PENGUKURAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI BAHAN AMPAS TEBU DENGAN METODE RUANG AKUSTIK KECIL
Oleh: Arif Widihantoro NIM: 192008023
TUGAS AKHIR Diajukan kepada Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematikaguna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelarSarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA
1
2
2013PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS TUGAS AKHIR
Yang bertanda tangan di bawah ini: Nama
: Arif Widihantoro
NIM
: 192008023
Program Studi : Pendidikan Fisika Fakultas
: Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana
menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir, judul:
PENGUKURAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI BAHAN AMPAS TEBU DENGAN METODE RUANG AKUSTIK KECIL
Yang dibimbing oleh: 1. Adita Sutresno, S.Si, M.Sc. 2. Nur Aji Wibowo, S.Si, M.Si. adalah benar-benar karya saya. Di dalam laporan tugas akhir ini tidak terdapat keseluruhan atau sebagian tulisan atau gagasan orang lain yang saya ambil dengan cara menyalin atau meniru dalam bentuk rangkaian kalimat atau gambar serta simbol yang saya akui seolah-olah sebagai karya saya sendiri tanpa memberikan pengakuan pada penulis atau sumber aslinya. Salatiga, 12 September 2013 Yang memberi pernyataan,
Arif Widihantoro
3
4
MOTO RAWE RAWE RANTAS MALANG MALANG PUTUNG
KEBAHAGIAAN TERBESAR AKAN TERASA KETIKA KITA DAPAT MEMBAHAGIAKAN ORANGTUA
5
PENGUKURAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI BAHAN AMPAS TEBU DENGAN METODE RUANG AKUSTIK KECIL Arif Widihantoro1, Nur Aji Wibowo,1,2 Adita Sutresno1,2* 1
Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana 2
Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60 Salatiga 50711, Indonesia *
e-mail :
[email protected]
ABSTRAK
Dalam penelitian ini digunakan bahan ampas tebu yang dipres diletakkan kedalam ruang akustik kecil kesemua sisi kotak. Alat multi-instrument
digunakan untuk mendapatkan
rekaman waktu dengung tanpa bahan sebagai acuan dengan bahan uji akustik untuk mencari hasil koefisien absorpsi. Data yang diperoleh dimasukkan ke dalam microsoft office excel. Persamaan sabine digunakan untuk menghitung koefisien absorpsi yang dihasilkan pada masing-masing bahan. Dari perhitungan didapatkan hasil koefisien absorpsi yang berbeda-beda dari rentang frekuensi 1/3 oktaf. Peningkatan koefisien absorpsi terjadi pada penambahan bahan dan Penambahan masa jenis bahan. Hasil koefisien absorpsi terhadap frekuensi dapat dilihat dalam tabel dan grafik.
Kata kunci: koefisien absorpsi bunyi, persamaan sabine
6
1. PENDAHULUAN Saat ini telah banyak upaya yang dilakukan untuk dapat mereduksi kebisingan pada suatu ruangan yaitu dengan menggunakan bahan-bahan peredam dan penyerap suara. Bahan tersebut dalam suatu bangunan biasanya berperan sebagai panel akustik yang dipasang menjadi dinding pemisah (partisi) dan plafon. Bahan yang telah diketahui dan banyak digunakan sebagai penyerap dan peredam suara antara lain glasswool, rockwool, dan bahan ligno-cellulose. Bahan ligno-cellulose yang diketahui memiliki sifat penyerapan yang baik adalah sekam padi, jerami, serat rami, dan sabut kelapa [1]. Bahan lain yang mengandung ligno-cellulose yaitu Ampas tebu yang sebagian besar mengandung ligno-cellulose. Panjang seratnya antara 1,7 sampai 2 mm dengan diameter sekitar 0,02 mm, sehingga ampas tebu ini dapat memenuhi persyaratan untuk diolah menjadi papan-papan buatan dan bahan peredam alami [1]. Pada dasarnya sebuah bahan peredam berfungsi untuk meredam bunyi yang keluar atau masuk ruangan, khususnya untuk meredam bunyi yang bising yang dapat mengganggu serta meresahkan. Kebisingan adalah bunyi yang tidak dikehendaki dan dapat mengganggu kesehatan dan kenyamanan lingkungan yang dinyatakan dalam satuan desibel (dB). Kebisingan juga dapat diartikan sebagai bunyi yang tidak disukai oleh orang, bunyi yang mengganggu atau bunyi yang menjengkelkan [8]. Untuk mengurangi kebisingan dalam suatu ruangan digunakan bahan yang bersifat lignocellulose yang bisa dimanfaatkan sebagai bahan absorpsi bunyi. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui koefisisen absorpsi bunyi dari bahan ampas tebu dalam suatu ruang absorpsi kecil dengan ukuran 1 m3.
2. DASAR TEORI 2.1 Pengertian Akustik Akustik adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari bunyi. Dimana bunyi merambat melalui suatu medium yang berasal dari sumber bunyi ke penerima [3,4,7].
2.2 Absorbsi Bunyi (Penyerapan Bunyi) Ketika bunyi menumbuk pada permukaan bahan yang lembut dan berpori, bunyi akan diserap oleh permukaan, sehingga permukaan tersebut disebut penyerap bunyi. Bahan-bahan tersebut menyerap bunyi sampai batas tertentu, namun pengendalian akustik yang baik dibutuhkan daya serap bunyi yang besar. Lapisan permukaan dinding, lantai, langit-langit, isi
7
ruang seperti penonton dan bahan tirai, tempat duduk dengan lapisan lunak, karpet serta serta udara dalam ruang dapat dikategorikan sebagai bahan penyerap bunyi [2].
2.3 Waktu Dengung Sabine Fisikawan yang berasal dari
Amerika pertama kali melakukan penelitian untuk
menentukan waktu rata-rata peluruhan bunyi adalah Wallace Clement Sabine sekitar tahun 1898. Dengan penelitian ini Sabine menemukan bahwa semakin besar volume ruang ( V ), waktu dengungnya ( T ) semakin panjang. Sebaliknya, semakin banyak bahan absorpsi yang berada didalam ruang maka waktu dengungnya semakin pendek. Secara matematis pesamaannya sebagai berikut: T K
V A
(1)
dengan T adalah waktu dengung (s), V adalah volume ruang (m3), A adalah total penyerapan ruang sabine (S1α1 + S2α2 + S3α3 +...+ Sn αn ), Sn adalah luas permukaan bahan dengan koefisien absorpsi
αn
(m2), αn adalah koefisien absorpsi bahan, K adalah konstanta
kesebandingan (s/m). Pengukuran waktu dengung yang diteliti oleh sabine terhadap beberapa ruang tertutup memiliki karakteristik yang tidak sama, didapatkan nilai konstanta kesebandingan (K) 0,16 (s/m). Dengan demikian rumus waktu dengung sabine dapat ditulis sebagai berikut
T1 0,16
V A
(2)
Pada saat ruang dalam keadaan kosong (tanpa bahan absorpsi), waktu dengungnya Dinyatakan dalam persamaan dibawah ini [4,5].
T1 0,16
V A
(3)
Pada saat ruang dilapisi bahan absorpsi, maka waktu dengung ruang berubah menjadi:
T2
0,16V A A
A A A
8
0,16V T2
0,16V T1
(4) (5)
(6)
A
0,16V A T2
(7)
A
0,16V 0,16V T2 T1
(8)
1 1 T2 T1
A 0,16V
(9)
dengan T1 adalah waktu dengung ruang (sekon), T2 adalah waktu dengung ruang dengan bahan (sekon), A adalah total penyerapan ruang. Sehingga persamaannya dapat ditulis sebagai berikut [3] :
A S
(10)
Dengan α adalah koefisien absorpsi bunyi, S adalah luas permukaan bahan (m2).
3. METODOLOGI PENELITIAN Dalam penelitian ini, bahan yang digunakan adalah ampas tebu yang disusun menjadi bujur sangkar seperti pada Gambar 3.1, 4.1. 4 bahan ampas tebu dipasang pada salah satu sisi kedalam ruang absorpsi kecil dengan dimensi 1 m × 1 m × 1 m . Alat yang digunakan untuk pengukuran yaitu mikrofone sebagai penerima, speaker sebagai sumber bunyi, amplifier serta multi– Instrument. Setelah semua data pengukuran direkam, data tersebut diambil dan dimasukan kedalam Microsoft Office Excel.
Gambar 3.1 Skema penyusunan bahan uji pada tiap dinding. Mikrofone Multi Instrument Amplifier Laptop Speaker
Gambar 3.2. Skema pengukuran awal tanpa bahan 9
3.1 Teknik Pengambilan Data Nilai T1 diukur pada saat ruang dalam keadaan kosong atau tanpa bahan absorpsi. Dari data T1 kemudian mengambil nilai T2 pada saat ruang sudah dilapisi bahan absorpsi. Langkah berikutnya mengukur nilai T2. Pengukuran nilai T2 hampir sama dengan pengukuran nilai T1. Hanya saja nilai T2 diukur pada saat ruang dipasang bahan atau dilapisi bahan absorpsi, pengolahan data yang diperoleh dengan Microsoft Office Excel. Dengan frekuensi yang digunakan untuk mengukur waktu dengung pada ruang tanpa bahan dan dengan bahan yaitu 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 800 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz dan 4000 Hz dalam 1/3 oktaf. Proses pemasangan bahan absorpsi dalam ruang absorpsi kecil yaitu tempelkan bahan absorpsi ampas tebu yang sudah disusun menjadi bujur sangkar ke dalam ruang pada sisi pertama, setelah pengambilan data selesai untuk sisi pertama, langkah selanjutnya bahan absorpsi ditambah dan tempelkan pada sisi kedua, kemudian ulangi langkah pemasangan bahan absorpsi berikutnya hingga ke lima sisi. Untuk mencari nilai koefisien absorpsi bunyi (α) digunakan persamaan sabine yaitu total penyerapan ruang dibagi dengan luas permukaan bahan.
4. PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh penambahan dan pemasangan bahan akustik terhadap nilai koefisien penyerapan.
Dari hasil penelitian yang dilakukan pada ampas tebu didapatkan tabel dan grafik koefisien absorpsi bunyi terhadap frekuensi 1/3 oktaf dan pemasangan bahan uji didalam ruang akustik pada dinding seperti dibawah ini :
Gambar 4.1 Skema Penyusunan bahan uji pada tiap dinding.
10
Tabel IV.I Frekuensi dan Koefisien absorpsi dari 1- 5 bahan
Bahan Frekuensi (Hz)
1
2
3
4
5
α 125
0,06
0,34
0,41
0,57
0,65
250
0,009
0,11
0,6
0,8
0,96
500
0,25
0,27
0,36
0,58
0,96
800
0,32
0,35
0,42
0,82
0,92
1000
0,18
0,26
0,33
0,6
0,8
2000
0,17
0,17
0,83
0,92
0,95
4000
0,27
0,65
0,68
0,79
0,98
Berdasarkan Tabel IV.I dapat dijelaskan bahwa nilai koefisien absorpsi yang didapatkan dari frekuensi 1/3 oktaf bervariasi artinya dari 1 bahan sampai 5 bahan, memilki nilai koefisien absorpsi tiap frekuensi berbeda-beda.
Hasil penelitian pada penambahan bahan akustik ampas tebu dalam kotak meningkatkan nilai koefisien absorpsi dari 1 bahan hingga 5 bahan pada frekuensi 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 800 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz. Salah satunya seperti nilai koefisien absorpsi 1 bahan pada frekuensi 125 Hz sebesar (α) = 0,06 lebih kecil dibandingkan dengan nilai koefisien absorpsi 2 bahan pada frekuensi 125 Hz sebesar (α) = 0,34 sedangkan frekuensi 125 Hz pada 3 bahan memiliki nilai koefisien absorpsi (α) sebesar = 0,41 lebih besar dari 1 bahan dan 2 bahan. Selain itu, nilai koefisien absorpsi untuk 4 bahan dari frekuensi 125 Hz (α) sebesar = 0,57 relatif lebih besar dari 1, 2, dan 3 bahan. Jika dibandingkan dengan nilai koefisien absorpsi 5 bahan pada frekuensi 125 Hz (α) yaitu = 0,65 relatif lebih besar. Jadi semakin banyak bahan yang diuji maka semakin besar nilai koefisien absorpsinya.
11
Gambar 4.2. Pengaruh Frekuensi terhadap koefisien absorpsi (ket: 3bahan,
4bahan,
1bahan,
2bahan,
5bahan, α = absorpsi )
Dari Gambar 4.2 koefisien absorpsi dari 1 bahan, lebih kecil dari 2 bahan, lebih kecil dari 3 bahan, lebih kecil dari 4 bahan, lebih kecil dari 5 bahan. Jadi koefisien absorpsi yang paling besar tedapat pada 5 bahan pada masing – masing frekuensi.
4.2 Pengaruh penambahan bahan akustik dan pemasangan bahan akustik terhadap nilai koefisien penyerapan.
Dari hasil penelitian yang dilakukan pada ampas tebu didapatkan Tabel IV.II dan Gambar 4.3 koefisien absorpsi bunyi terhadap frekuensi 1/3 oktaf seperti dibawah ini :
Gambar 4.2 Skema Pemasangan bahan uji pada tiap dinding.
12
Tabel IV.II. Pengaruh Frekuensi dan Koefisien absorpsi dari 1-5 bahan
Frekuensi (Hz) 125 250 500 800 1000 2000 4000
1
2
0,23 0,26 0,23 0,54 0,31 0,36 0,35
0,36 0,52 0,36 0,61 0,56 0,47 0,49
Bahan 3 α 0,49 0,59 0,47 0,62 0,72 0,65 0,84
4
5
0,51 0,6 0,54 0,76 0,73 0,83 0,85
0,88 0,87 0,71 0,78 0,76 0,88 0,95
Berdasarkan Tabel IV.II dapat dijelaskan bahwa nilai koefisien absorpsi yang didapatkan dari frekuensi 1/3 oktaf bervariasi; artinya dari 1 bahan sampai 5 bahan, memiliki nilai koefisien absorpsi tiap frekuensi berbeda-beda. Hasil penelitian pada penambahan bahan akustik ampas tebu dalam kotak meningkatkan nilai koefisien absorpsi dari 1 bahan hingga 5 bahan pada frekuensi 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 800 Hz, 1000Hz, 2000 Hz dan 4000 Hz. Salah satunya seperti nilai koefisien absorpsi 1 bahan pada frekuensi 125 Hz (α) sebesar = 0,23 lebih kecil dibandingkan dengan nilai koefisien absorpsi 2 bahan pada frekuensi 125 Hz (α) sebesar = 0,36 sedangkan frekuensi 125 Hz pada 3 bahan memiliki nilai koefisien absorpsi (α) sebesar = 0,49 lebih besar dari 1 bahan dan 2 bahan. Selain itu, nilai koefisien absorpsi untuk 4 bahan dari frekuensi 125Hz (α) sebesar = 0,51 relatif lebih besar dari 1, 2, dan 3 bahan. Jika dibandingkan dengan nilai koefisien absorpsi 5 bahan pada frekuensi 125 Hz (α) yaitu = 0,88 relatif lebih besar. Jadi semakin banyak bahan yang diuji maka semakin besar nilai koefisien absorpsinya.
Gambar 4.3. Pengaruh Frekuensi terhadap Koefisien absorpsi (ket : 3bahan,
4bahan,
5bahan,α= absorpsi )
13
1bahan,
2bahan,
Dari Gambar 4.3 koefisien absorpsi dari 1 bahan, lebih kecil dari 2 bahan, lebih kecil dari 3 bahan, lebih kecil dari 4 bahan, lebih kecil dari 5 bahan. Jadi koefisien yang paling besar tedapat pada 5 bahan pada masing – masing frekuensi. 4.3 Pengaruh masa jenis bahan akustik terhadap nilai koefisien absorpsi. Hasil pengujian sampel bahan akustik ampas tebu dengan penambahan kerapatan masa disajikan pada Gambar 4.4. penambahan serat ampas tebu mampu meningkatkan nilai koefisien penyerapan suara pada rentang frekuensi 125 Hz hingga 1000 Hz dan 4000 Hz. Peningkatan Nilai koefisien penyerap suara tertinggi dicapai pada frekuensi 1000 Hz dengan masa jenis 0,25 gr/cm3.
Gambar 4.4. Pengaruh Frekuensi terhadap Koefisien absorpsi (ket: rapat masa 0,18gr/cm3,
rapat masa 0,23gr/cm3,
rapat masa 0,159gr/cm3,
rapat masa 0,25,gr/cm3
Dari Gambar 4.4 masa jenis sampel mempengaruhi nilai koefisien serap bunyi (α) semakin besar nilai masa jenisnya semakin besar pula nilai koefisien serap bunyinya (α).
14
5.KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa : 1. penambahan bahan akustik memberi pengaruh terhadap koefisien absorpsi bunyi karna semakin luas bahan akustik semakin besar pula penyerapan bunyinya. 2. peningkatan nilai koefisien absorpsi terjadi pada penambahan bahan akustik ampas tebu dari bahan 1 hingga 5 bahan. 3. koefisien peyerapan bunyi bahan akustik ampas tebu dengan masa jenis yang berbeda-beda mempengaruhi penyerapan bunyinya karna semakin besar masa jenisnya semakin besar pula penyerapan bunyinya. 4. serat alami yang berasal dari ampas tebu memiliki nilai ekonomis dan ramah lingkungan.
15
DAFTAR PUSTAKA 1. Metalurgical Physics. 2011. Pengaruh Komposisi Serat Nanas Terhadap Koefisien Penyerapan Bunyi [skripsi]. FMIPA UNP, Padang http://wahyudilhayat.blogspot.com [14 mei 2012] 2. Doelle, Leslie E. 1990. Akustik Lingkungan. Erlangga, Jakarta. 3. Gabriel J. F. 2001. Fisika Lingkungan. Hipokrates, Jakarta. 4. Lord, P., dan Templeton, D.2001. Detail Akustik. Erlangga, Jakarta. 5.
Anonimous. 1985. Acoustik Measurement of Sound Absorption in a Reverberation Room. ISO 34.
6. Rizky A. M, Rista D. P. Waktu Dengung Sabine. Erlangga, Jakarta. 7. Rossing, Thomas D. 2007. Spinger Handbook of Acoustics. New York : Springer. 8. Lee, Y and Changwhan Joo. 2003. Sound Absorption Properties of Recyled Polyester fibrous Assembly Absorbers ( AUTEX research Journal Vol.3, no2, June 2003)
16
17
