i
KOEFISIEN SERAP BUNYI PADA PEREDAM DENGAN
MODIFIKASI STRUKTUR HELMHOLTZ
RESONATOR
Disusun Oleh:
ANA RATNI FITRIANINGROM M0212011
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS ILMU MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
SKRIPSI
KOEFISIEN SERAP BUNYI PADA PEREDAM DENGAN MODIFIKASI STRUKTUR HELMHOLTZ RESONATOR
Oleh:
ANA RATNI FITRIANINGROM M0212011
Telah disetujui oleh
Pembimbing I
Drs. Harjana, M.Si., Ph.D. NIP. 195907251986011001
Tanggal………
Pembimbing II
Ubaidillah, S.T., M.Sc., Ph.D NIP. 198408252010121004
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul : Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan Modifikasi Struktur Helmholtz Resonator
Yang ditulis oleh
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari
Nuryani S.Si., M.Si., Ph.D.
NIP.196903032000031001 ……….
2. Sekretaris Penguji
Drs. Eng. Kusumandari S.Si., M.Si.
NIP. 198105182005012002 ……….
3. Anggota Penguji I
Drs. Harjana, M.Si., Ph.D.
NIP. 195907251986011001 ……….
4. Anggota Penguji II
Ubaidillah, S.T., M.Sc., Ph.D
NIP. 198408252010121004 ……….
Disahkan pada tanggal ……… Oleh
Kepala Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
iv
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari penelitian saya dengan judul “Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan Modifikasi Struktur Helmholtz Resonator” 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, 04-04-2017
v
HALAMAN MOTTO
“Jangan memikirkan apa yang sudah kamu dapat dari orang
lain/organisai/institusi/perkumpulan, namun pikirkan apa yang sudah kamu berikan pada mereka.”
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN
Karya ini dipersembahkan kepada:
Ibu (Suwarni) yang telah melahirkan saya ke dunia ini dengan penuh perjuangan,
membesarkan saya dengan penuh rasa kasih sayang dan kesabaran. Ibu yang selalu mendengarkan curahan hati saya, memberikan kepercayaan kepada saya dan mendoakan saya.
Bapak (Suratmin) yang telah membesarkan saya dengan penuh kasih sayang dan
kesabaran. Bapak yang selama saya kuliah setia menunggu saya setiap malam untuk membukakan pintu rumah. Dan tentunya bapak yang memberikan kepercayaan serta mendoakan saya selalu.
Adikku (Rindi Lilin Wandira) dengan penuh kasih sayang saling mendukung
keputusan satu sama lain dan saling mendengarkan keinginan satu sama lain. Dosen-dosenku yang telah memberikan ilmu yang berharga dan berguna bagi
kehidupan saya sekarang dan kedepannya. Terima kasih untuk segalanya.
Tim iARG yang selalu membantu saya dalam mengambil data dan menyusun
vii
Koefisien Serap Bunyi pada Peredam dengan Modifikasi Struktur Helmholtz Resonator
ANA RATNI FITRIANINGROM
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Penelitian ini berfokus pada koefisien serap bunyi panel berupa planar Helmholtz resonator dengan modifikasi Helmholtz resonator. Panel terbuat dari akrilik dan non-woven felt yang dikombinasi menjadi beberapa variasi planar Helmholtz resonator. Bentuk dasar, panel sandwich terdiri dari tiga lapisan akrilik, lapisan pertama memiliki lubang dan lapisan terakhir akrilik penuh. Sedangkan, bagian tengah merupakan lapisan dengan modifikasi bentuk rongga. Material non-woven felt berfungsi untuk menggantikan akrilik penuh di lapisan terakhir. Koefisien serap bunyi diuji dengan menggunakan tabung impedansi B&K 4206 dengan standar ASTM E-1050. Hasil untuk planar bentuk dasar tanpa modifikasi pada lapisan tengah, koefisien serap bunyi berada pada frekuensi 998-1000 Hz sebesar 0,7. Setelah dimodifikasi, hasil terbaiknya 0,549 berada pada frekuensi 1145-1168 Hz. Ketika lapisan akhir diganti dengan menggunakan material non-woven felt, meningkatkan koefisien bunyi dengan nilai 0,73 pada frekuensi 489-500 Hz. Dampak dari memodifikasi lapisan tengah dan mengganti lapisan terakhir dengan material non-woven felt mampu menggeser nilai koefisien serap bunyi dari planar Helmholtz resonator ke frekuensi yang lebih rendah.
viii
Sound Absorption of Absorber with Helmholtz Resonator Structure Modification
ANA RATNI FITRIANINGROM
Physic Department, Faculty of Mathematic and Naturan Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
This research focused on the sound absorption coefficient of a panel contained planar Helmholtz resonator featuring arrangement of Helmholtz resonators. The panels were fabricated from an acrylic and non-woven felt which were combined becoming some variation of sandwich panel. In the basic form, the sandwich consisted of three layers of acrylic in which the first layer has a true hole and the last layer was totally closed. Meanwhile, the middle part was layer with a custom shape. The non-woven felt was employed as the last layer instead of using acrylic layer. Sound absorption test was carried out using impedance tube B&K 4206 following ASTM E-1050. At the first test, the basic form without any modification in the middle layer, the absorption coefficient reached 0.7 at peak range of 998 to 1000 Hz. The sandwich acrylic panels with modified middle layer had the best result of 0.549 with a broader frequency ranges of 1145 to 1168 Hz. Meanwhile, replacing the last layer with non-woven felt improved the absorption coefficient of 0.73 on the low frequency 489 to 500 Hz. The introduction of non-woven felt as the back enclosure has been successfully proofing the sandwich panel with planar Helmholtz resonator.
ix
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 “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.
x
5. Keluarga laboratorium iARG yang telah membantu, memberikan semangat, dan ide-ide kepada penulis.
6. Keluarga besar Marching Band Sebelas Maret (MB UNS) yang memberikan motivasi, semangat dan ilmu kepada penulis.
7. Keluarga besar Fisika angkatan 2012 (CFC 2012) yang memeberikan semangat, motivasi dan kasih sayang yang diberikan kepada penulis. 8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu demi satu yang selalu
mendukung penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
Surakarta, 04-04-2017
xi PUBLIKASI
xii DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN ... iv
HALAMAN MOTTO ... v
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vi
HALAMAN ABSTRAK ... vii
HALAMAN ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
HALAMAN PUBLIKASI ... xi
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR GRAFIK ... xvi
DAFTAR SIMBOL ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined. 1.1. Latar Belakang Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.2. Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3. Perumusan Masalah... Error! Bookmark not defined. 1.4. Tujuan Penelitian... Error! Bookmark not defined. 1.5. Manfaat Penelitian... Error! Bookmark not defined. BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined. 2.1. Gelombang Bunyi ... Error! Bookmark not defined. 2.2. Intensitas... Error! Bookmark not defined. 2.3. Impedansi Akustik... Error! Bookmark not defined. 2.4. Interaksi Gelombang pada Bidang BatasError! Bookmark not
defined.
2.5. Material Penyerap ... Error! Bookmark not defined. 2.5.1.Material berpori ... Error! Bookmark not defined. 2.5.2.Helmholtz Resonator ... Error! Bookmark not defined. 2.6. Mekanisme Akustik pada Resonator TunggalError! Bookmark not
defined.
2.7. Metode Tabung Impedansi Dua MikrofonError! Bookmark not defined.
xiii
4.1. Analogi Elektro-akustik pada Planar Helmholtz resonator ... Error! Bookmark not defined.
4.1.1.Planar Helmholtz resonator dengan Bentuk Rongga Sederhana Error! Bookmark not defined.
4.1.2.Planar Helmholtz resonator dengan Bentuk Rongga R2 ... Error! Bookmark not defined.
4.1.3.Planar Helmholtz resonator dengan Bentuk Rongga R3 ... Error! Bookmark not defined.
4.1.4.Planar Helmholtz resonator dengan Bentuk R4Error! Bookmark not defined.
4.2. Variasi Diameter Lubang Helmholtz Resonator Sederhana ... Error! Bookmark not defined.
4.3. Koefisien Serap Bunyi dan Pola Resonansi pada Material Peredam dengan Memodifikasi Struktur Rongga Helmholtz Resonator ... Error! Bookmark not defined.
4.4. Koefisien Serap Bunyi Planar C7R4T dengan Variasi Jumlah Lapisan R4 ... Error! Bookmark not defined. 4.5. Kofisien Serap Bunyi pada Planar C7R4T dengan Menyisipkan Lapisan C7R4, C5R4, dan C3R4 ... Error! Bookmark not defined. 4.6. Koefisien Serap Bunyi C7R4T dengan Menambah Material
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 3. 1.Variasi diameter d1 ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3. 2. Variasi jumlah rongga ... Error! Bookmark not defined. Tabel 3. 3. Variasi jumlah lapisan R4 ... Error! Bookmark not defined. Tabel 3. 4. Variasi diameter d2 ... Error! Bookmark not defined.
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2. 1. Gelombang longitudinal (Kuttruf, 2007)Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2. 2. Mekanisme bunyi ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 3. Perambatan gelombang melalui bidang batas dua medium ... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2. 4. Helmholtz resonator sederhana digambarkan dengan (a) gelombang bunyi (b) gaya mekanik (Virgan, 2008)Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 5. Desain coupled Helmholtz resonator (Tang et al., 2012) ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 6. Desain Helmholtz resonator tree (Paiva & Valimaki, 2012) ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 7. Analogi komponen akustik dengan sistem listrik dan sistem mekanik (Vigran,2008) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 8. Metode pengukuran koefisien serap dengan menggunakan fungsi pindah: letak dan interval mikrofon (Kim, 2010)Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 1. Flowchart prosedur penelitian ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 2. Desain lapisan C3 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 3. Desain lapisan C5 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 4. Desain lapisan C7 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 5. Desain lapisan R ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 6. Desain lapisan R2 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 7. Desain lapisan R3 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 8. Desain lapisan R4 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 9. Desain lapisan T ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 10. Susunan kaca akrilik untuk variasi d1 ... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 3. 11. Susunan kaca akrilik untuk variasi jumlah rongga Helmholtz
resonator ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 12. Susunan kaca akrilik untuk variasi diameter d2 pada dual
Helmholtz resonator ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 13. Susunan kaca akrilik dan material non-woven felt ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 14. Konfigurasi pengujian tabung impedansi dua mikrofon. ... Error! Bookmark not defined.
xvi
xvii
DAFTAR GRAFIK
Halaman 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). ... Error! Bookmark not defined. Grafik 4. 1. Koefisien serap bunyi sampel Helmholtz resonator sederhana . Error!
Bookmark not defined.
Grafik 4. 2.Koefisien serap bunyi planar C7R2T, C7R3T, dan C7R4T ... Error! Bookmark not defined.
Grafik 4. 3.Koefisien serap bunyi dengan menambahkan lapisan R4 ... Error! Bookmark not defined.
Grafik 4. 4. Koefisien serap bunyi planar C7R4C7R4T, C7R4C5R4T, dan
C7R4C3T ... Error! Bookmark not defined. Grafik 4. 5. Koefisien serap bunyi planar C7R4T dengan tambahan material
xviii
𝛿 : Dilatasi, fraksi perubahan volume -𝑠 : Kondensasi, fraksi perubahan kerapatan
-B : Modulus Bulk 𝑃𝑎, 𝑁/𝑚2
𝑇 : Koefisien transmisi
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Data Hasil Pengukuran ... Error! Bookmark not defined. Lampiran 2. Gambar Planar Helmholtz Resonator Error! Bookmark not defined. Lampiran 3. Penurunan Persamaan Intensitas Bunyi ... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 4. Penurunan Persamaan Impedansi Spesifik ... Error! Bookmark not defined.
