ALAT UKUR BUNYI^^

BAB I

PENDAHULUAN

1.1       Latar Belakang

Bunyi merupakan suatu gelombang longitudinal hasil dari suatu getaran yang dapat merangsang indra pendengaran. Pandangan bahwa bunyi merambat seperti gelombang air pertama kali dikemukakan oleh Marcus Vitruvins Pollio di Romawi, pada satu abad sebelum Masehi.

Pengukuran adalah suatu proses membandingkan besaran yang diukur dengan besaran standar.

Makalah ini akan memaparkan alat pengukur mengenai bunyi. Seperti intensitas bunyi, frekuensi bunyi, pembalikan bunyi, dan kebisingan.

1.2       Tujuan

Adapun yang menjadi tujuan penulisan makalah ini yaitu peserta diskusi dapat memahami alat-alat yang digunakan untuk mengukur intensitas bunyi, frekuensi bunyi, pembalikan bunyi, dan kebisingan.

BAB II

DASAR TEORI

2.1       Pemahaman Bunyi

2.1.1     Bunyi merupakan Gelombang Longtudinal

Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal,yaitu gelombang yang terdiri atas partikel-partikel yang berosilasi searah dengan gerak gelombang tersebut, membentuk daerah bertekanan tinggi dan rendah (rapatandan renggangan). Partikel yang saling berdesakan akan menghasilkan gelombang bertekanan tinggi, sedangkan molekul yang meregang akan menghasilkan gelombang bertekanan rendah. Kedua jenis gelombang ini menyebar dari sumber bunyi dan bergerak secara bergantian padamedium.

Gelombang bunyi dapat bergerak melalui zat padat, zat cair, dan gas, tetapi tidak bisa melalui vakum, karena di tempat vakum tidak ada partikel zat yang akan mentransmisikan getaran. Kemampuan gelombang bunyi untuk menempuh jarak tertentu dalam satu waktu disebut kecepatan bunyi. Kecepatan bunyi di udara bervariasi, bergantung temperatur udara dan kerapatannya. Apabila temperatur udara meningkat, maka kecepatan bunyi akan bertambah. Semakin tinggi kerapatan udara, maka bunyi semakin cepat merambat. Kecepatan bunyi dalam zat cair lebih besar daripada cepat rambat bunyi di udara. Sementara  itu, kecepatan bunyi pada zat padat lebih besar daripada cepat rambat bunyi dalam zat cair dan udara. 

2.1.2     Sifat Bunyi

Pada umumnya, bunyi memiliki tiga sifat, yaitu tinggi rendah bunyi, kuat lemah bunyi, dan warna bunyi. Tinggi rendah bunyi adalah kondisi gelombang bunyi yang diterima oleh telinga manusia berdasarkan frekuensi (jumlah getaran per detik). Tinggi suara ( pitch) menunjukkan sifat bunyi yang mencirikan ketinggian atau kerendahannya terhadap seorang pengamat. Sifat ini berhubungan dengan frekuensi, namun tidak sama. Kekerasan bunyi juga memengaruhi titi nada. Hingga 1.000 Hz, meningkatnya kekerasan mengakibatkan turunnya titi nada. Gelombang bunyi dibatasi oleh jangkauan frekuensi yang dapat merangsang telinga dan otak manusia kepada sensasi pendengaran. Jangkauan ini adalah 20 Hz sampai 20.000 Hz, di mana telinga manusia normal mampu mendengar suatu bunyi. Jangkauan frekuensi ini disebut audiosonik. Sebuah gelombang bunyi yang memiliki frekuensi di bawah 20 Hz dinamakan sebuah gelombang infrasonik.Sementara itu, bunyi yang memiliki frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik. Banyak hewan yang dapat mendengar bunyi yang frekuensinya di atas 20.000 Hz. Misalnya, kelelawar dapat mendeteksi bunyi yang frekuensinya sampai 100.000 Hz, dan anjing dapat mendengar bunyi setinggi 50.000 Hz.  

Kelelawar menggunakan ultrasonik sebagai alat penyuara gema untuk terbang dan berburu. Kelelawar mengeluarkan decitan yang sangat tinggi dan menggunakan telinganya yang besar untuk menangkap mangsanya. Gema itu memberitahu kelelawar mengenai lokasi mangsanya atau rintangan di depannya (misalnya pohon atau dinding gua).

Kuat lemah atau intensitas bunyi adalah kondisi gelombang bunyi yang diterima oleh telinga manusia berdasarkan amplitudo dari gelombang tersebut. Amplitudo adalah simpangan maksimum, yaitu simpangan terjauh gelombang dari titik setimbangnya.Intensitas menunjukkan sejauh mana bunyi dapat terdengar. Jika intensitasnya kecil, bunyi akan melemah dan tidak dapat terdengar. Namun, apabila intensitasnya besar, bunyi menjadi semakin kuat, sehingga berbahaya bagi alat pendengaran. Untuk mengetahui hubungan antara amplitudo dan kuat nada, dapat diketahui dengan melakukan percobaan menggunakan garputala. Garputala dipukulkan ke meja dengan dua pukulan yang berbeda, akan dihasilkan yaitu pukulan yang keras menghasilkan bunyi yang lebih kuat.

Hal ini menunjukkan bahwa amplitudo getaran yang terjadi lebih besar. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa kuat lemahnya nada atau bunyi bergantung pada besar kecilnya amplitudo. Semakin besar amplitudo getaran, maka semakin kuat pula bunyi yang dihasilkan.

 Warna bunyi adalah bunyi yang diterima oleh alat pendengaran berdasarkan sumber getarannya. Sumber getaran yang berbeda akan menghasilkan bentuk gelombang bunyi yang berbeda pula. Hal ini menyebabkan nada yang sama dari dua sumber getaran yang berbeda pada telinga manusia.

BAB III

PEMBAHASAN

3.1    ALAT-ALAT UKUR BUNYI

3.1.1 Sonometer

Sonometer adalah alat untuk menyelidiki frekuensi getaran senar. Alat ini terdiri atas sebuah kotak kosong yang berlubang dengan kawat yang ditegangkan di atasnya. Satu ujung kawat diikat dan satu ujung yang lain diberi beban lewat katrol. Jika kawat digetarkan, maka nada yang dihasilkan dapat ditala dengan garpu tala. Dengan demikian, efek dari panjang kawat dan tegangan (beban) dapat diselidiki.

Sonometer merupakan sebuah alat bantu penala dan digunakan dalam laboratorium fisika sebagai alat penguji nilai frekuensi peralatan. Misalnya frekuensi sebuah dawai yang ditarik.

Besar frekuensi getaran kawat dirumuskan :

Dimana       :

l         = panjang senar (m)

F        = tegangan senar atau beban (N)

µ        = masa senar per satuan panjang (kg/m)

f        = Frekuensi (Hz)

                   

3.1.2   Alat pengukur beda tekanan bunyi dalam ruang terpisah

Alat ukur bunyi mengukur beda tekanan dalam ruang terpisah pada tiap bentuk ruang bunyi. Jika tekanan yang diukur disesuaikan dengan keadaan sekitar, maka ruang terpisah yang lebih rendah lepas ke udara dan ukuran tekanannya diukur. Jika ruang terpisah yang lebih rendah dipisahkan untuk membentuk ruang hampa, maka tekanan yang teruukur akan berada pada satuan mutlak. Bagaimanapun, untuk mengukur perbedaan tekanan, tekanan yang lebih tinggi dihubungkan kepada puncak ruang dan tekanan yang lebih rendah pada bagian dasarnya.

Alat Pendeteksi d/p pembalikan bunyi

Alat ukur bunyi digunakan pada aplikasi jika tekanan yang sangat rendah diperlukan untuk pengukuran, khususnya pada nilai 0- 250 Pa.

3.1.3  Alat Ukur Intensitas Suara (SLM)

Sound level meter adalah alat pengukur suara. Mekanisme kerja SLM apabila ada benda bergetar, maka akan menyebabkan terjadinya perubahan tekanan udara yang dapat ditangkap oleh alat ini, selanjutnya akan menggerakkan meter penunjuk. Sebuah alat ukur kebisingan disebut Sound Meter. Alat ini didesign memberikan respon seperti telinga manusia dengan memasukkan sebuah penguat dalam rangkaian elektroniknya yang memberikan penguatan tegangan yang lebih kecil pada frekuensi rendah dan tinggi. Alat ukur ini ditandai dalam satuan desibel (disingkat dB). Desibel (Lambang Internasional = dB) adalah satuan untuk mengukur intensitas suara. Huruf "B" pada dB ditulis dengan huruf besar karena merupakan bagian dari nama penemunya, yaitu "Bell" (Alexander Graham Bell).Sound meter, ada 2 jenis yaitu :

1.   Sound meter analog, pada instrumen ini disusun dari rangkaian listrik yang didesign khusus akan mengkonversi sinyal listrik dari mikropon menjadi suatu bacaan angka pada skala.

2.   Sound meter digital, pada instrument ini disusun dari rangkaian listrik yang didesign khusus akan mengkonversi sinyal listrik dari mikropon menjadi bacaan angka yang terdisplai pada layar.

Beberapa sound meter digital mengatur rentang pengukuran sendiri. Ia mampu memilih pengukuran yang terbaik, lalu memperlihatkan pada display.

Ketepatan alat jenis ini jauh lebih baik daripada jenis analog pada umumnya, yaitu lebih kecil daripada 1% dan sering hanya 0,1 %. Kesalahan penunjukan akan dihilang oleh display digital.

Walaupun instrumen digital pasti lebih mudah dan jelas dibaca oleh semua orang, tetapi itu hanya benar kalau besaran yang diukur bersifat statis. Untuk mengukur besaran secara relatif berubah pelan-pelan, sound meter analog lebih sesuai. Karena itulah, sound meter analog lebih cocok untuk memperlihatkan trend ( kecendrungan ) jenjang ukuran.

Prinsip kerja Sound Meter

Dalam setiap alat ukur pastilah memiliki prinsip kerja yang harus dipahami oleh orang atau praktikan yang akan menggunakan alat ukur yang akan digunakan. Dalam alat ukur Sound Meter menggunakan sistem pengukuran ini biasanya dibangun dari sejumlah hubungan antar komponen.

Pada gambar 3 menunjukkan prinsip dasar alat meteran kebisingan suara (Sound Meter)

                            

Keterangan gambar diatas :

·      Tekanan suara diubah menjadi tegangan melalui mikrofon. Pada umumnya Mikrofon menggunakan diafragma tipis untuk mengubah tekanan menjadi gerakan.

·      Gerakan ini selanjutnya diubah menjadi tegangan oleh tranduser yang cocok biasanya tipe kapasitansi piezoelektrik atau tipe kumparan berputar.

·      Tegangan keluaran mikrofon secara umum adalah sangat kecil dan pada suatu tingkat impedansi tinggi; sehingga pada keluaran mikrofon dipergunakan penguat dengan impedansi masukan dan penguatan yang tinggi. Penguat ac sederhana relative dapat digunakan, karena tidak diperlukan tanggapan terhadap tegangan yang static (tak berubah) atau tegangan yang berubah secara perlahan.

·      Berikutnya setelah penguat pertama adalah jaringan imbangan. Jaringan ini adalah suatu filter elektris yang mempunyai tanggapan frekuensi disesuaikan sehingga mendekati tanggapan frekuensi telinga manusia rata-rata.

·      Jaringan timbangan adalah filter elektris yang dirancang mendekati tanggapan pendengaran manusia pada tiga tingkat kenyaringan yang berbeda. Sehingga pembacaan instrument akan menyatakan kenyaringan yang terasakan. Biasanya disediakan tiga buah filter, yaitu A ( mendekati tanggapan pendengaran 40 phon ), B ( 70 phon ), dan C ( 100 phon ). Kenyataannya, banyak pengukuran praktis dibuat dengan menggunakan skala A karena ini merupakan pendekatan sederhana yang memberikan hasil baik dalam banyak kasus dan telah ditulis ke dalam banyak standard dan kode. Pembacaan dilakukan pada jaringan timbangan disebut tingkat suara.

·      Keluaran jaringan timbangan selanjutnya diperkuat dan suatu jack keluaran tersedia untuk mengeluarkan sinyal ke osiloskop ( jika diinginkan pengamatan bentuk gelombangnya ) atau ke penganalisis gelombang ( jika akan menentukan kandungan frekuensi suara ). Pemfilteran dilengkapi dengan filter RC lolos rendah sederhana dan meter dinamika lolos rendah.

·      Beberapa meter memiliki perpindahan tanggapan cepat maupun pelan yang mengubah pemfilteran. Posisi pelan memberikan suatu kemantapan, memudahkan pembacaan posisi jarum, tetapi tidak mampu membaca bila terjadi perubahan sinyal dalam waktu yang pendek. Jika diinginkan pembacaan pada perubahan waktu pendek, maka pengamatan pada meter dialihkan ke tanggapan cepat.

·      Selanjutnya pembacaan meter adalah nilai rms dan tekanan suara, ini dikalibrasi dalam desibel ( dB ) karena desibel mendefinisikan dengan baik suatu hubungan antara tekanan suara dalam alat.

Kalibrasi Sound Meter

Sebelum dan sesudah pengukuran-pengukuran, perlulah untuk mengecek bahwa bacaan yang ditayangkan adalah benar dan kalibrasikan meteran tingkat kebisingan. Kalibrasi dapat dilakukan dengan dua cara: secara internal dengan sinyal-sinyal listrik atau secara akustik dengan kalibrator suara atau pistonphon.

Kalibrasi internal dilakukan dengan menggunakan referensi tegangan pada rangkaian-rangkaian listrik dari meteran tingkat kebisingan serta amplitude disesuaikan. Penyesuaian dilakukan dengan membandingkan nilai yang ditunjukkan oleh fitur kalibrasi internal terhadap nilai tertayang dari meteran tingkat kebisingan.

Kalibrasi akustik dilakukan dengan menyisipkan generator suara atau pistonphon ke dalam mikrofon dari meteran tingkat kebisingan dan menggunakan tekanan ssuara referensi (berbeda menurut alatnya, misalnya 94 dB pada 1 kHz, 124 dB pada 250 Hz, dll.). Skala penuh (FS) dari meteran tingkat kebisingan yang dipakai oleh masukan sinyal kalibrasi disetel 6 dB lebih tinggi dari pada tingkat tekanan suara dari sinyal kalibrasi normal. Misalnya, bila suara sinyal kalibrasi adalah 124 dB, 130 dB disetel, atau bila suara sinyal kalibrasi adalah 94 dB, 100 dB disetel pada alat.

Pada sound level meter tipe S2A, kalibrasi sound meter dilakukan dengan hati-hati. Kalibrasikan sound meter sebelum melakukan tes suara. Menggunakan calibrator yang disetujui pabriknya.

1.   Mengaktifkan kalibrator dan sound level meter

2.   Memutar tombol penyetel, dan mengatur tingkat tekanan suara

3.   Memastikan kalibrator berada pada sound level meter yang benar

4.   Menyesuaikan sound level meter untuk mendapatkan pembacaan yang benar.

Prosedur Pengukuran

Kekuatan bunyi bergantung pada amplitudo gelombang bunyi. Gelombang suara diudara yang mengelilingi kita merupakan akibat adanya perubahan tekanan yang sangat kecil dan cepat. Tingkat tekanan suara ( SPL = the sound pressure level ) didefinisikan

SPL ( Sound Pressure level ) = 20 log ₁₀ desibel ( dB) ( 3.1 )

Dengan p = akar kuadrat rata-rata (rms ) tekanan suara, µ bar ( 3.2)

Dan 1 µ bar = 1 dyn/cm² = 1.45 x 10^-5 lb/in² (3.3)

Nilai rms dari komponen fluktuasi tekanan digunakan karena kebanyakan suara adalah sinyal acak bukan gelombang sinus murni. Nilai 0,0002 µbar digunakan sebagai nilai acuan standar dari tekanan terhadap tekanan lain diperbandingkan dengan pers ( 3.1 ).

Perhatikan, apabila p = 0,0002 µbar, tingkat tekanan suara adalah 0 dB. Nilai ini telah dipilih secara sembarang, tetapi mewakili ambang rata-rata dari pendengaran manusia jika suatu nada 1000 Hz digunakan. Tingkat 0 dB telah dipilih sebagai fluktuasi tekanan terendah yang dapat dirasakan manusia secara normal.

Dalam sound level meter tipe S2A analog, memiliki tombol ON dan OFF dimana tombol tersebut memerintah dalam pengoperasiannya. Tombol ON mengaktifkan instrument tersebut, dan Tombol OFF untuk mengnonaktifkan instrument.

Adapun pengukuran pada instrument ini, sangat mudah dan sederhana yaitu :

1.   Menekan tombol ON untuk mengaktifkannya

2.   Memutar tombol penyetel untuk menentukan tingkat tekanan suara, sebelum pengukuran test suara. Misalnya 70-80 dB, 70 berada pada garis tebal atas sebelah kiri (0) dan 80 pada garis tebal atas sebelah kanan ( 10 ). Pada sound level meter tipe S2A memiliki 10 skala, dan skala terluar (0) berupa garis skala berwarna merah

3.   Pada pembacaan meter ini, jika jarum penunjuk skala bergerak ke kanan (+) dan ke kiri (-).

4.   Membaca hasil pengukuran pada sound level meter secara langsung.

5.   Mencatat hasil pengukuran

6.   Setelah pengukuran, melepas tombol ON untuk OFF

Pengukuran tingkat tekanan suara terendah 40 dB (berdasarkan ambang pendengaran normal manusia). Pengukuran tingkat tekanan suara tertinggi 130 dB (berdasarkan ambang pendengaran rasa sakit).

3.1.4 Cepat Rambat Bunyi di Udara

Tabung resonansi digunakan untuk mengukur kecepatan merambat gelombang suara di udara.

Bagian-bagian tabung resonansi

1.    Tabung resonansi

2.    Garpu tala

3.    Pemukul garpu tala

Prinsip Kerja

Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain bergetar dengan frekuensi yang sama atau frekuensi yang satu merupakan kelipatan frekuensi yang lain.

Peristiwa resonansi pada tabung resonansi digunakan untuk mengukur cepat rambat bunyi di udara, dengan rumus :
v = l x f
f = frekuensi garpu tala yang digunakan (Hz)
v = cepat rambat bunyi (m/s)
 l = panjang gelombang (m)

Jika gelombang suara merambat dalam suatu tabung berisi udara, maka antara gelombang datang dan gelombang yang dipantulkan oleh dasar tabung akan terjadi superposisi, sehingga dapat timbul resonansi gelombang berdiri jika panjang tabung udara merupakan kelipatan dari ( = panjang gelombang resonansi). Jika gelombang suara dipandang sebagai gelombang simpangan, pada ujung tabung yang tertutup akan terjadi simpul (s), tetapi jika ujungnya terbuka akan terjadi perut (p).
= n + 1
= n + 1 ; dengan n = 0,1,2,…
Jadi, = (jumlah perut sama dengan jumlah simpul)

Bila panjang kolom udara dalam tabung tidak diubah, maka hanya frekuensi-frekuensi tertentu saja yang menghasilkan resonansi. Maka persamaannya sebagai berikut :
n ; dimana n = 0,1,2,3,...lln =  

n adalah panjang gelombang resonansi. Resonansi nada dasar terjadi dengan n = 0, sedangkan n = 1,2, .. menghasilkan resonansi nada atas pertama, kedua, dst. Dalam hal ini resonansi yang terjadi sama dengan resonansi pada pipa organa tertutup.l

a.    Syarat nada dasar tabung resonansi 

Gbr fo pipa organa tertutup

Gambar gelombang


 n = 0àln = n ;untuk fo

b.    Nada atas pertama (f1)

 1 =àl1 = 1  
 f1 =àf1 =  

c.    Nada atas kedua (f2)

 2 =àl2 = 2  
 f2 =àf2 =  

Dengan demikian, untuk nilai kecepatan perambatan gelombang yang sama, akan diperoleh perbandingan antara frekuensi nada-nada pada tabung resonansi, sebagai berikut :
f0 : f1 : f2 = : : 
f0 : f1 : f2 = 1 : 3 : 5

Secara umum, bentuk persamaan frekuensi harmonik dari tabung resonansi dapat dirumuskan menjadi 
fn = v
dengan n = 0,1,2,…
Peristiwa resonansi ini banyak sekali dimanfaatkan dalam kehidupan, misalnya saja resonansi gelombang suara pada alat-alat musik. Gelombang suara merupakan mekanik yang dapat dipandang sebagai gelombang simpangan maupun sebagai gelombang tekanan.

Prosedur Pengukuran

1.    Mengusahakan mula-mula agar permukaan air dalam tabung cukup tinggi dekat dengan ujung atas dari tabung (dengan reservoir).

2.   Mengambil garputala yang frekuensinya sudah diketahui.

3.   Menggetarkan garputala yang telah diketahui frekuansinya dengan pemukul garputala. Untuk menjamin keamanan tabung gelas, melakukan pemukulan garputala jauh dari tabung.

4.   Memperhatikan saat bunyi nyaring yang pertama. Mengukur tinggi kolom dengan meteran (skala).

5.   Menurunkan terus permukaan hingga diperoleh bunyi nyaring kedua. Ukur tinggi kolom udara.

6.   Menurunkan  lagi permukaan hingga diperoleh bunyi nyaring ketiga. Mengukur tinggi kolom udara.

7.   Mencatat kedudukan permukaan air pada saat terjadi resonansi.

Cara Pembacaan Hasil Pengukuran

1.    Menuliskan persamaan resonansi.

2.   Mentukan panjang gelombang bunyi yang dihasilkan.

3.   Dari hubungan frekuensi dan panjang gelombang bunyi tersebut, menentukan cepat rambat bunyi di udara dengan menggunakan rumus

v = f x .

BAB IV

PENUTUP

4.1       KESIMPULAN

1.     Alat untuk menyelidiki frekuensi getaran senar adalah sonometer. Dalam penggunaa sonometer, frekuensi senar di pengaruhi oleh panjang senar, masa senar persatuan panjang dan tegangan pada senar yang disebabkan oleh beban.

2.     Alat Pendeteksi d/p pembalikan bunyi digunakan pada aplikasi jika tekanan yang sangat rendah diperlukan untuk pengukuran, khususnya pada nilai 0- 250 Pa.

3.     Sebuah alat ukur kebisingan disebut Sound Meter atau biasa dikenal Sound Level Meter (SLM)

4.     Tabung resonansi digunakan untuk mengukur cepat rambat bunyi di udara.

5.     Jika gelombang suara merambat dalam suatu tabung berisi udara, maka antara gelombang datang dan gelombang yang dipantulkan oleh dasar tabung akan terjadi superposisi, sehingga dapat timbul resonansi gelombang berdiri.