chapter ii2

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bunyi

Bunyi secara fisis adalah penyimpangan tekanan akibat pergeseran partikel benda

pada medium udara. Adapun tiga elemen utama yang perlu diperhatikan dalam setiap

situasi akustik adalah sumber, jejak perambatan, telinga si penerima, contoh bunyi yang

sampai ketelinga kita tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Situasi Akustik Tiga Elemen

Peristiwa penyimpangan tekanan tersebut biasanya disebabkan oleh benda yang

bergetar seperti garpu tala yang dipukul. Penjalaran gelombang bunyi yang diakibatkan

oleh pukulan tersebut di udara akan berubah tekanan dan getarannya. Penjalaran bunyi,

perambatan, serta tekanan dari bunyi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Perubahan Tekanan Garpu Tala

Universitas Sumatera Utara

Pada sumber bunyi yang ditransmisikan di udara terdapat tekanan dan frekwensi,

dimana frekuensi yang dapat ditangkap oleh telinga kita adalah 20-20000 Hz, dengan

panjang gelombang 17-25 m. Frekuensi diatas 20000 Hz disebut frekuensi Ultra Sonic [10].

Pada frekuensi ultra sonic tersebut telinga manusia tak dapat menerima maupun

mendengarkan bunyi tersebut.

Secara umum tingkat frekuensi yang dipakai dalam pengukuran akustik

lingkungan adalah 125, 250, 500, 1000, 2000 dan 4000 Hz atau 128, 256, 512, 1024, 2048

Hz. Tekanan bunyi sangat membawa pengaruh kebisingan kepada telinga kita bila

dibandingkan dengan frekuensi. Kenaikan tingkat tekanan bunyi sampai mencapai 30 dB

akan sangat berpengaruh sekali terhadap pendengaran. Kenaikan frekuensi bila tidak diikuti

dengan kenaikan tingkat tekanan bunyi maka kurang berpengaruh sekali terdadap

pendengaran kita, walaupun kenaikan frekuensi mempunyai pengaruh terhadap sensasi

pendengaran di telinga kita. Sebagai contoh bunyi yang mempunyai frekuensi 1000 Hz,

jika tekananannya rendah sebesar 4 dB hampir tidak terdengar oleh kita, tetapi bunyi yang

mempunyai frekuensi 63 Hz dengan tekanan bunyi 35 dB dapat didengar. Dari penjelasan

di atas bahwa tekanan bunyi mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap tingkat

kebisingan. Tingkat tekanan bunyi yang diukur dengan satuan decible, apabila terlalu besar

akan dapat membahayakan pada sistem pendengaran kita dan kenaikan tekanan darah dan

kepanikan, yang pada akhirnya dapat mengurangi aktivitas dan produktivitas kerja.


Hubungan frekuensi dan tingkat tekanan bunyi dapat dilihat pada Gambar 2.3 yakni

grafik gelombang kekerasan bunyi atau equal loudness countours.

Gambar 2.3. Grafik Gelombang Kekerasan Bunyi

Pada grafik gelombang kekerasan bunyi dengan nada 63 Hz mempunyai TTB (Tingkat

Tekanan Bunyi) sebesar 53. Untuk nada 125 Hz mempunyai TTB sebesar 40 dB.

2.2. Bising

Bising adalah suara keras yang mengganggu, ini umumnya disebabkan oleh

kenaikan tekanan bunyi itu sendiri. Kebisingan dapat dirasakan apabila pada bunyi tersebut

mempunyai tekanan diatas 60 dB, sebuah penelitian telah dilakukan pada berbagai sumber


bunyi yang terjadi pada lingkungan hidup kita sehari–hari. Kondisi berbagai sumber bunyi

tersebut dapat kita lihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Kondisi Akustik Lingkungan Kita

No Uraian Tingkat Tekanan Bunyi (dB) Keterangan 1 Jet tinggal landas

Tembakan meriam Mengeling

120-130 Menulikan

2 Sonic boom Musik orkestra Band rock

100-120 Sangat Keras

3 Truk tanpa knalpot Bising lalu lintas Semprit polisi

80-100 Keras

4 Kantor yang bising Mesin tik yang tenang Radio pada umumnya

60-80 Sedang

5 Kantor pribadi Rumah yang tenang Percakapan yang tenang

20-40 Lemah

6 Gemersik daun Orang berbisik Napas manusia

10-20 Sangat lemah

2.3. Mesin Sebagai Sumber Kebisingan

Temperatur gas yang keluar dari saluran buang mesin (Exhaust port) dapat

mencapai 300 - 500°C (pada putaran langsam), dan pada putaran tinggi temperatur gas

buang dapat mencapai 700 s/d 1000 °C [11]. Tekanan gas yang keluar dari saluran gas

buang tersebut berkisar antara 1–5 bar yang masuk dalam knalpot dapat menimbulkan

suara kebisingan. Penyebab naik dan turunnya tingkat kebisingan tersebut sangat

tergantung oleh putaran mesin. Semakin tinggi putaran mesin, maka kecepatan gerakan


piston, tempratur, tekanan gas buang semakin tinggi pula, dan akibatnya pada mesin akan

mengeluarkan suara kebisingan yang dapat menulikan telinga kita (mobil tanpa knalpot).

Informasi tentang tekan kerja motor, temperatur, derajat poros engkol dan temperatur

pembakaran serta proses kerja pada motor bensin 4 tak (Gasoline four strokes engine)

dapat dilihat pada Gambar 2.4 dan Tabel 2.2. Sedangkan untuk aliran gas buang yang

keluar dari mesin menuju ke knalpot mobil dapat dilihat pada Gambar 2.5,

Gambar 2.4. Proses Kerja Motor Bensin 4 Tak

Tabel 2.2. Kondisi Proses Kerja Motor 4 Tak

Uraian Langkah Isap Langkah Kompresi Langkah Usaha Langkah Buang

Temperatur Gas

120° C

Temperatur 300-600° C

Pembakaran 2000- 3000 ° C

Gas buang 1300 -1600 ° C

Tekanan Gas 0.9 bar 8-15 bar 30-50 bar 1- 5 bar


Gambar 2.5. Gas Buang yang Masuk dalam Tabung Knalpot

2.4. Knalpot

Knalpot merupakan alat untuk mereduksi kebisingan pada kendaraan. Knalpot yang

dipasang pada kendaraan mempunyai banyak macam dan jenis serta ukuran. Masing–

masing pabrik knalpot merancang sedemikian rupa bentuk dan modelnya, sehingga sesuai

dengan jenis kendaraan dan tipe kendaraan yang dipesan oleh pabrik pemesanannya. Tinggi

dan rendahnya suara kebisingan pada knalpot akan tergantung pada faktor dibawah ini :

1. Volume knalpot.

2. Bentuk dan konstruksi knalpot.

3. Panjang saluran keluar antara mesin ke knalpot.

4. Bahan yang dipakai pada knalpot.

2.5. Knalpot Komposit

Komposit adalah material yang dibentuk dari dua atau lebih material dasar,


yang mempunyai sifat berbeda dari material pembentuknya. Sifat dan karakteristik

komposit akan berbeda satu dengan lain, hal ini akan tergantung pada bahan yang dipakai

pada komposit itu sendiri. Knalpot komposit yang akan dibuat dari bahan rockwool dengan

pengikat resin dari jenis thermoset. Dengan bahan tersebut diharapkan knalpot mampu

menurunkan tingkat kebisingan dan tahan terhadap panas serta dapat dipakai.

Tabung knalpot komposit saluran tunggal dan knalpot komposit saluran ganda

tersebut menggunakan resin BTQN 157. Tabung knalpot tersebut dibuat dengan 3 lapis

serat, dengan tebal dinding 6 mm. Metode pengerjaan pembuatan knalpot tersebut, yakni

dengan menggunakan sistem penguasan (Hand-lay up). Sebagaimana penjelasan diatas,

bahwa knalpot komposit saluran tunggal dan knalpot komposit saluran ganda yang dibuat

dari bahan komposit, yakni hanya pada tabung pembungkus luarnya saja, sedangkan isi

dalamnya seperti sekat dan pipa masuk, pipa keluar, dibuat dari logam sebagaimana

knalpot standar.

Bahan komposit yang umumnya mempunyai koefisien penyerapan yang besar bila

di banding dengan logam, tentunya mampu menyerap tingkat tekanan bunyi yang besar,

sehingga knalpot tersebut dapat menurunkan tingkat kebisingan yang begitu besar pula.

Khusus saluran masuk yang berada didalam knalpot komposit saluran ganda dibuat dengan

pipa berlubang berdiameter luar 4,2 cm (pipa 1). Pada bagian tengah pipa1 dibuat banyak

lubang. Selain pipa1 yang terdapat pada saluran masuk juga dilengkapi dengan pipa 2.

Pipa 2 yang tersebut membungkus pipa 1. Tujuan dibuatnya saluran ganda tersebut yakni


mengurangi kecepatan gas yang masuk pada kamar 4 dan kamar 5 pada ruang knalpot.

Kecepatan gas yang tinggi tentunya akan menghasilkan gaya pemukulan yang semakin

besar pada dinding knalpot, sehingga menghasilkan tingkat kebisingan yang besar pula.

Bentuk knalpot dan Aliran gas pada knalpot standar, knalpot komposit saluran tunggal

dan knalpot komposit saluran ganda tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.6 - 2.9.

Gambar 2.6. Knalpot Standar Gambar 2.7. Aliran Gas pada Knalpot Standar

Gambar 2.8. Aliran Gas Knalpot Gambar 2.9. Aliran Gas Knalpot Komposit Saluran Tunggal Komposit Saluran Ganda

2.6. Komposit

2.6.1. Klasifikasi komposit

Bahan komposit yang pada umumnya terdiri dari serat dan matrik, secara umum

dapat dibagi atas:


1. Komposit serat atau fibricus composite, yaitu komposit yang terdiri dari serat

dan matriks (bahan dasar) yang diproduk secara fabrikasi, misalnya serat + resin

sebagai bahan perekat.sebagai contoh adalah FRP (Fiber Reinforce Plastic),

atau plastik diperkuat dengan serat, yang sering disebut fiber glass.

2. Komposit lapis atau laminated composite, yaitu komposit yang terdiri dari lapisan

dan matriks, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood,

laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan

kelengkapannya.

3. Komposit partikel atau particulate composite, yaitu komposit yang terdiri

dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat dengan

semen yang kita jumpai sebagai bahan untuk beton.

2.6.2. Keungulan bahan komposit

Sifat-sifat mekanikal dan fisikal:

1. Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting

dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit.

2. Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan

bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam penggunaan

karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih

tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang


dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan

berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan, seperti mobil

dan pesawat ruang angkasa. Hal ini sangat berhubungan erat dengan

penghematan bahan bakar.

3. Banyak bahan komposit yang digunakan pada industri angkasa, industri

otomotif, dunia kedokteran dan lain sebagainya. Mengingat bahan komposit

dapat mempunyai sifat tahanan terhadap pengikisan, temperatur yang tinggi,

anti korosi, anti kimia dan mampu menurunkan tingkat kebisingan pada suara

knalpot, dan lain sebagainya.

4. Bahan komposit juga digunakan dalam industri otomotif, pembuatan komponen

tersebut terutama pada blok silinder mesin dan kepala silinder, dan komponen

lainya kmoponen mesin lainya. Bahan yang disebutkan tersebut tahan terhadap

panas yang tingi dan tahan terhadap tekanan dan pengikisan.

2.7. Penyerapan Bunyi Pada Material

Gas yang masuk pada knalpot akan menjadi gaya pukul pada dinding knalpot, besar

kecilnya gaya pukul dan penyerapan energi gelombang bunyi akan menentukan tingkat

kebisingan bunyi yang keluar. Penyerapan dan pantulan bunyi tersebut dapat dilihat pada

Gambar 2.10.


11cρ 22cρ

Gambar 2.10. Pemantulan dan Penyerapan Bunyi pada Dua Media Akustik

Misalkan dua media akustik dengan sifat impedansi 11cρ dan 22cρ , dimana

gelombang bunyi datang dari arah kiri merambat tegak lurus terhadap permukaan datar,

jika 11cρ lebih kecil dari 22cρ , maka sebagian energi gelombang bunyi akan diserap atau

ditramisisikan kedalam material akustik dan sebagian lagi akan dipantulkan. Semakin besar

perbedaan nilai 11cρ dan 22cρ semakin besar daya penyerapan gelombang bunyi oleh

material akustik.

Pemantulan bunyi adalah fenomena dimana gelombang bunyi dibalikkan dari suatu

permukaan yang memisahkan dua media. Pemantulan bunyi ini juga mengikuti kaidah

pemantulan, dimana sudut datangnya bunyi selalu sama dengan sudut pantulan bunyi.

Jumlah energi bunyi yang dipantulkan oleh suatu permukaan bergantung pada luas

permukaan yang dikenainya. Dinding lantai, dan langit-langit datar dapat menjadi pemantul

yang baik maupun sebaliknya. Bahan-bahan yang kurang tegar dan berpori seperti kain,

tirai dan taplak perabotan merupakan bahan penyerap bunyi yang sangat baik, besar tingkat

penyerapan bunyi akan tergantung dari sifat material, frekuensi dan sudut gelombang bunyi

Benda Padat


ketika mengenai permukaan material akan memantul dan sebagian akan terserap, tetapi

secara teoritis ada bunyi yang seluruh nya terpantul , sehingga tak ada yang terserap.

Semakin besar koefisien serap bunyi maka bunyi yang akan keluar semakin kecil.

Koefisien serap bunyi berbagai macam material tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Koefisien Serap Bunyi (α) dari Beberapa Material

Sound Absorption Material Coefficient - α Plaster walls 0.01 - 0.03 Unpainted brickwork 0.02 - 0.05 Painted brickwork 0.01 - 0.02 3 mm plywood panel 0.01 - 0.02 6 mm cork sheet 0.1 - 0.2 6 mm porous rubber sheet 0.1 - 0.2 12 mm fiberboard on battens 0.3 - 0.4 25 mm wood wool cement on battens 0.6 - 0.07 50 mm slag wool or glass silk 0.8 - 0.9 12 mm acoustic belt 0.5 - 0.5 Hardwood 0.3 25 mm sprayed asbestos 0.6 - 0.7

Rumus untuk memperoleh koefisien serapan bunyi (α) adalah :

α = Ia / Ii ( 2.1)

Dimana :

Ia = Intensitas bunyi yang diserap (watt/m2).

Ii = Intensitas bunyi yang terjadi (watt/m2).


Total luas daerah yang diserap (total room sound absorption):

α = S1 α1 + S2 α2 + .. + Sn αn = ∑ Si αi (2.2)

Dimana :

α = Luas permukaan bahan yang diserap (m2)

Sn = Luas daerah permukaan bahan (m2)

αn = Koefisien serapan dari permukaan bahan

2.8. Hubungan Kecepatan Gas Terhadap Bahan dan Tempratur Gas

Proses pemindahan daya bunyi atau pengurangan tingkat tekanan bunyi dalam

ruangan tertentu disebut penyerapan bunyi. Proses ini berkaitan dengan penurunan jumlah

energi di udara yang menjalar hingga mengenai suatu media berpori atau fleksibel. Energi

terserap ketika gelombang bunyi yang dipantulkan disebut koefisien serapan bunyi. Harga

koefisien serapan bunyi akan berbeda – berbeda pada suatu benda, hal ini akan sangat

tergantung pada jenis materialnya.

Kecepatan rambat bunyi pada media gas atau udara dipengaruhi oleh kerapatan,

suhu, dan tekanan :

c = ρ

γ aΡ. (2.3)


Dimana :

c = Cepat rambat bunyi di udara (m/s)

γ = Rasio panas spesifik (Untuk udara = 1,41)

Pa = Tekanan udara luar (Pascal)

ρ = Rapat masa udara (kg/m3)

Pada media udara kecepatan rambat bunyi bergantung pada modulus elastisitas dan

kerapatan bahan yang dipakai, sedangkan pada media cair bergantung pada modulus bulk

dan kerapatan. Kecepatan rambat bunyi pada bahan dapat dihitung dengan menggunakan

rumus ini :

c = ρE (2.4)

Dimana :

E = Modulus elasitas young bahan (Mpa)

ρ = Massa jenis bahan (kg/m3)

2.9. Hubungan Radiasi dan Intensitas bunyi

Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang udara dalam suatu daerah per

satuan luas. Intensitas bunyi pada tiap titik dari sumber dinyatakan dengan rumus :

I =A

W (2.5)


Dimana :

I = Intensitas bunyi (watt/m2)

W = Daya akustik (watt)

A = Luas area (m2)

Untuk menghitung Intensitas bunyi rata-rata adalah :

10/)120(10 −= IiI (2.6)

Intensitas bunyi sangat penting diperhatikan untuk mengetahui radiasi total yang

menuju udara oleh sumber bunyi dan untuk mengetahui tekanan bunyi. Intensitas bunyi

tergantung pada posisi dalam daerah persatuan luas dimana gelombangnya bergerak secara

pararel. Intensitas bunyi akan bernilai maksimum jika arah gelombangnya tegak lurus dari

sumber bunyi.

Hubungan intensitas bunyi, tekanan bunyi, kecepatan rambat bunyi dan kerapatan

partikel di udara adalah sebagai berikut adalah :

cIp masrms ..2 ρ= (2.7)

Dimana :

rmsp = Sumber tekanan bunyi (Pa)

I = Intensitas bunyi (watt/m2).

ρ = Kerapatan partikel di udara (kg/m3).

c = Kecepatan bunyi di udara (m/s).


2.10 Hubungan Kecepatan Gas, Frekwensi,Tekanan Bunyi dan Daya Bunyi

Kecepatan gas yang keluar dari hasil pembakaran menimbulkan gelombang aliran

gas yang menyebabkan timbulnya frekuensi yang akan menjalar pada dinding knalpot,

rumus untuk menghitung frekuensi :

T=1 / f (2.8)

Dimana :

f = Frekuensi (cycle/s).

T = Waktu (s).

Frekuensi mempunyai hubungan erat terhadap panjang gelombang dan kecepatan

rambat bunyi dalam tabung knalpot. Panjang gelombang bunyi pada knalpot tersebut dapat

dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11. Gelombang Longitudinal

Panjang gelombang bunyi pada sumber bunyi akan semakin kecil apabila angka

frekuensi semakin besar. Hubungan antara kecepatan rambat gelombang dan frekuensi

dapat dicari melalui rumus ini :


Tav CSL ++ log10

λ = c / f (2.9)

Dimana :

λ = Panjang gelombang (m)

ƒ = Frekuensi sumber bunyi (Hz)

c = Kecepatan rambat bunyi di udara (340 m/s)

Tingkat tekanan bunyi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

SPL = 20 Log 10 ( Ps / Pref ) (2.10)

Dimana :

Pref = Tekanan referensi 2 10-5 ( Pa).

Ps = Tekanan sumber bunyi (Pa)

Tingkat tekanan bunyi rata-rata (Lav) adalah :

(2.11)

Dimana :

N = Jumlah titik pengukuran = 16.

Li = Tingkat tekanan bunyi pada titik ke i (dB).

Tingkat daya bunyi total (Lw total ) :

Lwtotal = (2.12)

Dimana :

S = Luas area setengah bola = 2πR2.

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=

N

i

Li

NLav

1

10/101log10


R = Jarak pengukuran dari tabung knalpot (m).

Faktor koreksi (CT ) :

TC = cρ

400log10 (2.13)

c = Kecepatan bunyi di udara (m/s).

ρ = Kerapatan udara (kg/m3).

Tingkat daya bunyi pada Sumber :

W = I S (2.14) Dimana :

I = Intensitas (watt/m2).

S = Luas penampang pipa (m2).

Perhitungan tingkat intensitas bunyi dapat digunakan rumus (LI):

LI = Tav CL log10+ (2.15)

Dimana :

LI = Tingkat daya bunyi rata-rata (dB).

Lav = Tingkat tekanan tekanan bunyi rata-rata (dB).

CT = Faktor koreksi.

Daya akustik pada sumber bunyi (Wa) dalam tabung knalpot dapat dihitung dengan

menggunakan rumus dibawah ini yakni

vAPWa Δ= (2.16)


WoWaLogLwin 10=

Dimana :

ΔP = Tekanan gas (pa).

A = Luas penampang pipa (m2).

V = Kecepatan gas masuk (m)

Intensitas bunyi sumber (I) dalam tabung knalpot adalah :

Intensitas bunyi I = 24 rWaπ

(2.17)

Dimana :

ΔP = Tekanan gas (pa)π

A = Luas penampang pipa (m2)

V = Kecepatan gas masuk (m)

π = 3,14

r = Radius tabung / pipa (m)

Untuk menghitung tingkat daya bunyi pada sumber (Lwm) :

(2.18)

Dimana :

Wo = Daya akustik referensi (10-12 watt).

Tingkat tekanan bunyi bunyi dalam tabung knalpot dapat dihitung dengan

menggunakan rumus dibawah ini :


Lpin = 20 log0p

p (2.19)

Dimana :

P = Tekanan gas keluar (pa).

Po = Tekanan referensi (2.10-5 pa).

TL = 10 log10 [ 1 + 0,25( ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

λπLc

SeSc 2sin)

ScSe- 22 ] dB (2.20)

Dimana :

Dimana TL = Transmission loss (dB)

Se = Luas daerah masuk atau keluar (m2)

Sc = Luas daerah knalpot (m2)

Lc = Panjang knalpot (m)

λ = Panjang gelombang (m)

λπLc2 = Sudut pantul, dalam radians

Penurunan tingkat kebisingan (noise reduction) akibat penyerapan suara oleh

material mild steel pada knalpot standar :

NR(α) = 1,05 x 4,1αS

pL × (2.21)

Dimana :

L = Panjang knalpot (0,52 m).

P = Keliling penampang knalpot (m).


hccf

lc 81,1

)1( 2/122 μ−=

S = Luas penampang knapot (m2).

α = Koefisien absorpsi mild steel .

Frekuensi kritis yang diperoleh pada bahan :

(2.22)

Dimana :

c = Kecepatan bunyi di udara (m/s) = 20,04 T .

Kecepatan bunyi pada mild steel Ecl ρ= = (m/s ).

ρ = Massa jenis mild steel ( kg/m3).

E = Modulus elastisitas mild steel (Gpa).

μ = Angka poisson rasio mild steel.

h = Tebal mild steel (m).

Transmission loss mild steel pada bahan adalah :

TL1 = 20log (fcm) +10logη - 45 (2.23)

Dimana :

m = Massa bahan (kg).

fc = Frekuensi kritis (Hz).


Suara Kebisingan Knalpot Standar Knalpot Komposit Saluran Tunggal Knalpot Komposi Saluran Ganda

Variable Variasi Putaran Mesin Mobil

Data Penelitian Tingkat Tekanan Bunyi Kecepatan Gas Buang Tekanan Gas Buang Temperatur Gas Buang

Pengolahan Data (Program Excell )

Kesimpulan dan Saran

Permasalahan Suara Kebisingan

Kontrol Variable Engine Tune up Tester Exhaust Gas Analyzer

2.11. Kerangka Konsep

Untuk lebih jelasnya dalam penelitian ini, maka alur penelitian yang akan dilakukan

seperti Gambar 2.12 pada bagan dibawah ini :

Gambar 2.12 Kerangka Konsep Penelitian


chapter ii2

Documents