PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS AKUSTIK, Cd, Cr, DAN CR PADA PIPA SILINDER TERBUKA BERBANTUAN SOFTWARE LOGGERPRO

SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh: Fransisca Felbi Helvina Gea NIM: 111424021

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015


PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS AKUSTIK, Cd, Cr, DAN CR PADA PIPA SILINDER TERBUKA BERBANTUAN SOFTWARE LOGGERPRO

SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh: Fransisca Felbi Helvina Gea NIM: 111424021

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015

i




HALAMAN PERSEMBAHAN

Lebih Baik Mengerti Sedikit Daripada Salah Mengerti H.E. Fosdick

Suatu Garis Pemisah Antara Sukses Dan Kegagalan Dapat Dinyatakan Dalam Empat Kata Saja,Yaitu “Saya Tidak Mempunyai Waktu” *** Skripsi ini kupersembahkan kepada: Ayah dan Ibu tercinta Aloysius Toto Nafo Gea Cicilia Sri Minarni Saudari-saudariku tersayang Natalia Dessy Renata Gea Yudita Delta Hendriana Gea Hedwigis Aprilin Cahyani Gea Prodi Pendidikan Fisika

iv




ABSTRAK Fransisca Felbi Helvina Gea. 2015. Pengukuran Nilai Faktor Kualitas akustik Akustik, Cd, Cr, dan CR pada Pipa Silinder Terbuka Berbantuan Software LoggerPro.Skripsi. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sanata Dharma, Yogyakata.

Telah dilakukan penelitian mengenai faktor kualitas akustik Q pada pipa silinder terbuka menggunakan software LoggerPro.Q merupakan kemampuan benda untuk mempertahankan energi pada peristiwa peluruhan osilasi. Pada penelitian ini juga dipelajari pengaruh diameter dan panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik tersebut, dan ditentukan nilai Cd, Cr, CR. Penelitian dilakukan dengan membuat rangkaian yang terdiri atas sistem sumber bunyi, pipa resonator, sensor bunyi, dan komputer dengan software LoggerPro. Bunyi dengan frekuensi tertentu keluar dari speaker masuk menuju pipa resonator. Udara di dalam pipa mengalami osilasi paksa dan membentuk gelombang berdiri sehingga muncul gelombang bunyi tanggapan. Gelombang bunyi tanggapan tersebut dianalisis menggunakan software LoggerPro dengan mencari amplitudo tertinggi pada grafik FFT yang tampil pada komputer.Saat frekuensi sumber bunyi divariasi, nilai amplitudo tertinggi yang diperoleh juga bervariasi.Dari data tersebut, kurva resonansi dapat dibuat.Kemudian nilai frekuensi saat nilai amplitudo maksimum dan frekuensi pada saat nilai amplitudo 0,707 amplitudo maksimum diukur. Nilainilai frekuensi tersebut digunakan untuk menghitung faktor kualitas.Nilai Q diukur untuk diameter pipa dan panjang pipa yang berbeda.Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai Q yang diperoleh >10. Pada panjang pipa yang sama, semakin besar diameter pipa nilai Q membesar hingga nilai tertentu, kemudian nilai Q menurun. Pada diameter pipa yang sama, semakin panjang pipa resonator, nilai Qnya semakin besar. Untuk panjang pipa 160 cm diperoleh nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan Qd terhadap diameter (Cd) sebesar 5,74 cm-1 dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan Qr terhadap diameter (Cr) sebesar 3382 cm2. Sedangkan untuk panjang pipa 180 cm diperoleh nilai Cd sebesar 6,46 cm-1 dan Cr sebesar 3417 cm2. Untuk diameter 3,97 cm diperoleh nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan Qr terhadap panjang pipa CR sebesar 3,207 x 10-3 cm-2. Untuk diameter 5,79 cm diperoleh nilai CR sebesar 4,044 x 10-3 cm-2.

Kata kunci: Faktor kualitas akustik, resonansi, diameter, panjang pipa, software LoggerPro, Cd, Cr, CR

vii


ABSTRACT Fransisca Felbi Helvina Gea. 2015. Acoustic Quality Factor Value, Cd, Cr, and CR Measurement on An Open Cylinder Pipe Using LoggerPro Software. Thesis.Physics Education Study Program, Department Matematics and Science Education, Faculty of Teacher Training and Education, Sanata Dharma University, Yogyakarta.

The research about the acoustic quality factor Q of an open cylinder pipe using LoggerPro has been perform. The quality factor is an object’s ability to maintain energy at decay oscillation phenomenon. The research also studied the effect of the pipes’ diameter and length on Q value, and Cd, Cr, CR values was determined. The research was done by making a circuit consists of a sound source system, a resonator pipe, a sound censor, and a computer with LoggerPro software. A sound with certain frequency came out from the speaker to the resonator pipe. The air in the pipe experienced a forced oscillation and formed a standing wave. The standing wave produces sound wave response. The sound wave response was analyzed with LoggerPro software by determined the highest amplitude at FFT. When the frequency of the sound source was varied, the highest amplitude were differs. Using those data, a resonance curve was made. Then the frequency of maxium amplitude and the frequencies where the resonance curve’s amplitude is 0,707 of the maximum were measured to determined Q values. Q values was determined by the variation of pipes’ diameter and pipes’ length. The result of this research shows that Q values were more than 10.At the same length of pipes, Q values for bigger pipes’ diameter increase until certain values, then decrease. At the same pipes’ diameter, the longer resonator pipes, Q values increase. When pipe’s length was 160 cm, the coefficiant that states Qd toward pipe’s diameter (Cd) was 5,74 cm-1. The coefficiant that states Qr toward pipe’s diameter (Cr) was 3382 cm2. On pipe’s length was 180 cm, Cd was 6,46 cm-1 and Cr was 3417 cm2. On pipe’s diameter was 3,79 cm, The coefficiant that states Qr toward pipe’s length (CR) was 3,207 x 10-3cm-2. On pipe’s diameter was 5,97 cm CR) was 4,044 x 10-3cm-2. Key words: Acoustic quality factor, resonance, diameter, pipe length, LoggerPro software, Cd, Cr, CR

viii


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat penyertaan-Nya, sehingga

penulis

dapat

menyelesaikan

penulisan

skripsi

berjudul

“PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS, Cd, Cr, CR PADA PIPA SILINDER TERBUKA BERBANTUAN SOFTWARE LOGGERPRO” dengan baik. Penulisan skripsi ini dilakukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma. Keberhasilan dari penulisan skripsi ini bukan semata-mata perjuangan penulis pribadi, melainkan juga perjuangan dari penulis dan pihak-pihak yang membantu penulis baik dalam tenaga, pikiran maupun dukungan moral kepada penulis. Oleh sebab itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah

membimbing penulis dari awal perencanaan skripsi hingga penulisan skripsi ini selesai. 2. Bapak Petrus Ngadiono selaku laboran Laboratorium Pendidikan Fisika yang

telah membantu penulis menyiapkan alat-alat eksperimen. 3. Bapak dan Ibu, Aloysius Toto Nafo Gea dan Cicilia Sri Minarni, serta

saudari-saudariku tersayang Natalia Dessy Renata Gea, Yudita Delta Hendriana Gea dan Hedwigis Aprilin Cahyani Gea yang selalu menjadi semangat bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.

ix


4. Ibu Sri Agustini, Pak Pras, Mas Agus Bekti, Mbak Dian, serta teman-teman

seperjuanganku dalam menulis skripsi: mbak Hari, kak El, kak Sandra, Siska dan Heri yang telah menjadi tempat bertukar pikiran saat penulis mengalami kesulitan. 5. Sahabat-sahabatku

Alvaris Chrisna Adi Unmehopa, Veronika Niken

Widowati dan Tammy Leskona yang selalu ada untuk memberikan dukungan kepada penulis. 6. Om priyo PBI 2009, Albert Ade, Stefanus Raka, Ignatius Mayo Aquino Pang,

Perry Surya Atmaja dan Brigita Budi Wuryandari yang telah membantu penulis selama penulisan skripsi ini. 7. Teman-teman Program Studi Pendidikan Fisika angkatan 2011 yang telah

memberikan keceriaan kepada penulis selama masa kuliah dan penulisan skripsi. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini belum sempurna.Oleh sebab itu, penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun untuk peyempurnaan tulisan ini.Penulis juga berharap agar tulisan ini bermanfaat bagi pembaca. Yogyakarta, 27 Agustus 2015 Penulis

x


DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL................................................................................ i HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ....................................... ii HALAMAN PENGESAHAN................................................................... iii HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS.................. v HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN...................................... vi ABSTRAK ................................................................................................ vii ABSTRACT ................................................................................................ viii HALAMAN KATA PENGANTAR ......................................................... ix HALAMAN DAFTAR ISI ....................................................................... xi HALAMAN DAFTAR TABEL ............................................................... xiii HALAMAN DAFTAR GAMBAR ........................................................... xiv BAB I. PENDAHULUAN ........................................................................ 1 A. Latar Belakang .............................................................. 1 B. Rumusan Masalah ......................................................... 4 C. Batasan Masalah ............................................................ 5 D. Tujuan Penelitian........................................................... 5 E. Manfaat Penelitian ......................................................... 6 F. Sistematika Penulisan .................................................... 6 BAB II. KAJIAN PUSTAKA ................................................................... 8 A. Gelombang Berdiri pada Kolom Udara ........................ 8 B. Osilasi Teredam dan Faktor Kualitas ........................... 10 C. Osilasi Terpaksa dan Resonansi ................................... 12 D. Faktor Kualitas Akustik yang Dipengaruhi oleh Efek Dinding dan Radiasi Bunyi .................................. 15

xi


BAB III. METODOLOGI PENELIITIAN ............................................... 17 A. Rangkaian Alat .............................................................. 17 B. Pengambilan Data .......................................................... 20 C. Analisis Data ................................................................. 23 1. Nilai Faktor Akustik Kualitas pada Pipa Silinder Terbuka .................................................................... 24 2.Pengaruh Diameter Pipa terhadap Faktor Kualitas Pipa Silinder Terbuka serta nilai Cd dan nilai Cr ...................................................................... 27 3. Pengaruh Panjang Pipa terhadap Faktor Kualitas Pipa Silinder Terbuka dan nilai CR .......................... 29 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEM BAHASAN ........................ 31 A. Hasil Penelitian ............................................................. 31 1. Nilai Faktor Kualitas Akustik pada Pipa Silinder Terbuka .................................................................... 31 2.Pengaruh Diameter Pipa terhadap Faktor Kualitas Pipa Silinder Terbuka serta nilai Cd dan nilai Cr ...................................................................... 34 3. Pengaruh Panjang Pipa terhadap Faktor Kualitas Pipa Silinder Terbuka dan nilai CR .......................... 37 B. Pembahasan ................................................................... 40 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN................................................... 48 A. Kesimpulan ................................................................... 48 B. Saran .............................................................................. 49 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 50 LAMPIRAN

xii


DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 3.1. Spesifikasi speaker ......................................................................... 19 Tabel 3.2. Spesifikasi pipa .............................................................................. 19 Tabel 3.3. Jarak lantai terhadap pusat speaker dan pipa yang dihitung dari bagian bawah speaker dan pipa ................................................ 20 Tabel 3.4. Kolom data frekuensi bunyi dan amplitudo tanggapan ................. 23 Tabel 3.5.Kolom analisis data frekuensi bunyi dan amplitudo tanggapan ......................................................................................... 26 Tabel 4.1. Data frekuensi sumber bunyi dan amplitudo tanggapan pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm ................... 33 Tabel 4.2. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap diameter pipa pada panjang pipa 160 cm ............................................................... 35 Tabel 4.3. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap diameter pipa pada panjang pipa 180 cm ............................................................... 35 Tabel 4.4. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap panjang pipa pada diameter pipa 3,97 cm ............................................................. 37 Tabel 4.5. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap panjang pipa pada dan diameter pipa 5,79 cm ...................................................... 38 Tabel 4.6. Perbandingan nilai Cd dan Cr milik Moloney dan hasil penelitian ......................................................................................... 44 Tabel 4.7. Perbandingan nilai frekuensi resonansi berdasarkan teori dan percobaan pada rsonansi pertama ................................................... 47

xiii


DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Gelombang berdiri pada kolom udara dalam pipa dengan kedua ujung terbuka teredam ...................................................... 9 Gambar 2.2. Grafik hubungan simpangan terhadap waktu untuk osilator teredam .......................................................................... 11 Gambar 2.3. Grafik amplitudo tanggapan sebuah osilator terhadap frekuensi penggerak .................................................................... 13 Gambar 2.4. f0, f1, f2 pada grafik hubungan amplitudo tanggapan terhadap gaya penggerak untuk sistem yang berosilasi .............. 14 Gambar 3.1. Rangkaian alat ........................................................................... 18 Gambar 3.2.Tampilan Logger Pro yang terhubung dengan sensor bunyi ........................................................................................... 21 Gambar 3.3. Tampilan grafik FFT tanpa data ................................................. 21 Gambar 3.4 Kolom untuk mengatur waktu pengambilan data dan jumlah sampel ............................................................................. 22 Gambar 3.5. Tampilan grafik FFT setelah data diperoleh .............................. 22 Gambar 3.6. Tampilan awal LoggerPro pada saat tidak terhubung dengan sensor bunyi.................................................................... 24 Gambar 3.7. Kolom pengisian nama variabel ................................................ 24 Gambar 3.8. Kolom penentuan jumlah desimal ............................................. 25 Gambar 3.9. Kolom perhitungan .................................................................... 25 Gambar 3.10. Tampilan awal pada bagian fitting data..................................... 28 Gambar3.11. Kolom pengisian persamaan yang digunakan pada penelitian .................................................................................. 29

xiv


Gambar 4.1. Grafik FFT untuk panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm pada frekuensi bunyi 65 Hz .................................. 32 Gambar 4.2. Kurva resonansi pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 c m ............................................................................... 33 Gambar 4.3.Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa pada panjang pipa 160 cm.................................... 36 Gambar 4.4.Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa pada panjang pipa 180 cm.................................... 36 Gambar 4.5.Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa pada diameter pipa 3,97 cm ................................................ 38 Gambar 4.6.Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa pada dan diameter pipa 5,79 cm ......................................... 39

xv

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI [ T y p

BAB I PENDAHULUAN

e

a

q u

A. Latar Belakang

o

Dalam pembelajaran gelombang bunyi di sekolah, dipelajari materi mengenai gelombang berdiri pada tali dan pipa, serta menyebutkan bahwa

t e

ada fenomena resonansi dalam hal tersebut, tetapi jarang sekali disinggung f

mengenai faktor kualitas akustik. Praktikum resonansi di sekolah biasanya

r

dilakukan dengan memukul garpu tala di atas pipa yang diisi air, kemudian

o

kolom udara di dalam pipa dinaikkan atau diturunkan hingga ditemukan peristiwa resonansi [Haryanto,2014], Tujuan praktikum tersebut adalah menentukan nilai kecepatan bunyi di udara dan menunjukkan peristiwa

m

t h e

resonansi berupa bunyi yang keras saat praktikan menaikkan atau menurunkan kolom udara dalam pipa. Praktikum tersebut biasanya dapat menunjukkan peristiwa resonansi pertama, kedua, dan ketiga tetapi sulit

d o c

untuk menunjukkan peristiwa resonansi ke empat dan seterusnya karena

u

dibatasi oleh panjang pipa.Meskipun dapat menunjukkan peristiwa resonansi,

m

praktikum tersebut belum dapat digunakan untuk memperoleh kurva resonansi dan menentukan nilai faktor kualitas akustik.

e n t

Faktor kualitas akustik merupakan kemampuan benda mempertahankan o

energi dalam peristiwa peluruhan osilasi. Penelitian mengenai faktor kualitas

r

akustik telah dilakukan dengan membuat rangkaian alat yang terdiri dari t h 1

e

s


2

sumber bunyi, pipa resonator yang di dalamnya diberi microphone kecil untuk menangkap bunyi tanggapan di dalam pipa, dan sistem analisis data berupa oskiloskop. Data bunyi tanggapan berupa amplitudo digunakan untuk membuat kurva resonansi dan menentukan nilai faktor kualitas. Dalam penelitian tersebut digunakan 10 pipa dengan diameter yang berbeda sehingga diperoleh hubungan diameter pipa dengan faktor kualitas akustik. Pada penelitian tersebut juga dibuktikan bahwa nilai faktor kualitas akustik pipa dipengaruhi oleh efek dinding dan radiasi bunyi [Moloney, 2001]. Penelitian faktor kualitas akustik dengan rangkaian yang hampir sama dilakukan menggunakan 2 pipa dengan bahan yang

berbeda. Penelitian

tersebut juga dilakukan untuk pipa dengan kedua ujung terbuka dan pipa dengan ujung terbuka tertutup [Gluck, 2006]. Penggunaan oskiloskop untuk menentukan nilai amplitudo memerlukan waktu yang cukup lama dan sulit mendapatkan nilai amplitudo secara tepat. Penelitian sejenis juga pernah dilakukan dengan rangkaian yang hampir sama tetapi analisis data dilakukan menggunakaan perangkat lunak Oscilloscope 2.51 dan

Curveexpert1.3. Dengan menggunakan perangkat

lunak tersebut, sinyal tanggapan berupa grafik hubungan amplitudo terhadap waktu diubah menjadi grafik FFT (Fast Fourier Transform) berupa grafik hubungan amplitudo terhadap frekuensi.Oleh karena itu, nilai amplitudo dapat diperoleh dengan tepat [Setiawan, 2009].Akan tetapi perangkat lunak Curveexpert

1.3

hanya

bisa

dioperasikan

menggunakan

WindowsXP.Sedangkan pada saat ini WindowsXP sudah jarang digunakan.


3

Permasalahan yang ada pada penelitian menggunakan perangkat lunak Oscilloscope 2.51 dan Curveexpert1.3 membuat penelitian faktor kualitas sulit dilakukan. Akan tetapi ide analisa data menggunakan grafik FFT dapat digunakan.FFT (Fast Fourier Transform) merupakan suatu algoritma untuk menghitung transformasi Fourier diskrit dengan cepat dan efisien.FFT diterapkan dalam berbagai bidang, mulai dari pengolahan sinyal digital, pemecahan masalah persamaan diferensial parsial, dan algoritma untuk mengalikan bilangan bulat besar [NN, 2013].Salah satu fungsi FFT adalah untuk mentransformasi sinyal dalam domain waktu menjadi sinyal dalam domain frekuensi, artinya sinyal disimpan dalam bentuk digital berupa gelombang spectrum yang berbasis frekuensi, sehingga sinyal lebih mudah untuk dianalisis [Sipasulta, 2014]. Pada saat ini komputer tidak menjadi sesuatu yang asing bagi para pelajar.Pada pembelajaran fisika, eksperimen berbasis komputer sudah mulai diterapkan.Dengan penggunaan perangkat berbasis komputer tersebut, eksperimen untuk pembelajaran dapat berjalan dengan lebih baik.Hal tersebut dikarenakan

penjelasan

materi

dapat

dilakukan

bersamaan

dengan

eksperimen.Software LoggerPro adalah software yang dapat digunakan pada eksperimen berbasis komputer. Dengan menggunakan software tersebut, proses pengukuran, perhitungan data, pembuatan grafik, dan fitting

data

dapat dilakukan dengan mudah [Santosa, 2014]. Pada penelitian ini digunakan rangkaian alat yang terdiri dari sistem bunyi, resonator, sistem deteksi dan sistem pengolahan data.Bunyi tanggapan


4

yang dihasilkan pada pipa resonator ditangkap oleh sensor bunyi dan data dianalisis menggunakan software LoggerPro.Dengan bantuan sensor bunyi dan software tersebut, dalam penelitian ini diperoleh grafik FFT sehingga nilai amplitudo dapat ditentukan dengan tepat, kurva resonansi dapat dibuat, nilai frekuensi puncak dan lebar resonansi juga dapat ditentukan.Selain itu dapat dilakukan fitting data sesuai persamaan dalam teori.

B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas, maka permasalahan yang akan dikaji adalah: 1. Bagaimanakah menentukan nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka? 2. Bagaimana pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka? 3. Berapakah nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter pipa Cd, dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter pipa Cr? 4. Bagaimana pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka?


5

5. Berapakah nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa CR? C. Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi pada: 1. Pipa PVC kedua ujung terbuka dengan diameter dalam pipa 2,24 cm; 2,83 cm; 3,97 cm; 4,64 cm; 5,79 cm; 8,72 cm dan panjang pipa 80 cm; 100 cm; 120 cm; 140 cm; 160 cm; 180 cm. 2. Sistem merupakan gelombang bunyi yang merambat pada udara di dalam pipa silinder. 3. Nilai Cr, Cd, dan CR dianggap tetap.

D. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Menentukan nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka. 2. Mengetahui pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas pipa silinder terbuka. 3. Menentukan

nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter pipa Cd, dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter pipa Cr


6

4. Mengetahui pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka. 5. Menentukan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa CR.

E. Manfaat penelitian 1. Bagi Peneliti a. Meningkatkan kemampuan menggunakan software LoggerPro untuk melakukan eksperimen b. Mendapatkan informasi mengenai faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka. 2. Bagi Pembaca a. Mengenal software LoggerPro untuk melakukan eksperimen. b. Mengetahui informasi mengenai faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka.

F. Sistematika Penulisan 1. BAB I Pendahuluan Bab I berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.


7

2. BAB II Kajian Teori Bab II berisi teori mengenai gelombang berdiri pada kolom udara, osilasi teredam dan faktor kualitas akustik, osilasi terpaksa dan resonansi, faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding dan radiasi bunyi. 3. BAB III Metodologi Penelitian Bab III berisi rangkaian alat, prosedur pengambilan data, dan analisis data 4. BAB IV Hasil dan Pembahasan Bab IV berisi data, hasil pengolahan data dan pembahasan hasil eksperimen yang diperoleh. 5. BAB V Penutup Bab V berisi kesimpulan dan saran.


BAB II KAJIAN PUSTAKA

A.

Gelombang Berdiri pada Kolom Udara Gelombang longitudinal yang merambat pada suatu fluida di dalam pipa dengan panjang yang berhingga akan dipantulkan oleh ujung-ujung pipa. Perpaduan antara gelombang datang dan gelombang pantul yang berjalan dalam arah yang berlawanan membentuk gelombang berdiri dalam pipa.Hubungan fase antara gelombang datang dan gelombang pantul dari salah satu ujung pipa bergantung pada apakah ujung tersebut terbuka atau tertutup. Ujung terbuka dari sebuah kolom udara

merupakan titik perut

simpangan, sedangkan ujung tertutup merupakan titik simpul simpangan [Serway,2009]. Ujung pipa berupa titik perut dan titik simpul menghasilkan sejumlah pola osilasi yang membentuk sebuah deret harmonik. Tiga harmonik pertama dari sebuah pipa ujung terbuka ditunjukkan pada gambar 2.1.Huruf Pmenunjukkan titik perut sedangkan huruf S menunjukkan titik simpul.Dari gambar tersebut tampak bahwa kedua ujung merupakan titik perut. Harmonik pertama terjadi saat panjang pipa merupakan 1/2

panjang gelombang.

Dengan kata lain panjang gelombang sama dengan dua kali panjang pipa. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1(a). Harmonik kedua terjadi saat

8


panjang pipa sama dengan panjang gelombang. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1(b). Harmonik ketiga terjadi saat panjang pipa merupakan 3/2

9


10

panjang gelombang. Dengan kata lain panjang gelombang sama dengan 2/3 kali panjang pipa. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1(c).

Gambar 2.1. Gelombang berdiri pada kolom udara dalam pipa dengan kedua ujung terbuka

Pada kondisi tersebut diketahui bahwa untuk setiap harmonik dari sebuah pipa kedua ujung terbuka, panjang pipa L merupakan kelipatan dari setengah panjang gelombang mengikuti persamaan (1) [Young, 2003].

n

2L (n = 1,2,3,.....) 2 n dengan nadalah panjang gelombang ke n. Ln

atau

n 

(1)

Pada gambar 2.1 dapat dilihat bahwa titik-titik perut yang berdekatan selalu sama dengan 1/2 panjang gelombang. Keadaan tersebut sama dengan panjang pipa pada harmonik pertama. Nilai frekuensi harmonik pada harmonik pertama mengikuti hubungan pada persamaan (2)

f1  dimana f

1

v

0

atau f1 

v 2L

(2)

adalah frekuensi pada harmonik pertama. v adalah kecepatan

bunyi. 0 adalahh panjang gelombang pada harmonik pertama. Untuk harmonik selanjutnya, frekuensi harmoniknya membentuk suatu deret yang merupakan kelipatan dari frekuensi harmonik pertama, mengikuti persamaan (3)


fn  n

v 2L

(n = 1,2,3,.....)

11

(3)

dengan fn adalah frekuensi harmonik ke n.

B. Osilasi Teredam dan Faktor Kualitas Akustik Dalam sistem osilasi, gaya nonkonservatif seperti gaya gesek akan memperlambat gerak sehingga energi mekanik sistem akan berkurang seiring berjalannya waktu, dan gerakan sistem dikatakan mengalami redaman atau teredam. Pada sistem teredam, amplitudo menurun seiring berjalannya waktu hingga pada akhirnya gerakkannya terhenti.Saat amplitudo berkurang terhadap waktu, energi pada sistem juga berkurang karena energi sebuah osilator

berbanding

lurus

dengan

kuadrat

amplitudo

[Tipler,

1998)].Hubungan amplitudo dan energi tersebut dapat dilihat pada persamaan (4) untuk gerak harmonik sederhana.

E  1 2 kA2

(4)

dengan E adalahh energi total pada osilasi, k adalah konstanta, dan A adalah amplitudo osilasi. Pada kasus redaman, baik amplitudo maupun energi osilasi berkurang seiring berjalannya waktu.Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2.


12

Gambar 2.2. Grafik hubungan simpangan terhadap waktu untuk osilasi teredam

Penurunan tersebut mengikuti persamaan (5) berikut y(t )  A0e t cos(1t   )

(5)

dengan, y(t) adalah simpangan pada waktu t, A0 adalah simpangan awal, adalah koefisien redaman, dan 1 adalah frekuensi sudut dari osilator teredam. Frekuensi sudut 1 dari osilator teredam dinyatakan dalam persamaan (6)

1  0 2  ( ) 2

(6)

dengan 0 adalah frekuensi tak teredam. Peredaman dari osilator biasanya dinyatakan dengan suatu besaran tak berdimensi Q yang disebut faktor kualitas akustik atau faktor Q [Tipler, 1998]. Jika E adalah energi total dan E menyatakan kehilangan energi dalam satu periode, faktor Q dinyatakan dalam persamaan (7) Q  2

E E

(7)

Persamaan (7) di atas dapat diartikan bahwa jika energi yang hilang dalam satu periode besar maka nilai faktor kualitas akustiknya kecil, demikian juga


13

sebaliknya, jika energi yang hilang dalam satu periode kecil maka nilai faktor kualitas akustik besar.Dari penjelasan di atas diperoleh pemahaman mengenai faktor kualitas akustik dimana faktor kualitas akustik merupakan kemampuan benda untuk mempertahankan energi pada peristiwa peluruhan osilasi.

C. Osilasi Terpaksa dan Resonansi Dalam

osilasi

teredam,

telah

diketahui

bahwa

energi

osilasi

menurun.Untuk mempertahankan suatu sistem teredam agar tetap berosilasi, energi harus diberikan ke dalam sistem.Bila hal tersebut dilakukan, osilator dikatakan digerakkan atau dipaksa. Saat gaya penggerak mulai bekerja pada sistem yang tidak bergerak, amplitudo osilasi akan meningkat. Setelah melalui waktu yang cukup dimana energi per siklus dari gaya penggerak sama energi osilasi sistem, maka kondisi tunakpun tercapai dan osilasi akan berlangsung dengan amplitudo konstan [Serway, 2009]. Saat sebuah gaya bekerja pada sistem yang memiliki satu harmonik atau lebih, amplitudo dari gerakkan yang terbentuk maksimum ketika frekuensi dari gaya yang berkerja sama dengan frekuensi alamiah sistem. Amplitudo maksimum dibatasi oleh gesekkan di dalam sistem. Jika sebuah gaya penggerak bekerja pada sebuah sistem yang awalnya diam, energi yang masuk digunakan untuk meningkatkan amplitudo osilasi dan melawan gaya gesek. Pada saat amplitudo maksimum tercapai, usaha yang dilakukan oleh gaya penggerak digunakan hanya untuk menggantikan energi mekanik yang hilang akibat gesekan [Serway, 2009].


14

Gambar 2.3 adalah kurva resonansi yang menggambarkan tanggapan dari sebuah sistem yang berosilasi terhadap frekuensi penggerak. Pada gambar tersebut, frekuensi resonansi dari sistem dilambangkan dengan dengan f0. Frekuensi sudut  sebanding dengan frekuensi linear f seperti yang terlihat pada persamaan (8)

  2f

(8)

Oleh sebab itu, pada pembahasan selanjutnya, frekuensi yang digunakan adalah frekuensi linear

Gambar 2.3. Grafik amplitudo tanggapan sebuah osilator terhadap frekuensi penggerak

Pada gambar 2.3 dapat dilihat bahwa amplitudo osilasi sistem maksimum ketika frekuensi gaya penggerak sama dengan frekuensi resonansi. Pada redaman kecil, osilator akan menyerap lebih banyak energi dari gaya paksa pada frekuensi resonansi daripada yang diserap pada frekuensi lain. Lebar kurva resonansi untuk redaman kecil adalah sempit dan dapat dikatakan bahwa resonansinya tajam.Bila redaman besar, maka kurva resonansi lebar.


15

Rasio frekuensi resonansi f0terhadap lebar resonansi f dapat ditunjukkan dengan faktor kualitas akustik [Tipler, 1998] dalam persamaan (9).

Q

f0 f0  f f 2  f1

(9)

dengan Q adalah faktor kualitas akustik, f0 adalah frekuensi resonansi sistem, dan adalah f1 dan f2 adalah frekuensi saat nilai amplitudo

1 amplitudo 2

maksimum. Dari grafik pada gambar 2.3 dapat ditentukan nilai f0, f1, f2 seperti gambar 2.4

Gambar 2.4 f0, f1, f2 pada grafik hubungan amplitudo tanggapan terhadap gaya penggerak untuk sistem yang berosilasi


16

D. Faktor Kualitas Akustik yang Dipengaruhi Oleh Efek Dinding dan Radiasi Bunyi Terdapat dua faktor yang mempengaruhi faktor kualitas akustik pada silinder yaitu dari efek dinding dan radiasi bunyi [Moloney,2001]. Faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding berasal dari efek termal dan viskositas di dekat dinding pipa silinder dengan diameter pipa D mengikuti persamaan (10) berikut Qd 

D  C  X   2 1   p  1  C     V 

(10)

dengan Qd adalah faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding, δ adalah kedalaman penetrasi viskos, D adalah diameter dalam pipa, X adalah konduktivitas termometrik, ʋ adalah viskositas kinematik, Cp adalah kapasitas panas pada tekanan tetap, dan Cv adalah kapasitas panas pada volume tetap. Sedangkan faktor kualitas akibat radiasi bunyi berbanding terbalik dengan kuadrat diameter bagian dalam pipa seperti pada persamaan (11) berikut Qr 

4 L.v  .D 2 . f

(11)

dengan Qr adalah faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi, L adalah panjang pipa, v adalah kecepatan bunyi, dan f adalah frekuensi resonansi. Bila nilai frekuensi resonansi diganti dengan persamaan (3), maka persamaan (11) menjadi Qr 

8.L2  .n.D 2

(12)


17

Faktor kualitas akustik (Q) yang dipengaruhi oleh efek dinding dan radiasi bunyi diperoleh dari hubungan

1 1 1   Q Qd Qr

(13)


BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka, mengetahui pengaruh diameter terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka, mengetahui pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka, menentukan

nilai koefisien yang menyatakan

kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter pipa Cd, dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter pipa Cr, dan menentukan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa CR. Tujuan penelitian ini dicapai dengan melakukan eksperimen mengikuti tahaptahap merangkaialat, pengambilan data dan analisis data. Rangkaian alat diatur sesuai dengan kebutuhan penelitian. Pengambilan data dan analisis data menggunakan sensor bunyi dan software LoggerPro. A. Rangkaian Alat Rangkaian alat yang digunakan pada penelitian seperti gambar 3.1 berikut

17


18

Gambar 3.1. Rangkaian alat

Rangkaian alat pada gambar 3.1 dibagi menjadi empat bagian, yaitu sistem sumber bunyi, resonator, sistem deteksi, dan sistem pengolahan data. 1. Sistem sumber bunyi a. Audio Frekuensi Generator AFG digunakan sebagai pembangkit sumber bunyi dan mengatur fungsi gelombang bunyi. Model AFG yang digunakan pada eksperimen ini adalah GFG-8016G yang memiliki counter untuk menampilkan nilai frekuensi. Oleh sebab itu, nilai frekuensi sumber bunyi dapat ditentukan dengan tepat. b.

Amplifier digunakan sebagai penguat bunyi. Amplifier yang digunakan adalah model ZA-1025.

c. Speaker digunakan sebagai sumber bunyi keluaran. Spesifikasi speaker yang digunakan sebagai berikut


19

Tabel 3.1. Spesifikasi speaker Merk Speaker JD 8-WCF (175 watt8 ohms)

1 3,83

Diameter Dalam (cm) 2 3 Rata-rata 3,88 3,86 3,86

1 3,96

Diameter luar (cm) 2 3 Rata-rata 3,99 3,97 3,97

Diameter dalam dan diameter luar speaker diukur sebanyak tiga kali, kemudian dirata-ratakan.Nilai rata-rata diameter tersebut yang digunakan dalam penelitian. 2. Resonator Pipa PVC (polyvinyl chloride) sebagai resonator silindris yang diameter dan panjangnya divariasi. Tabel 3.2 menunjukkan spesifikasi pipa PVC yang digunakan Tabel 3.2. Spesifikasi pipa No 1 2 3 4 5 6

Merk Pipa Pipaku AW ¾ in Pipaku AW 1 in Pipaku C 1¼ in Pipaku C 1½ in Pipaku C 2 in Pipaku C 3 in

1 2,26

Diameter Dalam (cm) 2 3 Rata-rata 2,23 2,23 2,24

1 2,60

Diameter luar (cm) 2 3 Rata-rata 2,58 2,56 2,58

2,83

2,82

2,85

2,83

3,22

3,18

3,21

3,20

3,98

3,98

3,94

3.97

4,18

4,12

4,12

4,14

4,65

4,66

4,60

4,64

4,83

4,84

4,85

4,84

5,76

5,80

5,80

5,79

6,03

5,93

5,93

5,96

8,82

8,70

8,65

8,72

8,83

8,79

8,98

8,87

Diameter dalam dan diameter luar pipa diukur sebanyak tiga kali, kemudian dirata-ratakan.Nilai rata-rata diameter tersebut yang digunakan dalam penelitian. Panjang pipa PVC divariasikan dengan panjang 80 cm; 100 cm; 120 cm; 140 cm; 160 cm; 180 cm.


20

3. Sistem deteksi a. Sensor bunyi untuk mendeteksi tanggapan bunyi yang dihasilkan pada pipa silinder. b. Interface sebagai penghubung sensor bunyi dan komputer. Interface yang digunakan bermerk Vernier LabPro 4. Sistem pengolah data Bunyi yang telah dideteksi dianalisis menggunakan komputer dengan software LoggerPro.

B. Pengambilan Data Sebelum pengambilan data, ada beberapa variabel kontrol yang dibuat sama. Variabel kontrol tersebut meliputi 1. Fungsi gelombang AFG

: Sinusoidal

2. Amplifier

: Tone: 0

3. Jarak speaker-pipa

: 0 cm

4. Jarak lantai-pusat speaker

: 80 cm

5. Jarak lantai-pusat pipa

: 80 cm

AUX: 0

Diameter pipa yang digunakan berbeda, sehingga jarak lantai ke bagian bawah pipa juga berbeda seperti tabel 3.3 berikut Tabel 3.3. Jarak lantai terhadap pusat speaker dan yang dihitung dari bagian bawah speaker dan pipa Benda

Speaker Pipa 1 Pipa 2 Pipa 3 Pipa 4 Pipa 5 Pipa 6

Diameter luar benda (cm) 3,97 2,58 3,20 4,14 4,84 5,96 8,87

Jarak lantai – pusat speaker/pipa (cm) 80 80 80 80 80 80 80

Jarak lantai-bagian bawah speaker/pipa (cm) 78,02 78,71 78,40 77,80 77,76 77,02 75,57


21

Setelah rangkaian alat tersusun dengan benar. Pengambilan data dilakukan sesuai dengan langkah-langkah berikut 1. Aplikasi LoggerPro dibuka sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.2

Gambar 3.2. Tampilan LoggerPro yang terhubung dengan sensor bunyi

Gambar interface yang muncul pada tampilan di atas menandakan bahwa sensor bunyi sudah terhubung dengan komputer. 2. Grafik FFT berupa grafik hubungan amplitudo terhadap frekuensi didapatkan dengan mengklik menu insert – additional graphs- FFT graph sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.3

Gambar 3.3. Tampilan grafik FFT tanpa data


22

Pada gambar 3.3 di atas terdapat grafik FFT tanpa data dan tabel sebagai tempat data frekuensi tanggapan dan amplitudo. 3. Waktu pengambilan data dan jumlah sampel diatur dengan mengklik ikon data collection sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.4

Gambar 3.4. Kolom untuk mengatur waktu pengambilan data dan jumlah sampel

4. Setelah frekuensi bunyi diatur pada nilai tertentu, data diambil dengan mengklik ikon collect, sehingga setelah beberapa saat sesuai dengan waktu yang telah diatur, muncul grafik seperti gambar 3.5

Gambar 3.5. Tampilan grafik FFT setelah data diperoleh

5. Dari grafik FFT yang diperoleh pada langkah B.4, nilai frekuensi dan amplitudo tanggapan dicatat. Nilai tersebut diperoleh dengan bantuan ikon


23

examine. Amplitudo tanggapan yang dimaksud adalah amplitudo tertinggi pada grafik FFT. Untuk setiap nilai frekuensi bunyi, nilai frekuensi dan amplitudo tanggapan diambil sebanyak dua kali. Data yang diperoleh dimasukkan dalam tabel 3.4 berikut Tabel 3.4. Kolom data frekuensi bunyi, frekuensi dan amplitudo tanggapan fb 1 2 (Hz) f (Hz) A (cm) f (Hz) A (cm)

Setiap data diambil sebanyak dua kali dengan fb adalah frekuensi sumber bunyi, A adalah amplitudo tanggapan, f adalah frekuensi, 1 dan 2 adalah pengambilan pertama dan kedua. 6. Langkah B.1 – B.5 dilakukan untuk pipa dengan diameter pipa yang berbeda dan panjang pipa yang berbeda.

C. Analisis Data Data frekuensi dan amplitudo tanggapan pada tabel 3.4 digunakan dalam analisis data untuk memperoleh nilai faktor kualitas akustik.Karena amplitudo tanggapan diukur dua kali maka amplitudo tanggapan tersebut dirata-ratakan, kemudian amplitudo tanggapan rata-rata tersebut dikurangi dengan amplitudo tanggapan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Hal tersebut dilakukan saat komputer tidak terhubung dengan sensor bunyi. Analisis data dibagi dalam tiga bagian yaitu nilai faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka, pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik pada pipa


24

silinder terbuka serta nilai Cd dan Cr, dan pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka dan nilai CR. 1. Nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka a. Aplikasi LoggerPro dibuka, sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.6

Gambar 3.6. Tampilan awal LoggerPro pada saat tidak terhubung dengan sensor bunyi

b. Kolom data pada tabel yang tersedia ditambah dengan mengklik Data – New Manual Column. Pada bagian ini dibutuhkan 3 kolom data untuk data frekuensi sumber bunyi, amplitudo tanggapan pertama dan amplitudo tanggapan kedua. Nama variabel dan satuan pada kolom data diganti dengan mengklik nama variabel sebanyak dua kali sehingga muncul kolom pengisian nama variabel seperti gambar 3.7

Gambar 3.7. Kolom pengisian nama variabel


25

Saat muncul tampilan seperti di atas, nama variabel dan satuan dapat diganti sesuai kebutuhan kemudian klik Done untuk menyimpan nama variabel yang telah dibuat. Jumlah desimal diatur dengan mengklik Options sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.8

Gambar 3.8. Kolom penentuan jumlah desimal

c. Data diinput pada kolom data (f, A). Kemudian data amplitudo tanggapan

dirata-ratakan dengan mengklik Data–New Calculated

Column sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.9

Gambar 3.9. Kolom perhitungan

Cara di atas dapat digunakan untuk perhitungan dengan persamaan yang dibutuhkan dalam penelitian, dimana persamaan tersebut dapat dituliskan pada kolom Equation. Dari gambar 3.9 saat Done


26

diklikmaka muncul kolom baru pada tabel berupa kolom amplitudo tanggapan rata-rata. Amplitudo tanggapan rata-rata tersebut dikurangi dengan amplitudo tanggapan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Cara yang digunakan sama seperti saat menghitung amplitudo tanggapan rata-rata. Jika data di atas dirapikan dan ditambah dengan nilai frekuensi, maka data tersaji seperti tabel 3.5 Tabel 3.5. Kolom analisis data frekuensi bunyi , frekuensi dan amplitudo tanggapan fb 1 2 Art-rt Ap (Hz) (cm) f (Hz) A (cm) f (Hz) A (cm) (Hz

Art-rt adalah amplitudo tanggapan rata-rata, dan Apadalah amplitudo tanggapan rata-rata yang telah dikurangi dengan amplitudo tanggapan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Amplitudo tanggapan yang digunakan untuk analisis selanjutnya adalah Ap. d. Setelah data diinput pada kolom data dan nilai Aptelah dihitung. Kurva resonansi berupa grafik hubungan amplitudo tanggapan terhadap frekuensi diperoleh dengan mengklik menu Insert - Graph sehingga muncul grafik seperti gambar 2.4 e. Dari grafik yang diperoleh pada langkah C.1.d, nilai frekuensi puncak dan lebar kurva resonansi didapatkan dengan mengklik menu analyzeinterpolate dengan f0 adalah frekuensi pada nilai amplitudo maksimum, f1 dan f2 adalah frekuensi bunyi saat nilai amplitudo 1

2 dari amplitudo maksimum.


27

f. Nilai f0, f1, dan f2 digunakan untuk menghitung nilai faktor kualitas akustik menggunakan cara yang sama seperti langkah C.1.b – C.1.c. Persamaan yang digunakan untuk menghitung nilai faktor kualitas adalah persamaan (9). g. Langkah C.1.a – C.1.f dilakukan untuk setiap pipa dengan diameter pipa dan panjang pipa yang berbeda.

2. Pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik silinder terbuka serta nilai Cd dan nilai Cr. Persamaan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding dan radiasi bunyi pada persamaan (13) dapat digunakan untuk memperoleh persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter. Hal tersebut dilakukan dengan menyederhanakan persamaan (10) berupa persamaan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding menjadi persamaan (14) berikut

Qd  Cd .D Dimana Cd 

(14)

1  C  X   2 1   p  1  C  V    

Cd merupakan suatu koefisien yang menyatakan kebergantungan Qd terhadap D. Kemudian, persamaan (12) berupa persamaan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi, disederhanakan menjadi persamaan (15) berikut Qr 

Cr D2

(15)


dimana Cr 

28

8.L2  .n

Cr merupakan koefisien yang menyatakan kebergantungan Qr terhadap D. Setelah itu, persamaan (14) dan (15) dimasukkan ke dalam persamaan (13). Sehingga diperoleh persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter seperti persamaan (16)

Q

Cd .D (Cr / D 2 )

(16) Cr Cd .D  2 C Persamaan (16) berlaku untuk pipa dengan diameter pipa yang berbeda tetapi memiliki panjang yang sama. a. Data diameter pipa dan nilai faktor kualitas diinput ke dalamkolm data. Kemudian grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa diperoleh dengan mengklik menu insert-Graph. b. Setelah grafik pada langkah 2.a diperoleh, dilakukan fitting data.fitting data dilakukan dengan mengklik menu Analyze - Curve fit sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.10

Gambar 3.10. Tampilan awal pada bagian fitting data

Persamaan yang digunakan untuk fitting data ditulis pada kolom Define Function.


29

Gambar 3.11. Kolom pengisian persamaan yang digunakan pada penelitian

Persamaan yang digunakan adalah persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pada persamaan (16).

3. Pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder dan nilai CR. Jika dilihat dari persamaan (10) berupa persamaan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding dan persamaan (12) berupa persamaan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi, panjang pipa hanya berpengaruh pada faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi. Oleh sebab itu, persamaan (12) dapat disederhanakan menjadi

Qr  CR .L2 dimana CR 

(17)

8  .n.D 2

dengan CR adalah koefisien yang menyatakan kebergantungan Qr terhadap L2. Saat persamaan (17) dimasukkan ke dalam persamaan (13), maka diperoleh persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa seperti persamaan (18)


Q

Qd .CR .L2 Qd  CR .L2

30

(18)

Persamaan (18) berlaku untuk pipa dengan panjang yang berbeda tetapi memiliki diameter yang sama. Grafik dan fitting data untuk hubungan faktor kualitas akustik panjang pipa silinder diperoleh dengan cara yang sama seperti langkah C.2.a – C.2.b. Tetapi data yang diinput pada kolom data adalah data panjang pipa dan nilai faktor kualitas akustik. Persamaan yang digunakan dalam fitting data adalah persamaan (18).


BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian Berdasarkan tujuan penelitian yang terdapat pada bab 1, maka hasil penelitian dibagi menjadi tiga bagian yaitu nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka, pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka serta nilai Cd dan Cr, dan pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka dan nilai CR. 1. Nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka. Pada penelitian ini setiap rangkaian alat berlaku untuk pengambilan satu set data berupa frekuensi sumber bunyi, frekuensi dan amplitudo tanggapan pada satu diameter pipa dan panjang pipa. Setelah rangkaian alat terpasang, nilai frekuensi sumber bunyi diatur pada nilai tertentu. Sebagai contoh pada rangkaian alat dengan pipa berdiameter 3,97 cm dan panjang 180 cm, frekuensi bunyi diatur pada nilai 65 Hz. Kemudian dilakukan proses pengambilan data, sehingga dihasilkan grafik FFT berupa grafik hubungan amplitudo terhadap frekuensi dari tanggapan bunyi, yang diperlihatkan pada gambar 4.1. Dari grafik tersebut, diambil data nilai frekuensi sebesar 60,06 Hz dan amplitudo tertinggi sebesar 0,031 cm. Pengambilan data kembali dilakukan sehingga diperoleh nilai frekuensi dan nilai amplitudo tertinggi untuk pengambilan data kedua

31


32

sebesar 65,06 Hz dan 0,032 cm. Setelah itu, dilakukan pengambilan data untuk nilai frekuensi sumber bunyi yang lain.

Gambar 4.1. Grafik FFT untuk panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm pada frekuensi sumber bunyi 65 Hz

Pada satu nilai frekuensi sumber bunyi, amplitudo tanggapan diukur sebanyak dua kali dengan cara yang sama. Akan tetapi sebelum data diambil untuk nilai frekuensi sumber bunyi tertentu, terlebih dahulu pengambilan data dilakukan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Pada saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz diperoleh nilai amplitudo tanggapan sebesar 0,022 cm. Setelah data diperoleh, nilai amplitudo dirata-ratakan, kemudian amplitudo tanggapan rata-rata tersebut dikurangi dengan amplitudo tanggapan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Tabel 4.1 memperlihatkan data lengkap yang diperoleh pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm.


33

Tabel 4.1. Data frekuensi sumber bunyi, frekuensi dan amplitudo tanggapan pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm. fb (Hz)

1 f (Hz)

2 A (cm)

f(Hz)

A (cm)

Art-rt (cm)

Ap (cm)

65

65,06

0,031

65,06

0,032

0,031

0,009

70

69,70

0,043

69,70

0,041

0,042

0,020

75

74,95

0,059

74,95

0,059

0,059

0,037

80

79,47

0,092

79,47

0,091

0,091

0,069

85

84,72

0,152

84,72

0,152

0,152

0,130

90

89,84

0,342

89,84

0,343

0,343

0,320

95

94,97

1,110

94,97

1,120

1,115

1,093

100

100,10

0,307

100,10

0,302

0,305

0,282

105

104,76

0,244

104,76

0,244

0,244

0,222

110

110,35

0,166

110,35

0,165

0,166

0,143

115

114,99

0,137

114,99

0,143

0,140

0,118

120

119,38

0,124

119,38

0,122

0,123

0,101

125

125,12

0,110

125,12

0,112

0,111

0,089

Data frekuensi dan amplitudo tanggapan (Ap)digunakan untuk membuat kurva resonansi sehingga diperoleh kurva resonansi pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm seperti gambar 4.2.

Gambar 4.2. Kurva resonansi pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm.


34

Kurva resonansi pada gambar 4.2 digunakan untuk mencari nilai f0, f1, dan f2 seperti gambar 2.4 dan diperoleh nilai f0, f1, dan f2 secara berturut-turut sebesar 94,97 Hz; 92,93 Hz; dan 96,98 Hz. Nilai-niai tersebut digunakan untuk menentukan nilai Q menggunakan persamaan (9)

Q

f0 f 2  f1

Q

94,97 Hz 96,98Hz  92,93Hz

Q  23,45

Dari hasil perhitungan tersebut diperoleh nilai faktor kualitas akustik untuk panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm sebesar 23,45. Pola data dan bentuk grafik untuk pengambilan data pada pipa yang lain sama seperti pada tabel 4.1 dan gambar 4.2 yang dapat dilihat pada lampiran. Nilai Q diperoleh dengan cara yang sama untuk setiap diameter pipa dan panjang pipa yang berbeda.

2. Pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka serta nilai Cd dan nilai Cr Setelah dilakukan pengambilan data dan analisis data, diperoleh nilai Q untuk pipa dengan diameter yang berbeda pada panjang pipa 160 cm dan 180 cm yang disajikan dalam tabel 4.2 dan 4.3. Dalam tabel tersebut disajikan nilai f0, f1, dan f2.


35

Tabel 4.2. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap diameter pipa pada panjang pipa 160 cm. No 1

Diameter (cm) 2,24

f0 (Hz) 104,98

f1 (Hz) 102,57

f2 (Hz) 111,57

Q 11,67

2

2,83

105,10

102,64

109,42

15,50

3

3,97

104,86

102,89

107,90

20,93

4

4,64

104,86

103,03

107,59

23,10

5

5,79

104,98

103,16

107,37

24,94

6

8,72

104,86

103,04

107,53

23,35

Tabel 4.3. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap diameter pipa pada panjang pipa 180 cm. No 1

Diameter (cm) 2,24

f0 (Hz) 95,09

f1 (Hz) 93,02

f2 (Hz) 100,65

Q 12,46

2

2,83

95,97

92,95

98,22

16,49

3

3,97

94,97

92,93

96,98

23,45

4

4,64

95,21

93,17

96,84

25,94

5

5,79

94,73

93,30

96,74

27,54

6

8,72

95,21

92,90

96,82

24,28

Dari nilai diameter pipa dan nilai faktor kualitas akustik pada tabel 4.2 dan 4.3

dibuat grafik hubungan antara faktor kualitas akustik

terhadap diameter pipa berserta fitting data sehingga diperoleh grafik pada gambar 4.3 dan 4.4.


36

Gambar 4.3. Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa pada panjang pipa 160 cm

g Gambar 4.4. Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa pada panjang pipa 180 cm.

Grafik pada gambar 4.3 dan 4.4 difit menggunakan persamaan(16) berupa

persamaan

hubungan

faktor

kualitas

akustik

terhadap

diameter.Bila ditinjau dari persamaan (16) dan menyesuaikan satuan dari diameter

yang

digunakan,

nilai

koefisien

yang

menyatakan

kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter Cd memiliki satuan cm-1.Dalam fitting data Cd


37

dinyatakan dalam huruf a. Sedangkan, nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter Cr memiliki satuan cm2. Dalam fitting data Cr dinyatakan dalam huruf b. Dari fitting data pada gambar 4.3 dan 4.4, untuk panjang 160 cm diperoleh nilai Cd sebesar 5,74 cm-1 dan Cr sebesar 3382 cm2. Sedangkan untuk panjang pipa 180 cm diperoleh nilai Cd sebesar 6,46 cm-1 dan Cr sebesar 3417 cm2.

3. Pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka dan nilai CR. Dari pengambilan data dan analisis data, diperoleh juga nilai Q untuk panjang pipa yang berbeda pada diameter pipa 3,97 cm dan 5,79 cm yang disajikan dalam tabel 4.4 dan 4.5. Dalam tabel tersebut disajikan nilai f0, f1, dan f2. Tabel 4.4. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap panjang pipa pada diameter pipa 3,97 cm. No 1

Panjang pipa (cm) 80

f0 (Hz) 209,96

f1 (Hz) 201,32

f2 (Hz) 218,07

Q 12,53

2

100

169,92

163,76

175,03

15,08

3

120

140,14

137,97

145,78

17,94

4

140

120,24

118,02

124,17

19,55

5

160

104,86

102,89

107,90

20,93

6

180

94,97

92,93

96,98

23,45


38

Tabel 4.5. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap panjang pipa pada diameter pipa 5,79 cm. No 1

Panjang Pipa (cm) 80

f0 (Hz) 209,94

f1 (Hz) 202,51

f2 (Hz) 216,39

Q 15,12

2

100

169,92

167,55

176,74

18,49

3

120

140,38

136,84

143,43

21,30

4

140

120,12

117,87

123,02

23,32

5

160

104,98

103,16

107,37

24,94

6

180

94,73

93,30

96,74

27,54

Dari nilai panjang pipa dan nilai faktor kualitas pada gambar 4.4 dan 4.5 dibuat grafik hubungan antara faktor kualitas akustik terhadap panjang

pipa berserta fitting data pada aplikasi LoggerPro sehingga

diperoleh grafik pada gambar 4.5 dan 4.6.

Gambar 4.5. Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa pada diameter pipa 3,97 cm.


39

Gambar 4.6. Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa pada diameter pipa 5,79 cm.

Grafik pada gambar 4.5 dan 4.6 difit dengan persamaan (18) berupa persaman

hubungan

faktor

kualitas

akustik

terhadap

panjang

pipa.Ditinjau dari persamaan (18) dan menyesuaikan satuan dari panjang pipa yang digunakan, nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi radiasi bunyi terhadap panjang pipa CR memiliki satuan cm-2. Dalam fitting data CR dinyatakan dalam huruf c. Qd yang merupakan faktor kualitas akkustik yang dipengaruhi oleh efek dinding tidak memiliki satuan. Dalam fitting data Qd dinyatakan dalam huruf d. Dari hasil fitting data pada gambar 4.5 dan 4.6, untuk diameter 3,97 cm diperoleh nilai CR sebesar 3,207 x 10-3 cm-2, dan nilai Qd sebesar 28,81. Untuk diameter 5,79 cm diperoleh nilai CR sebesar 4,044 x 10-3 cm-2, dan nilai Qd sebesar 33,11.


40

B. Pembahasan Rangkaian alat yang ada pada gambar 3.1 terdiri dari sumber bunyi berupa dari AFG, amplifier, dan speaker. Frekuensi bunyi yang keluar dari speaker diatur menggunakan AFG, AFG yang digunakan memiliki counter yang dapat meminimalisir kesalahan dalam menentukan nilai frekuensi sumber bunyi, karena nilai frekuensi yang diinginkan terlihat pada counter. Frekuensi bunyi tersebut diperkuat oleh amplifier dan keluar dari speaker dalam bentuk bunyi.Gelombang bunyi yang keluar dari speaker masuk ke dalam pipa PVC.Pipa PVC dalam penelitian ini berperan sebagai resonator silindris.Gelombang bunyi yang merupakan gelombang longitudinal tersebut dipantulkan

dari

berdiri.Gelombang

ujung-ujung tersebut

pipa

dinamakan

dan

membentuk

gelombang

bunyi

gelombang tanggapan.

Gelombang bunyi tanggapan ini di tangkap oleh sensor bunyi kemudian dianalisis menggunakan software Logger Pro dengan mengikuti langkahlangkah pada metodologi penelitian. Pada sistem, udara di dalam pipa mengalami osilasi terpaksa.Bunyi yang keluar dari speaker dan masuk dalam pipa diberi energi secara terus menerus.Pemberian energi ini ditunjukkan dengan menyalakan sumber bunyi pada frekuensi tertentu selama pengambilan data.Frekuensi bunyi tersebut dinamakan frekuensi penggerak. Pada proses pengambilan data, gelombang bunyi yang ditangkap oleh sensor bunyi ditampilkan dalam grafik FFT. Grafik FFT tersebut berupa frekuensi dan amplitudo tanggapan. Nilai frekuensi yang tampil pada pada


41

grafik FFT tersebut adalah frekuensi sumber bunyi. Pada saat sumber bunyi diatur pada AFG, nilai frekuensi yang muncul pada counter masih memiliki ketidakpastian sebesar ± 1 Hz. Nilai frekuensi sumber bunyi secara tepat ditampilkan pada grafik FFT. Data yang diperoleh disajikan pada tabel data frekuensi sumber bunyi, frekuensi dan amplitudo tanggapan pada tabel 4.1.Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa data diambil pada frekuensi sumber bunyi yang berselang 5 Hz agar data yang diperoleh lebih akurat.Selain itu, dari tabel 4.1 juga tampak data bunyi tanggapan berupa frekuensi dan amplitudo diambil sebanyak dua kali. Pengambilan data frekuensi dan amplitudo tanggapan dilakukan sebanyak dua kali agar

hasil yang di peroleh lebih presisi. Kemudian

amplitudo tanggapan dirata-ratakan dan dikurangi dengan amplitudo pada saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Hal ini dilakukan karena sebelum pengambilan data sudah ada noise yang berasal dari lingkungan sekitar, sehingga untuk memperoleh amplitudo tanggapan yang sesungguhnya, amplitudo yang diperoleh harus dikurangi dengan amplitudo dari noise sekitar. Saat nilai frekuensi bunyi dan amplitudo tanggapan pada tabel 4.1 diperhatikan lebih teliti, terdapat suatu pola dimana semakin besar frekuensi, nilai amplitudo tanggapan naik hingga mencapai puncak pada frekuensi 94,97 Hz dan kemudian nilainya menurun.

Pada saat amplitudo tanggapan

mencapai nilai maksimum itulah peristiwa resonansi terjadi. Dari penjelasan diatas dapat dikatakan bahwa pada tabel 4.1, pipa dengan diameter 3,97 cm


42

dan panjang 180 cm peristiwa resonansi terjadi pada frekuensi 94,97 Hz. Data yang lain memiliki pola yang sama dengan tabel 4.1. Peristiwa resonansi yang digunakan pada penelitian ini adalah peristiwa resonansi pertama. Hal ini diketahui pada saat eksperimen pendahuluan telah dicoba pengambilan data dari frekuensi terkecil yaitu 0 Hz, 5 Hz, 10 Hz dan seterusnya hingga ditemukan nilai amplitudo tertinggi untuk pertama kali, dan nilai amplitudo tertinggi tersebut ditetapkan sebagai resonansi pertama. Jika nilai frekuensi bunyi terus diperbesar, maka akan ditemukan resonansi kedua, ketiga dan seterusnya, tetapi yang digunakan dalam penelitian ini adalah resonansi pertama dengan memperhitungkan waktu yang tersedia untuk pengambilan data singkat. Dari data frekuensi dan amplitudo tanggapan dibuat kurva resonansi pada gambar 4.2. Kurva resonansi tersebut memiliki pola data yang sama seperti tabel 4.1. Dari kurva tersebut dicari nilai f0, f1, dan f2 yang digunakan untuk menghitung nilai faktor kualitas akustik. Nilai faktor kualitas akustik yang diperoleh, disajikan dalam tabel hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter yang ada pada tabel 4.2 dan 4.3, serta tabel hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa pada tabel 4.4 ddan 4.5. Dari tabel-tabel tersebut dapat dilihat bahwa nilai faktor kualitas akustik yang diperoleh >10.Hal tersebut menandakan bahwa sistem mengalami redaman kecil [Moloney, 2001].


43

Hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa dapat dilihat pada tabel nilai faktor kualitas akustik untuk setiap diameter pipa dalam tabel 4.2 dan 4.3. Dari kedua tabel tersebut tampak bahwa untuk panjang pipa yang sama, semakin besar diameter pipa nilai faktor kualitas akustiknya membesar hingga mencapai maksimum pada diameter pipa tertentu kemudian kembali menurun. Hal tersebut tersebut juga terlihat pada grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter di gambar 4.3 dan 4.4. Pola tersebut sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Moloney, dimana pada diameter yang kecil, pertambahan nilai faktor kualitas hampir linear, kemudian mencapai maksimun, dan kembali menurun secara kasar mengikuti 1/ pada diameter pipa yang besar. Hasil fitting data yang telihat pada gambar 4.3 dan 4.4 menandakan bahwa pola data yang terjadi mengikuti persamaan (16) berupa persamaan hubungan faktor kualitas terhadap diameter. Dari persamaan (16), untuk nilai D kecil, nilai Cr D 2 jauh lebih besar daripada nilai Cd.D, sehingga nilai penyebutnya menjadi hampir sama dengan Cr D 2 . Oleh sebab itu, pada D yang kecil, nilai Q mendekati nilai Cd.D. Untuk nilai D yang besar, nilai Cd.D jauh lebih besar daripada Cr D 2 sehingga nilai penyebutnya menjadi hampir sama dengan nilai Cd.D. Oleh sebab itu, pada D yang besar nilai Q mendekati Cr D 2 . Hal di atas sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan Moloney dimana pada diameter yang kecil, nilai faktor kualitas akustik lebih


44

dipengaruhi oleh efek dinding.Pada diameter yang besar, nilai faktor kualitas lebih dipengaruhi oleh radiasi bunyi. Dari hasil fitting data pada gambar 4.3 dan 4.4, untuk panjang 160 cm diperoleh nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter Cd sebesar 5,74 cm-1 dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter Cr sebesar 3382 cm2. Sedangkan untuk panjang pipa 180 cm diperoleh nilai Cd sebesar 6,46 cm-1 dan Cr sebesar 3417 cm2. Nilai Cd dan Cr yang diperoleh tidak jauh berbeda dengan hasil penelitian Moloney.Hal tersebut dapat dilihat pada tabel 4.6. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa nilai Cd hasil penelitian berbeda 1 orde dari hasil penelitian milik Moloney. Sedangkan, nilai Cr hasil penelitian memiliki orde yang sama dengan hasil penelitian milik Moloney. Perbedaan terjadi karena diameter pipa dan panjang pipa yang digunakan pada penelitian ini berbeda dengan milik Moloney. Tabel 4.6. Perbandingan nilai Cd dan Cr milik Moloney dan hasil penelitian Moloney Hasil percobaan Panjang pipa 160 Panjang pipa 180 cm cm Cd 20,1 cm-1 5,74 cm-1 6,46 cm-1 2 2 Cr 4000 cm 3382 cm 3417 cm2

Hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa dapat dilihat pada tabel nilai faktor kualitas akustik untuk setiap panjang pipa dalam tabel 4.4 dan 4.5.Dari kedua tabel tersebut nampak bahwa semakin panjang pipa


45

silinder maka semakin besar pula nilai faktor kualitasnya. Hal tersebut juga terlihat pada grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa di gambar 4.5 dan 4.6 Hasil fitting data yang terlihat pada gambar 4.5 dan 4.6 menandakan bahwa pola data yang terjadi mengikuti persamaan (18) berupa persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa. Dari persamaan (18) dapat diketahui bahwa semakin panjang pipa, nilai faktor kualitas semakin membesar, hingga pada nilai L yang besar, nilai penyebut hampir sama dengan nilai CR.L2, sehingga nilai Q

hampir

mendekati Qd. Pola data hubungan Q terhadap L pada gambar 4.5 dan 4.6 tidak menunjukkan pola nilai Q yang hampir mendatar. Hal tersebut menandakan bahwa pipa yang digunakan tidak terlalu panjang. Dari hasil fitting data pada gambar 4.5 dan 4.6, untuk diameter 3,97 cm diperoleh nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa CR sebesar 3,207 x 10-3 cm-2, dan nilai faktor kualitas akustik yang dipengaruhi efek dinding Qd sebesar 28,81. Untuk diameter 5,79 cm diperoleh nilai CR sebesar 4,044 x 10-3 cm-2, dan nilai Qd sebesar 33,11. Jika dilihat kembali tabel nilai faktor kualitas akustik untuk setiap diameter pipa yang berbeda pada tabel 4.2 dan 4.3, dapat dilihat bahwa untuk panjang pipa yang sama, semakin besar diameter pipa, nilai frekuensi resonansi relatif sama. Sebagai contoh dapat dilihat pada tabel 4.2 dimana saat diameter pipa membesar dengan nilai 3,97 cm; 4,64 cm; 5,79 cm; 8,72 cm nilai frekuensi resonansi relatif sama ±105 Hz. Tabel 4.4 dan 4.5 berupa


46

tabel nilai faktor kualitas untuk setiap panjang pipa yang berbeda menunjukkan bahwa untuk diameter yang sama, semakin panjang pipa silinder nilai frekuensi resonansi semakin kecil. Sebagai contoh dapat dilihat pada tabel 4.4 dimana saat panjang pipa membesar dengan nilai 80 cm, 100 cm, 120 cm, 160 cm, 180 cm, nilai frekuensi resonansi menurun secara berturut-turut 209,96 Hz, 169,92 Hz, 140,14 Hz, 120,24 Hz, 104,86 Hz, 94,97 Hz. Tabel 4.7 memperlihatkan perbandingan nilai frekuensi resonansi berdasarkan percobaan dan teori pada resonansi pertama. Nilai frekuensi resonansi berdasarkan teori diperoleh dari persamaan (3) dengan nilai kecepatan bunyi sebesar 340 m/s. Nilai frekuensi resonansi berdasarkan percobaan didapatkan dari nilai frekuensi saat terjadi peristiwa resonansi dimana nilai amplitudo tanggapan mencapai nilai tertinggi. Oleh karena itu nilai frekuensi resonansi dari percobaan dapat dilihat pada frekuensi penggerak saat amplitudo tanggapan mencapai nilai tertinggi. Nilai frekuensi resonansi diambil dari tabel 4.4 yang merupakan tabel hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa untuk diameter pipa 3,97 cm. Dari tabel 4.6 dapat dilihat bahwa nilai frekuensi resonansi berdasarkan percobaan hampir sama dengan nilai frekuensi resonansi berdasarkan teori. Hal tersebut menandakan bahwa nilai frekuensi resonansi yang diperoleh sesuai dengan teori.


47

Tabel 4.7. Perbandingan nilai frekuensi resonansi berdasarkan percobaan dan teori No 1 2 3 4 5 6

Panjang pipa (cm) 80 100 120 140 160 180

Frekuensi resonansi berdasarkan percobaan (Hz) 209,96 169,92 140,14 120,24 104,86 94,97

Frekuensi resonansi berdasarkan teori (Hz) 212,5 170 141,67 121,43 106,25 94,44

Pembahasan di atas membuktikan bahwa nilai frekuensi tidak dipengaruhi oleh diameter pipa tetapi dipengaruhi oleh panjang pipa.Nilai frekuensi resonansi berbanding terbalik dengan panjang pipa. Penelitian faktor kualitas akustik dapat dilakukan dengan mudah menggunakan software LoggerPro.Dalam penelitian ini software LoggerPro digunakan untuk pengambilan data, perhitungan data, pembuatan grafik dan fitting data. Pada proses pengambilan data, software LoggerPro menampilkan grafik FFT sehingga diperoleh nilai frekuensi dan amplitudo secara tepat. Pada proses perhitungan data. Software LoggerPro menyediakan kolom untuk menginput data dan melakukan perhitungan data. Kemudian software LoggerPro juga digunakan untuk

menampilkan grafik kurva resonansi.

Dengan software tersebut, nilai f0, f1, f2 pada kurva resonansi yang digunakan untuk menentukan nilai faktor kualitas dapat diproleh.Software LoggerPro juga digunakan untuk fitting data pada grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter dan grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa. Fungsi fitting data adalah untuk mencocokkan data yang diperoleh dengan teori yang ada.Penggunaan software LoggerPro yang mudah, sangat cocok digunakan dalam pembelajaran di sekolah menengah maupun universitas.


48

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut 1. Faktor kualitas akustik dapat ditentukan dengan membuat kurva resonansi. Hal tersebut dapat dicapai dengan melakukan eksperimen menggunakan software Logger Pro. Nilai faktor kualitas akustik yang diperoleh >10 yang menandakan bahwa sistem mengalami redaman kecil. 2. Pada panjang pipa yang sama, semakin besar diameter pipa nilai faktor kualitas akustik membesar hingga nilai tertentu, kemudian nilai faktor kualitas akustik menurun. Untuk panjang pipa 160 cm pada diameter 2,24 cm; 2,83 cm; 3,97 cm; 4,64 cm; 5,79 cm; dan 8,72 cm diperoleh nilai faktor kualitas akustik secara berturut-turut sebesar 11,67; 15,50; 20,93; 23,10; 24,94; dan 23,35. 3. Untuk panjang pipa 160 cm diperoleh nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter Cd sebesar 5,74 cm-1 dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter Cr sebesar

48


49

3382 cm2. Sedangkan untuk panjang pipa 180 cm diperoleh nilai Cd sebesar 6,46 cm-1 dan Cr sebesar 3417 cm2 4. Pada diameter pipa yang sama, semakin panjang pipa resonator, nilai faktor kualitas akustiknya semakin besar. Untuk diameter pipa 3,97 cm pada panjang pipa 80 cm, 100 cm, 120 cm, 140 cm, 160 cm dan 180 cm diperoleh niai faktor kualitas akustik secara berturut-turut sebesar 12,53; 15,08; 17,94; 19,55; 20,93 dan 23,45. 5. Untuk diameter 3,97 cm diperoleh nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa CR sebesar 3,207 x 10-3 cm-2. Untuk diameter 5,79 cm diperoleh nilai CR sebesar 4,044 x 10-3 cm-2.

B. Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan penulis memberi saran untuk: 1. Melakukan percobaan faktor kualitas akustik menggunakan software LoggerPro di sekolah menengah atas atau di universitas. 2. Melakukan percobaan faktor kualitas akustik dengan pipa yang lebih panjang.


DAFTAR PUSTAKA

Gluck, Paul, Sarit Ben-Sultan dan Tamar Dinur. 2006. “Resonance in Flasks and Pipes”. The Physics Teacher. Vol. 44: 10-15. Haryanto, Antonius dan Linus Karyanto . 2014. Work Book for XII Sciensce. Yogyakarta: Stella Duce. Moloney, Michael J dan Daniel L. Hatten. 2001. “Acoustic Quality Factor and Energy Losses in Cylindrical Pipes”. American Journal of Physics. Vol.69, No.3: 311-314. NN, 2013. “Transformasi Fourier Cepat”. https://id.wikipedia.org/wiki/Transformasi_Fourier_cepat. Diakses tanggal 23 Agustus 205. Santosa, Edi. 2014. Eksperimen Berbasis Komputer. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma. Serway, Raymond A dan John W. Jewett. 2009. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Salemba Teknika. Setiawan, Ikhsan dan Agung B.S. Utomo. 2009. “Pemanfaatan Perangkat Lunak Oscilloscope 2.51 dan Curveexpert 1.3 dalam Pengukuran Faktor Kuaitas Akustik Resonator”. http://setiawan.synthasite.com/resources/Ikhsan-2009(4).pdf . Diakses tanggal 2 Februari 2015. Sipasulta, Reonaldo Y, Arie A.M.L dan Sherwin R.U.A.S. 2014.“Simulasi Sistem Pengacak Sinyal dengan Metode FFT (Fast Fourier Transform).http://ejournal.unsrat.ac.id/index.php/elekdankom/article/viewF ile/4448/3976. Diakses tanggal 19 Agustus 2015. Tipler, Paul A(terjemahan). 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik (jilid 1). Jakarta: Erlangga Young, Hugh D, Roger A. Freedman, dan A. Lewis Ford (terjemahan). 2003. Fisika Universitas (jilid 2). Jakarta: Erlangga.

50

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 51

LAMPIRAN Tabel Data dan Kurva Resonansi dari Percobaan

Catatan: Amplitudo rata-rata background adalah amplitudo saat nilai frekuensi sumber bunyi 0 Hz Tabel L.1. Tabel data dan kurva resonansi untuk diameter yang berbeda pada panjang pipa 160 cm No 1

Diameter Pipa (cm) 2,24

Tabel data

Kurva resonansi


2

2,83

3

3,97


4

4,64

5

5,79


6

8,72

Tabel L.2. Tabel dan grafik hubungan faktor kualitas terhadap diameter pipa pada panjang pipa 160 cm Tabel hubungan diameter pipa terhadap faktor kualitas

Grafik hubungan faktor kualitas terhadap diameter pipa


Tabel L.3. Tabel data dan kurva resonansi untuk diameter yang berbeda pada panjang pipa 180 cm No 1

Diameter Pipa (cm) 2,24

Tabel data

Kurva resonansi


2

3

2,83

3,97


4

4,64

5

5,79


6

8,72

Tabel L.4. Tabel dan grafik hubungan faktor kualitas terhadap diameter pipa pada panjang pipa 180 cm Tabel hubungan diameter pipa terhadap faktor kualitas

Grafik hubungan faktor kualitas terhadap diameter pipa


No 1

Tabel L.5. Tabel data dan kurva resonansi untuk panjang pipa yang berbeda pada diameter pipa 3,97 cm Panjang Pipa Tabel data Kurva resonansi (cm) 80


2

100

3

120


4

140

5

160


6

180

Tabel L.6. Tabel dan grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa pada diameter pipa 3,97 cm Tabel hubungan panjang pipa terhadap faktor kualitas Grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa


No 1

Tabel L.7. Tabel data dan kurva resonansi untuk panjang pipa yang berbeda pada diameter pipa 5,79 cm Panjang Pipa Tabel data Kurva resonansi (cm) 80


2

100

3

120


4

140

5

160


6

180

Tabel L.8. Tabel dan grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa pada diameter pipa 5,79 cm Tabel hubungan panjang pipa terhadap faktor kualitas Grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa


PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents