroth) ... 65
3.7.3 Pembuatan Media EMBA (EosinMethyleneBlueAgar) ... 65
3.7.4 Pembuatan Media PCA (PlateCountAgar) ... 66
3.8 Pengumpulan Spesimen ... 66
3.9 Inokulasi Bakteri ... 67
3.10 Inkubasi Bakteri ... 69
3.11 Isolasi Bakteri ... 69
3.12 Inspeksi Bakteri Dengan Teknik Pewarnaan Gram (Gram-staining) ... 71
3.13 Metode Sonikasi Pada Bakteri ... 73
3.13.1 Persiapan Sebelum Sonikasi ... 73
3.13.2 Perlakuan Sonikasi ... 74
3.14 Pengenceran Suspensi Bakteri ... 76
3.15 Metode PourPlate ... 77
3.16 Peremajaan Bakteri ... 79
3.17 Penghitungan Koloni Bakteri ... 80
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Pencatu Daya ... 81
4.2 Pengujian Tanggapan Sinyal Output Terhadap Sinyal Input Pada Audio PowerAmplifier ... 84
4.2.1 Pengujian Tanggapan Sinyal Output Terhadap Sinyal Input Pada Audio PowerAmplifier Sebelum Diberi Beban ... 88
4.2.2 PengujianTanggapan Sinyal Output Terhadap Sinyal Input Pada Audio Power Amplifier Setelah Diberi Beban ... 91
4.3 Data Hasil Pengujian Sonikasi Bakteri ... 95
4.4 Pembahasan Data Hasil Pengujian Sonikasi Bakteri ... 97
4.5 Perbandingan Hasil Penelitian ... 98
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 101 5.2 Saran ... 101
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1. RiwayatPenelitian ... 5
Tabel 2.1.Laju bunyi berbagai medium, pada suhu 20°C dan tekanan 1 atm ... 15
Tabel 2.2. Intensitas dan level intensitas di sekitar kita ... 26
Tabel 2.3. Klasifikasi E. coli ... 38
Tabel 4.1. Nilai slider di systemtray yang terukur pada osiloskop ... 87
Tabel 4.2. Hasil pengujian audio poweramplifier tanpa beban ... 89
Tabel 4.3. Hasil pengujian audio poweramplifier diberi beban ... 93
Tabel 4.4. Pengujian pertama ... 96
Tabel 4.5. Pengujian kedua ... 97
1. Bacalah dengan (menyebut) nama Tuhanmu yang Menciptakan. 2. Dia telah menciptakan manusia dari segumpal darah.
3. Bacalah, dan Tuhanmulah yang Maha pemurah.
4. Yang mengajar (manusia) dengan perantaran kalam (baca dan tulis). 5. Dia mengajar kepada manusia apa yang tidak diketahuinya.
Kupersembahkan untuk :
Ibu dan Bapakku tercinta, guru-guruku,
keturunanku kelak, serta kalian semua yang
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandar Lampung pada tanggal 6 September 1988 sebagai anak ketiga
dari tiga bersaudara, dari pasangan Bapak Hendro Sumarsono dan Ibu Sri Mulyani.
Pendidikan formal yang telah ditempuh yaitu Taman Kanak-Kanak (TK) Kartika II-5 (Persit)
Bandar Lampung dan lulus pada tahun 1996. Lalu berlanjut ke Sekolah Dasar (SD) Kartika
II-5 (Persit) Bandar Lampung dan lulus pada tahun 2002. Setelah lulus SD, penulis
melanjutkan pendidikan ke Sekolah Menengah Pertama (SMP) Negeri 2 Bandar Lampung
dan lulus pada tahun 2004. Kemudian, penulis melanjutkan lagi pendidikan formal ke
Sekolah Menengah Umum (SMU) Negeri 3 Bandar Lampung dan lulus pada tahun 2007. Di
tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa S1 Fakultas Teknik Universitas
Lampung dan diselesaikan pada tahun 2015.
Selama menempuh pendidikan di Universitas Lampung, penulis juga aktif mengikuti
organisasi MATALAM (Mahasiswa Teknik Pecinta Alam) sebagai Ketua Divisi Ekspedisi
Hutan Gunung pada periode 2011/2012. Penulis juga ikut aktif dalam kegiatan keilmuan,
SANWACANA
Bismillahirahmanirrahim . . .
Segala puji bagi Allah SWT karena berkat rahmat dan karunia-Nya telah
memberikan kekuatan dan kemampuan berfikir kepada penulis dalam
penyelesaian skripsi ini. Shalawat serta salam tak lupa penulis sampaikan kepada
Rasulullah SAW karena melalui beliau kita dapat mengerti tujuan hidup.
Selama menjalani pengerjaan skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Bilik
Akustik Pada Spektrum Audiosonik Untuk Keperluan Eksperimental Viabilitas
Escherichia coli Terhadap Bunyi”, penulis mendapatkan bantuan moril, materil
serta pemikiran dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini
penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung.
2. Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
3. Ibu Herlinawati, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro.
4. Bapak Ageng Sadnowo Repelianto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing
Utama yang bersedia meluangkan waktunya dengan sabar untuk memberi
bimbingan, arahan, saran dan kritikan yang membangun dalam pengerjaan
kasih untuk kerjasama, bimbingan, kritik dan saran, serta nasehat yang
diberikan untuk kemajuan kedepannya.
6. Ibu Dr. Ir. Sri Ratna Sulistiyanti, M.T. selaku Dosen Penguji yang dengan
teliti memeriksa skripsi ini. Terima kasih atas koreksi, saran dan kritik, serta
nasehat dan semangat yang diberikan selama ini.
7. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung, atas pengajaran
dan pendidikan yang telah diberikan kepada penulis selama menjadi
mahasiswa Teknik Elektro Universitas Lampung.
8. Mbak Ning dan seluruh jajarannya atas semua bantuannya dalam
menyelesaikan urusan administrasi di Jurusan Teknik Elektro Universitas
Lampung.
9. Seluruh teknisi Laboratorium Terpadu Teknik Elektro dan Laboratorium
Mikrobiologi MIPA atas bantuannya memenuhi kebutuhan alat dan
perlengkapan teknis dalam pengerjaan skripsi ini.
10. Sahabat-sahabatku TE-2007. Terima kasih untuk dukungan baik secara moril
maupun materiil. Semoga yang terbaik untuk kita semua.
11. Adik-adik dan kakak-kakak tingkatku, terima kasih banyak untuk dukungan
dan semangat dari kalian. Senang bisa mengenal kalian.
12. Rekan-rekan staff dan asisten Laboratorium Terpadu Teknik Elektro
Universitas Lampung dan Laboratorium Mikrobiologi FMIPA Universitas
Lampung. Terima kasih atas waktu, bantuan, motivasi, dan menemani selama
13. Sahabat-sahabat dan kakak-kakak MATALAM FT-UNILA yang banyak
memberikan pengalaman dan perjalanan indah bersama.
14. Ucapan terima kasih terkhusus kepada kalian yang membantu saat penelitian
berlangsung: Bu Eko, Pak Imron, Eko Susanto, Istafada, Dian Eka, Sofia,
Cendana, Widamay, Aris Indriawan, Andri Gunawan, Jerry Suja, Rendi
Oktavianus, David Nadapdap, Ilham, Ferdianza, Arif Wicaksono, Jaya
Pralatama, Om Harto, Om David.
15. Saudara-saudaraku : Kakek Aferdi, Taufik Rangkuti, Fendi Antoni, Frisky,
Bastian, Reza Naufal, Jimmy, Adam, Ayub, Ipam, Yustinus, Dedi “Angong”, Ronnie “Cing”, Ryan “Ceng”, Teguh “Kotjong”, Didie “Botoy”, Rifky
“Mbew”, Sofyan, Haki, Khoirul Abasi, Khoirul Anwar, Agung Adit, Winal,
Hasron, Arif Ardhy, Danu, Yuki, Dedy Miswar, Mourent, Rahmat Hidayat,
Rudi HH, Rudi Darmawan, Nadhir, Ridho Audly, Jack, Kang Andik, Jefry,
Natalia, kopi kiay dan kalian yang sering menemaniku dalam suka dan duka.
Terima kasih telah menjadi pendengar yang baik.
16. Teman seperjuanganku : M. Arif Proklamasi, Shirojuddin, Ferdianza, Rahmat
Ramadhan, Ferdi Ferdian.
17. Saudara kandungku : Mbak Ade, Mbak Ria, Aris Herdianto, Arifin, Feyza,
dan Amanda Artha.
18. Dan untuk semua pihak yang telah bersamaku saat menyelesaikan tugas akhir
dan bertukar fikiran yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis
berharap semoga bantuan yang telah diberikan akan mendapat balasan dari
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Bandar Lampung, Maret 2015
Penulis
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan yang sangat pesat dalam bidang rekayasa elektronika baik
secara perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunak (software)
telah memberi andil besar untuk pengembangan penelitian ilmiah di
bidang lain. Salah satunya ialah pengembangan penelitian mengenai
bioteknologi dan rekayasa biologi (bio-engineering).
Escherichia coli merupakan bakteri yang mudah ditemukan dalam
keseharian kita. Seperti layaknya mikroorganisme lainnya, tumbuh
kembang bakteri Escherichia coli tidak terlepas dari faktor lingkungan di
sekitarnya (seperti suhu, radiasi gelombang elektromagnetik, tekanan,
kadar pH, dan sebagainya) baik secara langsung maupun tidak langsung.
Salah satu yang menarik ialah penelitian mengenai efek gelombang bunyi
terhadap pertumbuhan (viabilitas) bakteri.
Penelitian tentang pengaruh gelombang bunyi terhadap pertumbuhan
Penelitian yang pernah dilakukan pada susu segar membuktikan bahwa
terjadi reduksi pertumbuhan mikroba pada sampel susu yang diberi
perlakuan ultrasonikasi dibandingkan dengan sampel kontrol.[1][2] Namun,
untuk jangkah audiosonik (20 Hz sampai 20 kHz) masih jarang dilakukan.
Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan di Universitas Indonesia (UI),
bunyi audiosonik yang dihasilkan menggunakan suatu divais yang disebut
sonikator dengan metode kontak langsung antara sumber bunyi (sonicator
probe) dengan media cair yang berisi suspensi bakteri. Hasilnya ialah
terjadi penurunan viabilitas dari Escherichia coli pada frekuensi bunyi 7
kHz.[3]
Perlakuan dengan menggunakan sonikator (metode kontak langsung)
dirasa kurang memuaskan jika tidak dilengkapi dengan metode tak kontak
langsung. Mengingat bunyi di lingkungan bebas (keadaan non-lab) yang
mungkin memengaruhi viabilitas bakteri banyak terjadi secara tak kontak
langsung. Penelitian semacam ini pernah dilakukan di Universitas
Malaysia Sabah (UMS) yang dirilis jurnalnya pada Maret 2009. Hasil yang
didapat ialah terjadi kenaikan pertumbuhan koloni E. coli pada frekuensi
bunyi 5 kHz.[4]
Kedua metode yang berbeda ini kemudian diadaptasi dan dimodifikasi
pada beberapa parameternya. Dalam bidang rekayasa (engineering)
diwujudkan perangkat-perangkat pembangkit frekuensi maupun
3
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat ulang (remake) bilik akustik
(acoustic chamber) seperti yang pernah dipakai pada penelitian terdahulu
di Universitas Malaysia Sabah (UMS). Dengan penambahan software dan
hardware penunjang yang dapat lebih memudahkan pengoperasian sinyal
dan penghitungan daya bunyinya.
1.3. Manfaat Penelitian
Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah :
1. Sebagai kontribusi di bidang ilmiah mengenai hubungan antara
pajanan gelombang mekanik dengan jangkah frekuensi audiosonik
terhadap mikroorganisme.
2. Sebagai sumber acuan baru dan bahan pertimbangan ilmiah baik dari
bidang fisika, biologi, maupun medis apabila ingin melakukan
penelitian serupa.
3. Sebagai pilot project penelitian mengenai pengaruh bunyi audiosonik
terhadap organisme hidup di lingkungan Universitas Lampung.
4. Memotivasi mahasiswa maupun peneliti lain yang mempunyai dasar
keilmuan di bidang rekayasa (engineering) untuk melakukan penelitian
1.4. Rumusan Masalah
Perumusan masalah dari penelitian ini adalah :
1. Bagaimana memodifikasi bentuk gelombang bunyi menggunakan
software.
2. Bagaimana membangkitkan gelombang bunyi dengan piranti
elektronika.
3. Bagaimana cara memberikan pajanan gelombang bunyi ke sampel
mikroorganisme.
4. Bagaimana mengetahui adanya perubahan yang berarti pada viabilitas
mikroorganisme sebagai bukti langsung adanya pengaruh frekuensi
bunyi audiosonik pada mikroorganisme.
1.5. Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah :
1. Spektrum gelombang bunyi yang digunakan ialah pada jangkah
(range) audiosonik, yaitu dari 1 kHz sampai 10 kHz.
2. Besar amplitudo bunyi yang dibangkitkan berada pada skala datar
(flat-scale) untuk semua spektrum (1 kHz sampai 10 kHz).
3. Mikroorganisme yang digunakan ialah Escherichia coli.
4. Parameter ukur yang dipakai ialah nilai frekuensi (Hz), intensitas (dB),
lamanya pancaran (durasi), serta jumlah sel mikroorganisme (sel/ml).
5
1.6. Riwayat Penelitian
Berikut ini ialah riwayat penelitian serupa yang pernah dilaksanakan di
beberapa universitas yang dapat dijadikan acuan dalam penelitian ini :
Tabel 1.1 Riwayat Penelitian
No. Nama - NPM Tahun Judul Perguruan Tinggi
1. Hutria Indah Sari -
0015031007
2006 Perancangan Dan Realisasi Alat
Reduksi Total Mikroba Dalam
Susu Segar Menggunakan
Gelombang Ultrasonik Berbasis Mikrokontroller ATMEL 89C52
Universitas Lampung
2. Naldo Sofian -
0806451473
2011 Efek Frekuensi Suara Dalam
Rentang Audiosonik Secara
Berseling Terhadap Viabilitas
Escherichia coli.
Universitas Indonesia
3. Angela Marcellina -
0806451284
2011 Pengaruh Durasi Frekuensi
Suara Dalam Rentang
Audiosonik Secara Berseling
Terhadap Viabilitas Escherichia
coli.
Universitas Indonesia
4. Joanna Cho Lee
Ying; Jedol Dayou; Chong Kim Phin.
2009 Experimental Invetigation on
The Effects of Audible Sounds to The Growth of Escherichia coli.
Universitas Malaysia
Sabah
1.7. Hipotesis
Pemberian pajanan frekuensi bunyi pada jangkah audiosonik yang
diadaptasi dan dimodifikasi dari metode pada penelitian di Universitas
Malaysia Sabah (UMS) diduga dapat memudahkan peneliti dalam
pengoperasian dan melakukan perhitungan daya bunyi yang dipancarkan
1.8 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Berisikan tentang latar belakang, tujuan, manfaat penelitian, rumusan
masalah, batasan masalah, riwayat penelitian, hipotesis, dan sistematika
penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang literatur mengenai fenomena bunyi dari sudut pandang
fisika, penguat daya audio, bakteri Escherichia coli, faktor-faktor yang
mempengaruhi pertumbuhan Escherichia coli, dan rangkuman dari
beberapa penelitian terdahulu yang sejenis.
BAB III METODE PENELITIAN
Berisikan tentang prosedur penggunaan perangkat lunak (software) yang
dipakai saat penelitian, perancangan sistem elektronik, perancangan bilik
akustik, prosedur sterilisasi, pembuatan biakan murni Escherichia coli,
prosedur sonikasi, cara penghitungan koloni bakteri, dan peremajaan
kembali sampel bakteri Escherichia coli.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan tentang data pengujian catu daya, data pengujian tanggapan
penguat daya audio terhadap bentuk-bentuk sinyal, data hasil sonikasi, dan
hasil perbandingan data penelitian ini dengan penelitian terdahulu.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisikan tentang kesimpulan dari hasil pembahasan data dan saran
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Osilasi
Osilasi terjadi bila sebuah sistem diganggu dari posisi kesetimbangan
stabilnya. Karakteristik gerak osilasi yang paling dikenal adalah gerak
tersebut bersifat periodik, yaitu berulang-ulang. Banyak contoh osilasi
yang mudah dikenali, misalnya perahu kecil yang berayun turun-naik,
bandul jam ataupun pendulum sederhana yang berayun ke kiri dan ke
[image:30.595.252.408.531.734.2]kanan, serta senar alat musik yang bergetar.
Contoh lain yang kurang akrab dengan kita adalah osilasi molekul udara
dalam gelombang bunyi dan osilasi arus listrik pada perangkat radio dan
televisi.
Gerak gelombang berhubungan erat dengan gerak osilasi. Sebagai contoh,
gelombang bunyi dihasilkan oleh getaran (seperti senar biola), getaran
buluh obo (sejenis suling), getaran selaput gendang (drum), atau getaran
pita suara kita ketika sedang berbicara. Pada masing-masing contoh itu,
sistem yang bergetar menghasilkan osilasi pada molekul udara di
sekitarnya, dan osilasi ini menjalar melalui udara (atau medium lain,
seperti air atau zat padat).[1]
2.2 Gelombang
Gerak gelombang dapat dipandang sebagai perpindahan energi dan
momentum dari satu titik di dalam ruang ke titik lain tanpa perpindahan
materi. Pada gelombang mekanik, seperti gelombang pada tali ataupun
gelombang bunyi di udara, energi dan momentum dipindahkan melalui
gangguan dalam medium. Tali biola dipetik atau digesek, dan gangguan
terhadap tali dijalarkan sepanjang tali. Pada saat yang bersamaan, tali yang
bergetar menghasilkan sedikit perubahan pada tekanan udara di sekitarnya,
dan perubahan tekanan ini dijalarkan sebagai gelombang bunyi melalui
udara. Pada kedua peristiwa di atas, gangguan dijalarkan karena sifat-sifat
9
cahaya, radio, televisi, atau sinar-X) energi dan momentum dibawa oleh
medan listrik dan medan magnet yang dapat menjalar melalui vakum
(ruang hampa).[2]
2.2.1 Tipe-tipe Gelombang
Gelombang-gelombang dapat dikelompokkan ke dalam tiga golongan tipe
utama :
1. Gelombang mekanik; ini adalah gelombang-gelombang yang paling
kita kenal karena kita hampir selalu menjumpainya; contoh-contoh
yang paling umum adalah gelombang (riak) air, gelombang bunyi,
gelombang suara, dan gelombang (getaran) seismik. Semua gelombang
tipe ini memiliki dua fitur terpenting : Gelombang-gelombang itu
diatur oleh hukum-hukum Newton, dan hanya dapat ada di dalam
sebuah medium bahan, seperti air, udara, dan batu.
2. Gelombang elektromagnetik; gelombang-gelombang ini kurang begitu
akrab di telinga kita, namun sebenarnya kita selalu menggunakannya.
Contoh-contoh yang paling umum adalah cahaya tampak dan
ultraviolet, gelombang radio dan televisi, gelombang-gelombang mikro
(microwave), sinar-X, dan gelombang-gelombang radar.
Gelombang-gelombang semacam ini tidak membutuhkan medium bahan untuk
dapat ada. Misalnya, gelombang cahaya yang datang dari
mencapai kita. Semua gelombang elektromagnetik merambat di dalam
ruang hampa dengan kecepatan yang sama, yaitu c = 299 792 458 m/s .
3. Gelombang materi; walaupun gelombang-gelombang ini biasa
digunakan bersama teknologi modern, kita sangat jarang mengenalnya.
Gelombang-gelombang ini dikaitkan dengan elektron, proton, dan
partikel-partikel dasar lainnya, dan bahkan dengan atom dan molekul.
Karena kita biasanya menganggap partikel-partikel semacam itu
merupakan materi pembentuk, maka gelombang-gelombang ini disebut
gelombang materi.[3]
2.2.2 Bentuk Gelombang
Salah satu cara mempelajari gelombang adalah dengan memantau bentuk
gelombang (bangun dari sebuah gelombang) ketika sedang merambat.
Bentuk gelombang dibagi menjadi dua, yaitu :
1. Gelombang transversal; sebagai contohnya kita dapat memantau
pergerakan sebuah elemen dawai ketika elemen tersebut berosilasi
(bergetar) naik dan turun sewaktu dilewati gelombang. Kita dapat
mengetahui bahwa perpindahan dari setiap elemen dawai yang sedang
berosilasi seperti itu adalah tegak-lurus terhadap arah perambatan
gelombang. Pergerakan semacam ini disebut pergerakan transversal
(transverse), dan gelombangnya disebut sebagai gelombang transversal
11
Gambar 2.2. Ilustrasi gelombang transversal pada seutas tali. (a) Sebuah pulsa
tunggal dikirimkan merambat pada seutas dawai yang teregang. (b) Sebuah
gelombang sinusoidal dikirimkan merambat pada seutas dawai.
2. Gelombang longitudinal; sebagai contohnya ialah bagaimana suatu
gelombang bunyi dapat dihasilkan oleh suatu piston yang terbuat dari
pipa panjang yang berisi udara. Jika kita menggerakan piston ke kanan
kemudian ke kiri, berarti kita sedang mengirim suatu pulsa bunyi
sepanjang pipa. Gerak ke kanan piston memindahkan elemen udara ke
arah sebelah kanannya, mengubah tekanan udara di daerah tersebut.
Perubahan tekanan udara kemudian mendorong elemen udara ke arah
kanan sejauh jarak tertentu di dalam pipa. Menggerakan piston ke arah
kiri mengurangi tekanan udara di daerah tersebut. Sebagai hasilnya,
mula-mula elemen terdekat piston dan kemudian elemen lebih jauh
bergerak ke arah kiri. Akibatnya, gerak udara dan perubahan tekanan
udara menjalar ke kanan sepanjang pipa sebagai pulsa. Jika kita
menekan dan menarik piston dengan gerak harmonik sederhana, maka
sebuah gelombang sinusoidal merambat sepanjang pipa. Karena gerak
tersebut dinamakan longitudinal, dan gelombangnya disebut
gelombang longitudinal.[5]
Gambar 2.3. Ilustrasi gelombang longitudinal.
2.3 Bunyi
Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang terjadi karena
perapatan (compression) dan perenggangan (rarefaction) dalam medium
gas, cair, atau padat. Gelombang itu dihasilkan ketika sebuah benda,
seperti garpu tala, senar biola, drum, ataupun simbal yang digetarkan dan
menyebabkan gangguan kerapatan medium. Gangguan dijalarkan di dalam
medium melalui interaksi molekul-molekulnya. Getaran molekul tersebut
berlangsung sepanjang arah penjalaran gelombang. Seperti dalam kasus
gelombang pada tali (gelombang transversal), pada gelombang
longitudinal juga hanya gangguan yang dijalarkan; sementara
molekul-molekul itu sendiri hanya bergetar ke belakang dan ke depan di sekitar
13
Gambar 2.4. Sebuah ilustrasi bagaimana bunyi dapat terdengar telinga kita
2.3.1 Laju Bunyi
Laju dari sembarang gelombang mekanik (transversal dan longitudinal),
bergantung pada sifat-sifat inersial medium (yang menyimpan energi
kinetik) dan sifat-sifat elastik medium (yang menyimpan energi potensial)
yang diformulasikan secara matematis :
√ √
dimana (untuk gelombang transversal) τ adalah tegangan dalam dawai dan
adalah kerapatan linear dawai. Jika medium adalah udara dan gelombang
adalah longitudinal, kita dapat menebak bahwa sifat inersial, berkaitan
dengan , adalah kerapatan volume ρ udara.[7]
Ketika gelombang melewati udara, energi potensial berkaitan dengan
perapatan (compression) dan perenggangan (rarefaction) volume elemen
suatu elemen medium berubah volumenya ketika tekanan (gaya per satuan
luas) pada elemen tersebut berubah disebut modulus Bulk (B) dengan
satuan Pascal (Pa).[8]
⁄
Di sini ΔV/V adalah perubahan fraksi dalam volume yang dihasilkan oleh
perubahan Δp. Satuan SI untuk tekanan adalah N/m2, yang diberi nama
khusus, Pascal (Pa). Dari persamaan 2-2 dapat kita lihat bahwa satuan
untuk modulus Bulk (B) juga Pascal (Pa). Tanda Δp dan ΔV selalu
berlawanan. Ketika kita meningkatkan tekanan pada elemen (Δp positif),
volumenya menurun (ΔV negatif). Kita menyertakan tanda negatif dalam
persamaan 2-2 sehingga B selalu bilangan positif. Sekarang gantikan B
untuk τ dan ρ untuk dalam persamaan 2-1, maka menghasilkan :[9]
√
dimana : v = kecepatan atau laju bunyi di udara (m/s)
B = modulus Bulk (Pa)
ρ = densitas (kg/m3)
Laju bunyi ialah berbeda untuk materi yang berbeda. Pada udara dengan
15
zat cair dan padat, yang jauh lebih tidak bisa ditekan dan berarti memiliki
modulus elastis yang jauh lebih besar, lajunya lebih besar lagi. Berikut ini
adalah laju bunyi pada berbagai macam medium :[10]
Tabel 2.1. Laju bunyi berbagai medium, pada suhu 20°C dan tekanan 1 atm.
Medium Laju ⁄
Udara 343
Udara (0°C) 331
Helium 1005
Hidrogen 1300
Air 1440
Air laut 1560
Besi dan baja ≈ 5000
Kaca ≈ 4500
Aluminium ≈ 5100
2.3.2 Spektrum Bunyi
Frekuensi audio (audio frequency) merujuk sebagai getaran periodik yang
frekuensinya dapat didengar oleh rata-rata manusia.[11]
Frekuensi-frekuensi yang dapat didengar oleh manusia disebut audio atau
sonik. Jangkah frekuensi yang umumnya dapat didengar berkisar dari 20
ultrasonik (ultrasonic), sedangkan frekuensi-frekuensi di bawah audio
disebut infrasonik (infrasonic). Beberapa jenis kelelawar menggunakan
ultrasonik untuk echo lokasi (echolocation) saat sedang terbang. Anjing
dapat mendengar frekuensi-frekuensi ultrasonik, dimana hal ini digunakan
sebagai prinsip pembuatan alat peluit anjing senyap. Paus baleen, jerapah,
lumba-lumba dan gajah menggunakan frekuensi-frekuensi infrasonik
untuk berkomunikasi.[13]
Gambar 2.5. Spektrum bunyi
Penting untuk diingat bahwa kata “bunyi” (sound) mengacu kepada sebuah
fenomena perambatan gelombang pada sebuah medium, sedangkan kata
“suara” (voice) mengacu kepada bunyi yang dihasilkan dari organ tubuh
manusia, yaitu membran getar pada organ-organ bicara manusia. Kata “audio”, “sonik", “audiosonik”, dan “akustik” secara umum diartikan
sebagai jangkah frekuensi (frequency range) dari spektrum bunyi yang
dapat dideteksi / didengar oleh manusia[14], walaupun sebenarnya kata
“akustik” (acoustic) sendiri merupakan suatu inter-disiplin ilmu yang
17
2.3.3 Karakteristik Bunyi
Bunyi dapat dibagi menjadi tiga karakteristik, yaitu pitch yang berkaitan
erat dengan frekuensi, kebesaran atau kebisingan bunyi (loudness) yang
berkaitan erat dengan amplitudo dan intensitas bunyi, serta kualitas bunyi
(timbre / tone) yang berkaitan erat dengan harmonisa.
2.3.3.1 Pitch dan Frekuensi
Pitch berhubungan dengan sensasi perubahan frekuensi pada bunyi oleh si
pendengar (manusia). Pitch sangat dekat hubungannya dengan frekuensi,
tetapi keduanya sebenarnya berbeda. Frekuensi ialah sebuah objek, suatu
konsep ilmiah, sedangkan pitch subjektif. Pitch hanya sebuah persepsi
subjektif si pendengar (manusia) yang menyatakan suatu bunyi itu tinggi
atau rendah. Makin tinggi frekuensi (dalam besaran fisika), maka manusia
akan menyatakan bahwa pitch dari bunyi tersebut makin tinggi, terkadang
juga dinyatakan bahwa bunyi itu semakin melengking. Gelombang bunyi
Gambar 2.6. (a) Frekuensi tunggal ditampilkan dalam bentuk gelombang . (b) Frekuensi
tunggal ditampilkan dalam analisis Fourier, terlihat bahwa hanya satu batang (bar) yang
muncul.
Istilah pitch hanya dipakai bila gelombang bunyi yang didengar hanya
terdiri dari satu buah frekuensi tunggal. Jika istilah pitch dipakai dalam
sebuah sumber bunyi dengan frekuensi tidak tunggal (seperti alat musik
dan suara manusia), maka istilah pitch mengacu pada perubahan frekuensi
19
Gambar 2.7. (a) Gelombang gigi gergaji (sawtooth). (b) Gelombang-gelombang harmonik
penyusun gelombang gigi gergaji. (c) Gelombang gigi gergaji ditampilkan dalam analisis
Fourier, terlihat bahwa sebenarnya gelombang gigi gergaji tersusun dari enam buah
frekuensi tunggal yang harmonik. Untuk gelombang gigi gergaji, frekuensi dasar
(fundamental, f) terlihat mempunyai amplitudo paling besar.
Frekuensi (f) gelombang bunyi menyatakan berapa banyaknya osilasi yang
terjadi selama waktu tertentu, biasanya dalam satu detik. Frekuensi
diekspresikan dalam banyaknya siklus per detik dengan satuan ukur dalam
Hertz (Hz). Lima Hz diartikan sebagai osilasi lima siklus penuh
[image:42.595.157.514.93.404.2]Kebalikan dari frekuensi, yaitu periode (T). Periode suatu gelombang
diartikan sebagai berapa lamanya waktu yang dibutuhkan untuk
melakukan sebuah osilasi sempurna.
dimana f ialah frekuensi dalam Hz dan T ialah periode dalam detik.[18]
Gambar 2.8. Bagaimana sebuah osilasi dari molekul-molekul udara direpresentasikan
sebagai gelombang sinus. Terlihat bahwa molekul-molekul udara tersebut mengalami
kompresi (compression, C) dan perenggangan (rarefaction, R) secara periodik.
Dari gambar sebelumnya, dapat kita ketahui bahwa periode (T) ialah
lamanya waktu yang dibutuhkan oleh molekul-molekul udara dari keadaan
terkompres, terenggang, dan terkompres kembali (C-R-C) ataupun
sebaliknya (R-C-R). Untuk frekuensi (f) ialah berapa banyaknya satu
21
Panjang gelombang ( ) ialah jarak dari titik manapun (lihat representasi
gelombang sinus pada gambar 2.8) pada sebuah gelombang yang
berhubungan langsung secara sejajar.[19] Terdapat hubungan matematis
sederhana antara panjang gelombang ( ), periode (T), dan frekuensi (f),
yaitu kecepatan atau laju (v). Karena kecepatan ialah jarak dibagi oleh
waktu, maka dapat kita turunkan suatu persamaan :
atau dengan mengganti T dengan f, maka didapat :
dimana : v = kecepatan atau laju gelombang (m/s)
= panjang gelombang (m)
T = periode gelombang (s)
f = frekuensi gelombang (Hz)
Jika kita perhatikan, laju atau kecepatan (v) gelombang bunyi dapat kita
turunkan secara matematis dengan dua cara, yaitu :
1. Dengan menggunakan persamaan (2-3), yaitu √ , jika modulus
2. Dengan menggunakan persamaan (2-6), yaitu , jika panjang
gelombang ( ) dan frekuensi gelombang (f) diketahui.
Perubahan pitch paling mudah dikenali pada gelombang sinus murni yang
diubah-ubah nilai frekuensinya yang dihasilkan dari sebuah garpu tala,
ataupun sebuah function generator.
2.3.3.2 Loudness dan Amplitudo
Loudness berhubungan dengan sensasi perubahan amplitudo pada bunyi
oleh si pendengar (manusia). Loudness sangat dekat hubungannya dengan
intensitas bunyi (I), tetapi keduanya sebenarnya berbeda. Intensitas ialah
sebuah objek, suatu konsep ilmiah, sedangkan loudness subjektif.[20]
Loudness hanya sebuah persepsi subjektif si pendengar (manusia) yang
menyatakan suatu bunyi itu besar atau kecil. Makin besar intensitas (dalam
besaran fisika), maka manusia akan menyatakan bahwa loudness dari
bunyi tersebut makin besar, terkadang juga dinyatakan bahwa bunyi itu
semakin bising.
Berdasarkan teori gelombang, amplitudo (ym) dari suatu gelombang adalah
besar dari perpindahan maksimum elemen-elemen dari posisi
kesetimbangannya ketika gelombang melewati posisi tersebut. Pada ym ,
Subskrip m menandakan maksimum. Karena ym adalah magnitudo, maka ym
23
(v) gelombang[22], yang berarti juga tidak mempengaruhi frekuensi (f) dan
panjang gelombang ( ).
Gambar 2.9. Bagaimana sebuah osilasi dari molekul-molekul udara direpresentasikan
sebagai gelombang sinus. Dengan frekuensi yang sama, terlihat apabila amplitudo (ym)
makin besar, maka makin banyak elemen-elemen udara yang berosilasi.
Seperti yang telah kita ketahui sebelumnya bahwa loudness merupakan
penilaian subjektif per-orang terhadap besar dan kecilnya suatu bunyi,
maka diperlukan penilaian objektif (konsep ilmiah) untuk mengetahui nilai
tertentu dari besar dan kecilnya suatu bunyi. Penilaian objektif ini disebut
intensitas (I).
Intensitas (I) suatu gelombang bunyi pada suatu permukaan adalah laju
perpindahan energi rata-rata per satuan luas.[23] Kita dapat menuliskannya
dengan :
dimana : I = intensitas bunyi (Watt/m2)
P = laju perpindahan energi atau daya (Watt)
A = luas permukaan interupsi bunyi (m2)
Pada kenyataannya, suatu sumber bunyi adalah suatu sumber titik yang
memancarkan bunyi secara isotropis, yaitu dengan intensitas yang sama ke
semua arah.[24] Kita dapat mengilustrasikan hal ini dengan membayangkan
sebuah bangun ruang tiga dimensi berbentuk bola dengan titik tengah bola
[image:47.595.203.456.360.666.2]itu sebagai sumber bunyinya seperti gambar berikut ini.
25
Setelah kita mengetahui bahwa sebenarnya sumber bunyi mendistribusikan
energi ke segala arah berbentuk bola, maka area atau luas permukaan (A)
pada persamaan (2-7) dapat kita ganti dengan 4πr2, sehingga menjadi :
Dari persamaan (2-8) ini, terlihat bahwa intensitas (I) berbanding terbalik
dengan kuadrat jarak (r2). Hal ini menjelaskan, mengapa jika kita semakin
jauh dari sumber bunyi maka sensasi bunyi yang kita rasakan semakin
mengecil. Itu adalah akibat dari kita memperbesar jarak (r2) dari sumber
bunyi yang mengakibatkan intensitas (I) yang kita alami menjadi
berkurang. Batas terkecil intensitas yang bisa terdeteksi oleh telinga
manusia (Threshold of Hearing, TOH) berkisar pada 10-12Watt/m2.[25]
Telinga manusia tergolong unik, walaupun nilai intensitas naik secara
linear, tetapi sensasi bunyi yang dirasakan oleh manusia (manusia
menyatakan adanya perubahan loudness) ternyata secara logaritmik. Maka
dibuatlah suatu skala logaritmik yang disebut level bunyi[26] atau tingkat
intensitas.[27] Tingkat intensitas bunyi (Sound Intensity Level, SIL)
disimbolkan dengan β dan diukur dalam decibel (dB).[28]
dimana : β = tingkat intensitas bunyi, SIL (dB)
I = intensitas bunyi (Watt/m2)
I0 = intensitas acuan ambang batas minimum manusia (TOH),
yaitu 10-12Watt/m2
Berikut ini ialah tabel intensitas bunyi dan level intensitas bunyi intensitas
dari beberapa kegiatan sehari-hari di sekitar kita dengan menggunakan
acuan intensitas TOH sebesar 10-12Watt/m2 :[29]
Tabel 2.2. Intensitas dan level intensitas di sekitar kita.
Sumber I
(Watt/m2)
β
(dB) Keterangan
TOH 10-12 0 Ambang pendengaran
Bernafas normal 10-11 10 Hampir tidak terdengar
Daun berdesir 10-10 20
Bisikan lembut 10-9 30 Sangat tenang
Perpustakaan 10-8 40
Kantor tenang 10-7 50 Tenang
Percakapan biasa
(jarak 1 meter)
10-6 60
Lalulintas ramai 10-5 70
Kantor bising 10-4 80
Truk berat (jarak
15 meter)
10-3 90
Pemaparan konstan merusak
pendengaran
27
Kebisingan
konstruksi
10-1 110
Konser musik rock
(jarak 2 meter)
1 120 Ambang rasa sakit
Senapan mesin 101 130
Mesin jet (jarak
dekat)
102 140
2.3.3.3 Timbre dan Harmonisa
Ketika dua buah alat musik obo dan biola memainkan nada yang sama,
katakanlah nada A secara bersamaan, maka kedua bunyinya sungguh
berbeda. Kita masih bisa membedakan bahwa di situ ada dua alat musik
yang berbeda sedang dimainkan secara bersamaan. Kedua alat musik yang
sedang dimainkan itu berbunyi pada frekuensi dasar yang sama. Namun,
kedua bunyi itu berbeda dalam hal yang disebut timbre atau kualitas
bunyi.[30] Timbre, yang terkadang juga disebut warna bunyi, bergantung
pada banyaknya frekuensi harmonik ataupun overtone yang terjadi.[31]
Overtone ialah frekuensi-frekuensi di atas (yang lebih tinggi frekuensinya)
di atas frekuensi dasar atau fundamental. Sedangkan harmonik ialah
overtone - overtone yang terjadi dalam kelipatan bulat.[32] Sebagai contoh
sebagai frekuensi fundamental (f1). Kelipatan-kelipatan yang mungkin
terjadi ialah 2f1 (880 Hz), 3f1 (1320 Hz), 4f1 (1760 Hz), 5f1 (2200 Hz), dan
seterusnya. Frekuensi dasar (440 Hz) sendiri kita sebut sebagai harmonik
pertama (f1) dan f2, f3, f4, f5 disebut harmonik ke-2, ke-3, ke-3, ke-4, dan
ke-5. Namun, f2, f3, f4, f5 kita sebut sebagai overtone-overtone dari f1.
Gambar 2.11. (a) Komposit bentuk gelombang gabungan dari lima buah gelombang sinus
yang harmonik. (b) Analisis harmonik dari komposit gelombang tersebut.
Dari gambar 2.11 ini dapat kita ketahui bahwa kombinasi dari beberapa
gelombang sinus yang frekuensi-frekuensinya berbeda dapat menghasilkan
suatu bentuk gelombang baru. Seperti itulah yang terjadi pada alat musik.
Selain menghasilkan nada dasar (frekuensi fundamental), alat-alat musik
juga menghasilkan frekuensi-frekuensi dengan besar frekuensi di atas
frekuensi fundamentalnya (overtone) dimana overtone-overtone ini
(harmonik-29
harmonik). Dari sinilah konsep timbre atau warna bunyi itu muncul.
Berikut ini adalah beberapa contoh bunyi dari alat musik yang dimainkan
pada nada dasar yang sama, ditampilkan dalam analisis harmonik
(terkadang disebut juga analisis Fourier).[33]
(a)
(b)
(c)
[image:52.595.213.449.213.696.2](d)
Gambar 2.12. Spektrum bunyi alat musik. (a) Xylophone. (b) Gitar. (c) Trompet. (d)
2.4 Penguat Daya Audio (AudioPower Amplifier)
Sebuah penguat daya audio merupakan suatu rangkaian elektronika yang
berfungsi menguatkan daya sinyal-sinyal daya rendah (biasanya dalam
miliwatt ataupun microwatt) dalam jangkah frekuensi audiosonik (20 Hz
sampai 20 kHz) menjadi taraf daya yang dapat mengemudikan
loudspeaker ataupun transduser bunyi lainnya. Daya yang dikuatkan dapat
mencapai puluhan, ratusan, maupun ribuan watt. Seperangkat power
amplifier beserta loudspeaker di masyarakat luas dikenal sebagai sistem
tata bunyi (sound system).
Gambar 2.13. Seperangkat sound system.
2.4.1 Penguat Daya Kelas AB
Pada praktik perancangan penguat daya lazimnya ditemui tiga jenis
metode perancangan, yaitu : kelas A, B, dan AB. Walaupun sebenarnya
masih ada beberapa jenis lain, seperti : kelas C, D, E, F, G, H, dan T.
31
Penguat daya kelas AB merupakan kombinasi dari penguat daya kelas A
dan B. Pada penguat daya kelas A, bentuk sinyal luaran ialah linear
terhadap sinyal masukan dan tidak ada cacat. Namun, saat kondisi
stasioner (tidak ada sinyal masukan) penguat kelas ini tetap mengkonsumsi
daya pada transistor penguat akhir sehingga daya luaran menjadi tidak
efisien.
Gambar 2.14. Penguat daya kelas A dan bentuk sinyalnya.
Penguat daya kelas B ialah yang paling efisien diantara ketiganya dalam
hal daya luaran. Menggunakan metode push-pull pada transistor penguat
akhir, yakni pasangan transistor PNP dan NPN bekerja secara bergantian
mengikuti fasa sinyal masukan. Transistor NPN hanya bekerja pada
setengah siklus fasa positif (0° sampai 180°) dan transistor PNP hanya
bekerja setengah siklus fasa negatif (180° sampai 360°). Kekurangan
penguat daya kelas B ialah terjadi cacat sinyal luaran berupa distorsi
Gambar 2.15. Penguat daya kelas B
Gambar 2.16. Distorsi cross-over.
Kombinasi antara metode kelas A dan B menghasilkan penguat daya kelas
AB. Disebut penguat daya kelas AB karena memang penguat daya jenis ini
bekerja diantara kedua kelas tersebut, yaitu mendapatkan daya luaran yang
efisien serta meminimalkan distorsi cross-over. Jika pada kelas B
pasangan transistor bekerja hanya tepat pada 180° (baik fasa positif
maupun negatif), maka pada kelas AB sedikit dibuat melebihi 180°. Hal
ini umumnya dilakukan dengan penambahan dua buah dioda pembias yang
33
Gambar 2.17. Penguat daya kelas AB.
2.5 Compression Driver
Compression driver ialah sejenis loudspeaker yang dirancang khusus
bekerja secara efisien pada jangkah frekuensi audio midrange (300 Hz
sampai 5 kHz) dan treble (6 kHz sampai 20 kHz). Pada penggunaannya,
compression driver dilengkapi dengan corong bunyi (horn) untuk lebih
meningkatkan efisiensi daya bunyi dan arah bunyi.
2.6 Escherichia coli (E.coli)
Bakteri ini merupakan salah satu flora normal pada tubuh manusia. E.coli
terutama dapat ditemukan di saluran pencernaan pada manusia. Pada
keadaan normal, flora normal di dalam tubuh tidak membahayakan bagi
manusia. Tetapi pada keadaan tertentu dapat menjadi patogen oportunistik.
E. coli pertama kali ditemukan oleh Theodor Escherich pada tahun 1885.
E. Coli ialah penyebab penyakit gastroenteritis. Sebagian serotipe E. coli
hanya terdapat selama beberapa hari pada kolon.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2.19. (a) Koloni bakteri E. coli dilihat menggunakan SEM (x14.000).[158] (b)
Sebuah sel E.coli (SEM, x20.000), terlihat fimbria.[159] (c) dan (d) E. coli dilihat
35
2.6.1 Morfologi E. coli.
Kata morfologi berarti ilmu mengenai bentuk dan struktur. Karena itu
studi tentang bakteri E. coli dapat dimulai dengan mengetahui bentuk dan
strukturnya. Bakteri E. coli dilihat dari bentuknya termasuk ke dalam
bentuk basil (bacillus), yaitu bakteri yang berbentuk silinder atau batang.
Struktur bakteri E. coli ialah yang paling umum dipelajari karena mewakili
struktur sel prokariot pada umumnya. Struktur sel bakteri dapat dibagi
menjadi tiga bagian utama dan sebuah struktur khusus (hanya ditemui pada
bakteri tertentu), yaitu : organ tambahan (appendage) yang meliputi
flagela dan pilus; lapisan permukaan (cell envelope) yang meliputi kapsul,
dinding sel dan membran plasma; sitoplasma (cytoplasm) yang meliputi
cairan sel atau kolam sel, ribosom, inklusi, kromosom yang terdapat pada
nukleus.[57] Berikut ini ialah bagan sebuah sel prokariot :
Bakteri E. coli memiliki kemampuan untuk bergerak (motilitas). Hal ini
karena pada E. coli terdapat organ tambahan (appendage) berupa flagela
peritrikh, yaitu flagela yang terdapat di seluruh tubuhnya.
Dinding sel bakteri E. coli berdasarkan metode pewarnaan Gram (staining
Gram) ialah tergolong bakteri Gram-negatif. Dinding sel memberikan
bentuk dan kekuatan pada sel prokariot.[65] Dinding sel adalah komponen
struktural yang kaku dan kuat yang dapat menahan tekanan osmosis yang
tinggi yang disebabkan oleh kadar kimia tinggi ion anorganik dalam sel.
Tanpa dinding sel, dalam kondisi lingkungan yang normal bakteri akan
menyerap air dan pecah. Kekakuan dan kekuatan dinding sel ini terbentuk
dari molekul-molekul peptidoglikan atau murein.[66]
Membran sel[67] atau membran sitoplasma[68][69] yang rapuh yang terletak
tepat di dalam dinding sel yang kaku.[70] Struktur ini terdiri dari fosfolipida
(20-30%) dan protein (60-70%). Fosfolipida merupakan struktur dasar dari
membran ini.[71] Fosfolida (yang mengandung gliserol, asam lemak dan
fosfat) merupakan lapisan ganda dengan protein yang terpadu di
dalamnya.[72] Protein ini sangat erat ikatannya sehingga haya terlepas bila
diberi perlakuan dengan deterjen atau dirusakkan.[73] Membran sitoplasma
37
Gambar 2.21. Lapisan-lapisan permukaan sel yang meliputi kapsul, dinding sel, dan
membran plasma.
Sitoplasma, yaitu cairan sel (yang mengandung konstituen sitoplasma yang
dapat larut).[75] Komponen mayoritas pembentuk sitoplasma berupa air
(70-80%), yang berperan seperti kolam sel, sebuah campuran kompleks
dari berbagai nutrisi termasuk gula, asam amino, dan garam.[76] Pada
sitoplasma ini terdapat nukleus (pada bakteri tidak dikelilingi oleh
pembungkus nukleus). Terdapat pula ribosom, yaitu tubuh lonjong kecil di
dalam sitoplasma yang terdiri atas protein dan RNA. Kemudian terdapat
pula mesosom, berupa lekukan membran sitoplasma yang tidak beraturan
dan relatif besar. Di samping material nukleus, sitoplasma bakteri mungkin
mengandung inklusi sel, yaitu kepingan-kepingan kecil yang umumnya
Gambar 2.22. Struktur sel bakteri[79]
2.6.2 Klasifikasi E. coli
Berikut ini tabel klasifikasi dari E. coli :[162]
Tabel 2.3. Klasifikasi E. coli.
Domain Bacteria
Kingdom Bacteria
Phylum Proteobacteria
Class Gammaproteobacteria
Order Enterobacteriales
Family Enterobacteriaceae
Genus Escherichia
39
Berikut ini penjelasan singkat mengenai klasifikasi Escherichia coli :
1. Domain dan Kingdom : Escherichia coli termasuk ke dalam domain
dan kingdom dari bacteria karena anggota dari kelompok ini ialah
semua mikroorganisme uniseluler (ber-sel tunggal).
2. Phylum : Escherichia coli masuk ke dalam phylum proteobacteria
karena anggota dari kelompok ini ialah seluruh bakteri Gram-negatif
dengan sebuah membran luar (outer membrane, OM) utamanya
berkomposisi lipopolisakarida (LPS).
3. Class : Escherichia coli masuk ke dalam class gammaproteobacteria
karena seluruh anggota dari kelompok ini ialah bakteri Gram-negatif
anaerobik fakultatif. Anaerobik fakultatif mikroorganisme berarti
mikroorganisme tersebut menggunakan oksigen untuk pernafasan,
oksigen sebagai akseptor terminal elektron, dan melakukan fermentasi
sebagai alternatif pernafasan tetapi dengan laju pertumbuhan
rendah.[163]
4. Order : Escherichia coli masuk ke dalam order enterobacteriales
karena anggota dari kelompok ini ialah bakteri Gram-negatif anaerobik
fakultatif dengan bentuk batang (bacillus).
5. Family : Escherichia coli masuk ke dalam family enterobacteriaceae
karena anggota dari kelompok ini seluruhnya bergerak menggunakan
flagela peritrik. Tumbuh baik pada suhu 37°C, mengoksidasi negatif,
6. Genus : Escherichia coli masuk ke dalam genus Escherichia karena
anggota dari kelompok ini kebanyakan hidup di dalam organ
pencernaan (berkolonisasi dalam usus mamalia).
7. Species : Escherichia coli ialah satu dari lima spesies yang termasuk
dalam genus Escherichia. Yang membuat E. coli unik ialah karena
aktivitas bio-kimianya, yaitu memfermentasi laktosa, memiliki lisin
dekarboksilase, Vogus-Proskauer negatif, memproduksi indola, tidak
dapat tumbuh pada nitrat, dan tidak memproduksi asam sulfida (H2S).
2.7 Fase Pertumbuhan Mikroorganisme
Ada empat tahapan fase pertumbuhan mikroorganisme, yaitu fase lag, fase
log (fase eksponensial), fase stasioner, dan fase kematian.
1. Fase lag (fase adaptasi), yaitu fase penyesuaian mikroorganisme pada
suatu lingkungan baru. Ciri fase lag ialah tidak adanya peningkatan
jumlah sel, yang ada hanyalah peningkatan ukuran sel. Lama fase lag
bergantung pada kondisi dan jumlah awal mikroorganisme dan media
pertumbuhan. Bila sel-sel mikroorganisme diambil dari kultur yang
sama sekali berlainan, maka yang sering terjadi ialah mikroorganisme
tersebut tidak mampu tumbuh dalam kultur.
2. Fase log (eksponensial), merupakan fase dimana mikroorganisme
tumbuh dan membelah pada kecepatan maksimum, tergantung pada
genetika mikroorganisme, sifat media, dan kondisi pertumbuhan. Sel
41
eksponensial. Hal yang dapat menghambat laju pertumbuhan adalah
bila satu atau lebih nutrisi dalam kultur habis, sehingga hasil
metabolisme yang bersifat racun akan tertimbun dan menghambat
pertumbuhan. Untuk organisme aerob, nutrisi yang membatasi
pertumbuhan biasanya adalah oksigen. Bila konsentrasi sel
mikroorganisme melebihi 1 x 107 / ml, maka laju pertumbuhan akan
berkurang, kecuali bila oksigen dimasukkan secara paksa ke dalam
kultur dengan cara pengadukan atau penggojlokan (shaking). Bila
konsentrasi sel mencapai 4 sampai 5 x 109 / ml, laju penyebaran
oksigen tidak dapat memenuhi kebutuhan meskipun dalam kultur
tersebut diberikan udara yang cukup, dan pertumbuhan akan
diperlambat secara progresif.
3. Fase stasioner, yaitu saat pertumbuhan mikroorganisme berhenti dan
terjadi keseimbangan antara jumlah sel yang membelah dengan jumlah
sel yang mati. Pada fase ini terjadi akumulasi produk buangan yang
toksik. Pada sebagian besar kasus, pergantian sel terjadi karena dalam
fase stasioner ini. Terdapat kehilangan sel yang lambat karena
kematian diimbangi oleh pembentukan sel-sel baru melalui
pertumbuhan dan pembelahan dengan nutrisi yang dilepaskan oleh
sel-sel yang mati karena mengalami lisis.
4. Fase kematian, yaitu jumlah sel yang mati meningkat. Faktor
penyebabnya ialah ketidaktersediaan nutrisi dan akumulasi produk
Gambar 2.23. Fase pertumbuhan mikroorganisme.[165]
2.8 Pengaruh Frekuensi Bunyi Audiosonik Pada Penelitian Terdahulu
Penelitian mengenai pengaruh bunyi pada viabilitas bakteri telah banyak
dilakukan. Namun, pada jangkah frekuensi ultrasonik. Untuk jangkah
frekuensi audiosonik sendiri masih sangat jarang dilakukan.
2.8.1 Penelitian Dalam Negeri
Untuk di Indonesia sendiri, penelitian tentang pengaruh bunyi audiosonik
terhadap viabilitas bakteri pernah dilakukan di Fakultas Kedokteran
Universitas Indonesia (FK-UI). Penelitian tersebut merupakan penelitian
43
Gambar 2.24. Sonikator
Metode pemberian bunyi audiosonik pada penelitian ini ialah dengan cara
memasukkan ujung probe sonikator ke dalam wadah berisi suspensi
bakteri E. coli yang akan diujikan. Frekuensi bunyi yang dipakai ialah 7
kHz dan 17 kHz dengan durasi selama 10 detik secara terputus-putus
(intermitten).
Gambar 2.25. Ilustrasi perlakuan sonikasi pada penelitian di Universitas Indonesia.
Probe
sonikator
Suspensi bakteri
Setelah koloni bakteri kontrol dan yang diberi perlakuan sonikator
diinkubasi bersama-sama, keduanya dihitung menggunakan colony
counter. Hasilnya ialah terjadi penurunan viabilitas E. coli baik pada
frekuensi 7 kHz maupun 17 kHz. Namun, penurunan yang sangat berarti
terjadi pada frekuensi bunyi 7 kHz.
2.8.2 Penelitian Luar Negeri
Penelitian sejenis juga pernah dilakukan di Malaysia, yaitu di Universitas
Malaysia Sabah (UMS). Peneliti tergabung dalam Vibration and Sound
Research Group (VIBS). Frekuensi audio yang digunakan sebesar 1 kHz,
5 kHz, dan 15 kHz. Perlakuan dilakukan di dalam sebuah acoustic
chamber JedMark LV-1 pada sekitar suhu 24 ± 2 °C selama 5 jam untuk
media NB (Nutrient Broth) dan 16 jam untuk media NA (Nutrient Agar).
Bakteri yang dipakai yaitu E. coli.
45
Hasil penelitian ini memberikan hasil positif terhadap viabilitas E. coli.
Pertumbuhan semakin meningkat pada frekuensi audio 5 kHz. Berbanding
terbalik dengan yang dilakukan di Universitas Indonesia dimana terjadi
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Pembangkitan Sinyal Menggunakan Perangkat Lunak
Pembangkitan sinyal dapat dilakukan dengan menggunakan function
generator. Namun, sekarang telah tersedia perangkat lunak (software)
yang dapat membuat komputer pribadi bekerja seperti layaknya sebuah
function generator. Dalam penelitian ini digunakan software Daqarta for
[image:69.595.149.511.495.711.2]Windows.
47
3.1.1 Bentuk Sinyal Yang Dibangkitkan
Mengacu kepada penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya, dimana
frekuensi yang terbukti efektif pada viabilitas E. coli ialah pada 7000 Hz,
maka pada penelitian ini akan dibangkitkan gelombang sinus dengan
frekuensi 3500 Hz, 7000 Hz, 10500 Hz, dan 14000 Hz. Namun, software
ini dapat menghasilkan bentuk-bentuk sinyal lain (seperti : segitiga, gigi
gergaji, kotak, sinyal termodulasi, noise, dan lainnya). Dapat disesuaikan
dengan kebutuhan bentuk sinyal yang akan diujikan pada sampel bakteri.
3.1.2 Pengaturan Parameter Sinyal
Berikut ini langkah-langkah untuk membangkitkan bentuk sinyal sinus
yang dii
