PENGARUH PENAMBAHAN JARAK TERHADAP SUMBER BUNYI BIDANG DATAR BERBENTUK LINGKARAN Agus Martono1, Nur Aji Wibowo1,2, Adita Sutresno1,2,* 1
Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika 2 Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana
Jl. Diponegoro52-60 Salatiga Jawa Tengah 50711
Abstrak Sumber bunyi bidang datar berbentuk lingkaran mengalami pengurangan tingkat tekanan bunyi kurang dari 3 dB untuk jarak pendengar lebih kecil dari jari-jari sumber bunyi sedangkan untuk jarak pendengar lebih besar dari jari-jari sumber bunyi, pengurangan tingkat tekanan bunyi berkisar 6 dB. Berdasarkan teori tersebut, sumber bunyi lingkaran dibuat seperti dinding dan ditengah-tengah dinding dibuat sebuah jendela lingkaran yang dimaksud ketika dilalui bunyi akan menghasilkan sebuah efek bentuk perambatan yang berupa lingkaran. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh penambahan jarak terhadap penurunan tingkat tekanan bunyi untuk beberapa frekuensi (850 Hz, 1000 Hz, 1250 Hz dan white noise). Dari hasil pengukuran didapatkan bahwa penambahan jarak mempengaruhi penurunan tingkat tekanan bunyi dimana untuk jarak pengukuran lebih kecil dari jari-jari sumber bunyi akan mengalami penurunan dibawah 3 dB, sedangkan untuk jarak pengukuran yang hampir sama dengan jari-jari sumber bunyi penurunan tingkat tekanan bunyi mendekati penurunan sumber garis dan untuk jarak pengukuran lebih besar dari jari-jari sumber bunyi akan mengalami penurunan tingkat tekanan bunyi seperti sumber titik. Kata kunci : Sumber Bunyi Bidang Datar Berbentuk Lingkaran, Kebisingan
* Alamat kontak:
[email protected] 1. PENDAHULUAN Kehidupan kita sehari-hari tidak dapat dilepaskan dari adanya bunyi, terlebih dijalan raya yang dipenuhi oleh kendaraan bermotor. Kendaraan-kendaraan tersebut akan terus menerus mengeluarkan bunyi sehingga akan menyebabkan suasana jalan raya sangat berisik. Secara langsung bunyi yang dihasilkan oleh kendaraan-kendaraan bermotor tersebut akan terdistribusi dengan kekuatan yang sama ke segala arah[1], sehingga akan mengenai benda dan bangunan yang terletak disekitarnya. Ketika bunyi merambat dan mengenai salah satu bangunan berupa rumah, bunyi akan langsung masuk kedalam rumah melalui jendela. 1
Bentuk jendela disini bermacam-macam seperti bujur sangkar, persegi panjang, dan lingkaran. Saat bunyi melewati jendela tersebut maka bunyi akan menghasilkan efek bentuk (pola) perambatan bunyi yang berbeda-beda pula. Sebagai contoh saat bunyi masuk melalui jendela yang berupa lingkaran maka efek bentuk perambatannya berupa lingkaran dan dapat dikatakan sebagai sebuah sumber bunyi bidang datar berbentuk lingkara. Sumber bunyi bidang datar berbentuk lingkaran ini akan mengalami pengurangan tingkat tekanan bunyi terhadap pendengar. Bunyi yang dihasilkan oleh sebuah kereta api atau kendaraan disebuah terowongan yang menyebarkan bunyi menuju bukaan terowongan merupakan contoh dari sumber bunyi berbentuk lingkaran. Dimana tingkat itensitas bunyi dan tingkat tekanan bunyi keduanya akan tergantung pada jarak dari sumber bunyi.[2] Secara teoritis untuk jarak sumber bunyi dengan pendengar (d) kurang dari jari-jari sumber bunyi (R) maka pengurangan tingkat tekanan bunyi kurang dari 3 dB sedangkan untuk jarak sumber bunyi dengan pendengar lebih dari jari-jari sumber bunyi maka pengurangan tingkat tekanan bunyi akan berkurang 6 dB tiap dilakukan penggandaan jarak antara sumber bunyi dengan pendengar.[3] Penelitian ini dimaksud untuk mengetahui lebih lanjut berapakah tingkat tekanan bunyi akan mengalami penurunan setiap dilakukan penggandaan jarak. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh penambahan jarak terhadap tingkat tekanan bunyi (SPL= sound pressure level) untuk sumber bunyi lingkararan datar. 2. DASAR TEORI 2.1. Pengertian Bunyi Bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang merambat melalui rapatan dan renggangan terbentuk oleh partikel zat perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran. Frekuensi perubahan bunyi berkisar antara kurang dari 1 Hz hingga beberapa ratus kHz, tetapi hanya yang terletak dalam daerah antara 16 Hz dan 16 kHz saja yang dapat terdengar, atau dapat dideteksi oleh telinga manusia.[4] 2.2. Intensitas Bunyi[5] Intensitas bunyi adalah energi bunyi yang menembus permukaan bidang tiap satu satuan luas tiap satuan waktu. Karena energi tiap satuan waktu kita kenal sebagai daya, maka intensitas bunyi dapat juga didefinisikan sebagai daya dibagi satuan luas. Secara matematis ditulis: =
(1)
dimana I adalah intensitas bunyi ( / ), W adalah daya bunyi sumber (watt) dan A adalah luasan yang dilalui bunyi ( ). Selain intensitas bunyi, kita juga mengenal tingkat itensitas (IL, intensity level) yang didefinisikan sebagai = 10
2
(2)
dengan Io adalah intensitas acuan yang dipakai intensitas sebesar 10-12 / , yang diperoleh dari tekanan bunyi acuan 0,00002 / . I2 intensitas pada jarak ke dua. Hubungan tingkat intensitas (IL) dan tingkat tekana bunyi (L) didefinisikan sebagai = 10 log
(3)
yang mana P adalah tekanan bunyi yang dinyatakan dalam dB. Dibawah ini adalah hubungan antara tekanan bunyi dengan intensitas bunyi =
(4)
dengan P adalah tekanan rata-rata bunyi di penerima ( / ), ρ adalah kerapatan udara ( / ), dan c adalah kecepatan bunyi di udara ( / ). Sehingga hubungan antara tingkat intensitas (IL) dengan tingkat tekanan bunyi (L) adalah = (5) dengan IL tingkat intensitas bunyi (dB) dan L tingkat tekanan bunyi (dB). Ini berarti bahwa secara numerik ditunjukan oleh angka yang sama. Untuk menentukan tingkat tekanan bunyi dititik berjarak d dari sumber bunyi yaitu =
(6)
dengan memasukkan persamaan (6) ke persamaan (3) maka akan didapatkan hubungan = log
(7)
2.3. Sumber Bunyi Lingkaran Datar (cilcular plane noise source)[3] Ketika sumber bunyi berupa lingkaran, memiliki jari-jari R, kita dapat menghitung intensitas bunyi pada suatu titik penerima pada garis tegak lurus dari pusat sumber bunyi lingkaran. Untuk gambar 1 dibawah, kerapatan energi dititik penerima P, dari jarak d dari pusat sumber, diberikan oleh: = ∫
(
)
=
∫
(8)
atau =
log 1 +
dimana W adalah kekuatan suara persatuan luas.
Gambar 1: Geometri sumber bunyi lingkaran datar (Cilcular plane noise source) & titik penerima P
3
(9)
Untuk menyatakannya dalam ukuran desibel (dB), maka: (10) Persamaan ini menunjukan bahwa tingkat tekanan bunyi untuk sumber lingkaran berkurang 6 dB setiap dilakukan penggandaan jarak dari sumber bunyi. 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Membuat rancangan sumber bunyi bidang datar berbentuk lingkaran (Cilcular Plane noise Source) Rancangan sumber bunyi lingkaran datar dibuat seperti dinding. Dinding dibuat dari papan triplek dengan ukuran 2.3 meter x 2.08 meter dan tebal 0.005 meter, kedua sisi triplek diberi penyangga agar triplek dapat berdiri dengan tegak selayaknya sebuah dinding. Ditengah-tengah dinding dibuat sebuah jendela lingkaran dengan diameter lingkaran 0.5 meter yang dimaksud agar ketika dilalui oleh bunyi akan menghasilkan sebuah efek bentuk (pola) perambatan berupa lingkaran. Desain sumber bunyi lingkaran datar seperti pada gambar 2.
Gambar 2: Desain sumber bunyi lingkaran bidang datar (Cilcular Plane Noise Source)
3.2. Tahap pengukuran Pengukuran dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tingkat tekanan bunyi yang akan dihasilkan ketika suasana dalam keadaan berisik atau ada sumber bunyi yang diberikan. Alat dan bahan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah sound level meter (SLM) yang digunakan untuk mengukur tingkat tekanan bunyi, sebuah speaker ACR 8Ω/200W yang berfungsi sebagai alat pengeluar bunyi (output), dan amplifier sebagai penguat. Sumber bunyi yang digunakan dalam penelitian ini ada dua yaitu sinyal generator sebagai sumber bunyi tunggal (single tone) dengan frekuensi 850 Hz, 1000 Hz, dan 1250 Hz sebagai input. Dan sumber bunyi white noise dari program Adobe Audition 3.0 sebagai sumber bunyi multi tone. Pengambilan data dilakukan dengan cara merekam keluaran bunyi yang melewati jendela lingkaran menggunakan sound level meter (SLM). Speaker diarahkan tepat pada jendela lingkaran dengan jarak 1 meter dari dinding dan posisi speaker sejajar terhadap lingkaran. Proses pengukuran dimulai dari jarak 0.05 meter dari pusat lingkaran atau pusat 4
sumber bunyi lingkaran bidang datar kemudian mencatat berapa besar tingkat tekanan bunyi yang dihasilkan. Setelah itu, jarak SLM akan diubah menjadi 0.1 meter dari pusat sumber bunyi bidang datar berbentuk lingkaran kemudian ukur lagi berapa tingkat tekanan bunyi yang dihasilkan. Perubahan jarak atau yang lebih dikenal sebagai penggandaan jarak akan diteruskan pada jarak 0.2 meter, 0.4 meter, 0.8 meter, 1 meter, 2 meter dan 4 meter. Untuk mempermudah dalam melakukan perubahan jarak, tiang penyangga SLM dibuat menempel pada sebuah rel yang diberi skala. Sehingga ketika melakukan perubahan jarak tiang penyangga SLM hanya perlu digeser-geser pada skala yang sudah ditetapkan.
Gambar 3: Cara pengambilan data
Pengukuran dilakukan pada malam hari antara pukul 20.00-24.00 dilapangan sepak bola yang terletak ditengah kampus UKSW, dengan tingkat tekanan bunyi sekitar (back ground noise) selama pengukuran adalah 52 dB. Kondisi lapangan berumput dan pada seluruh bagian tepi lapangan terdapat pepohonan dan dikedua sisi lapangan sisi utara dan selatan terdapat ruangan kelas . Disisi barat lapangan terdapat Balairung Utama dan disisi timur terdapat taman, bukit dan kafe. 4. HASIL DAN ANALISIS Berikut ini adalah data hasil pengukuran tingkat tekanan bunyi pada frekuensi 850 Hz, 1000 Hz, 1250 Hz dan white noise untuk setiap penggandaan jarak, dengan jarak pengukuran dimulai dari 0.05 meter, 0.1 meter, 0.2 meter, 0.4 meter, 0.8 meter, 1 meter, 2 meter dan 4 meter. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Tabel 1
5
Tabel 1. Data pengukuran tingkat tekanan bunyi (SPL= sound pressure level) (m)
/ (n)
Frekuensi 850 Hz ∆
0.05
0.2
84.7
0.1
0.4
84
0.2
0.8
82.6
0.4
1.6
81.5
0.8
3.2
79.4
1
4
76.5
2
8
71.2
4
16
65.3
Frekuensi 1000 Hz
∆ /
0
0
-0.7
-0.7
-2.1
-1.4
-3.2
-1.1
-5.3
-2.1
-8.2
-2.9
-13.5
-5.3
-19.4
-5.9
∆ 83.3 83.6 81.9 79.7 76.9 74.6 75.7 67.2
Frekuensi 1250 Hz
∆ /
0
0
0.3
0.3
-1.4
-1.7
-3.6
-2.2
-6.4
-2.8
-8.7
-2.3
-7.6
1.1
-16.1
-8.5
∆ 90.2 90.5 89.9 86.8 78.6 76.7 78.9 72.2
White noise
∆ /
0
0
0.3
0.3
-0.3
-0.6
-3.4
-3.1
-11.6
-8.2
-13.5
-1.9
-11.3
2.2
-18
-6.7
∆ 98.2 97.7 95.8 94.2 91.4 88.7 83.2 77.5
0
0
-0.5
-0.5
-2.4
-1.9
-4
-1.6
-6.8
-2.8
-9.5
-2.7
-15
-5.5
-20.7
-5.7
= / = tingkat tekanan bunyi ∆ = selisih antara L dengan L data pertama ∆ / = selisih L setiap penggandaan jarak ( dan ∆ dalam satuan dB)
Keterangan:
Berdasarkan data hasil pengukuran tersebut menunjukan bahwa tingkat tekanan bunyi pada setiap jarak pengukuran berubah-ubah dan mengalami penurunan setiap dilakukan penambahan jarak. Walaupun pada data-data tertentu terjadi sebaliknya yaitu terjadi kenaikan pada titik-titik tertentu. Kenaikan tingkat tekanan bunyi ini terlihat jelas pada frekuensi 1000 Hz dan 1250 Hz. Dari data hasil pengukuran dibuat grafik penurunan tingkat tekanan bunyi yaitu grafik jarak terhadap dB. Maksud dari grafik ini untuk melihat pola penurunan tingkat tekanan bunyi di frekuensi (850 Hz, 1000 Hz, 1250 Hz dan white noise).
6
∆ /
Gambar 4: (a). grafik tingkat tekanan bunyi frekuensi 850 Hz, (b). grafik tekanan bunyi white noise, (c). grafik tingkat tekanan bunyi frekuensi 1000 Hz dan (d). grafik tingkat tekanan bunyi frekuensi 1250 Hz
Berdasarkan gambar 1. Dapat dikelompokan menjadi 2 kelompok yaitu kelompok pertama untuk frekuensi 850 Hz dan white noise yang menunjukkan hasil penurunan tingkat tekanan bunyi relative lebih baik jika dilihat dari hasil fitting, dan penurunan tingkat tekanan bunyi pada frekuensi 850 Hz dan white noise ini lebih baik jika dibandingkan dengan kelompok ke dua yang terdiri dari frekuensi 1000 Hz dan 1250 Hz. Untuk frekuensi 850 Hz dengan nilai axis / kecil (0.2, 0.4, 0.8) atau dimana d lebih kecil dari jari-jari sumber bunyi, mengalami penurunan tingkat tekanan bunyi juga relative kecil yaitu dibawah 3 dB. Sedangkan untuk nilai axis / sedang (1.6, 3.2, 4), mengalami penurunan tingkat tekanan bunyi mendekati nilai 3 dB dan hasil ini menyerupai seperti penurunan tingkat tekanan bunyi untuk sumber garis[4]. Dan untuk nilai axis / besar (8 dan 16), mengalami penurunan tingkat tekanan bunyi mendekati nilai 6 dB. Hasil ini menunjukan bahwa penurunan tingkat tekanan bunyi dalam rentang jarak pengukuran ini menyerupai seperti penurunan tingkat tekanan bunyi untuk sumber titik[5]. Penurunan tingkat tekanan bunyi ini ditunjukan juga oleh sumber bunyi white noise yang mana penurunan tingkat tekanan bunyinya sama seperti penurunan tingkat tekanan bunyi pada frekuensi 850 Hz. Jika dilihat dari hasil fitting, penurunan tingkat tekanan bunyi pada frekuensi 850 Hz dan white noise memiliki karakteristik yang sama sehingga dapat 7
dipastikan bahwa pada frekuensi 850 Hz dan white noise ini mengalami penurunan tingkat tekanan bunyi sesuai dengan teoritik untuk sumber bunyi bidang datar berbentuk lingkaran. Sedangkan pada kelompok ke dua yang terdiri dari frekuensi 1000 Hz dan frekuensi 1250 Hz, penurunan tingkat tekanan bunyi kalau dilihat dari hasil fitting banyak titik atau nilai hasil pengukuran yang tidak baik dan menunjukan tidak kesesuaian dengan karakteristik dan teori yang ada. Hal ini disebabkan oleh faktor lingkungan yang mempengaruhi dan sangat rentan terhadap kedua frekuensi tersebut. 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil dan analisis menunjukan bahwa pengukuran yang dekat dengan sumber bunyi dimana jarak pengukuran lebih kecil dari jari-jari sumber bunyi akan mengalami penurunan dibawah 3 dB artinya penurunan tingkat tekanan bunyi ini relative stabil, sedangkan untuk jarak pengukuran yang hampir sama dengan jari-jari sumber bunyi penurunan tingkat tekanan bunyi mendekati 3 dB atau mendekati penurunan sumber garis dan untuk jarak pengukuran lebih besar dari jari-jari sumber bunyi akan mengalami penurunan tingkat tekanan bunyi seperti penurunan tingkat tekanan bunyi sumber titik atau setara dengan 6 dB. 6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Mediastika, Christina E, Ph.D. 2005. Akustik Bangunan. Jakarta: Erlangga [2] CHAN Lok Shun Apple. Transmission of sound,2008. [3] Z. Maekawe, 1970 : Noise Reduction by Distance from source of Various Shape, Kobe, hal. 299-231. [4] S. Elysabeth. Desain Sumber Bunyi Garis, 2011 [5] Sutresno, Adita. Pengaruh penambahan jarak terhadap SPL sumber titik,2000.
8
