PENGUKURAN KOEFISIEN SERAP BUNYI PADA PEREDAM DENGAN MODIFIKASI STRUKTUR DUAL HELMHOLTZ RESONATOR
Disusun Oleh:
ACHMAD MA’ARIJ CHOLATI M0212003
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
ii
PENGUKURAN KOEFISIEN SERAP BUNYI PADA PEREDAM DENGAN MODIFIKASI STRUKTUR DUAL HELMHOLTZ RESONATOR
Disusun Oleh:
ACHMAD MA’ARIJ CHOLATI M0212003
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
iii
HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI
PENGUKURAN KOEFISIEN SERAP BUNYI PADA PEREDAM DENGAN MODIFIKASI STRUKTUR DUAL HELMHOLTZ RESONATOR
Oleh:
ACHMAD MA’ARIJ CHOLATI M0212003
Telah disetujui oleh
Pembimbing I
Drs. Harjana, M.Si., Ph.D. NIP. 19590725 198601 1 001
Tanggal………
Pembimbing II
Ubaidillah, S.T., M.Sc., Ph.D NIP. 19840825 201012 1 004
iv
HALAMAN PENGESAHAN Skripsi dengan judul
Yang ditulis oleh Nama NIM
:
: :
Pengukuran Koefisien Serap Bunyi Pada Peredam Dengan Modifikasi Struktur Dual Helmholtz Resonator
Achmad Ma’arij Cholati M0212003
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada
Hari Tanggal
: :
Kamis
3 Agustus 2017
Dewan Penguji : 1. Ketua Penguji
Drs. Hery Purwanto M.Sc
NIP. 19590518 198703 1 002 ...
2. Sekretaris Penguji
Dr. Eng. Kusumandari, M.Si
NIP. 19810518 200501 2 002 ...
3. Anggota Penguji I
Drs. Harjana, M.Si., Ph.D.
NIP. 19590725 198601 1 001 ...
4. Anggota Penguji II
Ubaidillah, S.T., M.Sc., Ph.D
NIP. 19840825 201012 1 004 ...
Disahkan pada tanggal, ... Kepala Program Studi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
v
HALAMAN PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari penelitian saya dengan judul “Pengukuran Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan Modifikasi Dual HelmholtzResonator” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi ini tidak berisi materi penelitian orang lain maupun telah dipublikasikan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi Negeri lainnya kecuali yang tertulis dalam daftar pustaka dalam Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 07-07-2017
vi
HALAMAN MOTTO
Ganteng itu saya, saya itu Ganteng. (Achmad Ma’arij Cholati)
Kamu bisa, mampu, ganteng, hebat, jagoan, ahli, mau, tau, tanggung jawab,
terbaik, umggulan, kuat, tahan, juara dan lain-lain kata-kata positif umtuk sebagai
penyemangat hidup dan motivasi dalam mencapai tujuan.
(Achmad Choirul Anam)
Semua itu butuh DUIT (Do’a, Usaha atau Ikhtiar dan Tawakal) (Desti Sufiantini)
Safety First, Never Give Up
(Akebono Brake Astra Indonesia)
Jos Gandhos Lagodek
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Sembah sujud serta syukur kepada Allah SWT. Tadabur cinta dan kasih sayang-Mu
telah memberikanku kekuatan, membekaliku dengan ilmu serta memperkenalkanku
dengan cinta. Atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan akhirnya skripsi
yang sederhana ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam selalu terlimpahkan
keharibaan Muhammad SAW.
Karya ini aku persembahkan kepada :
Yang sangat tercinta ibuku, ibuku, ibuku (Kasmiyati) dan Bapakku (Achmad
Choirul Anam) sebagai tanda bakti, hormat dan terimakasih yang tiada terhingga atas dukungan, sumber semangat, dan do’a yang tiada henti-hentinya.
Untuk Abangku, Achmad Riza Cholati atas dukngan dan motivasinya untuk selalu
berjuang.
Untuk Desti Sufiantini atas setiap gangguan luar biasa yang dalam
memperjuangkan karya ini.
Untuk 1012 dan teman-teman iARG atas kebersamaannya dalam mendukung dan
membantu saya dalam mengambil data dan menyusun karya ini.
viii
HALAMAN ABSTRAK
Pengukuran Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan Modifikasi Dual Helmholtz Resonator
Achmad Ma’arij Cholati
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret
Penelitian ini difokuskan pada koefisien serap bunyi suara pada panel dengan modifikasi dual Helmholtz resonator. Struktur panel terbuat dari bahan kain daur ulang yang bernama felt, gelas plastik dan bola pingpong. Koefisien serap bunyi dilakukan berdasarkan dual Helmholtz resonator. Pengujian panel dilakukan sesuai prosedur standar ASTM E-1050-98 dengan menggunakan tabung impedansi, B & K 4206. Pengukuran tersebut mengambil beberapa variasi konfigurasi modifikasi felt, membran dan bola plastik. Kinerja terbaik ditemukan pada sampel GB3_MF9 yang mengandung membran dan felt dengan modifikasi 9 lubang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa GB3_MF9 memiliki koefisien serap bunyi rata-rata 0,9 pada rentang frekuensi 334 sampai 1600 Hz. Hasil bentang frekuensi yang sangat luas ini memiliki potensial untuk aplikasi perangkat peredam suara berkualitas tinggi yang memanfaatkan bahan limbah.
ix
HALAMAN ABSTRACT
Sound Absorption of Absorber with Dual Helmholtz Resonator Modification
ACHMAD MA’ARIJ CHOLATI
Physic Department, Faculty of Mathematic and Naturan Sciences, Sebelas Maret University
This research focused on the sound absorption coefficient of a panel contained dual Helmholtz resonator modification. The structure of panels were made of recycled cloth material namely felt as well as plastic cup and pingpong ball. The sound absorption coefficient was carried out in associated based on dual Helmholtz resonator configuration.The panels test conducted according to ASTM E-1050-98 standard procedure was carried out using impedance tube, B&K 4206. The measurement took some variations of felt, membrane and plastic ball modifications configuration. The best performance was found in the GB3_MF9 sample containing membrane and felt with 9 holes modification. The result showed that GB3_MF9 have the high sound absorption coefficient of averagely 0.9 at the frequency ranges of 334 until 1600 Hz. This extremely broad band results would be potential application for a high quality sound absorber devices utilizing waste materials.
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan segala rahmat
serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi ini.
Skripsi yang penulis susun sebagian dari syarat untuk mendapatkan gelar
Sarjana Sains. Skripsi ini diberi judul “Pengukuran Koefisien Serap Bunyi pada
Peredam dengan Modifikasi Helmholtz Resonator”. Terselesaikannya skripsi ini
merupakan salah satu capaian bagi penulis.
Skripsi ini merupakan akhir dari kehidupan mahasiswa S1 Universitas
Sebelas Maret Surakarta. Selama menjadi mahasiswa S1 Universitas Sebelas Maret
Surakarta, penulis telah banyak mendapatkan pelajaran baik itu yang terprogram
oleh kurikulum maupun dari organisasi. Penulis banyak belajar mengenai membagi
waktu, memimpin tim dan berbicara didepan umum yang sebelumnya penulis tidak
mampu melakukannya.
Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan
kehidupan mahasiswa S1 Fisika FMIPA UNS dan Skripsi ini penulis mengucapkan
terima kasih. Ucapan terimaksih khusus penulis sampaikan kepada:
1. Bapak Harjana selaku Dosen Pembimbing I atas saran dan masukan
positif untuk menunjang kesuksesan penulis selama proses studi hingga
memperoleh gelar sarjana.
2. Bapak Ubaidillah selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan, bantuan
dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Iwan Yahya selaku kepala laboratorium iARG dan pendidik yang
dengan sabar dan ikhlas selalu membantu penulis dalam setiap kesulitan
serta memberikan motivasi dan sebagai sandaran inspirasi bagi setiap
anak didiknya.
4. Kedua orang tua penulis Bapak Achmad Choirul Anam dan Ibu
Kasmiyati, serta abang penulis Achmad Riza Cholati yang selalu
memberikan doa dan semangat kepada penulis.
5. Keluarga laboratorium iARG yang telah membantu, memberikan
xi
6. Keluarga besar 1012 yang memberikan motivasi, semangat dan ilmu
kepada penulis.
7. Keluarga besar Fisika angkatan 2012 (CFC 2012) yang memberikan
semangat, motivasi dan kasih sayang yang diberikan kepada penulis.
8. Keluarga besar 89 Solo yang memberikan keceriaan dalam kehidupan
penulis selama kuliah di Solo.
9. Desti Sufiantini yang memberikan gangguan dan semangat terbesar dalam
menyelesaikan Skripsi ini.
10.Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu demi satu yang selalu
mendukung penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
Surakarta, 07-07-2017
xii
HALAMAN PUBLIKASI
xiii DAFTAR ISI
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
HALAMAN MOTTO ... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii
HALAMAN ABSTRAK ... viii
HALAMAN ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
HALAMAN PUBLIKASI ... xii
DAFTAR ISI ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR GRAFIK ... xvi
DAFTAR TABEL ... xvii
DAFTAR SIMBOL ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Batasan Masalah ... 3
1.3. Perumusan Masalah ... 4
1.4. Tujuan Penelitian ... 4
1.5. Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Bunyi ... 6
2.2. Gelombang Bunyi ... 7
2.3. Intensitas Bunyi ... 10
2.4. Impedansi Akustik ... 11
2.5. Interaksi Gelombang Bunyi pada Medium ... 11
2.5.1. Pemantulan Bunyi ... 12
2.5.2. Penyerapan Bunyi ... 13
2.5.3. Transmisi Bunyi ... 13
xiv
2.6.1. Absorber ... 14
2.6.2. Diffuser ... 14
2.7. Material Non-woven ... 15
2.8. Resonator Helmholtz ... 15
2.9. Mekanisme Akustik pada Helmholtz Resonator ... 18
2.10. Metode Tabung Impedansi Dua Mikrofon ... 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 21
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 21
3.2. Alat dan Bahan ... 21
3.2.1. Alat yang digunakan ... 21
3.2.2. Bahan yang digunakan ... 21
3.3. Prosedur Penelitian ... 22
3.3.1. Persiapan alat dan bahan ... 23
3.3.2. Pembuatan Sampel... 23
3.3.3. Pengujian sampel absorber ... 25
3.3.4. Data ... 26
3.3.5. Analisa dan Pembahasan ... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 27
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 34
5.1. Kesimpulan ... 34
5.2. Saran ... 35
DAFTAR PUSTAKA ... 36
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gelombang longitudinal dalam gas (Pain, 2005) ... 8
Gambar 2.2 Fenomena gelombang melalui bidang batas dua medium ... 11
Gambar 2.3 Resonant absorber (Cox & D’Antonio, 2009) ... 14
Gambar 2.4 Gambar skematik resonator Helmholtz (Kleiner, 2014) ... 15
Gambar 2.5 Desain coupled Helmholtz resonator (Tang et al., 2012) ... 16
Gambar 2.6 Analogi komponen akustik dengan sistem listrik dan sistem mekanik (Vigran,2008) ... 18
Gambar 2.7 Set-Up Tabung Impedansi Dua Mikrofon (Cox & D’Antonio, 2004) ... 20
Gambar 3. 1 Prosedur Penelitian... 22
Gambar 3. 2 Felt (nonwoven) dan Skema sketsa peredam ... 23
Gambar 3. 3 sketsa bentuk sampel yang diberikan variasi 1, 3, 5, dan 9 lubang. ... 24
Gambar 3. 4 sketsa bentuk sampel (a) GB3_FM dan (b) GB3_MF ... 25
xvi
DAFTAR GRAFIK
Grafik 2. 1 Koefisien serap dari coupled resonator dengan d1= 4 mm dan l2= 20 mm. (a) d3 = 2 mm; (b) d3 = 3 mm; dan (c) d3 = 5 mm. ———: l4 = 20 mm; ‒‒‒: l4=40 mm; ‒∙ ‒ : l4 = 60 mm; ‒∙∙‒ : l4 = 80 mm; ∙∙∙∙∙∙∶ l4 =100 mm (Tang et al., 2012). ... 17 Grafik 4.1 Pengujian koefisien absorbsi bola ping pong dengan variasi penambahan lubang ... 27 Grafik 4.2 Pengujian koefisien absorbsi kombinasi gelas dan bola ping pong ... 28 Grafik 4.3 Pengujian koefisien absorbsi kombinasi gelas, bola ping pong, felt dan
xvii
DAFTAR TABEL
xviii
DAFTAR SIMBOL
𝑦 : Simpangan 𝑚
𝑡 : Waktu 𝑠, 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
𝜔 : Kecepatan sudut 𝑟𝑎𝑑/𝑠
𝑐0 : Kecepatan gelombang bunyi di udara 𝑚/𝑠
𝑐 : Kecepatan gelombang 𝑚/𝑠
𝐴 : Amplitudo 𝑚
k : Bilangan gelombang 1/𝑚
f : Frekuensi 𝐻𝑧
𝑃0, 𝑃 : Tekanan 𝑃𝑎, 𝑁/𝑚2
∆𝑃 : Perubahan tekanan 𝑃𝑎, 𝑁/𝑚2
𝑉0, 𝑉 : Volume 𝑚3
∆𝑉 : Perubahan volume 𝑚3
𝜌0, 𝜌 : Kerapatan 𝑘𝑔/𝑚3
∆𝜌 : Perubahan kerapatan 𝑘𝑔/𝑚3
𝛿 : Dilatasi, fraksi perubahan volume -
𝑠 : Kondensasi, fraksi perubahan kerapatan
-B : Modulus Bulk 𝑃𝑎, 𝑁/𝑚2
x : Posisi partikel m
𝜂 : Simpangan partikel m
𝐼 : Intensitas gelombang bunyi 𝐽 𝑠. 𝑚⁄ 2 , 𝑊𝑎𝑡𝑡/𝑚2
𝑟 : Koefisien refleksi -
𝛼 : Koefisien serap
-𝑇 : Koefisien transmisi
-z : Impedansi spesifik 𝐾𝑔 𝑚⁄ 2𝑠
Z : Impedansi akustik 𝐾𝑔 𝑚⁄ 4𝑠
𝑢 : Kecepatan partikel medium 𝑚/𝑠
𝑆 : Luas penampang 𝑚2
𝑙0 : Panjang leher 𝑚
𝑉 : Volume 𝑚3
𝑑 : Diameter 𝑚
