BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit
Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang baru dan unik dibandingkan sifat material dasar, sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusunnya.
Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu: matriks dan penguat (reinforcement). Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat, hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan dihasilkan.
Penggabungan dua material atau lebih dapat dibedakan menjadi makro komposit dan mikro komposit. Sifat penggabungan makro adalah dapat dibedakan secara langsung dengan cara melihat, penggabungannya secara fisis dan mekanis, penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis, contoh: Kevlar, Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP).
Dari penjelasan diatas dapat kita ketahui bahwa material komposit dibuat dengan penggabungan secara makro. Karena material komposit merupakan material gabungan secara makro, maka material komposit dapat didefinisikan sebagai "suatu sistem material yang tersusun dari campuran / kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk atau komposisi material dan pada dasarnya tidak dapat dipisahkan" (Schwartz, 1984).
Menurut bentuk material penyusunnya, komposit dapat dibedakan menjadi lima jenis, (M.M Schwartz, 1984) yaitu:
5. Komposit Partikel (Particulate Composite).
Lembaran komposit disebut sebagai lamina, serat yang dipakai seperti di industri pesawat terbang biasanya terbuat dari karbon dan gelas, sedangkan resinnya adalah epoxy, sejenis polimer. Tebal lamina untuk komposit serat karbon adalah 0,125mm. Komposit karbon / epoxy ini dibuat dari pre-impregnation ply atau pre-preg.
Komposit memiliki sifat fisis yang lebih bagus dari logam, berat, volume dan massa jenis yang lebih kecil dari logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat.
Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ulet tetapi lebih kaku serta lebih kuat, dalam penelitian kali ini penguat komposit yang digunakan yaitu dari serat kaca.
2. Matriks, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih rendah.
Sercara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakan, yaitu:
1. Fibrous Composites (Komposit Serat)
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass serat kaca, serat karbon, serat aramid (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
2. Laminated Composites (Komposit Laminat)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
Merupakan komposit yang menggunakan partikel / serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secar merata dalam matriksnya.
Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat-sifat bahan pembentuknya serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain:
1. Bahan ringan, kuat dan kaku,
2. Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya,
3. Unggul atas sifat-sifat bahan teknik yang diperlukan, kekuatan yang tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap benturan.
Dalam desain struktur pada penelitian ini, jenis matriks yang akan digunakan adalah Polyester resin BTN 157 dan penguat serat BKS. Matriks ini tergolong jenis polimer thermosetyang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya.
Tabel 2.1 Karakteristik mekanik polyester resin BTN 157.
Sifat Mekanik Satuan Besaran
Berat Jenis (ρ) Kg.m-3 1,2 s/d 1,5
Modulus Young (E) GPa 2 s/d 4,5
Kekuatan Tarik (σT) MPa 40 s/d 90
Sumber : Georgios Koronis, et al., 2012
2.2 Massa
Massa adalah suatu sifat fisika dari suatu benda yang digunakan untuk menjelaskan berbagai perilaku objek yang terpantau. Dalam kegunaan sehari-hari, massa biasanya disinonimkan dengan berat. Namun menurut pemahaman ilmiah modern, berat suatu objek diakibatkan oleh interaksi massa dengan medan gravitasi.
normalnya digunakan sebagai satuan massa (kira-kira 1,783x10 kg) dalam fisika partikel.
Dalam mekanika klasik, massa mempunyai peranan penting dalam menentukan sifat-sifat suatu benda. Hukum kedua newton menyatakan bahwa gaya Fadalah massa benda (m) dikalikan dengan percepatan a:
=
... (2.1)Selain itu, massa juga berhubungan dengan momentum pdan kecepatan vdengan rumus:
=
... (2.2)Dan juga energi kinetik dengan kecepatan, dengan rumus:
=
... (2.3)
Massa dapat diukur dengan menggunakan neraca atau timbangan dan Spektrometer massa. Terdapat beberapa jenis neraca yang dapat digunakan, yaitu: a. Neraca Lengan Gantung
Neraca ini biasanya digunakan oleh para pedagang. Cara penggunaannya relatif mudah dengan cara meletakkan benda pada tempat penyimpan beban kemudian geser beban pemberat disepanjang batang berskala sampai setimbang. Kemudian baca skala pada batang tersebut.
Prinsip kerja neraca ini mengikuti hukum tuas (persamaan momen). Dalam keadaan setimbang, momen gaya yang dihasilkan oleh beban geser penanda dan batang tangkai tempat bergesernya adalah sama dengan momen gaya yang dihasilkan oleh beban terukur dan tangkainya.
b. Neraca Analitis Dua Lengan
jenis neraca ini biasanya digunakan untuk mengukur massa emas dan kristal dengan ketelitian mencapai 0,1 gram.
Gambar 2.2 Neraca analitis dua lengan
c. Neraca Ohauss
Neraca Ohauss ini biasanya digunakan dalam praktek laboratorium. Neraca ini memiliki batas ukur mencapai 311 gram dengan ketelitian 0,1 gram.
Gambar 2.3 Neraca ohauss
d. Neraca Jarum Berskala
Neraca jenis ini biasanya digunakan dalam rumah tangga. Cara penggunaanya dengan menempatkan benda pada wadah yang berada pada bagian atas neraca, kemudian baca skala yang ditunjukan oleh jarum skala.
Gambar 2.4 Neraca jarum berskala
e. Neraca Pegas
Neraca pegas atau biasa disebut juga dinamometer adalah alat ukur berat
Neraca pegas ini menunjukkan angka yang berbeda dibumi dan bulan, atau di
daerah yang gravitasinya berbeda. Timbangan bandul menunjukan angka yang
sama dimana pun, dimana ada gravitasi untuk menggerakkan timbangan.
Persamaan matematis suatu neraca pegas dinyatakan dalam:
×
=
×
... (2.4)Dengan : k = Konstanta pegas
X = Defleksi atau pertambahan panjang pegas ketika diberi beban
m = Massa beban
g = Percepatan gravitasi bumi
Gambar 2.5 Neraca pegas
f. Neraca Digital
Neraca digital ini sangat mudah digunakan. Dengan menempatkan benda
yang akan diukur massanya diatas neraca maka massanya akan ditunjukan pada
layar. Ketelitian neraca ini mencapai 0,001 gram.
Gambar 2.6 Neraca digital
g. Spektrometer Massa
Digunakan untuk mengukur massa atom atau molekul. Sampel dalam
bentuk gas mula-mula ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi.
Perlakuan ini menyebabkan atom atau molekul sampel berionisasi (melepas
elektron sehingga menjadi ion positif). Ion-ion positif ini kemudian dipercepat
oleh suatu beda potensial dan diarahkan ke dalam suatu medan magnet melalui
2.3 Volume
Volume atau dapat juga disebut kapasitas adalah penghitungan seberapa
banyak ruang yang dapat ditempati dalam suatu objek. Objek itu bisa berupa
benda yang beraturan ataupun benda yang tidak beraturan. Benda yang beraturan
misalnya kubus, balok, silinder, limas, kerucut, dan bola. Benda yang tidak
beraturan misalnya batu. Volume digunakan untuk menentukan massa jenis suatu
benda.
Untuk mengukur benda yang memiliki bentuk tidak beraturan dapat
digunakan dua cara yaitu:
a. Cara pertama
Siapkan sebuah gelas ukur yang sudah ada lubangnya. Kemudian isilah
gelas tersebut dengan air sampai posisi air seperti garis biru yang putus-putus.
Garis ini sejajar dengan bagian bawah dari lubang. Kemudian tepat dibawah
mulut lubang, isi dengan gelas ukur.
Setelah itu masukkan benda yang tidak beraturan (benda hitam)
pelan-pelan ke dalam gelas. Setelah benda tadi sampai didasar gelas, maka air akan
mengalir keluar melalui lubang dan tertampung digelas ukur. Air yang tertampung
digelas ukur itu kemudian diamati berapa volumenya. Volume digelas ukur itu
merupakan volume benda tidak beraturan.
b. Cara kedua
Untuk percobaan yang kedua cara sama namun menggunakan gelas yang tidak berlubang. Gelas ukur langsung dipakai. Misalnya sebelum benda dimasukkan kedalam gelas, volume gelas adalah 60 ml. kemudian setelah benda dimasukkan kedalam gelas. Volumenya menjadi 80 ml. volume benda adalah volume akhir dikurangi dengan volume awal.
Gambar 2.8 Percobaan kedua
2.4 Massa Jenis
Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi masssa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi
(misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air).
Satuan SI massa jenis adalah kilogram per meter kubik ( ). Massa
jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama. Rumus untuk menentukan massa jenis adalah
Dengan: ߩadalah massa jenis
m adalah massa
V adalah volume
2.5 Gelombang dan Bunyi
Pada bagian ini akan diberikan beberapa definisi dan pengertian dasar
mengenai gelombang dan bunyi serta hal-hal yang berkaitan dengan teori ini.
2.5.1 Gelombang
Gelombang adalah suatu getaran, gangguan atau energi yang merambat.
Dalam hal ini yang merambat adalah getarannya, bukan medium perantaranya.
Satu gelombang terdiri dari satu lembah dan satu bukit (untuk gelombang
transversal) atau satu renggangan dan satu rapatan (untuk gelombang
longitudinal). Besaran-besaran yang digunakan untuk mendiskripsikan gelombang
anatar lain: panjang gelombang (λ) adalah jarak antara dua puncak yang
berurutan; frekuensi (f) adalah banyaknya gelombang yang melewati suatu titik
tiap satuan waktu; periode (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang
melewati suatu titik; amplitudo (A) adalah simpangan maksimum dari titik
setimbang; kecepatan gelombang (v) adalah kecepatan dimana puncak gelombang
(atau bagian lain dari gelombang) bergerak.
Kecepatan gelombang harus dibedakan dari kecepatan partikel pada
medium itu sendiri. Pada waktu merambat gelombang membawa energi dari satu
tempat ke tempat lain. Saat gelombang merambat melalui medium maka energi
dipindahkan sebagai energi getaran antar partikel dalam medium tersebut.
2.5.2 Jenis-Jenis Gelombang
Jenis-jenis gelombang dikelompokkan berdasarkan arah getar, amplitudo
dan fasenya, medium perantaranya dan frekuensi yang dipancarkannya.
Berdasarkan arah geratnya gelombang dikelompokkan menjadi:
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya
tegak lurus terhadap arah rambatannya. Satu gelombang terdiri dari satu
lembah dan satu bukit seperti ditunjukkan pada gambar 2.9
Gambar 2.9 Gelombang transversal
b. Gelombang Longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya
sejajar atau berimpit dengan arah rambatannya. Gelombang yang terjadi
berupa rapatan dan renggangan seperti ditunjukkan pada gambar 2.10
Gambar 2.10 Gelombang longitudinal
2.5.3 Bunyi
Bunyi secara harafiah dapat diartikan sebagai sesuatu yang kita dengar,
bunyi merupakan hasil getaran dari partikel-partikel yang berada di udara dan
energi yang terkandung dalam bunyi dapat meningkat secara cepat dan dapat
menempuh jarak yang sangat jauh.
Defenisi sejenis juga dikemukakan oleh Bruel dan Kjaer (1986) yang
yang terjadi bila sumber bunyi mengubah partikel terdekat dari posisi diam
menjadi partikel yang bergerak.
Secara lebih mendetail, Doelle (1972) menyatakan bahwa bunyi
mempunyai dua defenisi, yaitu:
1. Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel
dalam medium elastik seperti udara. Definisi ini dikenal sebagai bunyi
objektif.
2. Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan
penyimpangan fisis yang digambarkan pada bagian atas. Hal ini disebut
sebagai bunyi subjektif.
Secara singkat, bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang
merambat secara perapatan dan perenggangan terbentuk oleh partikel zat
perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran.
Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan
partikel-partikel udara yang bergerak ke luar, yaitu karena penyimpangan tekanan.
Hal serupa juga terjadi pada penyebaran gelombang air pada permukaan suatu
kolam dari titik dimana batu dijatuhkan.
Gelombang bunyi adalah gelombang yang dirambatkan sebagai
gelombang mekanik longitudinal yang dapat menjalar dalam medium padat, cair
dan gas. Medium gelombang bunyi ini adalah molekul yang membentuk bahan
medium mekanik ini. Gelombang bunyi ini merupakan vibrasi / getaran
molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama lain namun demikian zat tersebut
terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi bahkan
tidak pernah terjadi perpindahan partikel.
2.5.4 Sifat-Sifat Bunyi
Bunyi mempunyai beberapa sifat, seperti frekuensi bunyi, kecepatan
perambatan, panjang gelombang, intensitas dan kecepatan partikel.
A. Frekuensi
Frekuensi merupakan gejala fisis objektif yang dapat diukur oleh
ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan. Untuk
memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu,
menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan
panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz
(Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang
menemukan fenomena ini pertama kali.
Frekuensi yang dapat didengar oleh manusia berkisar 20 sampai
20.000Hz dan jangkauan frekuensi ini dapat mengalami penurunan pada
batas atas rentang frekuensi sejalan dengan bertambahnya umur manusia.
Jangkauan frekuensi audio manusia akan berbeda juka umur manusia juga
berbeda. Besarnya frekuensi ditentukan dengan rumus:
=
... (2.6)Dimana: f= Frekuensi (Hz)
T= Waktu (detik)
Periode adalah banyaknya waktu per banyaknya getaran, sehingga
periode berbanding terbalik dengan frekuensi.
=
... (2.7)Dimana: f = Frekuensi (Hz)
T= Periode (detik)
B. Kecepatan Perambatan
Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda-beda pada tiap media yang
dilaluinya. Pada media gas, udara, cepat rambat bunyi tergantung pada
kerapatan, suhu dan tekanan.
=
... (2.8)Atau dalam bentuk yang sederhana dapat ditulis:
= 20,05
√
... (2.9)Dimana: c= Cepat rambat bunyi (m/s)
= Rasio panas spesifik (untuk udara = 1,41)
ߩ= Kerapatan (Kg/mଷ)
T= Suhu (K)
Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan
kerapatan, sedangkan pada media cair bergantung pada modulus bulk dan
kerapatan.
ܿ
=
ට
ாఘ... (2.10)
Dimana: E= Modulus Elastisitas (Pascal)
ߩ
= Kerapatan (Kg/mଷ)C. Panjang Gelombang
Panjang suatu gelombang bunyi dapat didefinisikan sebagai jarak
antara dua muka gelombang berfase sama. Hubungan antara panjang
gelombang, frekuensi, dan cepat rambat bunyi dapat ditulis sebagai
berikut:
ߣ
=
... (2.11)Dimana:
ߣ
= Panjang gelombang bunyic
= Cepat rambat bunyi (m/s)f
= Frekuensi (Hz)D. Intensitas Bunyi
Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang udara
dalam suatu dareah per satuan luas. Intensitas bunyi pada tiap titik dari
sumber dinyatakan dengan:
ܫ
=
ௐ ... (2.12)Dimana: I= Intensitas bunyi (W/mଶ)
W= Daya akustik (Watt)
Ambang batas pendengaran manusia, yaitu nilai minimum
intensitas daya bunyi yang dapat dideteksi telinga manusia, adalah 10-6
W/cm2.
E. Kecepatan Partikel
Radiasi bunyi yang dihasilkan suatu sumber bunyi akan
mengelilingi udara sekitarnya. Radiasi bunyi ini akan mendorong partikel
udara yang dekat dengan permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan
menyebabkan bergeraknya partikel-partikel di sekitar radiasi bunyi yang
disebut dengan kecepatan partikel.
=
... (2.13)Dimana: V= Kecepatan partikel (m/detik)
p
= Tekanan (Pa)= Massa jenis bahan (Kg/m )
c
= Kecepatan rambat gelombang (m/detik)2.6 Sifat Akustik
Kata akustik berasal dari bahasa Yunani yaitu akoustikos, yang artinya
segala sesuatu yang bersangkutan dengan pendengaran pada suatu kondisi ruang
yang dapat mempengaruhi mutu bunyi. Fenomena absorpsi suara oleh suatu
permukaan bahan ditunjukkan pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Fenomena absorpsi suara oleh suatu permukaan bahan
Fenomena suara yang terjadi akibat adanya berkas suara yang bertemu
atau menumbuk bidang permukaan bahan, maka suara tersebut akan dipantulkan
oleh bahan tersebut. Medium gelombang bunyi dapat berupa zat padat, cair,
ataupun gas. Frekuensi gelombang bunyi dapat diterima manusia berkisar antara
20Hz sampai dengan 20kHz, atau dinamakan sebagai jangkauan yang dapat
didengar (audible range).
2.6.1 Koefisien Absorpsi
Menurut Jailani et al. (2004) penyerapan suara (sound absorption) merupakan perubahan energi dari energi suara menjadi energi panas atau kalor.
Kualitas dari bahan peredam suara ditunjukkan dengan harga α (koefisien
penyerapan bahan terhadap bunyi), semakin besar α maka semakin baik
digunakan sebagai peredam suara. Nilai α berkisar dari 0 sampai 1. Jika α bernilai 0, artinya tidak ada bunyi yang diserap sedangkan jika α bernilai 1, artinya 100%
bunyi yang datang diserap oleh bahan. Besarnya energi suara yang dipantulkan,
diserap, atau diteruskan bergantung pada jenis dan sifat dari bahan atau material
tersebut. Pada umumnya bahan yang berpori (porous material) akan menyerap energi suara yang lebih besar dibandingkan dengan jenis bahan lainnya. Adanya
pori-pori menyebabkan gelombang suara dapat masuk kedalam material tersebut.
Energi suara yang diserap oleh bahan akan dikonversikan menjadi bentuk energi
lainnya, pada umumnya diubah ke energi kalor.
Perbandingan antara energi suara yang diserap oleh suatu bahan dengan
energi suara yang datang pada permukaan bahan tersebut didefinisikan sebagai
koefisien penyerapan suara atau koefisien absorpsi(α).
=
... (2.14)Terdapat dua metode untuk mengukur koefisien absorpsi suara, yaitu
Tabel 2.2 Koefisien penyerapan bunyi dari beberapa material
Material Frekuensi (Hz)
125 250 500 1000 2000 4000
Gypsum board (13 mm)
Sumber : Doelle, Leslie L, 1993.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi nilai serap bunyi. Faktor-faktor
yang mempengaruhi penyerapan bunyi pada material adalah:
1. Ukuran serat,
Koizumi et al. (2002) melaporkan bahwa meningkatnya koefisien
serap bunyi diikuti dengan menurunnya diameter serat. Ini disebabkan
ukuran serat yang kecil akan lebih mudah untuk berpropagasi
dibandingkan dengan serat yang lebih besar pada gelombang suara.
2. Resistensi aliran udara,
Salah satu kualitas yang sangat penting yang dapat mempengaruhi
karakteristik dari material berserat adalah spesifik resistensi aliran udara
per unit tebal material. Karakteristik impedansi dan propagasi konstan,
yang mana menggambarkan sifat akustik material berpori.
3. Porositas (rongga pori),
Jumlah, ukuran dan tipe rongga pori adalah faktor yang penting
ketika mempelajari mekanisme penyerapan suara pada material berpori.
Untuk memungkinkan disipasi suara dengan gesekan, gelombang suara
harus dimasukkan ke material dengan rongga (berpori). Ini berarti harus
ada pori yang cukup pada permukaan material untuk dilewati oleh
gelombang suara dan diredam. Porositas pada material berporos
didefinisikan sebagai rasio volume berpori di dalam material kepada
jumlah total volume.
Beberapa studi yang berhubungan dengan penyerapan bunyi pada
material berpori menghasilkan kesimpulan bahwa absorpsi suara frekuensi
rendah memiliki hubungan langsung dengan ketebalan. Sebuah studi oleh
Ibrahim et al. (1978) menunjukkan meningkatnya penyerapan bunyi pada
frekuensi rendah dengan meningkatkan ketebalan material. Namun, pada
frekuensi tinggi ketebalan material tidak terlalu berpengaruh pada
penyerapan bunyi.
5. Densitas,
Densitas material sering dianggap menjadi faktor yang penting
yang mengatur perilaku absorpsi suara pada material.
6. Permukaan impedansi.
Nilai permukaan impedansi yang semakin tinggi akan
menyebabkan meningkatnya jumlah refleksi bunyi pada permukaan
sehingga kemampuan serap bunyinya berkurang.
2.6.2 Sound Transmission Loss
Sound transmission lossadalah kemampuan suatu bahan untuk mereduksi
suara. Nilainya biasa disebut dengan decibel (dB). Semakin tinggi nilai sound
transmission loss (TL), semakin bagus bahan tersebut dalam mereduksi suara
(Bpanelcom 2009). Sound transmission class (STC) adalah kemampuan rata-rata
transmission loss suatu bahan dalam mereduksi suara dari berbagai frekuensi.
Semakin tinggi nilai STC, semakin bagus bahan tersebut dalam mereduksi suara
(Bpanelcom 2009). Nilai STC ditetapkan berdasarkan baku mutu ASTM E-413
tentang Classification for Rating Sound Insulation yang dikeluarkan oleh
American Society for Testing and Materials(ASTM).
2.7 Material Akustik
Material akustik adalah material teknik yang fungsi utamanya adalah
untuk menyerap suara / bising. Material akustik adalah suatu bahan yang dapat
menyerap energi suara yang datang dari sumber suara. Pada dasarnya semua
bahan dapat menyerap energi suara, namun besarnya energi yang diserap
yang merupakan hasil dari frikisi dan resistansi dari berbagai material untuk
bergerak dan berdeformasi. Sama halnya dengan besar energi suara yang sangat
kecil bila dilihat dalam satuan Watt, energi panas yang dihasilkan juga sangat
kecil sehingga secara makrokopis tidak akan terlalu terasa perubahan temperatur
pada bahan tersebut.
Peredam suara merupakan suatu hal penting didalam desain akustik dan
dapat diklasifikasikan menjadi 4 bagian yaitu:
1. Material berpori (porous material), seperti bahan akustik yang umum
digunakan, yaitu mineral wool, plester akustik, sama seperti karpet dan
bahan gorden, yang dikarakterisasi dengan cara membuat rajutan yang
saling mengait sehingga membentuk pori yang berpola. Pada saluran dan
rongga yang sempit dan saling merekat inilah terjadi perubahan energi,
dari energi suara menjadi energi vibrasi, kalor atau perubahan momentum.
Daya penyerapan atau peredaman dari suatu jenis material adalah fungsi
dari frekuensi. Penyerapan relatif rendah pada frekuensi rendah dan
meningkat terhadap ketebalan material. Absorpsivitas frekuensi rendah
dapat ditingkatkan dengan cara melapisi material sehingga menambah
ketebalannya. Mengecat plaster dan tile, secara varial akan menghasilkan
efektivitas reduksi yang cukup besar.
2. Membran penyerap (panel absorber): lembar bahan solid (tidak poros)
yang dipasang dengan lapisan udara dibagian belakangnya (air space
backing). Bergetarnya panil ketika menerima energi suara serta transfer
energi getaran tersebut ke lapisan udara mentebabkan terjadinya efek
penyerapan suara. Sama halnya seperti material berpori, yang berfungsi
sebagai peredam suara, yaitu merubah energi suara menjadi energi vibrasi
dan kalor. Penambahan porous absorberpada bagian ruang kosong antara
ruang panil dan dinding akan lebih jauh meningkatkan efisiensi dari
penyerapan frekuensi rendah.
3. Rongga penyerap (cavity resonator), rongga udara dengan volume tertentu
dapat dirancang berdasarkan efek resonator Helmholzt. Efek osilasi udara
pada bagian leher (neck) yang terhubung dengan volume udara dalam
menyerap energi suara paling efisien pada pita frekuensi yang sempit di
dekat sumber gaungnya. Peredam jenis ini biasanya dalam bentuk elemen
tunggal, seperti blok beton standar dengan rongga yang ditempatkan
didalamnya; bentuk lain terdiri dari panel yang berlubang-lubang dan
kisi-kisi kayu dengan selimut absorpsi diantaranya. Selain memberikan nilai
estetika arsitektur, sistem yang baru saja dijelaskan (bentuk kedua)
memberikan absorpsi yang berguna untuk rentang frekuensi yang lebih
lebar daripada kemungkinan yang diberikan oleh elemen tunggal berongga
(struktur sandwich).
4. Penyerapan suara tiap benda diberikan oleh manusia, meja, kursi dan
perabotan. perabotan kayu termasuk di dalamnya adalah kursi dan meja.
Untuk kondisi dimana terdapat banyak orang dengan meja dan kursi
(seperti dapat kita temukan di dalam ruang kelas dan ruang kuliah), akan
lebih cocok jika digunakan peredaman per orang dan per benda dari
perabotan yang diberikan daripada peredaman oleh manusia saja. Dengan
menentukan jumlah dan distribusi peredam jenis ini, dapat dimungkinkan
untuk merancang kelakukan waktu gaung terhadap frekuensi untuk
memperoleh hampir semua lingkungan akustik yang diinginkan. Hal ini
juga dapat memungkinkan untuk merancang sebuah ruangan dimana
karakteristik gaungnya dapat diubah dengan cara menggeser atau merubah
posisi panil dimana posisi permukaan berpengaruh terhadap sifat
peredaman yang berbeda. Selama waktu gaung optimum bergantung
terhadap fungsi ruangan, dengan cara ini dapat dimungkinkan untuk
merancang sebuah ruangan serba guna (multipurpose rooms).
Bagaimanapun, cara seperti ini akan lebih efektif untuk menekan biaya
dan memberikan solusi yang fleksibel, khususnya di dalam ruangan yang
besar.
Bahan yang mampu menyerap suara pada umumnya mempunyai struktur
berpori atau berserat. Bahan-bahan akustik yang tergolong sebagai bahan
penyerap suara antara lain adalah glass wool, rock,woll, soft board, carpet, kain,
2.8 Tabung Impedansi
Ada dua metode standar yang digunakan untuk mengukur koefisien serap
bunyi untuk sampel berukuran kecil yaitu menggunakan metode rasio gelombang
tegak (ISO 105432-1) dan metode transfer fungsi (ISO 105432-2). Kedua metode
dirancang untuk pengukuran pada sampel kecil. Metode rasio gelombang tegak
mapan, tapi lambat sehingga diganti dengan metode transfer fungsi karena
kecepatan dan akurasinya dalam pengukuran. Pada penelitian ini digunakan
tabung impedansi yang dirancang dan dibuat oleh Felix Asade pada skripsinya.
2.8.1 Metode Perbandingan Gelombang Tegak (ISO 10534-1:1996)
Metode ini berdasarkan pada fakta bahwa hanya ada gelombang datar
yang datang dan dipantulkan sepanjang sumbu axis dalam tabung. Gelombang
bunyi sinusoidal yang datang dibangkitkan oleh loudspeaker pada salah satu ujung
tabung. Pada ujung lainnya dibatasi oleh lapisan material yang memiliki
reflektifitas tinggi. Pengukuran dapat dilakukan dalam satu oktaf atau 1/3 oktaf
frekuensi. Dengan menggunakan definisi dari rasio gelombang tegak:
=
|| || ... (2.15)Faktor refleksi dan keofisien serap bunyi didefenisikan oleh:
| |
=
... (2.16)= 1
−
| |
... (2.17)
Tabung impedansi yang menggunakan metode ini diilustrasikan pada
Gambar 2.12 Pandangan skematis metode rasio gelombang tegak
2.8.2 Metode Transfer Fungsi (ISO 10534-2:1998)
Metode ini menggunakan dua buah mirkopon yaitu pada posisi x1dan x2.
Tekanan bunyi pada posisi ini masing-masing adalah:
ଵ=
ܣ ݁
ି ௫భ+
ܤ ݁
ି ௫భ ... (2.18)
ଶ=
ܣ ݁
ି ௫మ+
ܤ ݁
ି ௫మ ... (2.19)Tabung impedansi yang menggunakan metode ini diilustrasikan pada
gambar 2.13.
Gambar 2.13 Tabung Impedansi untuk pengukuran koefisien serap bunyi
Dimana: A dan B adalah amplitudo tegangan (Volt)
k adalah nomor gelombang (m-1)
x1adalah jarak antara sampel dan mikropon terjauh (m)
x2adalah jarak antara sampel dan mirkopon terdekat (m)
Sehingga transfer fungsi akustik kompleks antara kedua mikropon ini
=
... (2.20)Dan faktor refleksinya:
=
... (2.21)Dimana: =
=
= − (jarak kedua mirkopon)
Maka koefisien serap bunyi dapat ditentukan melalui persamaan berikut:
