commit to user
OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER(PRD)
DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK
TESIS
Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
untuk Mencapai Derajat Magister
Program Studi Ilmu Fisika
Oleh
FAHRUDIN AHMAD
S911202004
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
ii
OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER(PRD)
DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK
TESIS
Nama Tanda Tangan Tanggal
Pembimbing I Drs. Harjana, M.Si., Ph.D
NIP. 19590725 198601 1 001
... ...
Pembimbing II Dra. Suparmi, MA. Ph.D
NIP. 19520915 197603 2 003
... ...
Telah dinyatakan memenuhi syarat
Pada tanggal ...Juli 2014
Ketua Program Studi Ilmu Fisika
Program Pasca Sarjana UNS
Drs. Cari, MA. M.Sc. Ph.D
commit to user
iii
OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER(PRD)
DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK
TESIS
Oleh: Fahrudin Ahmad
S911202004
Tim Penguji
Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal
Ketua Drs.Cari, M.Sc., M.A., Ph.D NIP. 19610306 198503 1 002
……….. Juli 2014
Juli 2014
Anggota Penguji Drs. Harjana, M.Si., Ph.D
NIP. 19590725 198601 1 001
………..
Dra. Suparmi, MA. Ph.D
NIP. 19520915 197603 2 003
……….. Juli 2014
Telah dipertahankan di depan penguji Dinyatakan memenuhi syarat
Pada tanggal 21 Juli 2014
Program Pascasarjana UNS Ketua Program Studi Ilmu Fisika
commit to user
iv
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa :
1. Tesis yang berjudul “OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT
DIFFUSER (PRD) DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR
JAMAK” ini adalah karya penelitian saya sendiri, tidak terdapat karya ilmiah
yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik,
serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan
oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah
dan disbutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila dikemudian
hari terbukti pernyataan saya ini tidak benar, maka saya bersedia menerima
sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No.
17, Tahun 2010)
2. Publikasi sebagian atau keseluruhan dari isi tesis ini pada jurnal atau forum
ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan
PPs-UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu
semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi
dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka PPs-UNS berhak
mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu
Fisika PPs-UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan
publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang
berlaku.
Surakarta, Juli 2014
Mahasiswa
commit to user
v
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahi robbil „alamin, syukur kepada Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penelitian dan penulisan tesis dengan judul, “Optimasi Kinerja Primitive Root
Diffuser (PRD) dengan Teknik Sisipan Resonator Jamak” ini. Penyusunan tesis
ini bertujuan untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh gelar
Magister pada Program Studi Ilmu Fisika Program Pascasarjana Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
Penulis menyadari bahwa dalam penelitian dan penyusunan laporan tesis
ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan rasa tulus
ikhlas penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S, selaku Direktur Program Pascasarjana
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Drs.Cari, M.Sc., M.A., Ph.D, selaku Ketua Program Studi Ilmu Fisika
Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta, sekaligus sebagai Dosen
Pembimbing yang telah banyak memberikan banyak bimbingan dan arahan
serta motivasi kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan tesis ini.
3. Drs. Harjana, M.Si., Ph.D, selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar
membimbing dan mengajari penulis untuk dapat menyelesaikan tesis ini.
4. Dra. Suparmi, M.A., Ph.D, selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan
sabar membimbing dan mengajari penulis, serta memberikan semangat
commit to user
vi
5. Drs. Iwan Yahya, M.Si. , selaku Dosen Pembimbing laboratorium yang telah
membimbing dan mengajari penulis untuk dapat menyelesaikan penelitian ini.
6. Bapak/Ibu Dosen Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana Universitas
Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan banyak ilmu tentang fisika.
7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini.
Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan dan
bantuan yang telah diberikan. Semoga laporan penelitian ini dapat memberi
manfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, Juli 2014
commit to user
vii MOTTO
“
Hanya Dengan Ilmu Kita Akan Dapat Menembus Seluruh Penjuru Langit
Dan Bumi
”
(inspirasi dari QS. Ar Rahman :33)
“Keberhasilan Bukanlah kebalikan dari kegagalan. Seorang pelari tiba pada
nomor terakhir namun jika ia memecahkan rekor terbaiknya , berarti ia telah
berhasil”
commit to user
viii
PERSEMBAHAN
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan
limpahan rahmat dan karunia-Nya. Dengan kerendahan hati
kupersembahkan tesis ini kepada:
Ibu dan Bapakku tercinta, terimakasih telah
membesarkanku, mendidikku, mendoakanku, memberiku
semangat, cinta dan kasih sayang, serta mengajariku arti
hidup. Segala perjuangan dan pengorbanan yang telah
dilakukan semoga Allah SWT membalas semua jasamu.
Kakakku Luqman Hakim Sekeluarga, Khoniatul Hidayah
sekeluarga dan Erna Baroroh sekeuarga yang ku sayangi,
terimakasih atas segala motivasi, doa dan bantuannya.
Hadma Yuliani, terima kasih motivasi dan dukungannya
hingga sampai terselesaikannya tesis ini.
commit to user
ix ABSTRAK
Fahrudin Ahmad. S911202004.“Optimasi Kinerja Primitive Root Diffuser
(PRD) dengan Teknik Sisipan Resonator Jamak”. Tesis: Program Pascasarjana
Ilmu Fisika Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pembimbing: (1). Drs. Harjana,
M.Si., Ph.D (2). Dra. Suparmi, M.A., Ph.D
Telah dilakukan analisis pengaruh sisipan resonator jamak terhadap perubahan kinerja serapan, respon spasial difuser (PRD) dan kinerja serapan dari lebar struktur permukaan pada difuser. Pengujian serapan elemen difuser dilakukan dengan menggunakan teknik pengujian waktu dengungdan scanning, sementara simulasi respon spasial dikerjakan dengan menggunakan perangkat lunak AFMG
Reflex pada kondisi sisipan berbeda. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sisipan resonator jamak pada rancangan difuser modifikasi dapat memicu peningkatan koefisien serapan yang bersifat akumulatif dan berdampak pada peningkatan respon spasial omnidireksional pada bentang frekuensi 600Hz. Selain itu penambahan rangkaian resonator jamak berhasil mengurangi nilai waktu dengung rerata sebesar 0,78 dan 1,83 sekon berturut-turut untuk T30 dan T20 pada bentang
frekuensi rendah. Sifat yang demikian menunjukkan bahwa modifikasi difuser dengan sisipan resonator jamak memiliki potensi yang sangat baik untuk aplikasi pada ruangan dimana terdapat kebisingan yang bersumber dari mesin.
commit to user
x ABSTRACT
Fahrudin Ahmad. S911202004.“ Optimization Performance Primitive Root Diffuser (PRD) With Inserts Resonators technique”. Thesis: Physics Department, Postgraduate Program Sebelas Maret University, Surakarta. Advisor: (1). Drs. Harjana, M.Si., Ph.D (2). Dra. Suparmi, M.A., Ph.D
An analysis of the effect of resonators insertion on the change of absorbability,
diffuser (PRD) spatial response and absorbability of surface structure width
within diffuser. The sound absorption coefficient on the diffuser element was
conducted using a reverberation time and scanning technique. while the spatial
response simulation was carried out using AFMG Reflex software in different
conditions. The result of experiment showed that the resonators insertion into
modified diffuser design could trigger the accumulative improvement of
absorption coefficient and led to the improvement of omnidirectional spatial
response in frequency range of 600 Hz. Moreover, the addition of resonator
causes the decrease of reverberation time average value of 0.78 and 1.83 the T30
and T20 in the low frequency range. These properties indicated that the modification of standard diffuser with resonators insertion had very good
potential to be applied to the room where the noise derived from machines.
Keywords: Diffuser, Reverberation time, Scanning, resonators, absorption,
commit to user
PERNYATAAN ORISINALITAS ... iv
KATA PENGANTAR ... v
C. Koefisien Refleksi dan Koefisien Transmisi Gelombang Bunyi . 9 D. Prinsip Serapan Bunyi ... 14
commit to user
2. Pengukuran koefisien serap dengan Metode Waktu Dengung (Reverberation Time)……… 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 34
A. Waktu dan Tempat Penelitian... 34
commit to user
xiii
2. Metode Reverberation Time……… 42
E. Display Grafik……….. 43
F. Analisa……….. 44
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 46
A.Pengujian Scanning pada Permukaan Difuser ……….. 46
B.Hasil Simulasi dengan menggunakan software AFMG Reflex versi 10.4.290 RCB………... 53
C.Hasil Model modifikasi diffuser………. 54 D.Plot koefisien scattering dan normal difusi terhadap frekuensi… 55
E. Waktu dengung (Reverberation Time) terhadap koefisien Serapan. 59 BAB V PENUTUP ... 65
A. Kesimpulan ... 65
B. Saran ... 65
DAFTAR PUSTAKA ... 66
commit to user
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar (2.1). Sifat-sifat gelombang... 10
Gambar (2.2).Fenomena refleksi dan transmisi pada bidang batas dua medium yang berbeda impedansi akustiknya... 12
Gambar (2.3). Peristiwa terhamburnya gelombang ... 20
Gambar (2.4). Struktur Permukaan Difuser ... 21
Gambar (2.5). Penggunaan Difuser dalam Ruang Akustik... 22
Gambar (2.6). Maximum Length Diffuser……… 25
Gambar (2.7). Quadratic Residue Diffuser dilihat dari Samping……….. 26
Gambar (2.8).Quadratic Residue Diffuser (QRD)……….... 26
Gambar (2.9).Medan Suara dalam Ruang………... 26
Gambar (2.10).Teknik Pengukuran Gradien tekanan……… 30
Gambar (3.1). Diagram Alur Penelitian……… 36
Gambar (3.2). Diagram Alur Penelitian……… 37
Gambar (3.3). Kedalaman Difuser Rangkaian Ukuran 5 x 8... 39
Gambar (3.4). Struktur difuser……….... 40
Gambar (3.5). Difuserdengan sisipan resonator jamak………. 41
Gambar (3.6). Teknik Pengujian Sebaran Medan Bunyi dengan Metode Scanning………. 42
Gambar (3.7). Skema Pengujian Koefisien Serapan Bunyi dengan Mengguna- kan Metode Reverberation Time………. 43
Gambar (4.1). Pengujian Scanning Difuser Standar padaFrekuensi 500 Hz.... 47
Gambar (4.2). Hasil Pengujian Scanning Difusermodifikasi padaFrekuensi 500 Hz……… 47
commit to user
xv
1000 Hz……… 48
Gambar (4.4). Hasil Pengujian Scanning Difusermodifikasi padaFrekuensi
1000 Hz……….. 49
Gambar (4.5). Hasil Pengujian Scanning padaFrekuensi 2000 Hz…………. 49
Gambar (4.6). Hasil Pengujian Scanning Difusermodifikasi padaFrekuensi
2000 Hz………. 50
Gambar (4.7). Hasil Pengujian Scanning Difuser Standar padaFrekuensi
4000 Hz……… 50
Gambar (4.8). Hasil Pengujian Scanning Difusermodifikasi padaFrekuensi
4000 Hz……… 51
Gambar (4.9). Hasil Pengujian Scanning Difuser Standar padaFrekuensi
6300 Hz……… 52
Gambar (4.10). Hasil Pengujian Scanning Difusermodifikasi padafrekuensi
6300 Hz………. 52
Gambar (4.11). Output model elemen difuser………. 54
Gambar (4.12). Kurva hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe
fisien difusi normal difuser standar pada orientasi
sudut 0°terhadap frekuensi dari perangkat lunak
AFMG Reflex ………... 55
Gambar (4.13). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe
fisien difusi normal difuser modifikasi pada orientasi
commit to user
xvi
AFMG Reflex………. 56
Gambar (4.14). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe-
fisien difusi normal difuser standar pada orientasi
sudut 90°terhadap frekuensi dari perangkat lunak
AFMG Reflex…………... 56
Gambar (4.15). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe-
fisien difusi normal difuser standar pada orientasi
sudut 90°terhadap frekuensi dari perangkat lunak
AFMG Reflex…………... 57
Gambar (4.16). Grafik Hubungan �20 pada pengujian pada ruangan tanpa
difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada
orientasi 0°……….. 60
Gambar (4.17). Grafik Hubungan �30 pada pengujian pada ruangan tanpa
difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada
orientasi 0°……… 61
Gambar (4.18). Grafik Hubungan �20 pada pengujian pada ruangan
tanpa difuser,difuserstandar, dan difusermodifikasi pada
orientasi 90°………... 62
Gambar (4.19). Grafik Hubungan �30 pada pengujian pada ruangan tanpa
difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada
commit to user
xvii
DAFTAR TABEL
commit to user
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN I. Penjabaran koefisien refleksi dan transmisi
LAMPIRAN II. Penurunan rumus koefisien hamburan
LAMPIRAN III. Penurunan rumus hubungan antara tekanan rata-rata dengan
commit to user
u = kecepatan partikel
A = luas penampang pipa
�0 = kerapatan massa medium pada keadaan kesetimbangan
c = kecepatan bunyi pada medium
� = koefisien transmisi tekanan
� = koefisien refleksi tekanan
commit to user
xx �1 = impedansi akustik fluida I
�� = intensitas gelombang datang
�2= impedansi akustik fluida II
S = Koefisien hamburan
Espek, Etotal = energi bunyi yang terpantul secara spekular
s = koefisien serapan
spek = koefisien serapan spekular λmin = panjang gelombang minimum
w = lebar sumur
f = frekuensi desain
= kedalaman untuk sumur ke-n
�=kecepatan partikel
�= gaya
= Massa
RT = waktu dengung
V = volume ruang uji
�1, � = luas masing-masing permukaan
�� = penyerapan ruang total