Analisis Koefisien Absorpsi Bunyi Komposit Serat Daun Nanas (Pinneaple Leaf Fibre) dan Serat Rami (Boehmeria nivea) Sebagai Peredam Bunyi

(1)

Analisis Koefisien Absorpsi Bunyi Komposit Serat Daun Nanas (Pinneaple Leaf Fibre) dan Serat Rami (Boehmeria nivea) Sebagai Peredam Bunyi

Anindita Prameswari Safitri

Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, UNJ, Jakarta Email: safitrianindita03@gmail.com

Abstract. Kebisingan berlebihan menjadi salah satu permasalahan lingkungan yang dapat berdampak negatif terhadap kesehatan fisik dan mental, produktivitas, dan kualitas hidup.

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan material komposit ramah lingkungan menggunakan serat alami sebagai komponen utamanya dengan tujuan meningkatkan kemampuan peredam bunyi material tersebut sehingga dapat mengurangi polusi bunyi. Material komposit dibuat dari serat daun nanas, serat rami, dan matriks lem PVAc pada setiap sampel.

Massa lem PVAc sama pada setiap sampel yaitu 120 gr dengan variasi komposisi serat daun nanas dan serat rami berturut-turut adalah 35 gr : 15 gr, 30 gr : 20 gr, 25 gr : 25 gr, 20 gr : 30 gr, dan 15 gr : 35 gr. Rentang frekuensi kebisingan yang digunakan pada penelitian ini yaitu 500 Hz, 1000 Hz, dan 2000 Hz. Diperoleh nilai koefisien absorpsi bunyi tertinggi pada sampel E dengan frekuensi 2000 Hz, yaitu sebesar 0,28. Nilai koefisien absorbsi bunyi tertinggi tidak diperoleh dari sampel C, dimana sampel ini mengandung komposisi serat nanas dan serat rami 1:1. Nilai koefisien absorbsi bunyi tertinggi diperoleh dari sampel dengan komposisi serat nanas yang lebih banyak dibanding serat rami. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa peredam bunyi dengan komposit berbahan serat nanas dan serat rami belum cukup baik dalam menyerap bunyi.

Kata kunci: Koefisien abosrpsi, tabung impedansi, serat rami, serat daun nanas, PVAc

1. Pendahuluan

Kebisingan merupakan salah satu permasalahan lingkungan yang semakin mengganggu kehidupan masyarakat saat ini. Kebisingan yang berlebihan dapat berdampak negatif terhadap kesehatan fisik dan mental, produktivitas, dan kualitas hidup. Oleh karena itu, pengendalian kebisingan menjadi suatu kebutuhan yang sangat penting. Salah satu cara untuk mengurangi kebisingan pada suatu ruangan adalah dengan menggunakan material peredam bunyi. Ada banyak material peredam bunyi yang tersedia di pasaran saat ini, seperti busa akustik dan panel akustik sintetis. Untuk mengurangi dampak lingkungan dari pengelolaan kebisingan, material tersebut dapat digantikan dengan material komposit sederhana yang mudah didapatkan dari alam seperti serat alami sebagai penggunaan material ramah lingkungan.

Penggunaan serat alami merupakan usaha yang dilakukan untuk mengurangi dampak lingkungan karena mudahnya terurai di lingkungan secara alami. Selain itu penggunaan serat alam ini mempunyai beberapa kelebihan antara lain: mudah didapat, jumlahnya berlimpah dan dapat diperbaharui (Rodiawan et al., 2017). Komposit merupakan material alternatif yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Material komposit adalah gabungan dari penguat (reinforment) dan pengikat (matriks).

Kelebihan material komposit jika dibandingkan dengan logam adalah memiliki sifat mekanik yang baik,tidak mudah korosi, bahan baku yang mudah diperoleh dengan harga yang lebih terjangkau (Hidayatullah et al., 2020).

(2)

Efisiensi penyerapan bunyi suatu bahan pada suatu frekuensi tertentu dinyatakan oleh koefisien absorpsi bunyi. Koefisien penyerapan bunyi suatu permukaan adalah bagian energi bunyi datang yang diserap atau tidak dipantulkan oleh permukaan. Koefisien absorbsi bunyi suatu bahan adalah bagian energi bunyi datang yang diserap. Koefisien absorbsinya tinggi maka material tersebut semakin baik digunakan untuk bahan penyerap bunyi (Mutia et al., 2021). Koefisien bunyi (𝑎) dinyatakan dalam bilangan antara 0 dan 1. Nilai koefisien bunyi 0 menyatakan tidak ada energi bunyi yang diserap dan nilai koefisien serapan 1 menyatakan serapan yang sempurna. Nilai koefisien absorbsi (α) diperoleh dengan menggunakan persamaan:

𝛼 =^{𝑙𝑛(𝐼}⁰^{)−ln⁡(𝐼)}

𝑥 ...(1) Dimana :

𝐼 = intensitas akhir (dB).

𝐼₀ = intensitas awal (dB).

𝑎 = koefisien absorbsi bunyi.

𝑥 = ketebalan sampel.

(Syahrir & Natalisanto, 2021 )

Beberapa peneliti telah melakukan pengujian nilai koefisien absorpsi bunyi menggunakan serat alam sebagai material akustik. Syahputra & Elvaswer, 2023, melakukan penelitian tentang pembuatan komposit material peredam akustik berbahan dasar limbah serat kelapa sawit, serat pinang, serat pelepah pisang, serat eceng gondok, dan serat jerami padi, dan lem kayu. Massa serat alam dan massa lem kayu yang digunakan masing-masing sebanyak 40 gr dan 7,5 gr dengan frekuensi uji yang Metode yang digunakan adalah metode tabung impedansi. Koefisien serapan tertinggi terdapat pada sampel kelapa sawit yaitu 0, 87 pada frekuensi 8000 Hz. Karakteristik ini dapat dijelaskan karena porositas internal serat kelapa sawit lebih banyak dibandingkan dengan serat alam pinang, jerami padi, pelepah pisang dan enceng gondok.

Hafifah & Elvaswer, 2022, melakukan penelitian mengenai pemanfaatan limbah daun nanas (Ananas Comosus) untuk panel akustik sebagai absorpsi kebisingan dengan memvariasikan komposisi serat daun nanas dan resin epoksi. Metode yang digunakan adalah metode tabung impedansi. Hasil yang diperoleh yaitu koefisien absorpsi bunyi dan impedansi akustik tertinggi terdapat pada sampel 5 dengan persentase serat daun nanas dan resin epoksi sebesar 80% : 20% yaitu sebesar 0,87 dan 1,35 dyne.sec/cm⁵ pada frekuensi 8000 Hz. Secara umum semakin banyak komposisi serat yang diberikan pada material akustik maka koefisien absorpsi bunyi dan impedansi akustik juga akan semakin meningkat.

Arwanda dan Sani, 2020, meneliti koefisien serapan bunyi pada material beton komposit serat daun nanas. Pengujian pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode tabung impedansi.

Nilai koefisien serapan tertinggi diperoleh dari sampel beton yang mengandung 0,8 gram serat nanas pada frekuensi 2000 Hz yaitu sebesar 0,59. Koefisien serapan terendah ditemukan sebesar 0,24 pada 200 Hz pada sampel beton yang mengandung 0,2 gram serat nanas. Beton serat nanas kurang cocok digunakan sebagai bahan penyerap bunyi pada frekuensi tersebut karena koefisien serapannya masih rendah.

Dari beberapa penelitian sebelumnya, maka pada penelitian ini dikembangkan sebuah material peredam bunyi dari bahan baku serat daun nanas dan serat rami dengan matriks PVAc dengan memvariasikan komposisi bahan-bahan tersebut. Serat daun nanas dan serat rami dipilih karena mengandung selulosa yang cukup tinggi. Material yang mengandung selulosa mempunyai daya serap yang tinggi terhadap bunyi (Permatasari & Masturi, 2014). Kandungan selulosa pada serat daun nanas dan serat rami, yaitu sekitar 69,5-71,5% dan 68,0-76,0% (Eriningsih et al., 2014). Kemudian, matriks yang digunakan untuk material komposit ini adalah PVAc. Polyvinyl Asetat (Poly Vinyl Acetate, PVAc) merupakan suatu polimer termoplastik yang telah dikenal secara luas sebagai suatu bahan baku dalam industri perekat. (Hanif & Rozalina, 2020). Selanjutnya pada material akustik dihitung nilai koefisien absorpsi bunyi menggunakan metode tabung impedansi.

(3)

2. Metode Penelitian

2.1. Studi Literatur

Tahap studi literatur (literature review) yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi literatur dengan model review yang dipilih adalah narrative review. Studi yang dilakukan pada model narrative review yaitu melakukan identifikasi apa yang sudah ditulis peneliti terdahulu terhadap suatu subyek atau topik yang dilakukan secara selektif. Tujuannya adalah diperoleh rangkuman terhadap literatur ilmiah yang ada dan menghasilkan laporan komprehensif tentang posisi terkini dari ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan topik tertentu. Hasil dari narrative review digunakan sebagai bahan referensi untuk penelitian ini.

2.2. Persiapan Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adal serat daun nanas dan serat rami sebagai bahan penguat dan PVAc sebagai perekat pada pembuatan komposit ini. Sementara peralatan yang digunakan untuk mendukung penelitian ini diantaranya tabung impedansi, sound level meter, handphone, cetakan komposit, timbangan digital, pisau pemotong, wadah, pengaduk dan lainnya.

2.3. Pembuatan Serat Komposit

Material komposit dibuat dari serat daun nanas, serat rami, dan perekat PVAc dengan variasi komposisi yang berbeda-beda seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 1. Langkah pertama yaitu serat daun nanas dan serat rami dipotong-potong dengan ukuran ± 1 cm dan dicampurkan dengan perekat PVAc di dalam wadah sesuai dengan variasi komposisi dari masing-masing sampel. Variasi komposisi yang digunakan dalam percobaan kali ini dapat dilihat pada Tabel 1. Langkah selanjutnya adalah memasukkan komposit ke dalam cetakan dengan ditekan secara perlahan hingga merata agar memenuhi seluruh ruang pada cetakan sambil ditekan-tekan. Berikut ini 5 sampel material komposit peredam suara yang akan digunakan dalam percobaan ini.

Gambar 1. Sampel Material Komposit Peredam Suara

Sampel A Sampel B Sampel C Sampel D Sampel E

Tabel 1. Variasi komposisi serat daun nanas, serat rami, dan lem PVAc Sampel Massa Total

Serat (gr)

Serat Rami (%)

Serat Daun Nanas (%)

Serat Rami (gr)

Serat Daun Nanas (gr)

PVAc (ml)

A 50 70 30 35 15 120

B 50 60 40 30 20 120

C 50 50 50 25 25 120

D 50 40 60 20 30 120

E 50 30 70 15 35 120

(4)

2.4. Pengujian Koefisien Absorpsi dengan Menggunakan Metode Tabung Impedansi

Untuk mengetahui kemampuan komposit serat daun nanas dalam menyerap bunyi dilakukan pengujian koefisien absorpsi bunyi menggunakan metode tabung impedansi. Tabung impedansi yang digunakan terbuat dari kaca akrilik yang dirangkai seperti pada Gambar 2. Sampel material komposit yang digunakan sesuai dengan ukuran tabung impedansi.

Gambar 2. Skema tabung impedansi yang akan dibuat

Diagram alir dari percobaan yang akan dilakukan dapat dilihat pada Gambar 3 berikut ini :

Gambar 3. Diaram alir penelitian

2.5. Pengambilan Data

Frekuensi yang digunakan dalam penelitian ini adalah 500 Hz, 1000 Hz, dan 2000 Hz. Pengambilan data dilakukan dengan mencatat intensitas awal dan intensitas akhir suara yang tertera pada sound level meter. Langkah ini dilakukan pada masing-masing sampel yaitu sampel A, B, C, D dan E dengan jarak yang sama dan dengan variasi frekuensi yang ada.

(5)

2.6. Pengolahan Data

Efisiensi penyerapan bunyi suatu bahan pada frekuensi tertentu dinyatakan oleh koefisien absorpsi bunyi. Dari persamaan penurunan intensitas bunyi dapat ditemukan persamaan koefisien arbsorbsi bunyi seperti pada Persamaan 1:

...(1) Dimana :

= intensitas akhir (dB).

= intensitas awal (dB).

= koefisien absorbsi bunyi.

= ketebalan sampel. (cm) 3. Hasil dan Pembahasan

Dari studi literatur yang telah dilakukan, dapat diketahui bahwa serat daun nanas dan serat rami memiliki kandung selulosa yang tinggi, yaitu sekitar 69,5-71,5% dan 68,0-76,0%. Menurut Eriningsih et al., 2014, nilai rata-rata koefisien absorbsi bunyi yang dihasilkan dari komposit berpenguat serat rami menghasilkan 𝛼 =⁡0,52, baik pada frekuensi standar (1000 Hz – 4000 Hz) maupun frekuensi tinggi (5000 Hz – 6300 Hz). Pada penelitian Hafifah & Elvaswer, 2022, nilai koefisien absorbsi bunyi baik pada frekuensi standar maupun frekuensi tinggi memiliki nilai 𝛼 sekitar 0,4 – 0.8. Pada percobaan ini, diharapkan komposit dengan bahan campuran serat daun nanas dan serat rami akan menghasilkan nilai 𝛼 yang lebih baik. Dari pengujian koefisien absorpsi bunyi dan pengolahan data terhadap 5 sampel yang telah diuji, diperoleh data koefisien absorbsi bunyi sebagai berikut.

Tabel 2. Koefisien absorbsi bunyi pada frekuensi 500 Hz Frekuensi

(Hz)

Sampel Ketebalan sampel (𝑐𝑚)

Intensitas awal (𝐼₀)

Intensitas akhir (𝐼)

Koefisien absorbsi bunyi (𝛼)

500

A 1 94.2 89.7 0.04

B 1 94.2 88.6 0.06

C 1 94.5 87.4 0.07

D 1 94.2 84.3 0.11

E 1 94.1 81.1 0.15

Berdasarkan Table 2, nilai koefisien absorbsi bunyi tertinggi untuk frekuensi 500 Hz diperoleh dari sampel E, dimana pada sampel ini mengandung komposisi serat nanas yang lebih banyak dibanding serat rami. Sedangkan, nilai koefisien absorbsi bunyi terendah untuk frekuensi 500 Hz diperoleh dari sampel A, dimana pada sampel ini mengandung komposisi serat nanas yang paling sedikit dibanding sampel lainnya.

(Hz)

1000

A 1 82.1 73.6 0.10

B 1 82.2 72.8 012

C 1 82.2 70.4 0.15

D 1 82 68.7 0.17

E 1 82.2 66.5 0.21

(6)

Selanjutnya, nilai koefisien absorbsi bunyi tertinggi untuk frekuensi 1000 Hz diperoleh dari sampel E yaitu sebesar 0.21. Sedangkan, nilai koefisien absorbsi bunyi terendah untuk frekuensi 1000 Hz diperoleh dari sampel A yaitu sebesar 0.10.

(Hz)

2000

A 1 79.9 71.8 0.10

B 1 79.8 69.7 013

C 1 80 65.8 0.19

D 1 80 63.5 0.23

E 1 80.1 60.2 0.28

Berikutnya, nilai koefisien absorbsi bunyi tertinggi untuk frekuensi 2000 Hz diperoleh dari sampel E yaitu sebesar 0.28. Sedangkan, nilai koefisien absorbsi bunyi terendah untuk frekuensi 1000 Hz diperoleh dari sampel A yaitu sebesar 0.10. Berdasarkan data diatas, diperoleh grafik hubungan koefisien absorbsi bunyi (𝛼) pada material komposit serat daun nanas dan serat rami terhadap frekuensi (Hz) sebagai berikut.

Gambar 4. Hubungan koefisien absorbsi bunyi (𝛼) pada material komposit serat daun nanas dan serat rami terhadap frekuensi (Hz)

Menurut standar ISO 11654, suatu bahan dapat diklasifikasikan sebagai bahan peredam bunyi jika koefisien penyerapan bunyi suatu bahan tersebut minimal 0,15. Untuk kategori low absorption, suatu bahan harus memiliki nilai koefisien absorbsi bunyi 0.15 - 0.25. Berdasarkan Gambar 4, dapat dilihat bahwa nilai koefisien absorbsi paling tinggi didapatkan pada sampel yang memiliki serat nanas yang lebih banyak yaitu sampel E, dengan nilai 𝛼 sebesar 0,28 pada frekuensi 2000 Hz. Dapat dilihat pula bahwa sampel E memperoleh nilai 𝛼 paling tinggi pada frekuensi 500 Hz dan 1000 Hz.

Sedangkan, untuk nilai koefisien absorbsi paling rendah didapatkan pada sampel A yaitu 0,04 pada frekuensi 500 Hz. Dari grafik di atas juga menunjukkan bahwa sampel A memperoleh nilai koefisen absorbsi bunyi paling rendah pada frekuensi 1000 Hz dan 2000 Hz. Dimana pada sampel A mengandung komposisi serat daun nanas yang paling sedikit di antara sampel lainnya. Untuk sampel C, yaitu sampel dengan perbandingan komposisi serat daun nanas dan serat rami 1:1, memiliki koefisien yang cukup baik pada frekuensi tinggi, yaitu sebesar 0.19. Namun, pada frekuensi standar, sampel C

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

500 1000 2000

Koefisien Absorbsi Bunyi (𝛼)

Frekuensi (Hz)

Hubungan Frekuensi Bunyi Terhadap Koefisien Absorbsi Bunyi

A B C D E

(7)

tidak dapat dikatakan menyerap bunyi. Hal ini dikarenakan nilai koefisien absorbsi bunyi pada frekuensi tersebut lebih kecil dari 0.15 yaitu sebesar 0.07.

Pada percobaan ini, sampel E memiliki daya serap bunyi yang cukup. Namun, daya serap bunyi dari sampel E tergolong rendah atau masuk kategori low absorption. Untuk sampel A, B, C, dan D, juga memiliki koefisien yang sangat rendah. Sehingga, sampel-sampel tersebut masuk kategori low absorption mendekati reflection atau tidak menyerap bunyi.

Efektivitas material komposit peredam suara dapat dipengaruhi oleh sejumlah faktor seperti densitas material. Densitas material dapat mempengaruhi kemampuan peredaman suara. Material dengan densitas tinggi cenderung lebih efektif dalam menyerap suara. Selain itu, ketebalan material juga memiliki pengaruh, karena ketebalan yang memadai dapat meningkatkan kemampuan material dalam meredam suara.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa nilai koefisien absorpsi bunyi tertinggi terdapat pada sampel E dengan frekuensi 2000 Hz, yaitu sebesar 0,28. Secara umum, bahan komposit yang memiliki nilai koefisien absorbsi besar adalah bahan komposit dengan komposisi serat nanas yang lebih banyak. Nilai koefisien absorbsi bunyi tertinggi tidak diperoleh dari sampel C dimana sampel ini mengandung komposisi serat nanas dan serat rami 1:1. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa peredam bunyi dengan komposit berbahan serat nanas dan serat rami belum cukup baik dalam menyerap bunyi.

Referensi

[1] Arwanda, R., & Sani, R.A. (2020). Koefisien Absorbsi Bunyi Pada Bahan Beton Komposit Serat Daun Nanas dengan Menggunakan Metode Tabung Impedansi. Jurnal Einstein, 8(1), 21–24.

[2] Eriningsih, R., Widodo, M., & Marlina, R. (2014). Pembuatan dan karakterisasi peredam suara dari bahan baku serat alam. Arena Tekstil, 29(1).

[3] Hanif, L., & Rozalina, R. (2020). Perekat Polyvinyl Acetate (Pvac). Akar, 2(1), 46-55.

[4] Hafifah, N., & Elvaswer, E. (2022). Pemanfaatan Limbah Daun Nanas (Ananas Comosus) Untuk Panel Akustik Sebagai Absorbsi Kebisingan. Jurnal Fisika Unand, 11(4), 467-473.

[5] Hidayatullah, Z., Suparno, S., & Nadhiroh, N. (2020). Karaketristik Papan Komposit Berbahan Kombinasi Serat Rami dan Serat Batang Pisang. (Jurnal Riset Fisika Edukasi dan Sains (JRFES), 7(2), 109-118.

[6] Syahrir, S., Istikhomah, S., & Natalisanto, A. I. (2021). Analisis Koefisien Serapan (Absorbsi) kebisingan pada Bahan Kayu (Triplek, Papan Kayu dan Kalsiboard). Progressive Physics Journal, 2(1), 19-28.

[7] Mutia, P., Ngatijoo, & Fahyuan, H. D. (2021). Pengaruh Jenis Serat Alam Terhadap Koefisien Absorpsi Bunyi Sebagai Peredam Kebisingan. Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya (JIFP), 3(1), 18-23.

[8] Permatasari, O. I., & Masturi. (2014). Penentuan Koefisien Serap Bunyi Papan Partikel Dari Limbah Tongkol Jagung. Jurnal Fisika, 4(1).

[9] Rodiawan, R., Suhdi, S., & Rosa, F. (2017). Analisa sifat-sifat serat alam sebagai penguat komposit ditinjau dari kekuatan mekanik. Turbo: Jurnal Program Studi Teknik Mesin, 5(1).

[10] Syahputra, P., & Elvaswer, E. (2023). Karakteristik Koefisien Absorpsi Bunyi dan Impedansi Akustik dari Serat Alam dengan Menggunakan Metode Tabung. Jurnal Fisika Unand, 12(4), 548-553.