Journal of Mechanical Engineering KAJI EKSPERIMENTAL PANEL PENYERAP SUARA MENGGUNAKAN IMPEDANCE TUBE KIT DUA MIKROFON Fatiya*, Mulyadi Bur**, Meifal Rusli** *Jurusan Teknik Mesin, Universitas Riau Kampus Bina Widya Km 12,5 Sp. Baru, Pekanbaru 28293 INDONESIA ** Jurusan Teknik Mesin, Universitas Andalas Kampus Limau Manis, Padang, INDONESIA
ABSTRACT The noise become a big issue/problem in the communities who have lived near the road. More the noise has effect to uncomfortable in an environment. The sound absorber is used to reducing the noise. There are mainly four types of sound absorption materials that can be used to reduce the noise where one of them is porous absorber. The sound absorption quality is represented by sound absorption coefficient ( ). If the sound absorption coefficient is 0, there is no absorption of sound. The sound absorption is more better when its coefficient approaching to 1. If sound absorption coefficient is 1, 100% of sound is absorbed by material[1]. The sound absorption coefficient in materials is defined as fraction or percentage of absorbed energy to incident energy. This experiment used an impedance tube kit to obtain frequency and sound absorption coefficient. An impedance tube kit is used in this experiment to obtain frequency and sound absorption coefficient. Result of the experiment indicated more thickness of sample absorber was gained best of the sound absorption. Based on the experiment resulted concrete block-coarse 30 mm revealed the highest absorption coefficient rate, hence it was the best alternative of material absorber to reduce the noise on road transportation. Keyword : Noise, Sound absorption, Absorption coefficient, Impendance tube kit. 1. PENDAHULUAN Akustik merupakan hal yang penting dalam perkembangan teknologi dan industri. Peralatan yang digunakan berupa sarana informasi, komunikasi, produksi, transportasi maupun hiburan umumnya menghasilkan suara-suara tidak diinginkan yang sering disebut dengan kebisingan. Material penyerap suara bertujuan untuk mengurangi level tekanan suara (SPL) dalam ruangan. Berbagai jenis bahan peredam suara dikembangkan untuk mengatasi kebisingan. Peredam suara dengan karakteristik akustik juga dibutuhkan untuk menciptakan kenyamanan bagi pengguna. Kebisingan suara dapat diminimalisir dengan menggunakan material yang memiliki tingkat peredaman suara tinggi. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui harga pengurangan kebisingan suara. Koefisien penyerapan suara dan nilai impedansi normal didapatkan dengan cara melakukan eksperimen menggunakan impedance tube kit dua mikrofon sesuai standar ASTM E1050 dengan menggunakan metode fungsi transfer.
Kebisingan membuat ketidaknyamanan dalam lingkungan yang membutuhkan ketenangan seperti sekolah, rumah sakit, dan lain-lain. Bangunan umumnya menggunakan dinding berbahan dasar semen, pintu yang terbuat dari kayu, serta langitlangit bangunan yang terbuat dari triplek. Pertimbangan ini yang menghasilkan dasar pemikiran untuk menggunakannya sebagai sampel pengujian dalam pengurangan kebisingan suara. Perancangan penyerap suara menggunakan material tersebut karena harga bahan baku yang murah, mudah didapatkan, sering digunakan sebagai pembatas bangunan serta mampu menyerap suara. Pengujian dilakukan pada keadaan tanpa ada suara gangguan dari luar. Temperatur dan kelembapan dianggap konstan selama pengujian. 2. KONSEP DASAR PENYERAPAN SUARA Kebisingan suara yang tidak diinginkan umumnya berasal dari berbagai macam mesin yang dikembangkan untuk tujuan industri dan transportasi, pergerakan udara, gas, dan fluida, 1
getaran akibat benturan, gesekan, dan ketidakseimbangan mesin. Kebisingan suara dapat diserap oleh material penyerap suara dan sebagian terpantulkan. Ada empat jenis material penyerap suara yaitu penyerap berpori, Helmholtz resonator, penyerap membran, penyerap panel berlubang. Koefisien penyerapan suara pada teori Sabine merupakan perbandingan antara intensitas suara yang tidak dipantulkan dengan intensitas suara insiden. Konsep dari penyerapan Sabine tidak hanya untuk mentransformasi sumber suara ke energi panas (disipasi). Penyerapan suara berlangsung di belakang proses disipasi dimana energi ditransmisikan ke sisi yang lain dari material dan dilanjutkan ke bagian penyerap suara. Ada dua kasus penyerapan suara yang terjadi yaitu proses disipasi saja atau proses transmisi saja. Energi penyerapan dan pemantulan tergantung dari material penyerap suara. Saat energi insiden yang diserap 15% dan energi terpantulkan 85%, maka koefisien penyerapannya adalah 0.15. 2.1 Teknik Pengukuran Koefisien Penyerapan Teknik pengukuran didasari pada prinsip intensitas suara, prinsip insiden suara acak, dan insiden suara normal. Metode pengukuran intensitas suara dilakukan dengan cara menggunakan prinsip pengkonversian energi. Prinsip pengukuran secara acak dilakukan dengan cara merata-ratakan ( ) dari ruang reverberation. Prinsip pengukuran dengan teknik insiden normal terbagi dua yaitu metode standing wave dan metode fungsi transfer. Metode standing wave menggunakan satu sensor mikrofon yang diposisikan pada bagian tengah tabung. Koefisien penyerapan pada metoda standing wave merupakan perbandingan tekanan suara maksimum dan minimum dari gelombang suara. n
H12 e jks j 2 k (l s ) r jks e e H12 k
2 f c
1 r
2
3. METODOLOGI Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 3.1. Mulai Perumusan Masalah Perancangan Tabung Impedansi Pembuatan Alat Uji Tabung Impedansi Pengujian Material Penyerap Suara Pengambilan Data dan Perhitungan Koefisien
Analisis dan Pembahasan Selesai Gambar 3.1 Diagram alir pengujian
A B
Pmax Pmin A B
Metode fungsi transfer menggunakan dua atau tiga sensor mikrofon. Koefisien penyerapan dihitung dari fungsi transfer (H12) . H12
Koefisien pemantulan ( r ) dan koefisien penyerapan suara ( ) pada metode fungsi transfer dapat dihitung sesuai persamaan berikut [2]:
p1 p2
3.1 Material Penyerap Suara Jenis material penyerap suara ini berbentuk panel berpori. Ketebalan material penyerap dari semen acian, semen non acian dan kayu adalah 10 mm, 20 mm, dan 30 mm. Ketebalan penyerap suara dari triplek yaitu 2 mm, 5 mm, dan 7 mm. 2
(a)
(b)
Gambar 3.2 (a) Sampel semen acian putih dan semen non-acian (b) Sampel kayu dan triplek 3.2 Skema Pengujian
Gambar 3.3 Skema peralatan pengujian 4. ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian setiap sampel dapat dilihat pada Gambar 4.1. Koefisien penyerapan dipengaruhi oleh koefisien pemantulan suara dari material penyerap. Koefisien pemantulan suara dapat dihitung dari fungsi transfer (H12). Fungsi transfer merupakan perbandingan tekanan suara insiden dengan tekanan suara hasil pemantulan. Tekanan suara didapatkan dari amplitudo yang dibagi dengan sensitivitas mikrofon, sehingga koefisien suara ditentukan oleh amplitudo. Hasil pengujian membuktikan bahwa material penyerap yang tebal akan mempengaruhi peredaman suara. Koefisien penyerapan suara dari keseluruhan sampel berkisar antara 14%-21%. Koefisien material akan semakin tinggi jika material penyerap suara semakin tebal. Material yang lebih tebal akan memiliki lebih
banyak celah ruang berpori dan serat. Parameter yang membedakan kemampuan material untuk menyerap suara adalah frekuensi saat penyerapan suara. Koefisien penyerapan dari sampel uji perlu dipolinomialkan untuk melakukan pendekatan terhadap pola dari koefisien penyerapan referensi. Koefisien determinasi (R2) pada referensi bernilai rendah karena polinomial kuadratik diambil berdasarkan frekuensi standar. Koefisien penyerapan rata-rata terjadi pada sampel uji yang terbuat dari semen non-acian lebih tinggi dibandingkan sampel uji acian pada ketebalan yang sama. Koefisien penyerapan rata-rata sampel non-acian berkisar antara 19%-21% dari suara insiden. Material peredam suara acian mampu menyerap suara sekitar 15%-19%. Material yang paling baik menyerap suara dari keseluruhan hasil uji adalah semen non-acian dengan ketebalan 30mm sehingga diharapkan mampu meredam suara kebisingan dari transportasi. Penyerapan yang tinggi pada sampel non-acian dibandingkan sampel acian diakibatkan oleh adanya tambahan pasir. Campuran pasir didalam semen akan membuat sampel uji menjadi memiliki lebih banyak pori, sehingga gelombang suara yang merambat akan masuk kedalam lubang pori. Energi suara yang terperangkap akan terdisipasi akibat gesekan dengan dinding berpori dari semen non-acian. Hasil pengujian yang menunjukkan bahwa kayu memiliki koefisien penyerapan rata-rata antara 16%-18% dari suara insiden, sedangkan triplek hanya 14%-15% dari insiden. Kayu memiliki serat alami lebih banyak dibandingkan triplek akibat pengaruh ketebalan sampel. Serat berpori diafeksikan dengan densitas, ketebalan, rongga udara di belakang material dan perlakuan terhadap permukaan material penyerap suara. Frekuensi dapat mempengaruhi tingginya koefisien penyerapan rata-rata. Frekuensi yang tinggi membuat material penyerap suara sulit untuk meredam kebisingan. Keadaan ini diindikasikan dengan nilai koefisien penyerapan untuk semua hasil uji mengalami penurunan pada frekuensi tinggi. Pengujian menggunakan tabung impedansi dua mikrofon mengalami beberapa masalah dalam pengolahan sinyal. Permasalahan yang terjadi akibat pergeseran pada titik puncak frekuensi yang 3
cukup besar. Pergeseran titik puncak frekuensi disebabkan oleh sampling rate yang sangat kecil, memory length yang kecil, dan waktu pencuplikan sinyal yang singkat. Tahapan yang dilakukan untuk mengatasi permasalahan ini yaitu dengan cara menambahkan fungsi zero padding pada fungsi FFT. Sinyal gelombang suara dapat dipertajam dengan menggunakan fungsi windows. Fungsi window yang digunakan dalam pengujian adalah window hanning. Kendala pengujian lainnya adalah adanya celah udara di belakang sampel 10 mm dan 20 mm. Penyebab adanya celah udara adalah suaian paksa pada rigid plunger sehingga tidak dapat digeser untuk menempel dengan sisi belakang sampel.
(b)
(c)
(a)
(d) Gambar 4.1 Koefisien penyerapan suara sampel (a) semen acian b) non-acian (c) kayu (d) triplek 4
5. PENUTUP
[6]
Cox, T.J, D’Antonio P. (2004b). “Acoustic Absorbers and Diffusers”. SPON Press.Taylor& Francis Group. pp 58-67.
[7]
Cremer L, Muller H.A. (1982). “Principles and Application of Room Acoustics”. Vol 1. Applied Science Publishers London. pp 139141.
[8]
Dimon M, Ula M, dkk. (2006).” The Study Of Normal Incidence Sound Absorption Coefficience (Sound Absorption) Of Wood Circular Perforated Panel (CPP) Using Numerical Modelling Technique”. Department of Radio and Communication Engineering.
[9]
Eung L.Y , Joo C.W. (2003). “Sound Absorption Properties Of Recycled Polyester Fibrous Assembly Absorbers”. AU TEX Research Journal, 3(2).
[10]
Everest F.A. (1994). ”The Master Handbook of Acoustics”. TAB Books 3rd edition. New York.
5.1 Kesimpulan 1. Faktor yang paling mempengaruhi koefisien penyerapan suara adalah frekuensi dari suara dan campuran material tertentu kedalam sampel seperti pasir. 2. Faktor yang mempengaruhi pengujian adalah perancangan dimensi tabung, jumlah data, ketepatan puncak frekuensi, dan rongga udara di belakang sampel. 3. Semakin tebal sampel penyerap suara, semakin baik pula peredaman terhadap kebisingan. 4. Sampel semen acian memiliki koefisien penyerapan rata-rata antara 15%-19%. 5. Semen non-acian ketebalan 30mm memiliki koefisien penyerapan suara rata-rata paling tinggi yaitu 21.7% dari suara insiden sehingga cukup baik untuk meredam kebisingan transportasi. Hal ini dipengaruhi oleh campuran 50% pasir ke dalam semen. 6. Sampel kayu memiliki koefisien penyerapan rata-rata antara 16%-18%. 7. Sampel triplek memiliki koefisien penyerapan rata-rata antara 14%-15%. DAFTAR PUSTAKA [1]
Khuriati A. (2006). ” Disain Peredam Suara Berbahan Dasar Sabut Kelapa dan Pengukuran Koefisien Penyerapan Bunyinya”. Vol.9, No.1, Januari 2006, pp 1525.
[2] Muehleisen T. R. (2009). “Measurement of the Acoustic Properties of Acoustic Absorbers”. Civil, Architectural, and Environmental Engineering. [3] Arjunan R. (2007). “Vibroacoustic Parametric analysis of honeycomb composite fusulage for improved transmission loss”. University of Madras. [4] Cowan J. (2000). ”Architectural Acoustics – Design Guide”. Mc Graw Hill. New York. pp 25. [5]
Cox, T.J, D’Antonio P. (2004a). “Acoustic Absorbers and Diffusers”. SPON Press. Taylor& Francis Group. pp 129-131.
[11] Jayaraman K.A. (2005). ”The Acoustical Absorptive Properties of Nonwovens”. Faculty of North Carolina State University, USA. [12]
Lawrence, A. (1970). “Architectural Acoustics”. Applied Science Publishers. London.
[13] Maekawa Z, Lord P. (1994). ”Environmental and Architectural Acoustics”. E & FN SPON. London. pp 11-12. [14] Nurkholis M. (2011). ”Primbon Sound Quality”. Studio nol satu, Jakarta. Rauscher C. (2001).”Fundamental of Spectrum Analysis”. Rohde Schwarz, München, Germany. [16] Seybert F.A (2010).“Notes on Absorption and Impedance Measurements”. University of Kentucky. Lexington, KY, USA. [15]
[17] Wren J. (2010). “what is the difference between microphone types”. Prosig Noise and Vibration blog.
5
