PERBANDINGAN NILAI HASIL KALIBRASI SOUND
CALIBRATOR DI RUANG TERBUKA DAN DI DALAM KOTAK
INSULASI BUNYI
Chery Chaen Putri Denny Hermawanto, Dodi Rusjadi Pusat Penelitian Metrologi – LIPI
Kompleks PUSPIPTEK Gedung 420, Setu, Tangerang Selatan, 15314 cherychaen@gmail.com
INTISARI
Kalibrasi sound calibrator idealnya dilakukan di ruang khusus yang minim kebisingan, namun pada kenyataannya hingga saat ini kalibrasi dilakukan di ruang terbuka. Untuk menghilangkan pengaruh kebisingan terhadap hasil kalibrasi, kalibrasi harus dilakukan di ruang bebas kebisingan, misalnya di dalam ruang bebas gema. Dalam penelitian ini dibandingkan hasil kalibrasi menggunakan metode insert voltage terhadap sound calibrator yang mengeluarkan bunyi (SPL) sebesar 94 dB pada dua kondisi yang berbeda, di ruangan terbuka dan di dalam kotak insulasi bunyi dengan tingkat kebisingan lingkungan 91 dB – 99 dB. Dari hasil perbandingan kalibrasi pada alat yang sama, hasil kalibrasi sound calibrator pada ruangan terbuka menunjukkan nilai SPL yang tidak stabil dengan nilai 93,40 dB dan ketidakpastian sebesar 0,25 dB. Kalibrasi sound calibrator yang ditempatkan di dalam kotak insulasi menghasilkan SPL yang stabil dengan nilai 93,95 dB dan ketidakpastian sebesar 0,09dB.
Kata Kunci: kotak insulasi bunyi, sound calibrator, tingkat tekanan bunyi
ABSTRACT
Ideally sound calibrator calibration should be performed in specified room which has minimum background noise, however up until now the calibration carried out in an open space. To eliminate the effect of background noise, the calibration should be done in a noise-free room, such as anechoic chamber. This research compared the result of calibration of sound calibrator which generate 94 dB of sound pressure level, using insert voltage method in two different conditions, in an open space and inside the sound insulation box with 91 dB – 99 dB background noise. From the comparison of calibration result of the same device, the calibration result in the open space shows that the SPL value of the sound calibrator is not stable with the value of 93.40 dB and uncertainty 0.25 dB. The calibration for the sound calibrator which placed inside the sound insulation box, produces a stable SPL with the value of 93.95dB and uncertainty of 0.09dB.
Keywords: sound insulation box, sound calibrator, sound pressure level
1. PENDAHULUAN
Pengukuran kebisingan atau intensitas bunyi dilakukan dengan menggunakan Sound Level Meter (SLM). Sebelum digunakan, SLM yang digunakan harus dikalibrasi menggunakan sound calibrator agar nilai pengukuran yang dihasilkan dapat dipertanggungjawabkan. Sound calibrator umumnya bekerja pada frekuensi tunggal
dengan tingkat tekanan suara (SPL) sebesar 94 dB[1]. Agar nilai SPL yang dihasilkan oleh
sound calibrator terjamin maka sound calibrator harus secara rutin dikalibrasi.
Selama ini Puslit Metrologi-LIPI Subbidang Akustik dan Vibrasi melakukan kalibrasi sound calibrator di ruang terbuka, sehingga hasil kalibrasi berpotensi terpengaruh oleh kebisingan lingkungan yang berasal dari kegiatan manusia di ruangan serta kebisingan dari peralatan yang digunakan. Untuk mengantisipasi hal ini Sound calibrator dilengkapi dengan adaptor yang berukuran sesuai dengan mikrofon standar yang digunakan untuk kalibrasi. Adaptor ini berfungsi untuk mencegah adanya kebocoran suara dari dalam dan luar sound calibrator, tetapi sering ditemukan bahwa adaptor yang tersedia tidak selalu pas (adanya kebocoran bunyi dari luar dan dalam) dengan mikrofon standar yang digunakan, sehingga hasil pengukuran SPL sound calibrator terpengaruh oleh kebisingan dari lingkungan. Untuk mengkompensasi hal ini maka idealnya kalibrasi sound calibrator dilakukan di dalam ruangan yang tingkat kebisingannya maksimal 10 dB lebih rendah dibanding SPL dari sound calibrator agar hasil pengukuran tidak terpengaruh oleh kebisingan tersebut. Harus ada pemisahan yang efektif antar ruang yang kegiatannya tidak saling terkait, hal ini dilakukan untuk mencegah kontaminasi silang[2]. Namun pada kenyataannya hingga saat ini sound calibrator dikalibrasi diruangan terbuka yang terkontaminasi dengan kebisingan yang bersumber dari sekitar. Salah satu solusi untuk mengurangi efek kebisingan adalah dengan menempatkan sumber bunyi yang diuji (unit under test) dalam suatu kotak yang memiliki passive noise insulation yang cocok[3]. Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kebisingan lingkungan terhadap hasil kalibrasi acoustic calibrator maka dilakukan perbandingan nilai SPL hasil kalibrasi dengan 2 kondisi yaitu kalibrasi dilakukan di ruang terbuka dan kalibrasi dilakukan di dalam kotak insulasi, dimana pada masing-masing kondisi diberi gangguan kebisingan. Metode kalibrasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah insert voltage. Kotak insulasi didesain agar dapat meredam kebisingan lingkungan yang ada saat dilakukan kalibrasi. Dari penelitian ini dapat diketahui seberapa besar kebisingan mempengaruhi hasil kalibrasi yang dilakukan oleh Puslit Metrologi LIPI.
2. LANDASAN TEORI
Sound calibrator merupakan peralatan yang menghasilkan tekanan bunyi sinusoidal dengan tingkat tekanan bunyi dan frekuensi tertentu ketika dikopel dengan jenis mikrofon tertentu dalam konfigurasi tertentu[4]. Terdapat dua jenis sound calibrator yaitu tipe mekanik dan elektrik. Sound calibrator tipe mekanik menghasilkan bunyi dari pergerakan
piston yang terdapat di dalam sound calibrator sehingga sering juga disebut sebagai pistonphone. Sound calibrator tipe elektrik merupakan sumber bunyi yang menghasilkan bunyi dari sebuah speaker dengan prinsip low-impedance. Sound calibrator tipe 4231 umumnya digunakan untuk mengkalibrasi alat dengan mikrofon 1 inch dan 1/2 inch[5]. Sound pressure level (SPL) atau tingkat tekanan bunyi yang dikeluarkan oleh sound calibrator terukur dalam satuan decibell (dB) dinyatakan dalam rumus[6]:
dB ……… 1
dimana:
p1adalah tekanan bunyi terukur (Pa) dan
p0adalah tekanan bunyi referensi (20 Pa)
Hasil pengukuran SPL sound calibrator dipengaruhi oleh kondisi lingkungan seperti temperatur, tekanan, dan kelembaban. Oleh karena itu hasil pengukuran SPL sound calibrator nantinya dikoreksi dengan pengaruh temperature, tekanan, dan kelembaban. Selain itu, karena dalam kegiatan kalibrasi memanfaatkan banyak alat ukur, maka koreksi alat ukur juga mempengaruhi hasil pengukuran SPL sound calibrator. Kondisi lingkungan untuk melakukan kalibrasi sound calibrator diatur oleh IEC 60942 2003, kalibrasi dapat dilakukan dengan kondisi lingkungan sebagai berikut[4]:
a. Suhu Ruangan: 20 OC – 26 OC
b. Kelembaban Relatif: 40 % - 65 % c. Tekanan: 97 kPa - 105 kPa.
Seperti yang terlihat pada Gambar 1 di dalam sound calibrator terdapat beberapa komponen penting di antaranya: variable amplitude sine generator, loudspeaker, feed-back circuit, SPL reference, dan control circuit. Variable amplitude sine generator akan menghasikan gelombang sinusoidal sebesar 1 kHz yang diteruskan ke loudspeaker. Sinyal dari loudspeaker akan diterima oleh mikrofon dan diteruskan ke rangkaian feed-back yang terdapat pada sound calibrator. Sinyal ini dibandingkan dengan tegangan dari SPL Reference oleh control circuit. Selain untuk On/Off Control circuit berfungsi untuk memastikan SPL yang dihasilakan calibrator berada di daerah accepted range. Jika SPL terukur diluar nilai accepted range (misalnya jika mikrofon dicabut), maka rangkaian akan secara otomatis mematikan sound calibrator[5].
Gambar 1. Diagram blok prinsip kerja sound calibrator[3]
3. METODOLOGI
Kalibrasi sound calibrator dilakukan dengan metode insert voltage seperti yang disarankan oleh standar IEC 60942:2003. Pada metode insert voltage, mikrofon standar yang nilai sensitifitasnya sudah diketahui (sdB), digunakan untuk menentukan SPL yang
dihasilkan oleh sound calibrator. Hal ini dilakukan dengan mengukur open-circuit voltage (voc) yang dihasilkan oleh mikrofon standar ketika dikopelkan dengan sound calibrator[7].
Gambar 2. Set-up peralatan kalibrasi
Peralatan yang dibutuhkan untuk penelitian ini adalah sound calibrator, tipe B&K 4231 dengan nomor seri 2592161 sebagai unit under test (UUT), mikrofon standar ½ inch tipe B&K 4180 untuk mengkonversi sinyal bunyi dari sound calibrator, pre amplifier tipe B&K 2645 and B&K 2627, measuring amplifier, tipe B&K 2636, function generator,
digital volt meter (DVM 1 untuk tegangan AC dan DVM 2 untuk tegangan DC), frequency counter, barometer, thermometer, hygrometer, noise generator untuk menghasilkan kebisingan, SLM yang untuk mengukur SPL yang dihasilkan oleh noise generator, dan kotak insulasi bunyi yang digunakan untuk pengukuran ke-dua. Peralatan ini dirangkai sesuai dengan Gambar 2. Kalibrasi dimulai dengan memastikan saklar insert junction berada di posisi ‘meas’, kemudian sound calibrator dinyalakan dan tegangan terukur dari pre-amp dicatat. Selanjutnya sound calibrator dimatikan, posisi insert junction diubah ke posisi ‘cal’ dan signal generator dinyalakan. Amplitudo dari signal generator diatur sehingga menghasilkan tegangan yang sama dengan tegangan keluaran pre-amp ketika sound calibrator menyala. Insert junction diubah ke posisi ‘insert’ kemudian tegangan yang terukur di DVM 1 dicatat[8].
Gambar 3. Set-up kalibrasi sound calibrator di ruang terbuka(kiri) dan di dalam kotak insulasi bunyi (kanan)
Pada kondisi pertama kalibrasi sound calibrator di lakukan di ruang terbuka seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3 (kiri) sesuai dengan metode yang sebelumnya dijelaskan. Kalibrasi sound calibrator pada kondisi ke-dua dilakukan dengan metode yang sama tetapi sound calibrator dan alat ukur kondisi lingkungan diletakkan di dalam kotak insulasi bunyi seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3 (kanan). Kotak insulasi bunyi yang digunakan pada percobaan ini memiliki ukuran 54 cm x 40 cm x 41 cm yang terdiri dari lapisan rockwool dengan densitas 100 kg/m3 dengan ketebalan 5 cm dan lapisan papan kayu dengan ketebalan 1,8 cm. Kotak ini memiliki background noise sebesar 25,6 dB. Selain sound calibrator, di dalam kotak insulasi bunyi juga diletakkan termometer, higrometer, dan barometer yang berfungsi untuk mengukur kondisi lingkungan di dalam kotak ketika
pengukuran SPL berlangsung. Kegiatan kalibrasi sound calibrator di luar dan dalam kotak insulasi bunyi dilakukan dengan metode yang sama yaitu dengan metode insert voltage. Pada saat kegiatan kalibrasi berlangsung system diberi diberi gangguan background noise dengan tingkat tekanan suara sebesar 91, 92, 94, 96, 98, dan 99 dB.
Setelah nilai SPL masing-masing kondisi diperoleh, dilakukan pengolahan data secara statistik menggunakan uji-t. Uji-t dilakukan untuk membuktikan bahwa data pada subpopulasi pertama dan data pada subpopulasi kedua berbeda. Nilai statistika t dapat dihitung menggunakan persamaan 2.
……… 2
Semua pengukuran cenderung mengandung kesalahan[9], nilai pengukuran yang diperoleh tidak persis sama dengan nilai sebenarnya dari besaran yang diukur, maka perlu diketahui ketidakpastian dari pengukuran yang dilakukan. Ketidakpastian adalah suatu parameter yang terkait dengan hasil pengukuran yang menunjukkan dispersi dari nilai-nilai yang mempengaruhi pengukuran[10]. Pengukuran SPL sound calibrator dipengaruhi
oleh beberapa parameter ketidakpastian seperti pengulangan pembacaan DVM, mikrofon standar (sertifikat dan drift), suhu lingkungan dan pengukuran tekanan udara untuk koreksi sensitivitas mikrofon[11] sehingga ketidakpastian gabungan dari pengukuran dapat
dirumuskan seperti yang ditunjukkan oleh persamaan 3.
……….……… 3
Dimana:
adalah ketidakpastian DVM untuk tipe A adalah ketidakpastian DVM untuk tipe B
adalah ketidakpastian mikrofon yang berasal dari sertifikat adalah ketidakpastian mikrofon yang disebabkan oleh drift
adalah koreksi sensitivitas mikrofon yang disebabkan oleh ketidakpastian barometer
adalah ketidakpastian yang disebabkan oleh perubahan tekanan pada saat pengukuran
adalah koreksi sensitivitas mikrofon yang disebabkan oleh ketidakpastian termometer
adalah ketidakpastian yang disebabkan oleh perubahan suhu pada saat pengukuran
adalah ketidakpastian yang berasal dari stabilitas sistem
adalah ketidakpastian yang berasal dari kesalahan pembulatan
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kalibrasi dilakukan dengan mengukur SPL sebanyak 6 kali untuk tiap kondisi dengan tingkat kebisingan yang telah ditentukan seperti yang ditunjukkan Gambar 4. Dari kalibrasi yang dilakukan di ruang terbuka dihasilkan SPL rata-rata sebesar 93,40 dB sedangkan untuk kalibrasi sound calibrator di dalam kotak insulasi bunyi dihasilkan SPL rata-rata sebesar 93,95 dB. Nilai SPL rata-rata dari masing-masing kondisi ini menunjukkan bahwa SPL sound calibrator di dalam kotak insulasi lebih mendekati nilai referensi yaitu 94 dB. Selain itu, berdasarkan Gambar 4 tampak bahwa pengukuran di dalam kotak insulasi bunyi cenderung lebih stabil dibandingkan dengan pengukuran pada ruang terbuka. Hal ini karena semua kebisingan lingkungan ditolak oleh kotak insulasi bunyi. Kotak insulasi mengisolasi kebisingan dari luar yang berasal dari noise generator, sehingga mikrofon hanya menerima SPL yang berasal dari sound calibrator. Hasil kalibrasi di ruang terbuka tidak stabil karena pengukuran SPL terpengaruh oleh kebisingan dari noise generator. Pada kalibrasi di luar ruang, mikrofon tidak hanya mengukur SPL yang berasal dari sound calibrator namun juga SPL yang berasal dari kebisingan lingkungan yang salah satunya berasal dari noise generator. Hasil kalibrasi pada ruang terbuka menunjukkan bahwa nilai SPL sound calibrator cenderung semakin menurun seiring dengan bertambahnya SPL dari background noise. SPL terendah terukur saat background noise yang diberikan adalah sebesar 99 dB.
Gambar 4. Hasil pengukuran SPL sound calibrator terhadap background noise
Tabel 1. Hasil perhitungan t-test SPL sound calibrator di ruang terbuka dan di dalam kotak insulasi bunyi
Pengukuran N mean stdev stdev2
Kotak Insulasi 6 93,95 0,01169 0,000137
Terbuka 6 93,40 0,185574 0,034438
s2p 0.017
t-hitung 7,277
tt5% 2,228
Hasil kalibrasi diolah secara statistik dengan metode uji-t untuk menguji hipotesis yang ditetapkan di awal penelitian yaitu untuk membuktikan bahwa ada perbedaan hasil pengukuran dari dua kalibrasi yang telah dilakukan. Dengan melihat
t-0,05 dan derajat kebebasan 10 maka diperoleh tt5%= 2,228. Berdasarkan hasil perhitungan
seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 1, diperoleh thitung = 7,277. Nilai thitungjatuh di daerah
penolakan H0, sehingga dapat disimpulkan bahwa terdapat perbedaan antara rata-rata hasil
pengukuran SPL sound calibrator pada kondisi ruang terbuka dan di dalam kotak insulasi bunyi.
Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa nilai ketidakpastian pengukuran dari kalibrasi sound calibrator di ruangan terbuka adalah sebesar 0,25 dB dan ketidakpastian kalibrasi sound calibrator dalam kotak insulasi adalah sebesar 0,09 dB. Penyumbang terbesar berbedanya ketidakpastian hasil kalibrasi ini adalah ketidakpastian tipe A, yaitu
ketidakpastian yang diestimasi secara statistik dari sehimpunan pengukuran[12].
Background noise saat pengukuran SPL sound calibrator di ruang terbuka menghasilkan standar deviasi yang relative besar sehingga mengakibatkan ketidakpastian tipe A juga menjadi besar. Komponen ketidakpastian yang memiliki perbedaan paling besar berasal dari ketidakpastikan akibat perubahan tekanan.
Tabel 2. Ketidakpastian SPL sound calibrator di ruang terbuka dan di dalam kotak insulasi bunyi
Pada Tabel 2 ditampilkan bahwa ketidakpastian akibat perubahan temperatur untuk pengukuran di dalam kotak cenderung lebih kecil dibanding pengukuran di ruang terbuka. Hal ini disebabkan oleh tekanan udara di dalam kotak lebih stabil dibanding tekanan di ruang terbuka. Perubahan nilai tekanan udara di luar ruangan yang tidak stabil disebabkan oleh adanya kegiatan personel laboratorium yang keluar masuk laboratorium. Untuk komponen ketidakpastian lainnya cenderung sama untuk pengukuran di luar ruangan dan di dalam kotak insulasi bunyi, hal ini dapat dilihat dari nilai orde yang sama untuk kedua kondisi seperti yang ditampilkan pada Tabel 2.
5. KESIMPULAN
Kalibrasi sound calibrator dengan background noise sebesar 91, 92, 94, 96, 98, dan 99 dB telah dilakukan di ruang terbuka dan di luar kotak insulasi bunyi. Dari hasil analisis secara statistik dapat disimpulkan bahwa terdapat perbedaan signifikan hasil pengukuran SPL sound calibrator pada ruang terbuka dan di dalam kotak insulasi bunyi. Hasil kalibrasi SPL sound calibrator di dalam kotak insulasi lebih baik dibanding hasil kalibrasi di luar kotak.
6. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan Laboratorium Metrologi Akustik dan Vibrasi dan Dr. Sensus Wijonarko yang telah banyak membantu dan membimbing dalam menyelesaikan KTI ini.
7. DAFTAR PUSTAKA
[1] Rusjadi, Dodi. 2015. Konsep Dasar Akustik untuk Pengendalian Kebisingan Lingkungan. Yogyakarta: Graha Ilmu.
[2] ISO/IEC 17025,2005 General requirements for the competence of testing and calibration laboratories, Second Edition.
[3] Dragonetti, Raffaele. 2015. Sound source measurement by using a passive sound insulation and a statistical approach. Journal of Sound and Vibration. Vol.354.Elsevier
[4] ISO/IEC 60942, 2003. Electroacoustics-Sound Calibrator. Third Edition. Switzerland: IEC Central Office.
[5] Bruel & Kjaer (1993). Technical Documentation Sound Level Calibrator Type 4231. p.5. Denmark: Naerum.
[6] Everest, F.Alton. and Ken C. Pohlmann. 2009.Master Handbook of Acoustics.Fifth Ed. New York: The McGraw-Hill Companies.
[7] Arcas, Guillermo De.2006. ”A Virtual Instrument to Evaluate The Uncertainty Measurement in The Calibration of Sound Calibrators”. In Advanced Mathematical and Computational Tools in Metrology VII. Edited by P.Ciarlini. World Scientific. [8] P2 Metrologi-LIPI. 2015.I.MA.2.02: Instruksi Kerja untuk Sound Calibrator.
[9] Howarth, Preben and Fiona Redgrave. (2008, Feb). Metrology-in Short (In Indonesia: Metrologi - Sebuah Pengantar). Second edition. Edited by A.Praba Drijarkara. Euramet e.V.
[10] JCGM 200.2008. International vocabulary of basic and general terms in metrology. International Organization for Standardization (Geneva, Switzerland)
[11] P2Metrologi-LIPI. 2015.I.MA.2.02.U: Data Analysis and Uncertainty Evaluation of Sound Calibrator & Pistonphone Calibration. Metrologi Akustik.
[12] JCGM. ISO: Evaluation of Measurement Data-Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, First Edition, 2008
HASIL DISKUSI
- Penanya : Hasmi (Siwali)
Pertanyaan : Apa sajakah sumber-sumber ketidakpastiannya?
Jawaban : Ketidakpastian tipe A yang berasal dari perulangan pengukuran, ketidakpastian dari sertifikat DVM dan mikrofon, ketidakpastian sensitivitas mikrofon yang disebabkan oleh ketidakpastian baromete dan termometer, ketidakpastian drift mikrofon, ketidakpastian karena perubahan suhu dan tekanan selama pengukuran, ketidakpastian dari stabilitas system, dan ketidakpastian dari pembulatan hasil perhitungan.
- Penanya : Nibras (P2 Metrologi)
Pertanyaan : Kebisingan lingkungan yang terukur berapa? Bagaimana pengaruh kebisingan tersebut terhadap kalibrasi?
Jawaban : Kebisingan lingkungan saat penelitian ini adalah sebesar 91, 92, 94, 96, 98, dan 99 dB. Dari hasil penelitian ini tampak bahwa kebisingan lingkungan mengakibatkan gangguan terhadap hasil pengukuran SPL sound calibrator. SPL sound calibrator cenderung semakin berkurang menjauhi nilai nominalnya (94 dB) seiring dengan semakin bertambahnya tingkat kebisingan lingkungan.
- Penanya : Haryo (SMTP)
Pertanyaan : Apa yang dimaksud dengan insert voltage? Kenapa pengukuran harus dilakukan di ruang tertutup?
Jawaban : Insert voltage adalah metode kalibrasi sound calibrator yang disarankan oleh standar IEC 60942:2003. Pada metode insert voltage, mikrofon standar yang nilai sensitifitasnya sudah
diketahui (sdB), digunakan untuk menentukan SPL yang
dihasilkan oleh sound calibrator. Hal ini dilakukan dengan mengukur open-circuit voltage (voc) yang dihasilkan oleh
mikrofon standar ketika dikopelkan dengan sound calibrator. Pengukuran harus dilakukan di ruang tertutup apabila lingkungan kalibrasi terdapat kebisingan yang mengganggu, dan sesuai dengan standar ISO 17025 yang menyatakan bahwa harus ada pemisahan yang efektif antar ruang yang kegiatannya tidak saling terkait, hal ini dilakukan untuk mencegah kontaminasi silang. - Penanya : Nadia (P2 Metrologi)
Pertanyaan : Signifikankah perbedaan hasil kalibrasi di ruang terbuka dan di dalam kotak insulasi?
Jawaban : Hasil penelitian cukup signifikan dilihat dari hasil kalibrasi di ruang terbuka dihasilkan SPL sound calibrator sebesar 93,40 dB dan ketidakpastian sebesar 0,25 dB, sedangkan pengukuran di dalam kotak menghasilkan 93,95 dB dan ketidakpastian sebesar 0,09dB. Standar keberterimaan SPL sound calibrator untuk kegiatan intermediate check yang ditetapkan oleh Lab Akustik dan Vibrasi P2Metrologi LIPI adalah sebesar 93,80 dB sampai dengan 94,20 dB. Jika hasil pengukuran sound calibrator di ruangan terbuka digunakan sebagai hasil intermediate check maka sound calibrator akan dianggap sudah tidak layak pakai karena berada di luar rentang yang sudah ditentukan.
![Gambar 1. Diagram blok prinsip kerja sound calibrator [3]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4185440.3093120/4.892.163.702.110.314/gambar-diagram-blok-prinsip-kerja-sound-calibrator.webp)
