Modul 1 - Gelombang Suara Dan Sistem Akustik Ruang [PDF]

Citation preview

MODUL : DASAR LISTRIK & ELEKTRONIKA



MODUL : PERENCANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



BAB 1



Modul Dasar Listrik & Elektronika Kelas X Oleh: Hengraini Eka Putri, S. Pd



1



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 GELOMBANG SUARA DAN SISTEM AKUSTIK RUANG



I. Kompetensi Dasar 3.1 4.1



Memahami gelombang suara dan sistem akustik ruang Mengukur gelombang suara dan dimensi sistem akustik ruang



II. Indikator Pencapaian Kompetensi 3.1.1 Menginterprestasikan elemen gelombang, jenis-jenis dan interaksi gelombang suara 3.1.2 Menginterprestasikan karakteristik gelombang suara pada berbagai macam media 3.1.3 Menginterprestasikan level suara dalam satuan decibel (dB) 3.1.4 Merencanakan sistem akustik ruang kecil 4.1.1 Mengidentifikasi gelombang suara dan dimensi sistem akustik ruang 4.1.2 Mengukur gelombang suara dan dimensi sistem akustik ruang



III. Uraian Materi



Gambar 1.1 Ilustrasi Gelombang Suara Gelombang didefinisikan sebagai energi getaran yang dapat merambat. Dalam kehidupan sehari-hari terdapat kegiatan interaksi dari satu individu ke individu lainnya. Kegiatan tersebut terdapat gelombang bunyi sehingga pada saat interaksi dapat didengar oleh lawan bicaranya. Jadi, gelombang dan bunyi saling berhubungan karena bunyi merupakan salah satu bagian dari gelombang, yaitu gelombang longitudinal atau gelombang yang arah rambatnya sejajar atau berimpit



2



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



dengan arah getarnya. Pada bab berikut ini akan dibahas tentang gelombang suara dalam sistem akustik ruang dan anatomi telinga manusia.



Mengamati Lakukan pengamatan terhadap suara yang dihasilkan oleh speaker aktif yang digunakan dalam acara hajatan! Berapa gelombang suara yang dihasilkan?



Konsep Gelombang Suara dan Sistem Akustik Ruang Bunyi atau suara merupakan sebuah kompresi mekanikal atau gelomba ng longitudinal yang merambat melalui medium Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat, atau gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat di dalam air, batu bara, atau udara. Sementara itu, gema adalah gelombang pantul/ reaksi dari gelombang yang dipancarkan bunyi. A. Gelombang Suara Semua suara adalah getaran yang bergerak di udara sebagai gelombang suara. Gelombang suara disebabkan oleh getaran benda dan memancar keluar dari sumbernya ke segala arah. a. Defenisi Gelombang Suara Gelombang bunyi terdiri atas molekul-molekul udara yang tidak pernah merambat, tetapi bergetar maju-mundur. Tiap saat, molekul- molekul itu berdesakan di beberapa tempat sehingga menghasilkan wilayah tekanan tinggi. Namun di tempat lain, molekul tersebut merenggang sehingga menghasilkan wilayah tekanan rendah. Gelombang bertekanan tinggi dan rendah secara bergantian bergerak di udara, menyebar dari sumber bunyi. Itulah alasannya mengapa gelombang bunyi adalah gelombang longitudina l. Bunyi mengalami gejala gelombang seperti interferensi, pemantula n, pembiasan, dan difraksi. Bunyi merupakan gelombang mekanik karena hanya dapat merambat melalui medium (zat padat, cair, atau gas) dan tidak dapat merambat dalam vakum. Bunyi merambat di udara dengan kecepatan 1.224 km/jam. Bunyi akan merambat lebih lambat jika suhu dan tekanan udara lebih rendah. Di udara tipis dan dingin pada ketinggian lebih dari 11 km, kecepatan bunyi 1.000 km/jam. Di air, kecepatannya 5.400 km/jam, jauh lebih cepat daripada di udara.



3



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



Adakalanya frekuensi yang didengar oleh pengamat mengala mi perubahan secara tiba-tiba ketika sumber bunyi (misal klakson mobil) bergerak mendekati atau menjauhi menurut pengamat yang diam. Fenomena ini dikenal sebagai Efek Doppler, yaitu perbedaan frekuens i yang diterima oleh pendengar dengan frekuensi asli sumber getarnya relatif antara pendengar dan sumber bunyi. Apabila kedudukan antara pengamat dan sumber saling mendekat, pengamat mendengar frekuensi yang lebih tinggi. Jika kedudukannya saling menjauh, pengamat mendengar frekuensi yang lebih rendah. Fenomena ini berhasil dijelaskan oleh fisikawan Christia n Johann Doppler (1803-1855) pada tahun 1842. b. Karakteristik Dasar Gelombang Suara Karakteristik gelombang suara dapat dibedakan menjadi dua jenis sebagai berikut: 1) Karakteristik fisik gelombang suara dapat dibedakan menjadi beberapa hal berikut ini: a) Frekuensi Frekuensi diartikan sebagai jumlah perubahan tekanan dalam setiap detiknya atau frekuensi setiap detiknya dalam satuan cycles per second (cls) atau hertz (Hz). Sifat dari bunyi ditentukan oleh frekuens i dan intensitasnya. Medium dan suhu memengaruhi kecepatan rambatan suara yang bervariasi. Namun, untuk kecepatan perambatan suara pada medium udara pada suhu 20°C berkisar 344 m/s. Pada kondisi tersebut maka panjang gelombang suara berkisar 13 inci (0,344 m) pada frekuensi 1.000 Hz. Berdasarkan frekuensi, bunyi atau suara dibedakan menjadi tiga daerah frekuensi berikut. (1) Frekuensi bunyi antara 0-16 Hz (dacrah infrasonik) Contoh frekuensi bunyi ini adalah getaran tanah, getaran bangunan, maupun truk mobil. Vibrasi yang ditimbulkan oleh truk mobil memiliki frekuensi sekitar 1-16 Hz. Frekuensi di bawah 16 Hz dapat menyebabkan perasaan yang kurang nyaman (discomfort), kelesuan (fatique), dan terkadang dapat menimbulkan gangguan penglihatan. Apabila vibrasi bunyi infra mengenai tubuh, hal itu dapat menyebabkan resonansi dan akan terasa sakit pada beberapa bagian tubuh. (2) Frekuensi bunyi antara 16-20.000 Hz (frekuensi sonic pendengaran) Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan oleh John R. Cameron and James G. Skofronick (dalam buku Medical Physic halaman 297 pada tahun 1978), diperoleh kepekaan telinga



4



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



terhadap frekuensi bunyi antara 16-4.000 Hz, Kepekaan telinga; dB = 0 terjadi pada frekuensi 1.000 Hz, di mana nilai ambang rata-rata secara internasional terletak pada daerah 1.000 Hz. Arti dari nilai ambang adalah frekuensi yang berkaitan dengan nineau bunyi (dB) yang dapat didengar, misalnya pada frekuensi 30 Hz nineau bunyi harus 60 dB (yaitu 10 x 10 W). Untuk mendengar bunyi 60 dB, artinya telinga seseorang harus 10 x lebih kuat pada nada 1.000 Hz baru dapat mendengar bunyi tersebut dan tekanan bunyinya harus 10x lebih besar. Pada usia lanjut misalnya 60 tahun, nilai ambang pendengaran bagi 4.000 Hz terletak +40 dB lebih tinggi dari usia muda (20 tahun). Gejala naiknya nilai ambang karena usia tua disebut dengan presbikusis (kurang pendengaran karena umur yang semakin tua). (3) Frekuensi bunyi di atas 20.000 Hz (daerah ultrasonik) Dalam bidang kedokteran, frekuensi ini berfungsi dalam menentukan tiga hal, yaitu pengobatan, penghancuran/destruk tif, dan diagnosis. Hal ini dikarenakan frekuensi yang tinggi memilik i daya tembus jaringan yang cukup besar. b) Periode Periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus amplitudo. Satuan periode adalah detik. c) Amplitudo Amplitudo sebuah gelombang suara adalah tingkat gerakan molekul- molekul udara dalam gelombang, yang sesuai terhadap perubahan dalam tekanan udara yang sesuai gelombang. Lebih besar amplitudo gelombang maka lebih keras molekul- molekul udara untuk menabrak gendang telinga dan lebih keras suara yang terdengar. Amplitudo gelombang suara dapat diekspresikan dalam istilah satuan absolut dengan pengukuran jarak sebenarnya perubahan letak molekulmolekul udara, perubahan tekanan, atau energi yang terkandung dalam gelombang. d) Panjang Gelombang Panjang gelombang diartikan sebagai jarak antara dua gelombang yang dekat dengan perpindahan dan kecepatan partikel yang sama dalam satu bidang medan bunyi datar. Oleh sebab itu, dengan mengetahui kecepatan dan frekuensi bunyi dapat ditentukan panjang gelombangnya. Panjang gelombang suara yang dapat didengar telinga manusia mulai dari beberapa sentimeter sampai kurang lebih 20 meter. Panjang gelombang merupakan salah satu satuan yang erat kaitannya dengan frekuensi.



5



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



2) Karakteristik Mekanik Gelombang Suara Karakteristik mekanik gelombang suara terdiri atas: a) pemantulan gelombang suara b) penggabungan gelombang suara c) kualitas suara, yang ditentukan oleh frekuensi dan intensitas. Dalam hal ini, frekuensi merupakan banyaknya/jumlah getaran tiap detik. Tinggi rendahnya bunyi ditetapkan oleh frekuensi. Satuan bunyi dinyatakan dalam hertz (Hz). Sementara itu, intensitas merupakan perbandingan tegangan suara yang datang dan tegangan suara standar yang dapat didengar oleh manusia dengan pendengaran normal pada frekuens i 1.000 Hz, dinyatakan dalam desibel (dB). c. Sifat Dasar Gelombang Bunyi Bunyi merupakan gelombang mekanik, yaitu gelombang yang memerlukan medium pada saat merambat. Bunyi juga termasuk ke dalam kelompok gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya. Berikut ini sifat dasar gelombang suara. 1) Dapat dipantulkan (refleksi) Bunyi dapat dipantulkan terjadi apabila bunyi mengenai permukaan benda yang keras, seperti permukaan dinding batu, semen, besi, kaca, dan seng. Contoh: Suara kita yang terdengar lebih keras di dalam gua akibat dari pemantulan bunyi yang mengenai dinding gua. 2) Dapat dibiaskan (refraksi) Refraksi adalah pembelokan arah lintasan gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda. Contoh: Pada malam hari, bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari karena pembiasan gelombang bunyi. 3) Dapat dipadukan (interferensi) Seperti halnya interferensi cahaya, interferensi bunyi juga memerlukan dua sumber bunyi yang koheren. Contoh: Dua pengeras suara yang dihubungkan pada sebuah generator sinyal (alat bunyi yang koheren. pembangkit frekuensi audio) dapat berfungsi sebagai dua sumber 4) Dapat dilenturkan (difraksi) Peristiwa pelenturan gelombang bunyi ketika melewati suatu celah sempit. Contoh: Kita dapat mendengar suara orang di ruangan berbeda dan tertutup karena bunyi melewati celah-celah sempit yang bisa dilewati bunyi. d. Manfaat Gelombang Bunyi Gelombang bunyi memiliki beberapa manfaat yang dapat diklasifikasikan sebagai berikut.



6



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



1) Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut serta lokasi dan jarak objek dalam air. Gelombang bunyi yang digunakan adalah ultrasonic. 2) Digunakan untuk mendeteksi janin dalam rahim, biasanya menggunakan bunyi infrasonic. 3) Digunakan mendeteksi keretakan suatu logam dan lain-lain. 4) Diciptakannya pengeras termasuk manfaat dari bunyi audiosonik. 5) Digunakan untuk mendengar suara, musik, dan untuk memperlancar komunikasi. 6) Menentukan jarak dari sesuatu tempat. 7) Pemecahan batu karang dalam usus. Selain manfaat di atas, gelombang bunyi juga bermanfaat untuk berbagai aspek kehidupan berikut ini. 1) Pemanfaatan untuk Sonar (Sound Navigation Ranging)



Gambar 1.2 Ilustrasi Sonar Sonar merupakan suatu teknik yang digunakan untuk menentuka n letak benda di bawah laut dengan menggunakan metode pantulan gelombang. Pantulan gelombang oleh suatu permukaan atau benda sehingga jenis gelombang yang lebih lemah terdeteksi tidak lama setelah gelombang asal disebut gema. Gema merupakan bunyi yang terdengar



7



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



tidak lama setelah bunyi asli. Perlambatan antara kedua gelombang menunjukkan jarak permukaan pemantul. Penduga gema (echo sounder) ialah peralatan yang digunakan untuk menentukan kedalaman air di bawah kapal. Kapal mengirimkan suatu gelombang bunyi dan mengukur waktu yang dibutuhkan gema untuk kembali, setelah pemantulan oleh dasar laut. Selain kedalaman laut, metode ini juga dapat digunakan untuk mengetahui lokasi karang, kapal karam, kapal selam, atau sekelompok ikan. 2) Pencitraan Medis Bunyi ultrasonik digunakan dalam bidang kedokteran dengan menggunakan teknik pulsa-gema. Teknik ini hampir sama dengan sonar. Pulsa bunyi dengan frekuensi tinggi diarahkan ke tubuh, pantulannya dari batas atau pertemuan antara organ-organ dan struktur lainnya serta luka dalam tubuh kemudian dideteksi. Dengan menggunakan teknik ini, tumor dan pertumbuhan abnormal lainnya atau gumpalan fluida dapat diliha t. Selain itu, bunyi ultrasonik juga dapat digunakan untuk memeriksa kerja katup jantung dan perkembangan janin dalam kandungan. Informas i mengenai berbagai organ tubuh seperti otot, jantung, hati, dan ginjal bisa diketahui. Frekuensi yang digunakan pada diagnosis dengan gelombang ultrasonik antara 1 sampai 10 MHz, laju gelombang bunyi pada jaringa n tubuh manusia sekitar 1.540 m/s sehingga panjang gelombangnya adalah: 2 - v/f = (1.540 m/s) / (106 s-1) = 1,5 x 10-3 = 1,5 mm. Panjang gelombang ini merupakan batas benda yang paling kecil yang dapat dideteksi. Makin tinggi frekuensi, makin banyak gelombang yang diserap tubuh, dan pantulan dari bagian yang lebih dalam dari tubuh akan hilang, Pencitraan medis dengan menggunakan bunyi ultrasonik merupakan kemajuan yang penting dalam dunia kedokteran. Metode ini dapat menggantikan prosedur lain yang berisiko, menyakitkan, dan mahal. Cara ini dianggap tidak berbahaya. 3) Terapi Medis Menggunakan Bunyi Ultrasonik Dalam dunia kedokteran, gelombang ultrasonik digunakan dalam diagnosis dan pengobatan. Diagnosis dengan menggunakan gelombang ultrasonik berupa USG (ultrasonografi), dapat digunakan untuk mengetahui janin di dalam kandungan. Pengobatan meliputi penghancura n jaringan yang tidak diinginkan dalam tubuh, misalnya batu ginjal atau tumor, dengan menggunakan gelombang ultrasonic berintensitas tinggi (setinggi 107 W/m?) yang kemudian difokuskan pada jaringan yang tidak diinginkan tersebut. Selain itu, bunyi ultrasonik juga digunakan untuk terapi fisik, yaitu dengan memberikan pemanasan lokal pada otot yang cedera.



8



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



4) Penerapan dalam Bidang Industri Dalam dunia industri, dengan menggunakan bor-bor ultrasonic dapat dibuat berbagai bentuk atau ukuran lubang pada gelas dan baja. 5) Mengetahui Keadaan Bagian dalam Bumi Pergeseran tiba-tiba segmen-segmen kerak bumi yang dibatasi zona patahan dapat menghasilkan gelombang seismik. Ini memungkinkan para ahli geologi dan geofisika untuk memperoleh pengetahuan tentang keadaan bagian dalam bumi dan membantu mencari sumber bahan bakar fosil baru. Ada empat tipe gelombang seismik, yaitu gelombang badan P, gelombang badan S, gelombang permukaan Love, dan gelombang permukaan Rayleigh. Grafik waktu penjalaran dapat digunakan untuk menentukan jarak stasiun seismograf dari episenter gempa bumi. Alat yang digunakan untuk mendeteksi gelombang-gelombang ini disebut seismograf, yang biasanya digunakan untuk mendeteksi adanya gempa bumi. Seperti semua gelombang, laju gelombang seismik bergantung pada sifat medium, rigiditas, ketegaran, dan kerapatan medium. Grafik waktu perjalanan dapat digunakan untuk menentukan jarak stasiun seismogra f dari episenter gempa bumi. e. Menghitung Gelombang Bunyi Untuk menghitung gelombang bunyi ini, Anda harus memperhatika n komponen-komponen yang berkaitan dengan gelombang bunyi berikut ini. 1) Panjang Gelombang Panjang gelombang disimbolkan dengan lambda (λ) dengan satuan panjang gelombang (lambda) yang dinyatakan dalam meter. Ada sedikit perbedaan mengenai panjang gelombang pada gelombang longitudinal dan transversal. Dalam gelombang longitudinal, satu gelombang diwakili oleh satu rapatan dan satu renggangan. Perhatikan penjelasan panjang gelombang pada gelombang longitudinal melalui gambar di bawah.



Gambar 1.3 Gelombang Longitudinal Sementara itu, dalam gelombang transversal, satu gelombang diwakili oleh satu bukit dan satu lembah, seperti gambar berikut ini.



9



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



Gambar 1.4 Gelombang Transversal Pada gelombang transversal, jika diketahui panjang tali gelombang adalah 1 dan banyaknya getaran adalah n, nilai periodenya dapat dicari menggunakan rumus berikut. 1 𝑇= 𝑛 2) Rumus Cepat Rambat Gelombang Rumus cepat rambat gelombang yang merambat melalui suatu medium dipengaruhi oleh panjang gelombang (lambda) dan frekuensi (f) atau periode (T). Rumus untuk mencari cepat rambat gelombang dapat diliha t pada dua persamaan di bawah (gunakan salah satu persamaan, tergantung apa yang diketahui pada soal). 𝜆 𝑣= 𝑇 atau 𝑣 = 𝜆 .𝑓 Keterangan: v = cepat rambat gelombang (m/s) λ (lambda) = panjang gelombang (m) T = periode 3) Pemantulan Bunyi Jenis pemantulan bunyi ada dua, yakni gaung dan gema. a) Gaung adalah bunyi pantul yang sebagian terdengar bersamaan dengan bunyi aslinya sehingga menyebabkan bunyi asli terdengar kurang jelas. Peristiwa gaung dapat terjadi dalam sebuah gedung yang tidak ada peredam bunyi/suaranya. Contoh bahan peredam bunyi/suara yang dapat digunakan untuk meredam suara adalah gabus, kapas, wol, kardus, dan lain-lain.



10



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



b) Gema adalah bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli selesai. Gema terjadi karena dinding pantulnya mempunyai jarak yang jauh. Contoh peristiwa gema dapat terjadi pada suatu lembah atau gunung. Bunyi pantul dapat dimanfaatkan untuk mengukur kedalaman laut dan jarak dinding lorong gua. Cara menentukan kedalaman laut atau jarak dinding gua dapat menggunakan rumus yang akan diberikan di bawah. Berikut ini rumus yang dapat digunakan untuk mencari jarak. 𝑣. 𝑡 𝑠= 2 Keterangan: s = jarak/kedalaman (m) v = cepat rambat gelombang bunyi (m/s) t = waktu (s) 4) Efek Doppler Efek doppler merupakan sebuah peristiwa di mana terjadi naik turunnya frekuensi gelombang bunyi yang terdengar penerima bunyi ketika sumber bunyi bergerak mendekat atau menjauh. Contoh efek Doppler dapat dilihat pada gambar di bawah.



Gambar 1.5 Ilustrasi Efek Doppler Saat sumber suara diam, kedua penerima mendengar besar frekuens i yang sama. Pada saat sumber suara bergerak, salah satu penerima mendengar frekuensi yang lebih besar dari sebelumnya dan penerima lain mendengar frekuensi yang lebih kecil dari sebelumnya. Besarnya frekuensi bunyi yang terdengar oleh penerima dirumuskan sebagai berikut.



11



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



𝐹𝑝 =



𝑣 ± 𝑉𝑝 𝑓8 𝑣 ± 𝑣8



Keterangan: V = cepat rambat bunyi di udara (m/s) VP = kecepatan pendengar (m/s) Bernilai plus (+), jika pendengar mendekati sumber bunyi Bernilai minus (-), jika pendengar menjauhi sumber bunyi Bernilai nol (0), jika pendengar diam V8 = kecepatan sumber bunyi (m/s) Bernilai plus (+), jika sumber bunyi menjauhi pendengar Bernilai minus (-), jika sumber bunyi mendekati pendengar Bernilai nol (0), jika sumber bunyi diam F8 = frekuensi sumber bunyi (Hz) Contoh soal: Sebuah mobil ambulans membunyikan suara sirenenya dengan frekuensi 400 Hz. Jika laju mobil ambulans itu 80 m/s dan laju bunyi di udara saat itu 380 m/s, tentukan frekuensi sirene yang didengar oleh orang saat itu! Diketahui: v = 380 m/s Vp = 0 Vs = 80 m/s F0 = 400 Hz Ditanya f? Jawab: Dengan menggunakan persamaan rumus di atas maka dapat diselesaikan sebagai berikut. 380 − 0 F= × 400 380 − 80 F = 507 Hz Jadi, frekuensi yang terdengar oleh pengamat sebesar 507 Hz.



12



MODUL : PERECANAAN DAN INSTALASI SISTEM AUDIO VIDEO



IV. Rangkuman Materi Kelistrikan merupkan sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Pengetahuan tentang listrik dimulai dari teori atom, yaitu dengan ditemukannya atom dan teori atom yang kemdudia memperkirakan struktur atom. Arus listrik merupakn aliran muatan negatif (elektron-elektron) dari kutub negatif ke kutub positif. Terjadinya arus listrik karena perpindahan elektron (negatif) ke daerah yang kekurangan elektron (positif). Potensial listrik merupakan beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu tititk disekitar muatan tersebut. V. Kegiatan Pembelajaran 1. Kumpulkanlah informasi sebanyak-banyaknya tentang yang berkaitan dengan penggunaan gelombang suara dalam pencarian benda bawah laut dan cara kerjanya. 2. Susunlah hasil pengamatan dan informasi yang sudah ananda kumpulka n dalam bentuk laporan. 3. Rancanglah sebuah presentasi sederhana dari laporan yang sudah ananda buat, kemudian presentasikanlah temuan hasil pengamatan Ananda di depan kelas.



13