Perancangan Alat Kendali Kebisingan Aktif Pada Knalpot Standart Sepeda Motor Supra x 125 D dan Mengidentifikasi Reduksi Suara yang Terjadi

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Asal Perambatan dan Kecepatan Bunyi

Kata bunyi mempunyai dua definisi : (1) secara fisis, bunyi adalah

penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam medium elastik

seperti udara.

Ini adalah bunyi objektif . (2) secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran

yang disebabkan penyimpangan fisis yang digambarkan. Ini adalah bunyi

subyektif [3].

Gambar 2.1 Garpu Tala yang Dipukul Menghasilkan Perubahan Tekanan Udara

Karena Getarannya dan Menghasilkan Bunyi [4].

Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan

peregangan partikel-partikel udara yang bergerak ke arah luar, yaitu karena

penyimpangan tekanan dan getaran yang terjadi pada subyek yang dipukul (lihat

Gambar 2.1). ini sama dengan penyebaran gelombang air pada permukaan suatu

kolam dari titik dimana batu dijatuhkan.

Tahapan diskret sinyal tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.2 terlihat

bahwa tahapan pertama adalah sinyal berbentuk sinusoidal yang kemudian beralih

kepada sinyal berbentuk eksponensial dan dilanjutkan kepada sinyal square dan

diakhiri dengan sinyal sinusoidal yang terekponensial yang begitu berfluktuasi

dengan amplitude yang sangat acak.

Gambar 2.2 Sinyal Suara dan Sinyal Diskret atau Dalam Istilah Pemrosesan

Sinyal Disamplingkan [6].

Kecepatan perambatan gelombang suara pada medium ditentukan oleh

c = kecepatan suara

a = perbandingan dari suhu spesifik pada tekanan konstan dengan suhu spesifik

pada volume konstan. = 1,4 (untuk medium udara)

G = konstanta gas = 8317 m2 / s2K

To = suhu dalam Kelvin = 20 oC + 273 = 293 oK

M = berat molekul dari medium = 29 (udara)

Jadi, dengan demikian kecepatan perambatan gelombang akustik pada

udara adalah sebesar :

2.2. Proses Interferensi Gelombang Suara

Suara adalah gelombang yang memiliki kerapatan, masing-masing

atau frekuensi dapat diwakili ole

sebuah suara dari frekuensi yang sama diciptakan dengan perbedaan waktu 1 detik

setelah gelombang pertama, hal ini berarti suara kedua sedikit keluar jalur dari

fase suara pertama atau gelombang sinusnya [5].

.

Pada Gambar 2.3 dapat dilihat persamaan frekuensi dan perbedaan

percepatan pada sound pressure level yang terjadi pada long wave length dan

short wave length.

Frekuensi dan kecepaatan rambatan bunyi

.

f Hz

.

f frekuensi (Hz)

(2.1)

.

t waktu (detik)

Pergerakan kecepatan gelombang bunyi berbeda pada tiap media, seperti

pada udara, gas atau air. Cepat rambat bunyi bergangtung pada kerapatan, suhu

dan tekanan media udara.

Cg

γ p

a

m

(2.2)

γ = rasio panas spesifik (untuk udara)

Pa = tekanan asmosfer (pa)

ρ

= kerapatan (kg/m

3

)

T = suhu (K)

Intensitas dan kecepatan partikel bunyi di udara

I

(2.4)

I = Intensitas bunyi (

)

W = Daya akustik (Watt)

A = luas area (m

2

)

Kecepatan partikel adalah radiasi bunyi yang dihasilkan sumber bunyi akan

mengelilingi udara sekitarnya.

2.2.1 Perambatan Bunyi Pada Media

Bunyi dapat merambat pada tiga media.

1.

Udara/gas

2.

Air/cairan

3.

Benda padat

Laju bunyi pada beberapa material pada 20

0

C & 1 Atm (Atmosfir) dapat dilihat

pada Tabel 2.1 berikut.

Tabel 2.1 Kelajuan Bunyi Pada Material.

6 Air laut

1560

7 Besi & Baja

≈5000

8 Kaca

≈ 4500

9 Aluminium

≈5100

10 Kayu keras

≈4000

Sumber: Giancolli, Douglas. Physiscs Third Edition. New Jersey : Prentice Hall

Englewood Cliffs.

Dari Table 2.1 kita dapat melihat bahwa kelajuan bunyi pada setiap

material berbeda. Pada udara sangat ditentukan oleh kelembaman, meskipun pada

material lainya suhu cukup menentukan namun pada udara sangat mempengaruhi.

Khususnya pada material padat laju bunyi lebih tinggi ini dipengaruhi

oleh ikatan kimia setiap material yang cukup menentukan kelajuan bunyi.

Diketahui aluminium adalah salah satu material yang menjadi media kelajuan

bunyi cukup tinggi [7].

2.3. Aktif Kendali Kebisingan /

Active Noise Control

_(ANC)

Merupakan suatu teknologi yang berguna untuk menghilangkan bising

yang tidak diinginkan. Prinsip kerjanya adalah dengan menghasilka

bising dari sumber suara. Dengan metode sinyal yang telah kita dapatkan harus

kita cari anti sinyalnya yaitu yang serupa dengan sinyal awal tapi berlawanan fasa.

Pada Gambar 2.4 diperlihatkan pergeseran fasa yang berfluktuasi terhadap

waktu. Dimana dengan pergeseran fasa tersebut akan terjadi interferensi bunyi

yang bertujuan mencapai propagasi sehingga terjadi reduksi.

Gambar 2.5 Dua Buah Gelombang Tegak Dengan Perbedaan Fasa 180

0

Yang Saling Meniadakan[8]

Pada Gambar 2.5 diperlihatkan dua bunyi yang berbeda fasa 180

0

yang

saling meniadakan yang akan menuju kuadran tidak ada bunyi sama sekali.

Pada Gambar 2.6 dapat dilihat bahwa sinyal awal dan sinyal lawan

bergabung dengan fasa yang berlawanan 180

0

dan sinyal saling meniadakan.

Dimana persamaan yang ditunjukan adalah :

.

sinyal sumber

y

1

A sin

ω

t

Sinyal lawan

y

2

−Α sin

ω

t

Maka persamaan dari penggabungan sinyal sumber dengan sinyal lawan adalah :

Y

aktif noise

=

y

1

+ y

2

Y

aktif noise

=

A sin

ω

t −

A sin ω

t

= 0

(2.6)

Sinyal suara mempunyai bentuk kontur yang sangat rumit dan sangat acak.

Itu terjadi karena pergeseran fasa yang sangat rapat sehingga menyulitkan

pendektesian jika hanya memakai peralatan yang sederhana. Dasar dari

pergeseran fasa pada sinyal bunyi dapat kita lihat pada Gambar 2.7 yaitu dari

langkah sampai IX perioda (T) mengalami perubahan dari ¼ T pertama sampai

dengan ¼ T ke sembilan. Pada perubahan yang terjadi inilah pergeseran fasa

tersebut bergerak.

Begitulah fluktuasi sinyal yang bergerak. Sangat rumit dan acak sehingga

untuk mendeteksinya diperlukan pendekatan perhitungan yang baik untuk

mendapatkan hasil yang maksimal.

Gambar 2.7 Pergeseran Fasa Pada Sinyal Suara [3]

2.4 Uraian Aktif Kendali Kebisingan

terbaik pada frekuensi tinggi (diatas 5000Hz). Sistem aktif kendali kebisingan

telah dikembangkan untuk mengatasi strategi pasif pada frekuensi rendah

(dibawah 1000Hz) [4].

Untuk meredam suara, sebuah speaker penghilang bising dapat diletakkan

berhadapan dengan sumber suara. Dalam kasus ini, speaker tersebut harus

memiliki tingkat kekuatan suara yang sama dengan sumber suara yang tidak

diinginkan. Selain cara tersebut

juga dapat diletakkan pada tempat dimana peredaman suara diinginkan, seperti

telinga pengguna. Hal ini memerlukan kekuatan peredam yang lebih kecil, namun

hanya efektif bagi satu pengguna saja. Penghilang bising pada tempat-tempat

lainnya menjadi lebih sulit karena gelombang yang bergerak ke berbagai arah dan

sinyal peredam dapat bergabung dan membuat gelombang interferensi yang malah

memperkuat ataupun merusak suara [9].

Aktif kendali kebisingan modern dilakukan dengan menggunakan

komputer, yang menganalisa bentuk gelombang bising, lalu menciptakan bentuk

gelombang sinyal terbalik untuk menghilangkannya dengan proses interferensi.

Bentuk gelombang ini identik, memiliki amplitudo yang sama persis dengan

gelombang kebisingan aslinya, tetapi sinyalnya terbalik. Hal ini menciptakan

interferensi perusak yang mengurangi amplitudo bising yang diterima.

Metode aktif ini berbeda dengan penghilangan bising pasif yang tidak

menggunakan

knalpot

sepeda motor. Metode pasif ini memiliki kekurangan pada sifatnya yang hampir

menutupi dan menghambat total semua aliran udara dan suara.

Keuntungan metode kontrol kebisingan aktif dibandingkan pasif adalah :

•

Lebih efektif dalam frekuensi rendah

2.5. Tabung Pipa PVC

Implementasi dari penelitian ini menggunakan pipa PVC yang dilengkapi

dengan speaker sumber suara dan pembangkit noise. Sistem dilengkapi

microphone yang berfungsi untuk merekam suara knalpot digunakan sebagai

sumber suara. Ukuran pipa disesuaikan dengan besar tabung knalpot. Berikut ini

adalah Gambar pipa PVC.

Gambar 2.8 Sketsa Tabung PVC Pengujian.

2.6. Mikrofon

Mikrofon microphone) adalah suatu jenis

mengubah energi-energi

salah satu alat untuk membant

banyak alat seperti

Istilah mikrofon berasal darimikros yang berarti kecil dan

fon yang berarti

mikrofon praktis sangat penting pada masa awal perkembangan telepon. Beberapa

penemu telah membuat mikrof

2.7 Pengeras Suara

Pengeras suara

loud speaker atau

speaker) adalah

menggetarkan komponennya yang berbentuk membran untuk menggetarkan udara

sehingga terjadilah gelombang suara sampai di kendang telinga kita dan dapat kita

dengar sebagai suara. Dalam setiap sistem penghasil suara (loud speaker),

pengeras suara merupakan juga menentukan kualitas suara di samping juga

peralatan pengolah suara sebelumnya yang masih berbentuk listrik dalam

rangkaian penguat amplifier [9].

Sistem pada pengeras suara adalah suatu komponen yang mengubah kode

sinyal elektronik terakhir menjadi gerakan mekanik. Dalam penyimpan suara pada

kepingan cd, pita magneti

pengeras suara loud speaker yang dapat kita dengar. Pengeras suara adalah sebuah

teknologi yang memberikan dampak yang sangat besar terhadap budaya kita,

2.8 Amplifier

Amplifier adalah komponen elektronika yang di pakai untuk menguatkan

daya atau tenaga secara umum. Dalam penggunaannya, amplifier akan

menguatkan signal suara yaitu memperkuat signal arus I dan tegangan V listrik

dari inputnya. Sedangkan outpunya akan menjadi arus listrik dan tegangan yang

lebih besar.

transistor, dan bagian penguat arus susunannya transistor paralel. Masing masing

transistor derdaya besar dan menggunakan sirip pendingin untuk membuang

panas ke udara, sehingga pada saat ini banyak yang menggunakan transistor

simetris komplementer [9].

2.9 VRM-01 Voice Recording Module ISD 4004

ISD 4004

Recording adalah modul yang berfungsi untuk menyimpan dan

memutar ulang suara. Pada aktif kendali kebisingan modul ini digunakan sebagai

media untuk mengolah data yang diterima dari suara knalpot, setelah itu

dikeluarkan melalui speaker. Dapat kita lihat pada Gambar 2.9 dijelaskan bagian –

bagian dari komponen voice recording module ISD 4004.

Gambar 2.9 Voice Recording Module ISD 4004.

Gambar 2.10 Blok Diagram Voice Recording Module [9].

2.10 Penggeser Fasa

Penggeser fasa merupakan suatu alat untuk menggeser fasa pada

sinyal.Teknik ini digunakan dengan tujuan untuk membalikkan fasa 180

0

yang

sasaranya adalah untuk membuat anti sound pada penelitian ini. Sehingga dapat

menghasilkan pemrosesan sinyal aktif kendali kebisingan.

Gambar 2.11 Proses Input Dan Output Dari Pergeseran Fasa[3].

2.11 Sound Power Level

Sound Power Level adalah pengukuran radiasi kuat bunyi dari sumber

yang tergantung dari kuat sumber bunyinya dan juga jarak dari sumber bunyi.

Daya bunyi dari suatu sumber dinyatakan di dalam watt. Biasanya daya bunyi

sumber dinyatakan dalam skala logarithmic. Suatu sound power level (L

W

)

dinyatakan dalam decibels dengan rumus :

Gambar 2.12 Knalpot atau Sumber Suara[3].

L

W

= 10log

10

dB

(2.7)

W

o

= Daya referensi (watt)

Standart referensi sound power adalah 1 picowatt (dimana 1 microwatt

atau 10

-12

watt).

Dimana subsitusinya adalah :

L

w

= 10 log

10

(W/10

-12

) = [10 log

10

W+ 120] dB

(2.8)

2.12 Sound Pressure level

Sound Pressure level adalah tekanan suara yang bergantung dengan

tekanan, suhu, dan kelembaman. Untuk tekanan pada suara dinyatakan dalam 1

atmosfir ( 1 ATM). Dengan mengeset tekanan pada 1 ATM maka pengukuran

baru dapat dilakukan. Penggabaran kuat sinyal sound pressure dalam 1 ATM dan

deviasi sound pressure adalah;

P =

(2.9)

P

o

= tekanan lingkungan local

P = deviasi sound pressure

2.13 Mekanisme dan Cara Kerja

Kendali Kebisingan aktif adalah dengan cara menambahkan bunyi

kebalikan yang tepat untuk menghilangkan kebisingan tersebut (anti sound). Kita

dapat melihat gelombang dengan amplitude yang awal kemudian kita berikan

amolitudo yang berlawanan (berbeda fasa180

0

)

pada sisi lain., dua gelombang

dengan fasa berlawanan dan amplitude sama digabungkkan maka akan

menghapukan keseluruhan amplitudo.

Dengan pendektesian bunyi melalaui mikropon, Aktif kendali kebisingan

dapat secara otomatis menghasilkan isyarat yang benar untuk mengirim kepada

pengeras suara yang akan menghasilakan anti sound untuk menghilangkan bunyi

yang asli. Ukuran daerah kesunyian yang diciptakan tergantung pada panjang

gelombang bunyi. Efektifitas sistem sangat tergantung pada ukuran dan bentuk

ruang dimana diterapkan, ukuran sumber bunyi yang tidak dikehendakai dan

jumlah dan posisi pengeras suara yang digunakan untuk menghasilkan anti sound.

2.14.Aplikasi Aktif Kendali Kebisingan

Pada penelitian ini Aktif Kendali Kebisingan digunakan untuk mendeteksi

sinyal redaman di knalpot (silencer) sepeda motor. Sinyal bunyi yang akan

dihasilkan adalah diusahakan tereduksi seminimal mungkin untuk mendapatkan

kenyamanan bunyi. Berikut ini adalah Gambar knalpot untuk aplikasi Aktif

Kendali Kebisingan. Dapat dilihat pada Gambar 2.12