Seminar Fisika dan Aplikasinya 2009 Surabaya, 3 Nopember 2009
STUDI TENTANG PENGARUH PROSENTASE LUBANG TERHADAP DAYA ABSORPSI BUNYI Lea Prasetio, Suyatno, Rista Dwi Permana Sari Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak Daya absorpsi bahan, dapat dinyatakan lewat koefisien absorpsi α, yang berbeda antara satu bahan dengan bahan lainnya, karena merupakan karakter khas bahan dan akan berubah bila bahan mendapat perlakuan tertentu. Dalam penelitian ini telah dilakukan pengukuran koefisien absorpsi bahan dengan menggunakan metoda waktu dengung. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai koefisien absorpsi α tripleks 6 mm, naik bila tripleks diperforasi (diberi lubang-lubang). Dalam penelitian ini dilakukan variasi perforasi pada tripleks (dinamakan resonator lubang). Variasi pertama adalah pada prosentase lubang, yaitu prosentase lubang 1%, dan 3% yang biasa dipakai di lapangan. Untuk masing-masing prosentase lubang dilakukan juga variasi diameter lubang, yaitu 5 mm dan 10 mm. Ternyata koefisien absorpsi α tidak hanya tergantung pada luas total lubang (atau prosentase lubang), tetapi tergantung juga pada sebaran lubang pada lembaran tripleks tersebut. Jadi untuk prosentase lubang yang sama, ukuran diameter lubang ternyata mengubah koefisien absorpsi bahan. Selain itu didapatkan bahwa koefisien absorpsi ini juga tergantung pada frekuensi bunyi yang diabsorpsinya.
Kata kunci: koefisien absorpsi, perforasi, tripleks, waktu dengung, Sabine Abstract Absorption coefficient which is one of the acoustic characteristic of materials, differs from one material to the other. This absorption coefficient will also change if they experience treatments. Absorption coefficient of a 6 mm multiplex panel has been investigated using the reverberation time method. It showed that perforation done on the panel increases its value. The experiments were done with 1 % and 3 % perforation, usually found in building acoustics applications. Hole diammeters of 5 mm and 10 mm were chosen for each hole percentage. It happens that the absorption coefficient not only depends on the percentage perforation, but also on how the holes were distributed throughout the panel. Experiments showed that for a certain percentage perforation, the diammeter of the hole can change the absorption coefficient. The absorption coefficient also depends on the sound frequency.
Keywords: absorption coefficient, perforation, multiplex, reverberation time, Sabine 1. Pendahuluan Baik tidaknya bunyi yang terdengar dalam ruang tergantung dari banyak atau
sedikitnya bahan absorpsi dalam ruang tersebut. Papan tripleks dalam bangunan seringkali dilekatkan pada dinding atau langit – langit ruangan sebagai bahan absorpsi.
INS07-1
Seminar Fisika dan Aplikasinya 2009 Surabaya, 3 Nopember 2009 Namun untuk mendapatkan tingkat absorpsi bunyi yang lebih besar, maka pada tripleks tersebut diberi perlakuan – perlakuan. Perlakuan tersebut dapat berupa memberi rongga (space) antara tripleks dengan dinding, kemudian melakukan perforasi (memberi lubang – lubang) pada tripleks tersebut. Seringkali rongga udara di balik papan tripleks itu diisi bahan rockwool atau glasswool untuk memperbesar koefisien absorpsi papan tripleks tersebut. Pfretzschner dkk(1) dalam penelitian mereka menemukan bahwa untuk persen perforasi tertentu, absorpsi akan lebih efektif bila diameter lubang lebih kecil. Selain itu juga ditunjukkan bahwa tripleks yang tipis juga lebih absorptif dibandingkan tripleks yang lebih tebal. Di studio rekaman yang membutuhkan banyak absorpsi, tripleks berperforasi inilah yang banyak digunakan, sebagai ganti acoustic tiles yang mahal harganya. Dalam suatu ruang tertutup, absorpsi energi bunyi dilakukan oleh semua benda yang ada dalam ruang tersebut, termasuk tembok, atau bahkan juga udara. Besar kecilnya absorpsi bahan – bahan dinyatakan oleh koefisien absorpsi α, yang didefinisikan sebagai berikut:
Energi yang diabsorpsi Energi yang datang
(1)
Nilai koefisien absorpsi suatu bahan berbeda-beda tergantung jenis bahan, tebal bahan, ukuran pori-pori dan lainnya. Koefisien absorpsi bunyi suatu bahan yang besarnya α = 0,4 menyatakan bahwa bahan tersebut mengabsorpsi 40% dari energi bunyi yang datang padanya. Jadi bahan yang kemampuan absorpsinya besar, memiliki nilai α yang besar, sebaliknya bila kemampuan absorpsinya kecil, maka nilai α nya kecil. Ternyata koefisien absorpsi bunyi bahan berbeda-beda pada frekuensi yang berbeda. Beberapa bahan mempunyai sifat banyak mengabsorpsi bunyi berfrekuensi tinggi, namun ada pula bahan yang lebih banyak mengabsorpsi bunyi berfrekuensi rendah. Tripleks merupakan bahan yang lebih banyak mengabsorpsi bunyi berfrekuensi rendah. Untuk mendapatkan perilaku absorpsi bahan tripleks, maka dilakukan pengukuran koefisien absorpsi bahan tripleks ini.
INS07-2
2. Metodologi Eksperimen Untuk mencari nilai koefisien absorpsi bahan dapat dilakukan pengukuran dengan metoda tabung impedansi atau metoda ruang dengung. Dalam penelitian ini metoda yang digunakan adalah metoda ruang dengung. Metoda ini mahal, karena membutuhkan ruang khusus dan bahan yang akan diukur koefisien absorpsinya harus berukuran luas. Namun hasilnya lebih sesuai dengan pemakaian di lapangan dibandingkan dengan menggunakan metoda tabung impedansi. Pengukuran standar untuk mendapatkan koefisien absorpsi bahan dengan metoda waktu dengung diberikan dalam ISO 354-1985(2), namun karena persyaratan fasilitas yang tinggi dan tidak dapat diadakan, maka penelitian ini dilaksanakan berdasarkan pengalaman penelitian yang dilakukan oleh Carlisle,E.J., Hooker,R.J(3), yang menggunakan ruang dengan ukuran kecil. Dalam metoda ruang dengung ini, pada dasarnya dilakukan pengukuran waktu dengung, yang didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan bunyi untuk meluruh sebanyak 60 dB sejak bunyi dimatikan. Bahan absorpsi dalam ruang akan mempengaruhi besar atau kecilnya waktu dengung. Semakin banyak bahan absorpsi dalam ruang, maka waktu dengungnya akan semakin kecil. Hubungan antara waktu dengung, volume ruang dan absorpsi bunyi pertama kali diformulasikan oleh Sabine. Sabine mendapatkan bahwa waktu dengung T adalah: T
0,16 V A
(2)
dengan: V = volume ruang (m 3 ) A = absorpsi total ruang (m 2 Sabine) = S n n Sn = luas permukaan bahan dengan koefisien absorpsi αn (m2) αn = koefisien absorpsi bahan Dalam metoda ruang dengung mulamula diukur waktu dengung ruang kosong (bahan uji belum dimasukkan). Bahan yang akan diuji dengan ukuran luas S1 dan koefisien absorpsi α dimasukkan ke dalam ruang,
Seminar Fisika dan Aplikasinya 2009 Surabaya, 3 Nopember 2009 kemudian waktu dengung ruang (T1) diukur kembali. Dari hasil pengukuran waktu dengung ruang sebelum dan setelah diberi bahan uji, maka didapat nilai koefisien absorpsi bahan α dengan menggunakan persamaan : S T o 1 o o 1 S1 T1
Sampel yang dipakai adalah tripleks berukuran 2 m x 1 m dengan ketebalan tripleks 6 mm. Tripleks diletakkan di lantai dengan diberi kerangga berukuran 4 cm x 6 cm, sehingga antara sampel dan lantai terdapat rongga 4 cm. Tripleks juga diperforasi (lihat Gambar 2).
(3)
dengan : α = koefisien absorpsi bahan α0 = koefisien absorpsi rata-rata ruang S0 = luas permukaan total ruang (m2) S1 = luas permukaan bahan uji (m2) T0 = waktu dengung ruang sebelum bahan uji dimasukkan (sekon) T1 = waktu dengung ruang setelah bahan uji dimasukkan (sekon) 3. Hasil dan Pembahasan Pengukuran koefisien absorpsi bahan tripleks dalam penelitian ini telah dilakukan di Ruang Ukur Laboratorium Akustik Jurusan Fisika – FMIPA ITS. Ukuran ruang : 4 m x 4 m x 3 m. Dinding terbuat dari tripleks berlapis formika. Untuk membuat ruang menjadi lebih difus maka di sudut-sudut ruang didirikan papan gypsum secara acak, dan juga digantungkan papan tripleks (lihat Gambar 1).
Gambar 2 Sampel tripleks berperforasi yang diletakkan di lantai dengan rongga udara 4 cm. Pengukuran dilakukan di 6 buah titik ukur dengan ketinggian mikropon 1 m di atas lantai. Dengan luas total ruang So = 8 m2 dan luas sampel S1 = 2 m2, dan data pengukuran waktu dengung To dan T1 serta perhitungan dengan menggunakan Pers.(3) maka didapat hasil seperti pada Tabel 1 berikut. Tabel 1. Koefisien absorpsi Tripleks 6 mm tanpa perforasi dengan rongga udara 4 cm. Besaran
Gambar 1. Ruang Ukur Laboratorium Akustik Jurusan Fisika FMIPA ITS
Nilai Besaran 1K Hz 2K Hz
overall
500 Hz
4K Hz
To (s)
1,76 0,3 %
1,97 3,5 %
2,01 1,1 %
1,98 0,8 %
1,54 0,7 %
T1 (s)
1,71 1,8 %
1,94 9,2 %
2,16 4,6 %
1,67 1,7 %
1,44 1,7 %
0
0,05 0,3 %
0,05 3,5 %
0,05 1,1 %
0,06 0,8 %
0,06 0,7 %
0,07 2,4 %
0,03 16,2 %
-0,1 6,8 %
0,01 3,3 %
0,17 3,1 %
Pengukuran diulang dengan tripleks yang sama, namun dengan persentase lubang 1 % dan 3 % dan masing-masing dengan diameter lubang 5 mm dan 10 mm. Hasilnya dapat dilihat di Tabel 2 berikut ini.
INS07-3
Seminar Fisika dan Aplikasinya 2009 Surabaya, 3 Nopember 2009 Tabel 2.Koefisien absorpsi tripleks 6 mm dengan rongga udara 4 cm dan bermacammacam persentase lubang serta ukuran diameter. Sampel
overall
Koefisien Absorpsi 500 1KHz 2KHz Hz
4KHz
1
0,07 2,4 %
0,03 16,2 %
-0,1 6,8 %
0,01 3,3 %
0,17 3,1 %
2
0,45 1,9 %
0,30 28 %
1,32 3,5 %
1,00 3,5 %
0,39 2,8 %
0,47 0,9 %
0,01 12,9 %
0,87 2,3 %
0,84 3,1 %
0,48 2,1 %
0,46 1,1 %
2,37 9,9 %
1,51 10,4 %
0,71 2,7 %
0,40 2,4 %
0,45 1,2 %
0,04 9,7 %
1,31 6,7 %
0,71 3,0 %
0,46 1,7 %
0,52 1,2 %
0,05 30,5 %
1,40 5,8 %
0,66 4,9 %
0,59 2,6 %
0,56 1,9 %
-0,02 11,3 %
1,52 7,9 %
0,44 4,1 %
0,59 2,6 %
Sampel 1 : Tripleks tanpa perforasi Sampel 2 : Perforasi 1 %, diameter 5 mm Sampel 3 : Perforasi 1 %, diameter 5 mm + rockwool Sampel 4 : Perforasi 1 %, diameter 10 mm Sampel 5 : Perforasi 1 %, diameter 10 mm + rockwool Sampel 6 : Perforasi 3 % diameter 10 mm Sampel 7 : Perforasi 3 % diameter 10 mm + rockwool
Waktu dengung overall dan waktu dengung pada frekuensi tinggi ditunjukkan oleh datadata yang lebih seragam, yang ditandai oleh standar deviasi yang kecil. Pada frekuensi 500 Hz terlihat standar deviasi yang besar yang menandakan tidak tetapnya data yang diperoleh. Karena itu pembahasan selanjutnya tidak berlaku untuk frekuensi 500 Hz, walaupun data tetap ditampilkan. Secara keseluruhan, nampaknya data yang diperoleh kurang menunjukkan konsistensi. Ini menunjukkan kurang difusnya ruang. Karena itu perlu dilakukan langkah-
INS07-4
langkah perbaikan untuk meningkatkan difusitas ruang dengan memasukkan lebih banyak difuser. Dinding ruang secara kasat mata masih banyak yang paralel yang satu terhadap yang lain, yang menyebabkan mudahnya terjadi standing waves. Inilah salah satu faktor yang menyebabkan tidak difusnya medan bunyi dalam ruang pada frekuensifrekuensi tertentu. Karena itu, pembahasan selanjutnya akan didasarkan pada data overall, 2 kHz dan 4 kHz saja. Data koefisien absorpsi pada frekuensi 1 KHz menunjukkan nilai-nilai yang lebih besar dari 1. Ini menandakan bahwa dalam ruang itu terjadi difraksi bunyi frekuensi 1 KHz oleh tepi-tepi difuser yang dimasukkan dalam ruang. Karena itulah data pada 1 kHz juga tidak akan dibahas lebih lanjut. Dari data Sampel 2 dan 4 terlihat bahwa nilai absorpsi berubah walaupun persen perforasinya tetap, bila diameter lubangnya berubah. Ini berarti bahwa koefisien absorpsi bahan tidak hanya tergantung pada persen perforasi, tetapi tergantung juga pada bagaimana lubang itu tersebar dalam panel. Tampak bahwa ada kecenderungan nilai yang naik, yang tidak terjadi pada frekuensi 2 kHz. Ini menandakan bahwa sifat absorpsi bahan juga tergantung pada frekuensi. Untuk perforasi 1 % pemberian Rockwool dalam rongga udara tidak terlampau terlihat perannya, baik untuk diameter 5 mm maupun diameter 10 mm. Untuk diameter 5 mm koefisien absorpsi cenderung naik (sampel 2 dan 3), namun untuk diameter 10 mm (sampel 4 dan 5) koefisien absorpsi cenderung konstan. Dari data Sampel 4 dan 6 serta sampel 5 dan 7 terlihat bahwa persen perforasi memang mengubah daya absorpsi bahan. Bila, persen perforasi membesar maka ada kecenderungan membesarnya nilai koefisien absorpsi, namun sekali lagi tidak terjadi pada frekuensi 2 kHz. Ini menunjukkan bahwa bahan pada frekuensi 2 KHz menunjukkan perilaku yang berbeda dengan frekuensi lainnya. Ini adalah hal yang wajar, karena pada dasarnya koefisien absorpsi juga tergantung pada frekuensi. Peran bahan Rockwool tidak nampak jelas. Mungkin hal ini disebabkan karena persen perforasi yang kecil. Karena itu pengukuran patut dicoba untuk persen perforasi yang lebih besar.
Seminar Fisika dan Aplikasinya 2009 Surabaya, 3 Nopember 2009 4. Simpulan Difusitas ruang ukur perlu ditingkatkan supaya data waktu dengung yang diukur lebih konsisten. Koefisien absorpsi α tidak hanya tergantung pada luas total lubang (atau prosentase lubang), tetapi tergantung juga pada sebaran lubang pada lembaran tripleks tersebut. Untuk perforasi 1 % dan 3 %, bahan Rockwool belum berfungsi dengan baik, karena itu perlu dicoba untuk persen perforasi yang lebih besar. Selain itu didapatkan bahwa koefisien absorpsi ini juga tergantung pada frekuensi bunyi yang diabsorpsinya.
Daftar Pustaka 1. Pfretzschner,J., Sion,F., Colina.C., Acoustic Absorbent Panels with Low Perforation Coefficient, Acustica, paper ID:048,p.1-8. 2. Acoustics – Measurement of Sound Absorption in a Reverberation Room, International Standard, ISO 354-2. 3. Carlisle,E.J., Hooker,R.J., Small Chamber Reverberant Absorption Measurement”, Proceedings of ACOUSTIC, 2004, Australia
INS07-5
