Gelombang Bunyi

Gelombang Bunyi atau suara adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui suatu media. Terdapat tiga aspek utama pada bunyi. Pertama, terdapat sumber bunyi. Kedua, terdapat media agar energi gelombangnya dapat merambat. Gelombang bunyi merambat sebagai gelombang longitudinal. Ketiga, terdapat penerima yakni telinga kamu ataupun microphone.

Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:
Hukum Hooke
Gerak Parabola

Intensitas dan Taraf Intensitas Bunyi

Intensitas bunyi adalah jumlah energi yang ditransfer oleh gelombang per satuan waktu dibanding bidang luasan rambat. Satuan Intensitas bunyi adalah Watt/meter2 (W/m^2). Persamaan intensitas bunyi dinotasikan dengan:

I = \frac{P}{A}

Dimana,
P = daya sumber bunyi (Watt)
A = luasan area (m2)

Telinga kamu hanya dapat mendengar suara tidak lebih rendah dari 10^{-12} \: W/m^2 dan tidak lebih tinggi dari 1 \: W/m^2.

Satuan taraf intensitas bunyi adalah decibell (dB), 10 dB = 1 bel. Persamaan taraf intensitas bunyi dinotasikan dengan:

TI = 10 \: log (\frac{I}{I_0}).

Dimana,
TI = Taraf intensitas bunyi (dB)
I = Intensitas bunyi (W/m^2)
I0= intensitas ambang pendengaran (W/m^2)
Intensitas ambang pendengaran manusia sebesar 10^{-12} \: W/m^2.

Karakteristik Gelombang Bunyi

Cepat rambat bunyi berbeda-beda tergantung jenis material media rambatnya. Besar cepat rambat bunyi juga dipengaruhi oleh temperatur, khususnya jika media rambatnya adalah gas. Contohnya, cepat rambat bunyi di udara pada suhu normal sebesarĀ 343 \: m/s^2, namun cepat rambat bunyi di udara pada suhu 00C hanya sebesar 331 \: m/s^2.

Karena cepat rambat bunyi di berbagai media rambatnya berbeda, maka notasi atau persamaan untuk mencari cepat rambat bunyi juga berbeda. Berikut notasi cepat rambat bunyi pada ketiga media rambat:

  • Padat

v = \sqrt{\frac{E}{\rho}}

Dimana,
E = modulus elastisitas material (N/m2
\rho = massa jenis material (kg/m3)

  • Gas

v = \sqrt{\gamma \frac{P}{\rho}}

Dimana,
P = takanan gas (N/m2)
\gamma = konstanta Laplace (kg/m3)

  • Cair

v = \sqrt{\frac{B}{\rho}}

Dimana,
B = modulus Bulk (N/m2)

Selain itu, berdasarkan frekuensinya bunyi dapat dikelompokkan menjadi 3, yaitu:

  • Bunyi audiosonik = frekuensinya antara 20 Hz hingga 20.000 Hz. Bunyi audiosonik merupakan satu-satunya bunyi yang dapat kita dengar secara baik.
  • Bunyi ultrasonik = frekuensinya diatas 20.000 Hz. Kita tidak dapat mendengarnya, tapi sebagian binatang dapat mendengarnya, contohnya seperti anjing dan kelelawar.
  • Bunyi infrasonik = frekuensinya dibawah 20 Hz. Contohnya gelombang bunyi yang disebabkan gempa bumi, halilintar, dan gunung berapi.

Sumber sumber Bunyi

Sumber-sumber bunyi berasal dari setiap benda yang bergetar. Getaran menghasilkan gelombang. Kita dapat mengetahui kecepatan gelombang tersebut. Persamaan kecepatan gelombang dinotasikan dengan:

v = \lambda \cdot f

Dimana,
\lambda = Panjang gelombang (m)
f = frekuensi gelombang (Hz)

Selain itu, persamaan kecepatan gelombang senar/dawai dan pipa dinotasikan dengan:

v = \sqrt{\frac{F \cdot L}{m}}

Dimana,
F = Tegangan tali senar/dawai (N)
L = panjang tali senar/dawai (m)
m = massa senar/dawai (kg)

Berikut nada-nada yang dihasilkan dari sumber-sumber bunyi,

  • Senar/ Dawai

gelombang bunyi senar
[Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]

f_0 : f_1 : f_2 : \cdot = 1 : 2 : 3 : \cdot

f_n = (\frac{n+1}{2L})v \rightarrow n = 0, 1, 2, 3, \cdot

  • Pipa Organa terbuka

pipa organa terbuka
[Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]

f_0 : f_1 : f_2 : \cdot = 1 : 2 : 3 : \cdot

f_n = (\frac{n+1}{2L})v \rightarrow n = 0, 1, 2, 3, \cdot

  • Pipa Organa tertutup

pipa organa tertutup
[Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]

f_0 : f_1 : f_2 : \cdot = 1 : 3 : 5 : \cdot f_n = (\frac{n+1}{4L})v \rightarrow n = 0, 1, 2, 3, \cdot

Efek Doppler

Efek Dopler adalah peristiwa naik atau turunnya frekuensi gelombang bunyi yang terdengar penerima bunyi ketika sumber bunyi bergerak mendekat atau menjauh. Contoh efek Dopler dapat dilihat pada gambar dibawah. Pada saat sumber suara diam, kedua penerima mendengar besar frekuensi yang sama. Saat sumber suara bergerak, salah satu penerima mendengar frekuensi yang lebih besar dari sebelumnya dan penerima lain mendengar frekuensi yang lebih kecil dari sebelumnya.

gelombang bunyi efek dopler
[Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]

Besarnya frekuensi bunyi yang terdengar penerima dinotasikan dengan:

f_p = (\frac{V \pm V_p}{V \pm V_s})f_s

Dimana,
V = cepat rambat bunyi di udara (m/s)

V_p = kecepatan pendengar (m/s)
(Bernilai plus (+), jika pendengar mendekati sumber bunyi
Bernilai minus (-), jika pendengar menjauhi sumber bunyi
Bernilai nol (0), jika pendengar diam)

V_s = kecepatan sumber bunyi (m/s)
(Bernilai plus (+), jika sumber bunyi menjauhi pendengar
Bernilai minus (-), jika sumber bunyi mendekati pendengar
Bernilai nol (0), jika sumber bunyi diam)

f_s = frekuensi sumber bunyi (Hz)

Aplikasi Gelombang Bunyi

Terdapat aplikasi-aplikasi yang diterapkan berdasarkan prinsip gelombang bunyi, diantaranya:

  • Sonar:

Sonar menembakkan gelombang suara ultrasonik pada frekuensi 20 kHz hingga 100 kHz. Penggunaan sonar banyak dipakai untuk mengukur kedalaman air.

  • Ultrasonografi (USG):

Frekuensi yang digunakan berkisar 1 MHz hingga 10 MHz (1 MHz = 106 Hz). USG digunakan untuk melihat fase-fase pertumbuhan bayi pada kandungan ataupun untuk melihat tumor pada bagian tubuh.

Jarak antar dua tempat dengan bunyi pantul dapat dinotasikan dengan:

S = \frac{v \cdot \Delta}{2}

Dimana,
\Delta = waktu tempuh gelombang bunyi sejak ditembakkan hingga diterima (s)

Contoh Soal Gelombang Bunyi

Taraf intensitas suara sebuah mesin jet yang diukur dari jarak 30 m adalah 140 dB. Berapa taraf intensitas suara jika diukur dari jarak 300 m?

SOLUSI:

Intensitas suara pada 30 m diketahui sebesar:

TI = 10 \: log (\frac{I}{I_0}) \newline \newline 140 \: dB = 10 \: log (\frac{I}{10^{-12}W/m^2}) \newline \newline 10^{14} = \frac{I}{10^{-12}W/m^2}.

I = 10^{14} \cdot 10^{-12} W/m^2 = 10^2 \: W/m^2.

Pada jarak 300 m, sama dengan 10 kali lipat dibanding jarak sebelumnya.

\frac{I}{I_1} = \frac{\frac{P}{A}}{\frac{P}{A_1}} \newline \newline \frac{I}{I_1} = \frac{A_1}{A}.

I_1 = I \frac{A}{A_1} = 10^2 \: W/m^2 \: (\frac{1}{10})^2 = 10^2 W/m^2 \: (\frac{1}{100}) = 1 W/m^2.

Kemudian, kita dapat cari nilai taraf intensitasnya:

TI = 10 \: log (\frac{I}{I_0}) = 10 log (\frac{1 \: W/m^2}{10^{-12} W/m^2}) = 120 \: dB.

Jadi, pada jarak 300 m taraf intensitas suaranya sebesar 120 dB.

Judul Artikel: Gelombang Bunyi
Kontributor: Ibadurrahman, S.T.
Departemen Teknik Mesin FT UI

Materi StudioBelajar.com lainnya:

  1. Rumus Gaya Gesek
  2. Gerak Lurus
  3. Rumus Usaha