attenuasi gelombang suara

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar belakang

Akustik kelautan merupakan ilmu yang mempelajari tentang gelombang suara digunakan bidang kelautan baik itu untuk tujuan militer maupun konfensional. Gelombang suara merupakan gelombang mekanik yang merambat melalui medium. Pada penerapan akustik kelautan gelombang suara merambat melalui medium air. Medium gelombang mekanik terbagi menjadi 3 yaitu udara, cair, dan padat. Kecepatan gelombang suara dapat di pengaruhi dengan jenis medium, tergantung pada kerapatan molekul pada setiap mediumnya.

Setiap geloombang memiliki factor-faktor yang menyebabkan naiknya kecepatan atau berkurangnya kecepatan rambat suara itu. Semakin rapat molekul dalam medium itu adalah medium padat karena kerapatan molekul zat padat lebih rapat di banding dengan medium lainya.  Suhu juga dapat mempengaruhi kecepatan dari gelombang suara itu sendiri karena semakin tinggi suhu gerakan antar molekul semakin cepat dan akan semakin cepat pula menghantarkan energy dari gelombang suara tersebut.

Jika ada factor yang mempercepat pastinya ada juga factor yang memperlambat kecepatan gelombang suara bahkan menghilangkannya. Seperti saat kita masuk kedalam studio music, dalam ruangan studio di buat agar ruangan itu kedap suara. Dalam ruangan kedap suara itu menggunakan bahan bahan yang dapat menyerap atau mengurangi rambatan gelombang suara.

1.2  Rumusan masalah

Apa yang dimaksud attenuasi gelombang suara seperti absorpsi, refraksi, defleksi dan spreading ?

1.3  Tujuan

Mahasiswa dapat menjelaskan attenuasi gelombang suara seperti absorpsi, refraksi, defleksi dan spreading

BAB II

METODE PENULISAN

Makalah ini ditulis dengan metode kajian pustaka yang di ambil dari buku, jurnal ataupun artikel yang di tulis pada tanggal 12 oktober 2016 di kota bengkulu.

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Pengertian Attenuasi

Atenuasi adalah melemahnya suatu sinyal yang disebabkan oleh adanya jarak yang semakin jauh, yang harus ditempuh oleh suatu sinyal tersebut dan karena frekuensi sinyal tersebut semakin tinggi. Energi gelombang suara akan berkurang sepanjang perambatannya dari sumbernya karena gelombang suara menyebar keluar dalam bidang yang lebar, energinya tersebar kedalam area yang luas. Gelombang suara yang merambat melalui media air akan mengalami kehilangan energi yang disebabkan oleh penyebaran gelombang, penyerapan energi, dan pemantulan yang terjadi di dasar atau permukaan perairan. Intensitas gelombang suara akan semakin berkurang dengan bertambahnya jarak dari sumber bunyi.

Atenuasi disebabkan oleh karena adanya penyebaran dan absorbsi gelombang. Penyebaran gelombang terjadi akibat ukuran berkas gelombang berubah, pola berkas gelombang tergantung pada perbandingan antara diameter sumber gelombang dan panjang gelombang medium. Absorbsi gelombang yaitu penyerapan energi yang diakibatkan penyerapan energi selama menjalar di dalam medium (penurunan intensitas).

Sebuah sumber gelombang suara dari suatu akustik di perairan yang memancarkan gelombang akustik dengan intensitas energi tertentu akan mengalami penurunan intensitas bunyi

Bersamaan dengan bertambahnya jarak dari sumber gelombang akustik tersebut.  Hal ini terjadi karena sumber akustik memiliki intensitas yang tetap, sedangkan luas permukaan bidang yang dilingkupi akan semakin besar dengan bertambahnya jarak dari sumber bunyi.  Penyebaran gelombang akustik dibatasi oleh permukaan laut dan dasar suatu perairan.

Gelombang suara yang sedang merambat akan mengalami penyerapan energi akustik oleh medium sekitarnya.  Secara umum, penyerapan suara merupakan salah satu bentuk kehilangan energi yang melibatkan proses konversi energi akustik menjadi energi panas, sehingga energi gelombang suara yang merambat mengalami penurunan intensitas (atenuasi).

Gelombang dalam perambatannya akan mengalami penurunan intensitas (atenuasi) karena penyebaran dan karena penyerapan. Penyebaran gelombang juga mengakibatkan intensitas berkurang karena pertambahan luasannya, terkait dengan bentuk muka gelombang. 

Atenuasi gelombang ultrasonik merupakan pelemahan energi akustik yang hilang selama perambatan gelombang yang sebagian besar disebabkan oleh pantulan, hamburan dan penyerapan gelombang datang oleh suatu medium. Konstanta atenuasi dapat dimodelkan

Atenuasi = α [db/(mhz cm)] . L[cm] . F[mhz]

Dimana: dimana α nilai parameter atenuasi suatu medium,l panjang jarak tempuh gelombang dan f adalah frekuensi pusat tranduser. Akibatnya, frekuensi tranduser ultrasonik yang lebih tinggi akan meningkatkan atenuasi. Atenuasi gelombang ultrasonik ditunjukan dalam db yang diperkirakan sebanding dengan frekuensi gelombang suara. Frekuensi yang tinggi diatenuasikan lebih tinggi dari pada frekuensi yang lebih rendah. Hamburan dan absorbsi, keduanya bergantung kepada frekuensi dan kedalaman, koefisien atenuasi, ditentukan dalam db/cm adalah intensitas relatif yang hilang per centimeter selama perambatan gelombang dalam medium diberikan.  Hal ini diakibatkan oleh adanya atenuasi yaitu pengurangan intensitas suara seiring dengan penambahan jarak tempuh. Dalam kondisi ideal, tekanan udara hanya berkurang akibat penyebaran gelombang tetapi pada kenyataannya, penyerapan dan penghamburan energi oleh medium yang dilewati gelombang turut serta memperbesar atenuasi.

3.1.1 Absorpsi

Absorpsi merupakan fenomena akustik saat gelombang suara mengenai suatu material dan material  tersebut  mengurangi (menyerap) sebagian atau  seluruh  energi  gelombang  suara  yang  membenturnya.  Dalam fenomena absorpsi dikenal  istilah  faktor  absorpsi,  yaitu  perbandingan energi  yang diserap  material  ”absorber”  dari  gelombang suara yang membenturnya  dengan  energi  pada  gelombang  suara  saat  sebelum membentur absorber. Jadi,  semakin  besar  faktor  absorpsi  suatu  material,  semakin  banyak energi  yang  diserap  oleh  material  tersebut  saat  gelombang  suara membenturnya.  Demikian  sebaliknya,  semakin  kecil  faktor  absorpsi, semakin  kecil  energi  gelombang  suara  yang  terserap  oleh  material tersebut.

Ada 3 macam penyerap suara yang secara teknis sering digunakan :

1. Bahan porous

Bahan porous yaitu penyerapan energi suara secara mikroskopis disebabkan oleh perubahan energi suara menjadi energi lain

2. Membran penyerap

Membran penyerap yaitu lembaran bahan solid (tidak berporous) yang dipasang dengan lapisan udara dibagian belakangnya (air space backing). Bergetarnya panel ketika menerima energi suara serta transfer energi getaran tersebut ke lapisan udara menyebabkan terjadinya efek penyerapan suara.

3. Rongga penyerap

Rongga penyerap yaitu rongga udara dengan volume tertentu yang dapat di rancang berdasarkan efek resonator helmhozt. Efek osilasi udara pada bagian leher (neck) yang terhubung ketika menerima energi suara menghasilkan efek penyerapan suara.

Beberapa sifat dasar absorpsivitas bahan porous :

1.      Merupakan fungsi frekuensi

2.      Tergantung pada massa jenisnya (ρ) dalam kg/m³ atau kg/m².

Semakin besar massa jenisnya, resistansi terhadap aliran semakin besar dan nilai ά besar.

1.      Bergantung pada ketebalan untuk massa jenis yang sama.

2.      Bergantung pada penempatannya relatif terhadap alas.

Jika ada lapisan udara maka terjadi peningkatan nilai koefisien absorpsi pada daerah frekuensi rendah.

Penyerapan bunyi

Yaitu penyerapan energi bunyi oleh lapisan permukaan tertentu memiliki koefisien penyerapan yang tertentu pula.terdapat beberapa jenis penyerap suara,yaitu :

-penyerapan bahan berpori,berfungsi mengubah energi bunyi menjadi energi panas melalui gesekan dengan molekul udara.pada frekuensi tinggi,semakin tebal lapisan bahan penyerap akan semakin efisien.misalnya serat kacang,serat kayu,papan serat(fiber board),dan lain-lain.

-penyerap panel bergetar,berfungsi sebagai pengubah energi bunyi menjadi energi getaran.penyerap ini akan bekerja dengan baik pada frekuensi rendah,misalnya kaca,pintu,panel kayu.

-penyerapan resonator rongga,berfungsi untuk mengurangi energi melalui gesekan dan interefleksi pada lubang dalam yang bekerja pada frekuensi rendah,contohnya sound block,resonator panel berlubang dan resonator celah.

Penyerapan bunyi

Bahan lembut berpori dan kain serta juga manusia,menyerap sebagian besar gelombang bunyi yang menumbuk mereka,dengan kata lain, mereka adalah penyerap bunyi.jumlah panas yang di hasilkan pada perubahan energi ini adalah sangat kecil,sedang kecepatan perambatan gelombang bunyi tidak dipengaruhi oleh penyerapan.

Sebenarnya semua bahan bangunan menyerap bunyi sampai batas tertentu,tetapi pengendalian akustik bangunan yang baik membutukan penggunaan bahan-bahan dengan tingkat penyerapan bunyi yang tinggi.

Dalam akustik lingkungan unsur-unsur berikut dapat menunjang penyerapan bunyi :

A.lapisan permukaan dinding,lantai dan atap.

B.isi ruang seperti penonton,bahan tirai,tempat duduk dengan lapisan lunak,karpet.

C.udara dalam ruang.

Merupakan suatu kebiasaan standar untuk membuat daftar nilai koefisien penyerapan bunyi pada wakil frekuensi standar yang meliputi bagian yang paling penting dari jangkauan frekuensi audio,yaitu pada 125,250,500,1000,2000 dan 4000 hz atau 128,256,512,1024,2048,4096 hz.

Metode pengukuran ά untuk bahan porous dalam ruang dengung.

1.      Metode waktu dengung

Metode ini dilakukan di dalam ruang dengung (reverberation chamber). Ruang dengung adalah ruang lab khusus yang seluruh permukaannya bersifat sangat reflektif dan diffuse, serta tidak ada satupun permukaannya yang sejajar, untuk menciptakan medan diffuse pada seluruh titik dalam ruang. Dalam cara ini, dilakukan 2 kali pengukuran rt: dalam kondisi ruang dengung kosong dan setelah bahan yang diukur dipasangkan pada salah satu permukaan ruang dengung (biasanya di lantai). Dari perbedaan rt ini kemudian dihitung harga koefisien serap (koefisien absorpsi). Koefisien yang terukur tentu saja bukan hanya arah tegak lurus, tetapi arah datang suara secara keseluruhan (random). Harga koefisien serap yang diukur dengan cara inilah yang biasanya digunakan sebagai standard koefisien absorbsi bahan akustik.

1.      Metode tabung impedansi 2 mikropon

Pada cara ini, bahan diletakkan di salah satu ujung tabung, dan sumber suara di ujung yang lain. Dua microphone yang diletakkan diantaranya (dalam konfigurasi 1 garis atau berhadapan) kemudian digunakan untuk mengukur perbedaan impedansi akustik medan suara yang dihasilkan. Dari perbedaan itu kemudian diturunkan harga koefisien serap bahan. Koefisien serap yang diukur dalam hal ini adalah koefisien serap arah tegak lurus bahan. Biasanya cara tersebut digunakan untuk mengukur harga koefisien serap dari material-material baru.

skema tabung impedansi

3.1.2 Refreksi

Refraksi merupakan fenomena akustik saat gelombang suara berubah arah rambatnya saat gelombang suara tersebut merambat melalui dua lapisan material yang berbeda kerapatannya. Fenomena ini mirip dengan pembiasan cahaya pada saat melewati dua material yang berbeda kerapatan. Jadi, refraksi bisa diartikan fenomena pembiasan suara.

Pada pemantulan gelombang, gelombang yang tiba di batas medium akan dipantulkan ke arah semula. Pada pembiasan, gelombang yang mengenai bidang batas antara dua medium, sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan atau dibiaskan. Gelombang yang dibiaskan ini akan mengalami pembelokan arah dari arah semula tergantung pada mediumnya. Pada medium kedua, cepat rambat gelombang mengalami perubahan dan perubahan ini pun tergantung pada mediumnya. Dengan kata lain, pembiasan gelombang adalah pembelokan arah lintasan gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda.

Refleksi adalah ketika gelombang, baik fisik maupun elektromagnetik, memantul dari permukaan dan kembali ke sumbernya. Sebuah cermin memantulkan gambar objeknya. Gelombang refleksi terjadi pada saat sebuah gelombang yang merambat dalam suatu media sampai di bidang batas medium tersebut dengan media lainnya. Dengan demikian, pemantulan (refleksi) sebuah gelombang adalah bidang batas antara dua medium yang berbeda. Contoh lainnya adalah pemantulan gelombang pada tali. Pada saat gelombang tali sampai di ujung tali (batas antara tali dan medium lain), maka gelombang tersebut akan dipantulkan kembali ke dalam tali itu.

Menurut hukum snellius tentang pembiasan:

1.      Sinar datang, garis normal, dan sinar bias, terletak pads satu hidang datar.

2.      Sinar yang datang dari medium dengan indeks bias kecil ke medium dengan indeks bias yang lebih besar dibiaskan mendekati garis normal, dan sebaliknya

3.      Perbandingan nilai sinus sudut datang (sin i) terhadap sinus sudut bias (sin r) dari satu medium ke medium lainnya selalu tetap.

Hukum snellius adalah rumus matematika yang memberikan hubungan antara sudut datang dan sudut bias pada cahaya atau gelombang lainnya yang melalui batas antara dua medium isotropic berbeda, seperti udara dan gelas. Nama hukum ini di ambil dari matematikawan belanda yang bernama willebrord snellius, yang merupakan salah satu penemunya. Hukum ini dikenal juga sebagai hukum descartes atau hukum pembiasan.

Adapun bunyi hukum snellius I, yaitu

Jika suatu cahaya melalui perbatasan dua jenis zat cair, maka garis semula tersebut adalah garis sesudah sinar itu membias dan garis normal dititik biasnya, ketiga garis tersebut terletak dalam satu bidang datar.

Adapun bunyi hukum snellius II, yaitu

Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias selalu konstan. Nilai konstanta dinamakan indeks bias ( n ).

Adapun contoh pembiasan gelombang dalam kehidupan sehari-hari yaitu

1.      Gulungan gelombang laut yang bergerak menuju tepi pantai. Ketika masih ditengah laut, gelombang laut biasanya bergerak ke berbagai arah . Tetapi ketika mendekati garis pantai seakan- akan gelombang sejajar dengan garis pantai. Kemudian pada saat pecah gelombang laut tepat sejajar.

2.      Saat berenang di kolam kaki kita terlihat lebih pendek dalam air.

3.      Fatamorgana di padang pasir dan di laut.

4.      Pensil yang di masukkan kedalam air akan terlihat bengkok.

5.      Kolam terlihat dangkal jika dilihat dari atas.

6.      Ikan terlihat lebih dekat jika berada dalam air.

3.1.3 Difraksi

Difraksi adalah ketika gelombang yang berjalan melalui lubang kecil dan menyebar keluar. Gelombang ini merambat ke luar dengan karakteristik kecepatan gelombang. Gelombang yang dipancarkan oleh semua titik pada muka gelombang saling beradu satu sama lain untuk menghasilkan gelombang berjalan. Prinsip huygens juga berlaku untuk gelombang elektromagnetik. Misalnya, jika kita berteriak di sebelah dinding, suara akan paralel ke dinding. Dinding mungkin diam, tapi suara itu tidak; suara akan mengarah ke setiap sudut dinding. Ini adalah difraksi.

Difraksi gelombang bunyi adalah pembelokan arah gerak gelombang bunyi saat melewati suatu celah atau bertemu dengan penghalang pada lintasan geraknya.
Gelombang bunyi memiliki panjang gelombang dalam rentang beberapa sentimeter sampai dengan beberapa meter (dibandingkan dengan gelombang cahaya yang panjang gelombangnya berkisar 500 nm). Seperti yang telah kita ketahui bahwa gelombang yang panjang gelombangnya lebih panjang akan mudah didifraksi.
Peristiwa difraksi terjadi misalnya saat kita dapat mendengar suara mesin mobil
di tikungan jalan walaupun kita belum melihat mobil tersebut karena terhalang oleh bangunan tinggi di pinggir tikungan.

Jika penghalang celah yang diberikan oleh lebar, maka difraksi tidak begitu jelas terlihat. Muka gelombang yang melalui celah hanya melentur di bagian tepi celah, seperti ditunjukkan pada gambar 1.22. Jika penghalang celah sempit, yaitu berukuran dekat dengan orde panjang gelombang, maka difraksi gelombang  sangat jelas. Celah bertindak sebagai sumber gelombang berupa titik, dan muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk lingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya seperti ditunjukkan pada gambar 1.23.

Gambar 1.22 pada celah lebar, hanya muka gelombang pada tepi celah saja melengkung	Gambar 1.23 pada celah sempit, difraksi gelombang tampak jelas.

3.1.4 Transmisi

Transmisi yang hilang adalah penurunan intensitas suara karena menyebar melalui media, dan merupakan hasil penyebaran, penyerapan, hamburan, refleksi dan penghalusan. Transmisi yang hilang juga bisa diperkirakan dengan menambahkan efek geometris penyebaran (Tlsp), penyerapan (Tla) dan transmisi loss anomali (a). Transmisi anomali yang hilang termasuk hamburan kehilangan akibat refleksi dan penghalusan pada batas antarmuka.

Tl = Tl_spreading + Tl_absorption + a

Untuk mempermudah kita hanya akan menangani penyebaran penyebaran (tlsp) dan kehilangan penyerapan (tla):

Tl = tl_g + tl_a

• Tlsp – spreading loss

Spriding loss bulat atau geometris (tlg)

Spriding loss bulat mengasumsikan lingkungan yang seragam atau homogen yang khas dalam perairan ( > 2000 m ). Suara dari sumber titik akan menyebar keluar sebagai lingkaran gelombang, dan intensitas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber  tlg = 20 log ) r<r1

Dimana r adalah kisaran meter penerima dari sumber dan r0 adalah berbagai referensi, biasanya 1m. Dengan lingkaran menyebar, tingkat suara berkurang 6 db jika jarak dua kali lipat dan dengan 20 db ketika jarak meningkat dengan faktor 10. R1 adalah kisaran meter di mana berhenti menyebarkan lingkaran dan dimulai menyebarkan silinder

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari pengamatan literature dapat di simpulkan bahwa, atenuasi adalah melemahnya suatu sinyal yang disebabkan oleh adanya jarak yang semakin jauh, yang harus ditempuh oleh suatu sinyal tersebut dan karena frekuensi sinyal tersebut semakin tinggi. Absorpsi merupakan fenomena akustik saat gelombang suara mengenai suatu material dan material  tersebut  mengurangi (menyerap) sebagian atau  seluruh  energi  gelombang  suara  yang  membenturnya. Refleksi adalah ketika gelombang, baik fisik maupun elektromagnetik, memantul dari permukaan dan kembali ke sumbernya. Difraksi adalah ketika gelombang yang berjalan melalui lubang kecil dan menyebar keluar. Gelombang ini merambat ke luar dengan karakteristik kecepatan gelombang.

DAFTAR PUSTAKA

Ady. 2009. Gejala Absorpsi Suara Oleh Bahan Berporos. http://adys.blog.uns.ac.id /2009/09/30/gejala-absorpsi-suara-oleh-bahan-berporous/ di akses pada tanggal 11 oktober 2016 15.30 WIB

Ajeng.2012. Atenuasi gelombang suara. http://ajengsanisani.blogspot.co.id /2012/10/atenuasi-gelombang-suara.html di akses pada tanggal 11 Oktober 2016 Pukul 15.50 WIB

Angraini. 2013. Sifat Gelombang Akustik.http://belajarakustik.blogspot.co.id /2013/09/sifat-gelombang-akustik.html Diakses pada tanggal 11 Oktober 2016 Pukul 17.00 WIB

Budi. 2014. Apa Itu gelombang Difraksi refleksi dan refraksi.http://budisma.net/2014/12/ apa-itu-gelombang-difraksi-refleksi-dan-refraksi.html diakses pada tanggal 11 Oktober 2016 pukul 15.15WIB

Mico. 2015. Perambaran dan sifat gelombang bunyi. http://pendidikan.id/main/forum/diskusi-pendidikan/matapelajaran /1921-perambatan-dan-sifat-gelombang-bunyi di akses pada tanggal 11 Oktoober 2016 pukul 16.00 WIB

Nikita. 2012. Refraksi Gelombang Suara. https://nikitakelautan2010.wordpress.com /2012/09/28/ refraksi-gelombang-suara/ diakses pada tanggal 11 Oktober 2016 Pukul 15.30 WIB

Oktavian. 2012. Absorpsi gelombang suara. https://octaviandmarine.wordpress.com/2012/ 11/16/ absobsi-gelombang-suara/ di akses pada tanggal 11 Oktober 2016 Pukul 15.45 WIB

Sudirman. 2015. Pembiasan Gelombang Refraksi https://sudirmanbajokabaenatimur .wordpress.com /2015/02/08/pembiasan-gelombang-refraksi/ diakses pada tanggal 11 Oktober 15.15 WIB

Susanto. 2010. Gelombang mekanik. http://fisikon.com/kelas3/index .php?option=comcontent&view=article&id=30:sifat-sifat-gelombang-difraksi-gelombang&catid=1:gelombang-mekanik&Itemid=76 di Akses Pada tanggal11 Oktober 2016 Pukul 16.15 WIB

Zanzibar.2015. Pengukuran Polusi Suara Bawah Air Dengan Menggunakan Metode Akustik. https://zanzibar301.wordpress.com/2015/02/04/pengukuran-polusi-suara-bawah-air-dengan-menggunakan-metode-akustik/ diakses pada tanggal 11 Oktober 2016 pukul 15.00 WIB