Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabtu, 21 November 2015 Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
ANALISIS KOEFISIEN SERAP SUARA PADA SERBUK DAUN MAHONI DENGAN VARIASI KOMPOSISI ULYA SANTA A.1*, TOFAN TRIA S. 2, MASTURI1, IAN YULIANTI1 1)
Fakultas Pendidikan Fisika, PPs Universitas Negeri Semarang Jl. Bendan Ngisor, Sampangan, Semarang 50233 2) SMK 1 Pemuda Balong, Ponorogo, 63461
Abstrak.Tumbuhan mahoni (Swietenia mahagoni) tergolong ke dalam tumbuhan dengan jenis kayu yang kuat dan keras, sehingga tumbuhan mahoni dikenal sebagai bahan bangunan terbaik kedua setelah tumbuhan jati. Tidak hanya kualitas yang layak diperhitungkan, tetapi juga harga kayu yang lebih bersahabat dengan kantung masyarakat Indonesia. Para ahli kini mulai melirik keberadaan tumbuhan tersebut seiring dengan nilai guna yang berbeda dari biasanya, yakni sebagai bahan akustik. Eksistensi batang mahoni sebagai bahan akustik mengurangi kuantitas mahoni sebagai salah satu tumbuhan penghasil oksigen bagi makhluk hidup lainnya. Para peneliti mulai memikirkan jalan keluar untuk tetap menyediakan kebutuhan bahan akustik yang mulai meningkat namun tetap melestarikan keberadaan tumbuhan mahoni. Solusi yang dihadirkan adalah memanfaatkan daun mahoni yang diolah menjadi serbuk kemudian direkatkan menggunakan polimer dan air. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis koefisien serap suara yang dimiliki oleh daun mahoni dengan variabel bebasnya yakni perbedaan massa komposisi dan jarak sound level meter terhadap speaker kemudian daya serap yang dihasilkan sebagai variabel terikat. Sound level meter digunakan sebagai alat untuk mengukur taraf kebisingan yang dihasilkan oleh speaker. Hasil penelitian ini adalah serbuk daun mahoni yang dikombinasikan dengan polimer dan air cocok menjadi bahan peredam suara dalam ruang. Kata kunci :Daun Mahoni, Koefisien Serap Suara, Variasi Komposisi,
Abstract.Mahogany plant (Swietenia Mahagoni) belongs to the plants with this type of wood is strong and hard, so that the mahogany plants are known as the best building materials both after the plant teak. Not only the quality to be reckoned with, but also the price of wood is more friendly to the pockets of Indonesian society. Experts now begin to look where the plant is in line with the value of a different order than usual, namely as acoustic material. The existence of stem mahogany as acoustic materials reduce the quantity of mahogany as one of the oxygen-producing plants for other living creatures. The researchers began to think of a way to continue to provide the needs of the acoustic material is starting to increase, but still preserve the existence of the plant mahogany. The solution presented is utilizing mahogany leaves are processed into a powder and then glued together using a polymer and water. The purpose of this study is to analyze the sound absorption coefficient which owned by leaf mahogany, with a free variable are the difference of composition and sound level meter’s distance to the speaker, and than absorption mass produced as the dependent variable. Sound level meter is used as a tool to measure the level of noise generated by the speaker. The results of this study are mahogany leaf powder combined with a polymer and water efffectiveas a sound dampening material in space. Keywords :mahogany leaf, sound absorption coefficient, variation materials
*
email :
[email protected] FL-23
FL-24
Ulya Santa, dkk
1. Pendahuluan Peningkatan jumlah penduduk menyebabkan peningkatan polusi. Tidak hanya polusi udara yang semakin meresahkan, tetapi juga polusi suara, air maupun tanah. Salah satu polusi yang semakin meresahkan adalah polusi suara atau yang biasa disebut dengan kebisingan. Kebisingan diartikan sebagai tingkat suara dengan intensitas melebihi batas ambang pendengaran manusia. Beberapa dampak yang ditimbulkan oleh kebisingan adalah a) dampak terhadap fisik: berkurangnya daya penedengaran yang dimiliki oleh manusia, b) dampak terhadap fisiologis: munculnya gangguan jantung, sulit bernafas, munculnya darah tinggi dan sulit tidur, c) dampak terhadap psikologis: kebisingan akan mudah memunculkan emosi, kecemasan hingga depresi, dan d) dampak berkurangnya kelancaran aktivitas: yakni mengakibatkan pengulangan kegiatan karena berkurangnya daya konsentrasi (Ozdemir, et al. 2014) dan meningkatnya stress kerja (ardiansyah, et al. 2013) Suatu kebisingan dapat terjadi di luar maupun dalam ruangan. Kebisingan tidak dapat dihilangkan namun dapat dikurangi intensitasnya. Suatu kebisingan di luar ruangan dapat dikurangi dengan penanaman tanaman yang rindang, sehingga ketika gelombang suara menumbuk daun, ranting dan batang energi gelombang akan berkurang. Keberadaan tanaman tersebut tidak hanya sebagai sumber penghasil oksigen, penghias alam namun juga sebagai peredam kebisingan yang diakibatkan oleh suara mesin kendaraan, sirine, dan suara yang berasal dari arena hiburan, pabrik, pasar dan lain-lain. Berdasarkan hal tersebut, keberadaan tanaman taman kota sangat berguna untuk keseimbangan ekosistem dan untuk kesehatan manusia. Jika keberadaan tanaman pada taman ku solusi pengurangan kebisingan luar ruanga, kebisingan dalam ruanga juga memiliki pemecahan solusi tersendiri. Untuk meningkatkan kenyamanan dalam ruang, kebisingan tersebut dapat diminimalisir dengan penggunaan peradam suara. Umunya peredam suara terbuat dari bahan berpori, berserat halus atau busa (Nugroho, et al. 2013). Dari ketiga bahan tersebut, yang biasa menjadi pilihan untuk menjadi bahan akustik adalah bahan berpori. Hal ini didasarkan pada suatu alasan bahwa ketika energi bunyi datang dan menumbuk material, maka energi tersebut akan terserap oleh bahan dan dikonversikan menjadi energi yang lain, misalnya saja energi panas (Khotimah, et al. 2014). Material berpori yang telah lama digunakan sebagai bahan akustik adalah glasswool dan rockwool (Fachrul, et al. 2011), namun keduanya memiliki harga yang mahal. Mahalnya harga glasswool dan rockwool mendorong para peneliti untuk mencari alternatif berbahan dasar alami yang memiliki kemampuan serap suara yang efektif guna mengurangi kebisisngan dalam ruang. Untuk mengantisipasi penggunaan kedua bahan tersebut, telah hadir inovasi untuk menggunakan bahan alam sebagai bahan baku pembuatan peredam suara, yakni terbuat dari kayu yang berkualiatas bagus (pinus, mahoni, dan lain-lain). Kayu tersebut diolah hingga berbentuk serbuk atau bubuk yang kemudian direkatkan
Analisis Koefisien Serap Suara pada Serbuk Daun Mahoni dengan Variasi Komposisi
FL-25
menggunakan polimer alami maupun sintesis. Meningkatnya penggunaan bahan kayu menimbulkan suatu permasalahan baru, yakni berkurangnya tumbuhan penghasil oksigen. Di Indonesia, tumbuhan mahoni (Swietenia mahagoni) biasa ditanam di tepi jalan guna untuk mengurangi permasalahan polusi udara maupun suara. Pada batang mahoni telah teruji daya serap suara (koefisien serap suara) yang dimiliki. Untuk mengatasi peningkatan penggunaan batang mahoni sebagai bahan akustik, perlu adanya suatu solusi untuk memanfaatkan bagian lain dari tumbuhan mahoni, yakni daun mahoni. Pengguanaan daun mahoni didasarkan karena tumbuhan tersebut memiliki daun yang lebat, mudah tumbuh di daerah tropis dan pada masyarakat awam daun mahoni kering hanya dikumpulkan dan kemudian dibakar. Pembakaran tersebut memunculkan permasalahan baru yakni pencemaran udara. Sehingga tepat jika pemanfaatan daun mahoni menjadi suatu solusi bahan akustik. Kualitas bahan akustik ditunjukkan dengan harga α (koefisien penyerapan bahan terhadap bunyi), yang menunjukkan perbandingan antara energi yang diserap oleh suatu bahan terhadap keseluruhan energi bunyi ketika menumbuk suatu material. Semakin besar nilai α makin semakin baik kualitas bahan peredam suara. Nilai α berkisar 0-1. Jika α bernilai 0 maka tidak ada suara yang dapat terserap, namun jika α bernilai 1 maka bunyi yang datang 100% terserap. 2. Metode Penelitian Alat yang digunakan sebagai sampel dalam penelitian ini antara lain: 1) ruang uji denga volume 15 cm x 15 cm x 30 cm yang digunakan sebagai tempat isolasi suaradalam penelitian, 2) audio frekuensi generator, yang berfungsi sebagai alat untuk mengatur frekuensi, 3) sound level meter, sebagai alat pendeteksi kebisingan yang dihasilkan dengan batas130 dB, 4) penggaris, yang berguna untuk menghitung jarak antara ujung sound level meter dan speaker, 5) speaker, sebagai sumber suara. Bahan yang digunakan adalah serbuk daun mahoni, polimer PVac sebagai perekat dan air. Terdapat beberapa variabel pada penelitian tersebut, yakni a) variabel kontrol yakni jenis komposisi yang digunakan (serbuk daun mahoni, polimer dan air), polimer yang digunakan, ketebalandan massa total, b) variabel terikat yang diteliti pada penelitian tersebut adalah taraf kebisingan dan c) variabel bebas yakni perbedaan perbandingan komposisi dan letak sound level meter terhadap speaker yang digunakan (mengahadap speaker dan membelakangi speaker berjarak 20cm) Pada penelitian ini, serbuk daun mahoni diperoleh dengan mengambil daun yang sudah kering dan dihaluskan menggunakan blender. Serbuk daun mahoni yang sudah siap digunakan, kemudian dicampur dengan polimer dan air dengan perbandingan sebagai berikut:
FL-26
Ulya Santa, dkk
Sampel A B C D
Tabel 1. Perbandingan komposisi antara serbuk, polimer dan air Bahan Perbandingan Komposisi Serbuk daun Polimer Air Serbuk Polimer Air (gr) (gr) (gr) daun 25 50 25 1 2 1 25 25 50 1 1 2 33,3 33,3 33,3 1 1 1 50 25 25 2 1 1
Ketiga bahan tersebut dicetak menjadi persegi panjang dengan ukuran 0,8cm x 14cm x 30cm, dijemur hingga sampel menjadi kering. Ketika proses pengujian, sampel diletakkan pada dua sisi dinding ruang uji yang saling berhadapan dengan pengukuran dilakukan pada rentang frekuensi 100-10.000Hz yakni 100Hz, 500Hz, 1.000Hz, 5.000Hz dan 10.000Hz. Frekuensi yang dikeluarkan melalui speaker, kemudian sound level meter akan mengukur taraf kebisingan yang dihasilkan. Penghitungan untuk menentukan koefisien serap suara yang dihasilkan dapat menggunakan persamaan: TI = 10 log ⁄ (1) (2) dengan: TI = Taraf intensitas yang terukur I = Intesnsitas yang terhitung
X α
= Ketebalan sampel = Koefisien serap suara
3. Hasil dan Pembahasan Berdasarkan empat sampel yang telah dibuat, sampel D merupakan sampel yang tak dapat digunakan, karena jika perbandingan komposisi antara serbuk : polimer : air adalah 2:1:1, maka sampel akan rapuh karena polimer tidak mampu mengikat serbuk daun mahoni yang jumlahnya dua kali lipatnya. Berdasarkan hal tersebut, menyebabkan tiga jumlah sampel yang digunakan, yakni A, B dan C. Tabel 1 merupakan hasil penelitian. Tabel 1. Hasil penelitian koefisien serap suara SLM MENGHADAP SPEAKER
SLM MEMBELAKANGI SPEAKER KOMPOSISI A
100 α 0,00085
500 -0,18
Frekuensi (Hz) 1.000 5.000 0,51 0,39
100 α 0,076
500 -0,32
Frekuensi (Hz) 1.000 5.000 0,12 0,19
100 α 0,197
500 -0,34
Frekuensi (Hz) 1.000 5.000 0,26 0,21
10.000 100 0,12 α -0,0038 KOMPOSISI B
500 -0,21
Frekuensi (Hz) 1.000 5.000 0,06 0,15
10.000 0,086
10.000 100 0,15 α 0,026 KOMPOSISI C
500 -0,25
Frekuensi (Hz) 1.000 5.000 0,0017 0,167
10.000 0,29
10.000 0,029
500 -0,21
Frekuensi (Hz) 1.000 5.000 -0.039 0,049
10.000 0,19
α
100 0,22
Analisis Koefisien Serap Suara pada Serbuk Daun Mahoni dengan Variasi Komposisi
FL-27
Secara terperinci, hasil penelitian dapat disajikan menggunakan grafik. α 1
0,2
(
α
0,5 0
0,51
0,18 -0,18
-0,5
0,39
( 0,12
0 0,0038
0,06 -0,21
0,15
0,086
-0,2 -0,4
Frekuensi (Hz)
Frekuensi (Hz)
Gambar 1. Hasil penelitian komposisi A dengan a) sound level meter menghadap speaker, b) sound level meter membelakangi speaker
Pada penelitian ini, perbandingan komposisi serbuk daun mahoni : polimer : air adalah 1:2:1, sehingga pada komposisi A massa polimer adalah dua kali lipat dari massa air dan serbuk daun mahoni. Massa polimer yang mendominasi menyebabkan seluruh permukaan sampel tertutupi oleh polimer, yang menyebabkan memperkecil rongga udara. Sampel yang memiliki kolom udara yang sedikit, sehingga pada sampel A memiliki kerapatan yang cukup besar. Besarnya tingkat kerapatan sampel, cukup untuk mengubah gelombang bunyi yang datang menjadi panas. Kerapatan sampel yang dimiliki mempengaruhi besar kecilnya nilai koefisien serap suara. Berdasarkan hasil penelitian, dapat terlihat pada nilai koefisien serap suara pada komposisi A, di frekuensi yang rendah (100Hz) nilai koefisien relatif sangat kecil, kemudian nilainya semakin menurun pada frekuensi 500Hz dan kemudian naik secara perlahan naik seiring peningkatan frekuensi suara. Pada frekuensi tinggi (1.000 Hz) nilai koefisien merurun, namun penurunan tersebut dapat diabaikan karena penurunan nilai koefisien tersebut tidak signifikan. Berdasarkan hasil penelitian pada gambar 1, terdapat nilai koefisien serap suara yang bernilai negatif, yakni -0,18 /mm pada frekuensi 500 Hz pada sound level meter yang menghadap speaker, -0,0038/mm (100Hz) dan -0,21 (500Hz) dengan sound level meter yang membelakangi speaker. Tanda negatif tersebut mengartikan bahwa tidak ada kebisingan yang dapat diserap oleh sampel, bahkan terdapat penambahan taraf intensitas. Hal ini menunjukkan bahwa sampel A tidak cocok apabila digunakan untuk meredam suara ruangan pada frekuensi 500Hz. Nilai koefisien serap suara rata-rata pada sampel A adalah 0,22/mm, sehingga tepat jika digunakan sebagai bahan akustik untuk frekuensi tinggi (1.000-10.000Hz).
FL-28
Ulya Santa, dkk
α
α
(
(0,4
0,5 00 0 0,076
0 -0,32 0
-0,5 Frekuensi (Hz)
0 0,12 0
0 0,19 0
0 0,15 0
0,2 0,29 0 0,026 0,0017 0,167 -0,25 -0,2 -0,4 Frekuensi (Hz)
Gambar 2. Hasil penelitian komposisi B, a) sound level meter menghadap speaker b) sound level meter membelakangi speaker
Pada penelitian ini, perbandingan sampel komposisi serbuk : polimer : air adalah 1:1:2, sehingga perbandingan air lebih banyak jika dibandingkan dengan serbuk daun mahoni dan polimer. Jumlah massa air yang mendominasi menyebabkan lebih banyak rongga (pori-pori) terbentuk pada sampel. Hal ini menyebabkan gelombang suara akan lebih banyak yang menerobos atau terserap oleh sampel, sehingga banyak suara yang mampu menerobos sampel. Berdasarkan grafik terlihat bahwa bahwa sampel dengan komposisi B, pada frekuensi rendah (100 Hz) memiliki koefisien serap suara yang relatif kecil yakni 0.076Hz dan kemudian menurun hingga -0,32/mm pada frekuensi 500 Hz pada sound level meter yang menghadap speaker dan -0,25/mm pada frekuensi 100-500Hz pada sound level meter yang membelakangi speaker yang kemudian nilai koefisien serap tersebut naik hingga bernilai positif. Nilai negatif pada peneltian tersebut menunjukkan batas kemampuan sampel untuk menyerap suara yang diterima, sehingga sampel B tidak cocok jika digunakan untuk menyerap suara pada frekuensi 500Hz. Nilai rata-rata koefisiean serap suara yang dihasilkan oleh sampel B adalah 0,15/mm. jika sampel B dibandingkan dengan sampel A untuk frekuensi tinggi (1.000Hz10.000Hz),sampel A lebih cocok untuk digunakan pada frekuensi tinggi.
Analisis Koefisien Serap Suara pada Serbuk Daun Mahoni dengan Variasi Komposisi
α
α 0,4
( 0,2
( 0,4 0,197
0,26
0 -0,2
FL-29
-0,34
-0,4 Frekuensi (Hz)
0,2
0,21 0,029
0 -0,2 -0,4
0,22 -0,21 -0,039
0,049 0,19
Frekuensi (Hz)
Gambar 3. Hasil penelitian komposisi C, a) sound level meter menghadap speaker b) sound level meter membelakangi speaker
Pada penelitian sampel C, perbandingan komposisi serbuk : polimer : air adalah 1:1:1. perbandingan yang proporsional membentuk pori-pori yang tidak terlalu banyak, sehingga menghasilkan nilai koefisien serap suara yang tinggi yakni sebesar 0,197/mm untuk sound level meter yang menghadap speaker dan 0,22/mm untuk sound level meter yang membelakangi speaker. Layaknya pada sampelsampel sebelumnya, terdapat nilai koefisisen serap suara yang bernilai negatif yakni -0,34/mm pada frekuensi 500Hz untuk sound level meter yang menghadap speaker dan -0,21 (untuk 500Hz) dan -0,039 (untuk 1000Hz) pada sound level meter yang membelakangi speaker. Hal ini menunjukkan bahwa komposisi C tidak cocok jika digunakan pada frekuensi 500Hz – 1000Hz. Nilai koefisiesn serap suara paling tinggi yang dimiliki oleh sampel C terjadi pada frekuensi yang rendah, yakni pada frekuensi 100Hz pada kedua posisi sound level meter terhadap speaker. Berdasarkan ketiga sampel tersebut, semakin besar kerapatan yang dimiliki suatu material maka semakin meningkat koefisien serap suara (Sim,et al. 2014). Koefisien serap suara hasil penelitian dapat dibandingkan dengan pemanfaatan batang pohon mahoni sebagai bahan akustik Tabel 2. Perbandingan koefisien serap suara serbuk daun terhadap batang pohon mahoni Koefisiesn Serap Suara Serbuk Daun Mahoni Batang Pohon Mahoni Komposisi A 0,22 Komposisi B 0,153 0,068 Komposisi C 0,208
Berdasarkan tabel 2, penggunaan serbuk daun mahoni dapat dimanfaatkan untuk menggantikan batang pohon mahoni sebagai bahan akustik. Hal ini disebabkan nilai koefisien pada serbuk daun mahoni yang lebih baik jika dibandingkan dengan penggunaan batang pohon mahoni.
FL-30
Ulya Santa, dkk
4. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah diperoleh, maka komposisi A dan B adalah cocok untuk frekuensi 1.000-10.000 Hz, namun untuk komposisi C lebih efektif jika digunakan pada frekuensi rendah (0-100Hz). Ucapan terima kasih Ucapan terima kasih disampaikan kepada Allah dan orang tua yang telah meridhoi pelaksanaan penelitian, Dosen Pembimbing yang senantiasa memberikan arahan kepada penelitian dan seluruh pihak yang terlibat dalam penelitian hingga penulisan makalah ini, sehingga pelaksanaan penelitian hingga penulisan makalah dapat berjalan lancar tanpa ada hambatan yang berarti. DaftarPustaka L. Karlinasari, D.S. Nawawi, M. Widyani, Bionatura-Jurnal Ilmu-ilmu Hayati dan Fisik, 14, November 2010. K.Khusnul, Susilawati, H.Soeprianto, jurnal penelitian pendidikan IPA (JPPIPA), Januari 2015 S.W. Nugroho, K. Diharjo, D.A. Himawanto, Sutrisno, Agri-tek, Maret 2013 J.S.T. Sim, R. Zulkifli, M. F. Mat Tahir, A.K. Elwaleed, Applied Mechanics and Materials, 2014 M.R. Ardiansyah, J. Salim, W. Susihono. Jurnal Teknik Industri , Maret 2013.
