DASAR-DASAR AKUSTIKKULIAH : PENGENDALIAN BISING TF 7023I. B. Ardhana Putra PhD

Proses Mendengar

Pembentukan SuarapemampatanperengganganpemampatanTekanan udara max ketika terjadi perengganganTekanan udara dalam kondisi seimbangTekanan udara max ketika terjadi pemampatanperengganganAmplitudo (p)Periode (T)+--+

Variable Gelombang SuaraTekanan Suara :Penyimpangan tekanan atmosfir yang terjadi akibat adanya gelombang suara di udara. Diukur dalam satuan Pascal (Pa)

Frekuensi :Jumlah osilasi (satu siklus perapatan dan perenggangan) yang terjadi pada partikel-partikel udara dalam setiap detik. Diukur dalam satuan Herzt (Hz)

Kecepatan Rambat Gelombang :Perbandingan antara jarak tempuh gelombang dengan waktu yang diperlukannya untuk mencapai jarak tersebut dari sumber getar. Diukur dalam satuan meter/sekon (m/s)

Tekanan SuaraRMS : Rata-rata Akar Kuadrat (Root Mean Square) :Digunakan untuk mendapatkan nilai rata-rata positif dari sinyal yang berosilasi

Dimana :p(t) = tekanan akustikp = Amplitudo max. dari fungsi tekanan akustik

Disederhanakan :

Intensitas SuaraMerupakan kerapatan energi suara per satuan luas.Sumber dengan propagasi gelombang bidang (satu dimensi) :

Sumber titik dengan propagasi gelombang bola :

Bila :, maka :I = Intensitas suara = massa jenis udarap = tekanan akustik c = kecepatan rambat gelombang suarar = jarak

Daya SuaraMerupakan energi suara per satuan waktu yang dihasilkan oleh sumber suara.Sumber titik dengan propagasi gelombang bola :

W = Daya suara S = Luas permukaan propagasi

Hubungan Daya dan Intensitas SuaraInverse Square Lawr = jarak A = luas permukaan

_989630754.doc

W,

watt

I

1

I

2

r

1

r

2

A

1

A

2

Skala dBSkala logaritmis yang menunjukkan respons telinga manusia terhadap suara tekanan suara selalu dibandingkan dengan tekanan referensi berupa Ambang Dengar (AD)pref = 2 x 10-5 N/m2Iref = 10-12 watt/m2Wref = 10-12 wattSkala logaritmis dianggap relevan karena :Rentang skalar besaran fisis yang dihitung p, I, W sangat lebar rentang terbesar adalah rentang antara AD dan AS (Ambang Sakit) pAS = 2 x 102 IAS = 102 watt/m2 WAS = 102 watt Respons telinga manusia juga logaritmis untuk dB yang sama menghasilkan respons yang berbeda tergantung dari daerah tingkat tekanan suara yang terjadi dB = 5 antara 60 dB dan 65 dB didengar tidak berbeda dB = 5 antara 90 dB dan 95 dB didengar sangat berbeda

Besaran AkustikTingkat Intensitas Akustik

Untuk kondisi standar : LI = LPTingkat Daya Akustik

Tingkat Tekanan Suara

Faktor ArahPermukaan bola (sumber titik pada posisi bebas)

Permukaan 1/2 bola(sumber titik diatas permukaan keras)Permukaan 1/4 bola (sumber titik pada garis pertemuan dua permukaan keras)Permukaan 1/8 bola (sumber titik di sudut pertemuan tiga permukaan keras)dimana Q = faktor arah

Hubungan Tingkat tekanan Suara, Tingkat Intensitas, dan Tingkat Daya SuaradanUntuk sumber dengan propagasi bola : Pada pengukuran, besaran yang didapatkan adalah Lp LW dihitung

Rangkaian PembobotKurva pembebanan linierSkala dB A : untuk bising lingkungan luar dan dalam bangunan Skala dB B : untuk tingkat bising yang lebih tinggiSkala dB C : untuk bising industri yang tinggi dari mesinSkala dB D : untuk tingkat bising pesawat udara.

Pembobotan dBA

Frekuensi (Hz)Kurva A (dB)Kurva B (dB)Kurva C (dB)Kurva D (dB)16-56.7-28.5-8.5-22.431.5-39.4-17.1-3.0-16.563-26.2-9.3-0.8-11125-16.1-4.2-0.2-6.0250-8.6-1.30-2.0500-3.2-0.300100000002000+1.2-0.1-0.2+8.04000+1.0-0.7-0.8+11.08000-1.1-2.9-3.0+6.016000-6.6-8.4-8.5-4.0

Penjumlahan deciBelMetode Intensitas :

Penjumlahan deciBelMetode Nomogramditambahkan : 1.2 dB pada nilai yang lebih besar75 dB80 dBSelisih : 5 dBTotal : 81.2 dBContoh :

PENJUMLAHAN deciBelS1 S2 S3 Lp1 = 60 dBLp2 = 60 dBLp3 = 60 dBLptotal = 10 log ( 1060/10 + 1060/10 + 1060/10 ) = 65 dB

PROPAGASI SUARA DALAM RUANG TERTUTUPEngineering Principles of AcousticsDouglas D. Reynolds, Chap 10 pp 384 407

Suara dalam Ruangan

Contoh Simulasi Pantulan suara dalam AuditoriumSumber SuaraSelubung Ruangan

Radiasi Suara dari titik Sumber dan PenerimaSuara langsungSuara pantultitik S sumbertitik P penerimaEnergi suara langsung dan pantul yang tiba pada titik P dianalogikan sebagai volume energi berbentuk bola dengan tebal tertentu atau bola jika titik P terletak pada suatu permukaan (dinding)ZPSuara pantulSuara langsung

Kerapatan Energi Suara LangsungSXarah propagasi gelombang suarakerapatan energi suara langsung = DoPAliran Energi dinyatakan :mengingat maka :sedangkan merupakan fungsi dari faktor arah dan jarakdari sumber (S) ke penerima (P)

Kerapatan Energi Suara PantulBeberapa Asumsi :Suara pantul yang diterima oleh titik pengamatan dianggap datang dari berbagai arah radial sehingga permukaan gelombang datang diasumsikan berbentuk bolaTotal kerapatan energi suara pantul tersebut merupakan penjumlahan energi suara pantul dari permukaan-permukaan (dinding, lantai, ceiling) ruangan setelah mengalami penyerapan setiap saat mengenai permukaan tersebut.Setiap titik pada permukaan-permukaan selubung ruangan (dinding, lantai, ceiling) dianggap menerima suara datang dari berbagai arah berbentuk permukaan setengah bola

Kerapatan Energi Suara Datang pada DindingDinding Ruangan (1) Analisa energi suara datang ke dinding(2) Analisa energi suara pantul oleh dinding(3) Analisa energi suara datang ke titik PDibutuhkan 3 analisa keseimbangan energi :suara datang ke dindingsuara pantuldari dindingsuara datang ke titik Pberasal dari suara pantul dinding-dinding

komponen suara datangke dinding yang berasal dari energi suara pantul elemendinding lainnyaxdrdSDRelemen luas S permukaan pantul(dinding, lantai, ceiling)yzrr sin DR Energi suara datang ke permukaan S dalam volume V (bagian sumber) adalah :

dimana dan dan maka :

radiasi suara dari sumber yang sampai ke permukaan S berasal dari radiasi bola dengan luas 4 r2 dI pada permukaan S :daya suara dWi yang menghasilkan intensitas dI pada permukaan S adalah :ataudaya total Wi merupakan integrasi dWi yang diradiasikan dari permukaan bola dV S

Energi suara datang yang diserap oleh dinding : atauuntuk seluruh permukaan (dinding) ruangan dimana adalah koefisien absorpsi masing-masing bahan dinding ruangan maka total energi suara yang dipantulkan kembali kedalam ruangan adalah : maka kerapatan energi suara pantul yang tiba pada titik pengamatan P Jika maka

Kerapatan Energi Suara TotalKerapatan Energi Suara Total pada titik P menjadi :atau sedangkan maka :(a). Jika dinding ruangan cukup reflektif maka (b). Jika dinding ruangan sangat menyerap maka Kemungkinan-kemungkinan dalam kondisi riil : :

Waktu DengungWaktu Dengung : Waktu yang dibutuhkan oleh ruangan tersebut untuk meluruhkan energi suara sebesar 60 dB, dihitung tepat setelah sumber suara dimatikan.

60 dBRT60 = 2 secRT60 = 3 sec.Ruang ARuang BWaktu Dengung Ruangan (1) Sumber off

- 60 0SPL [dB]t [detik]RT1RT2RT3ruang memantulruang menyerapruang sangat menyerapsumber suaraoffsumber suaraonWaktu Dengung Ruangan (2)

Rumus Waktu DengungD = Kerapatan Energi Suara Langsung Dari SumberKerapatan EnergiSetelah Pantulanpertama ketigaSetelah pemantulan n kali dimana t adalah waktu bebas rata-rata antara dua pantulan yang berturutan : d adalah jarak bebas rata-rata

Waktu total yang dibutuhkan untuk melalui n pantulan adalah : t = n t sehingga kerapatan energi setelah n kali pantulan : atausehinggauntuk c0 = 343 m/dt RT disebut sebagai rumus WAKTU DENGUNG EYRING

Untuk ruangan yang mempunyai koefisien absorpsi suara rata-rata 0.1 sehinggadetikRumus Waktu Dengung SABINEdimana :Rumus Waktu Dengung menunjukkan :Untuk V RT Untuk RT dapat digunakan untuk mengontrol RT suatu ruanganJenis ruangan dengan T disebut Ruang Dengung atau Reverberation Chamber sedangkan ruangan dengan disebut Anechoic Chamber.Jenis ruangan pada umumnya disebut Semi-Reverberant Room

Contoh Waktu Dengung Ruang untuk Musik dan WicaraRentang RT wicaraRentang RT musikRuang serba guna ?Variasi RT pada daerah frekuensi rendahUntuk musik dan wicaramusicspeech

Mengontrol Waktu dengungMengubah-ubah volume ruang V> untuk memperoleh RT> Mengatur Total Absorpsi Suara [rayls] dalam ruangan dengan mempertimbangkan :

pantulan yang dibutuhkan dan yang tidak dibutuhkan pantulan difus dan spekular efek spektral, spatial (binaural) dan temporal arsitektural dan aestetika

Anechoic ChamberBaji-baji bahan penyerap suara : glass woolSumber Bisingyang sedangdiukurBagian pintuBagian Lantai daribahan penyerapsuaraJenis : Full dan Half-FullRT

Reverberation ChamberDiffusor tambahanDinding dan lantai Pemantul SuaraObyek Pengukuran RT>>

Ruang Semi-ReverberantContoh : Ruang Monitoring Studio RekamanDiffusor Refleksi suara : difuse dibutuhkan diffusor Ruangan pada umumnya mempunyai Waktu Dengung(RT) = 0.7 0.8 detikAbsorber

Contoh Rancangan Akustik RuangClass RoomHome TheaterSport Arena

Rancangan Akustik Sport HallsIndoor Swimming Pool

Rancangan Concert HallsMusic AuditoriumStage Design

Contoh Rancangan Akustik Ruang IbadahPraying HallDiffusing Dome

Contoh Rancangan Akustik Ruang IbadahChoir areaBack walls

Transmisi dan Absorpsi Suara

Fenomena Transmisi dan Absorpsi SuaraBahan PenyerapSuaraBahanPemantul SuaraBerkas suaradatangBerkas suarapantulBerkas suaradiserapBerkas suaraditransmisikanBerkas suaradatangBerkas suarapantulBerkas suaraditransmisikanBerkas suaradiserap

Gejala Transmisi Suara

Transmisi melalui bidang batas 2 mediumpiprptz1 = 1c1z2 = 2c2x = 02 syarat hukum kontinuitas harus dipenuhitotal tekanan suara medium-1 sama dengan medium-2 pada bidang batas kedua medium (x=0) tidak terjadi deformasi bidang batas mediumsecara fisis tidak terjadi pemisahan antara kedua media pada x=0 perpindahan energi bersifat kontinuum

medium-1medium-2tekanan suarakecepatan partikel

danjika(1)(2)jikamaka (3)(4)jikamaka

(1) & (3)(2) & (4)}jika maka = 1semua energi suara dipantulkanjika maka = 0 semua energi suara ditransmisikanjika maka = 1semua energi suara dipantulkan

Transmisi suara melalui bahanptz3 = 3c3x = Lmedium-2medium-3x = 0piprmedium-1z1 = 1c1Hukum kontinuitas energi terjadi pada x=0 dan x=Lx=0x=Lpapbz2 = 2c2terjadi gerakan gelombang suara bolak-balik (arah + dan -) sehingga tekanan suara riil dan imajiner harus diperhitungkan

tekanan suara pada masing-masing medium(5)(6)(7)(8)(9)maka diperoleh :(10)(11)(12)(13)A = amplitudo gelombang yang berpropagasi kearah x-positipB = amplitudo gelombang yang berpropagasi kearah x-negatip= amplitudo kompleks

eleminasi (11) & (12)(13) & (14)tentukan (16)(13) & (16)tentukan (17)(15)(16) & (17)diperoleh (18)

Jika z1 = z3 atau udara di kedua sisi dan z2z1 atau solid material, maka :Untuk udara dan bahan padat, maka : (1). z1 = 0c0 dan z2 = wcw

(2). Umumnya bahan dapat disebut tipis dibandingkan dengan panjang delombang suara yang terpendek sehingga k2L

karenaKoefisien Transmisi Suara Didefinisikan sebagai :Transmission Loss suatu bahan dinyatakan sebagai :

Gejala Transmisi suara melalui panilBesarnya energi yang ditransmisikan dikontrol oleh massa bahan Mass Law = 2 f frekuensi suara yang ditransmisikan dapat menimbulkan resonansi pada panil jika sama dengan frekuensi resonansi panil frekuensi kritis fc Ada 3 daerah frekuensi yang mempunyai gejala transmisi berbeda :Daerah yang dipengaruhi oleh kekakuan bahan stiffness controlled regionDaerah yang dikontrol oleh massa bahan mass law regionDaerah yang dipengaruhi oleh frekuensi kritis critical frequency region (co-incidence effect)

Grafik Transmisi suara melalui panilDikendalikanoleh kekakuanbahanDikendalikan oleh massa bahanDikendalikan oleh efekko-insidenKendalikekakuanresonansislope 6 dB/oktaf fcfrekuensi kritisperpanjanganhukum massaRugi Transmisi, dBFrekuensi, Hz

Sound Transmission LossNoise generatorSound Analyser2-channelLp1Lp2Source RoomReceiving rooma = absorpsi total absorption di receiving room, m2 SabineS = luas partisi, m2Pengukuan RT dilakukan untuk mencari harga a darireceiving roomPartition wall Amplifier

Sound Transmission Class (STC)2030405060701252505001k2k4k1/3 octave center frequency, Hz Sound Transmission Loss, dB47To determine STC (Sound Transmission Class)of the partition wall under test :A single unfavourable deviation of the STL value below the reference contour shall not exceed 8 dBThe sum of the unfavourable deviations falling below the reference contour shall not exceed 32 dBThe STC value of the partition wall is the numerical value which corresponds to theSTL value at 500 Hz

Gejala Absorpsi Suara

intensitas suaradatang ( Ii )intensitas suaradatangintensitas suara yang dipantulkanintensitas suara yang dipantulkan ( Ir )intensitas suara yang ditransmisikan ( It )intensitas suarayang diserap ( Ia )Bahan penyerap suaraGejala refleksi, transmisi dan absorpsiKoefisien absorpsi suara :Koefisien refleksi suara :Koefisien transmisi suara :

Bahan Porus : penyerapan energi suara secara mikroskopis sebagai akibat perubahan energi suara tersebut menjadi energi lain vibrasi, kalor atau perubahan momentumMembran penyerap : lembar bahan solid (tidak porus) yang dipasang dengan lapisan udara dibagian belakangnya (air space backing). Bergetarnya panil ketika menerima energi suara serta transfer energi getaran tersebut ke lapisan udara menyebabkan terjadinya efek penyerapan suara bass trap (low frequency absorber)Rongga penyerap : rongga udara dengan volume tertentu dapat dirancang berdasarkan efek resonator Helmholzt. Efek osilasi udara pada bagian leher (neck) yang terhubung dengan volume udara dalam rongga ketika energi suara menghasilkan efek penyerapan suara.Ada 3 macam penyerap suara yang secara teknis sering digunakan :

1. Penyerapan Suara oleh Bahan Porus dan SeratEnergi suara datangIlustrasi penyerapan energi suara oleh bahan porusEnergi suara datang

Ilustrasi penyerapan energi suara oleh bahan berserat

Bahan PorusBahan serat

Mekanisme Penyerapan Energi Suara Bahan penyerap berporus setiap porus diasumsikan sebagai ruangkecil yang mengandung medium udaraEnergi disipasi molekuler(Classical Abrosption)Energi disipasi molekuler(Classical Abrosption)

Penyerapan : terjadinya perubahan energi akustik menjadi energi dalam bentuk lain kalor konduksi vibrasi gerakan molekuler medium dll

Skeleton (rangka) ruang porus(baca : Kinsler 4th ed. Chapter 8)Vibrasi skeleton

Nilai Absorpsivitas BahanNilai Absorpsivitas Bahan dinyatakan dengan : Koefisien Absorpsi nya atau Ia = intensitas suara yang diserap bahan dirubah menjadi vibrasi, kalor atau perubahan momentumIi = intensitas suara datang pada bahanBeberapa sifat dasar absorpsivitas bahan porus :merupakan fungsi frekuensi berbeda-beda untuk setiap frekuensi tengahf [Hz]bahan glasswoolatau mineralwoolbahan softboard

tergantung pada masa jenis bahan [kg/m3] atau [kg/m2]tergantung pada ketebalan bahan untuk masa jenis yang samaSemakin besar masa jenis resistansi terhadap aliran energi Hasil penelitian menunjukkan bahwa efek ini tidak significant1252505001K2K4K00.20.40.60.81.01.2f [Hz] 25 mm50 mm100 mmdindingkerasbahanpenyerapfiberglassGrafik koefsien absorpsi bahan fiberglass dengan tebal masing-masing 25, 50 dan 100 mmAnomali nilai 1.0 diakibatkan karena efek difraksi gelombangsuara dibagian tepi sampel yang diukur seolah-olah energi suara yang diserap energi suara datang. Efek tepi ini pada mumnyatimbul pada sample yang cukup tebal

tergantung pada penempatannya relatif terhadap alas jika ada lapisan udara maka terjadi peningkatan nilai koefisien absorpsi pada daerah frekuensi rendah1252505001K2K4K00.20.40.60.81.01.2f [Hz] 25 mm lapisan udara25 mm fiberglasspenutup akustikTerjadi peningkatan absorpsivitas pada daerah frekuensi rendah pada jenis A sebagaiakibat penyerapan oleh lapisan udara, tetapi terjadi penurunan pada daerah frekuensitinggi sebagai akibat dari berkurangnya resistansi benda porus.B

Metode Pengukuran untuk bahan porus1. METODE WAKTU DENGUNGSumber suaraAlat ukur waktu dengungSLMloudspeakerT1 = RT kondisi kosong(tanpa bahan uji)A = absorpsi ruang ujiT2 = RT setelah bahan uji diletakkan dalam ruang ujiA = absorpsi tambahanakibat adanya bahan ujinilai T1 & T2 dan V ruang uji A diperoleh bahan uji untuk setiap f diperoleh dengan rumus :dimana S (= 10m2) adalah luas bahan ujiRuang Dengungsebagai Ruang UjiBahan penyerapsuara = 10 m2

2. METODE TABUNG IMPEDANSISumbersuaraPenganalisasinyalamplitudogelombang suararefleksiamplitudogelombang suaradatangresultantegelombangberdirisampleujiloudspeakermikropon- radiasi pure tone pada f tertentu dari loudspeaker direfleksikan setelah mencapai ujung tabung resultante incident wave dan reflected wave membentuk standing wave (gelombang berdiri).- metode ini menghasilkan nilai untuk kondisi normal incidence pada kondisi riil nilai ini kurang sesuai dibandingkan dengan metode waktu dengung pada kondisi riil gelombang datang pada bahan umumnya tidak dalam arah normal random incidence- diameter sample harus frekuensi yang diteliti dibatasi oleh diameter tabung yang digunakanPrinsip dasar :microphone probe

Koefisien refleksi dapat dinyatakan dalam kuadrat rasio amplitudo antara reflected wave dan incident wave sehingga sedangkan = 1 - makaharga koefisien absorpsi bahan diperolehdengan mengukur A1 dan A2 A1 = amplitudo maksimum gelombang interferensi amplitudo maksimum incident waveA2 = amplitudo minimum gelombang interferensi amplitudo maksimum reflected wave

Gambar Tabung impedansi

Contoh-contohBass TrapDiffusorBarrierAbsorber