OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER (PRD) DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK

Transkripsi

1 OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER (PRD) DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK TESIS Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan untuk Mencapai Derajat Magister Program Studi Ilmu Fisika Oleh FAHRUDIN AHMAD S PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2014 to user

2 OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER (PRD) DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK TESIS Oleh: Fahrudin Ahmad S Komisi Pembimbing Pembimbing I Nama Tanda Tangan Tanggal Drs. Harjana, M.Si., Ph.D NIP Pembimbing II Dra. Suparmi, MA. Ph.D NIP Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal...juli 2014 Ketua Program Studi Ilmu Fisika Program Pasca Sarjana UNS Drs. Cari, MA. M.Sc. Ph.D NIP ii

3 OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER (PRD) DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK TESIS Oleh: Fahrudin Ahmad S Tim Penguji Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal Ketua Anggota Penguji Drs.Cari, M.Sc., M.A., Ph.D NIP Drs. Harjana, M.Si., Ph.D NIP Dra. Suparmi, MA. Ph.D NIP Juli 2014 Juli Juli 2014 Telah dipertahankan di depan penguji Dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal 21 Juli 2014 Program Pascasarjana UNS Ketua Program Studi Ilmu Fisika Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S Drs. Cari, M.Sc., M.A., Ph.D NIP NIP : iii

4 PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa : 1. Tesis yang berjudul OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER (PRD) DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK ini adalah karya penelitian saya sendiri, tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik, serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah dan disbutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila dikemudian hari terbukti pernyataan saya ini tidak benar, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No. 17, Tahun 2010) 2. Publikasi sebagian atau keseluruhan dari isi tesis ini pada jurnal atau forum ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs-UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka PPs-UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu Fisika PPs-UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku. Surakarta, Juli 2014 Mahasiswa Fahrudin Ahmad S iv

5 KATA PENGANTAR Alhamdulillahi robbil alamin, syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis dengan judul, Optimasi Kinerja Primitive Root Diffuser (PRD) dengan Teknik Sisipan Resonator Jamak ini. Penyusunan tesis ini bertujuan untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh gelar Magister pada Program Studi Ilmu Fisika Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penelitian dan penyusunan laporan tesis ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan rasa tulus ikhlas penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S, selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Drs.Cari, M.Sc., M.A., Ph.D, selaku Ketua Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan banyak bimbingan dan arahan serta motivasi kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan tesis ini. 3. Drs. Harjana, M.Si., Ph.D, selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar membimbing dan mengajari penulis untuk dapat menyelesaikan tesis ini. 4. Dra. Suparmi, M.A., Ph.D, selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar membimbing dan mengajari penulis, serta memberikan semangat kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tesis ini. v

6 5. Drs. Iwan Yahya, M.Si., selaku Dosen Pembimbing laboratorium yang telah membimbing dan mengajari penulis untuk dapat menyelesaikan penelitian ini. 6. Bapak/Ibu Dosen Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan banyak ilmu tentang fisika. 7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini. Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan dan bantuan yang telah diberikan. Semoga laporan penelitian ini dapat memberi manfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Surakarta, Juli 2014 Penulis vi

7 MOTTO Hanya Dengan Ilmu Kita Akan Dapat Menembus Seluruh Penjuru Langit Dan Bumi (inspirasi dari QS. Ar Rahman :33) Keberhasilan Bukanlah kebalikan dari kegagalan. Seorang pelari tiba pada nomor terakhir namun jika ia memecahkan rekor terbaiknya, berarti ia telah berhasil (Robert Schuller, Motivator Multinasional AS) vii

8 PERSEMBAHAN Puji syukur kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan limpahan rahmat dan karunia-nya. Dengan kerendahan hati kupersembahkan tesis ini kepada: Ibu dan Bapakku tercinta, terimakasih telah membesarkanku, mendidikku, mendoakanku, memberiku semangat, cinta dan kasih sayang, serta mengajariku arti hidup. Segala perjuangan dan pengorbanan yang telah dilakukan semoga Allah SWT membalas semua jasamu. Kakakku Luqman Hakim Sekeluarga, Khoniatul Hidayah sekeluarga dan Erna Baroroh sekeuarga yang ku sayangi, terimakasih atas segala motivasi, doa dan bantuannya. Hadma Yuliani, terima kasih motivasi dan dukungannya hingga sampai terselesaikannya tesis ini. Guru-guruku yang saya hormati, viii

9 ABSTRAK Fahrudin Ahmad. S Optimasi Kinerja Primitive Root Diffuser (PRD) dengan Teknik Sisipan Resonator Jamak. Tesis: Program Pascasarjana Ilmu Fisika Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pembimbing: (1). Drs. Harjana, M.Si., Ph.D (2). Dra. Suparmi, M.A., Ph.D Telah dilakukan analisis pengaruh sisipan resonator jamak terhadap perubahan kinerja serapan, respon spasial difuser (PRD) dan kinerja serapan dari lebar struktur permukaan pada difuser. Pengujian serapan elemen difuser dilakukan dengan menggunakan teknik pengujian waktu dengung dan scanning, sementara simulasi respon spasial dikerjakan dengan menggunakan perangkat lunak AFMG Reflex pada kondisi sisipan berbeda. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sisipan resonator jamak pada rancangan difuser modifikasi dapat memicu peningkatan koefisien serapan yang bersifat akumulatif dan berdampak pada peningkatan respon spasial omnidireksional pada bentang frekuensi 600Hz. Selain itu penambahan rangkaian resonator jamak berhasil mengurangi nilai waktu dengung rerata sebesar 0,78 dan 1,83 sekon berturut-turut untuk T 30 dan T 20 pada bentang frekuensi rendah. Sifat yang demikian menunjukkan bahwa modifikasi difuser dengan sisipan resonator jamak memiliki potensi yang sangat baik untuk aplikasi pada ruangan dimana terdapat kebisingan yang bersumber dari mesin. Kata kunci : Difuser, waktu dengung, scanning, resonator jamak, serapan, respon spasial. ix

10 ABSTRACT Fahrudin Ahmad. S Optimization Performance Primitive Root Diffuser (PRD) With Inserts Resonators technique. Thesis: Physics Department, Postgraduate Program Sebelas Maret University, Surakarta. Advisor: (1). Drs. Harjana, M.Si., Ph.D (2). Dra. Suparmi, M.A., Ph.D An analysis of the effect of resonators insertion on the change of absorbability, diffuser (PRD) spatial response and absorbability of surface structure width within diffuser. The sound absorption coefficient on the diffuser element was conducted using a reverberation time and scanning technique. while the spatial response simulation was carried out using AFMG Reflex software in different conditions. The result of experiment showed that the resonators insertion into modified diffuser design could trigger the accumulative improvement of absorption coefficient and led to the improvement of omnidirectional spatial response in frequency range of 600 Hz. Moreover, the addition of resonator causes the decrease of reverberation time average value of 0.78 and 1.83 the T 30 and T 20 in the low frequency range. These properties indicated that the modification of standard diffuser with resonators insertion had very good potential to be applied to the room where the noise derived from machines. Keywords: Diffuser, Reverberation time, Scanning, resonators, absorption, spatial response. x

11 DAFTAR ISI halaman HALAMANJUDUL... HALAMAN PENGESAHAN... PERNYATAAN ORISINALITAS... KATA PENGANTAR... MOTTO... PERSEMBAHAN... HALAMAN ABSTRAK... DARTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... i ii iv v vii viii ix xi xiv DAFTAR TABEL... xvii DAFTAR LAMPIRAN... xviii DAFTAR SIMBOL... xix BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang C. Rumusan Masalah... 4 D.Tujuan Penelitian... 4 B. Batasan Masalah... 4 E. Manfaat Penelitian... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 A. Gelombang Bunyi... 7 B. Perambatan Gelombang Bunyi... 7 C. Koefisien Refleksi dan Koefisien Transmisi Gelombang Bunyi. 9 D. Prinsip Serapan Bunyi Pemantulan Bunyi xi

12 2. Penyerapan Bunyi Difusi Bunyi Difraksi Bunyi Koefisien Hamburan (Scattering). 19 F. Difuser Fungsi dan Aplikasi Difuser Difuser Schroeder G. Macam-Macam Difuser Maximum Length Diffuser (MLD) Quadratic Residue Diffuser (QRD) Primitive Root Diffuser (PRD) H. Medan Bunyi (Sound Field) Near field Far field. 28 I. Intensitas Bunyi Pengukuran Intensitas Bunyi dengan Metode Scanning Pengukuran koefisien serap dengan Metode Waktu Dengung (Reverberation Time) 31 BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian B. Alat dan Bahan. 34 C. Prosedur Penelitian Persiapan Alat dan Bahan Pembuatan Sampel 38 D. MetodePengujian Metode Scanning commit. to user 40 xii

13 2. Metode Reverberation Time 42 E. Display Grafik.. 43 F. Analisa.. 44 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Scanning pada Permukaan Difuser.. 46 B. Hasil Simulasi dengan menggunakan software AFMG Reflex versi RCB C. Hasil Model modifikasi diffuser. 54 D. Plot koefisien scattering dan normal difusi terhadap frekuensi 55 E. Waktu dengung (Reverberation Time) terhadap koefisien Serapan. 59 BAB V PENUTUP A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR GAMBAR Gambar (2.1). Sifat-sifat gelombang Gambar (2.2).Fenomena refleksi dan transmisi pada bidang batas dua medium yang berbeda impedansi akustiknya Gambar (2.3). Peristiwa terhamburnya gelombang Gambar (2.4). Struktur Permukaan Difuser Gambar (2.5). Penggunaan Difuser dalam Ruang Akustik Gambar (2.6). Maximum Length Diffuser 25 Gambar (2.7). Quadratic Residue Diffuser dilihat dari Samping.. 26 Gambar (2.8).Quadratic Residue Diffuser (QRD) Gambar (2.9).Medan Suara dalam Ruang Gambar (2.10).Teknik Pengukuran Gradien tekanan 30 Gambar (3.1). Diagram Alur Penelitian 36 Gambar (3.2). Diagram Alur Penelitian 37 Gambar (3.3). Kedalaman Difuser Rangkaian Ukuran 5 x Gambar (3.4). Struktur difuser Gambar (3.5). Difuser dengan sisipan resonator jamak. 41 Gambar (3.6). Teknik Pengujian Sebaran Medan Bunyi dengan Metode Scanning. 42 Gambar (3.7). Skema Pengujian Koefisien Serapan Bunyi dengan Menggunakan Metode Reverberation Time. 43 Gambar (4.1). Pengujian Scanning Difuser Standar pada Frekuensi 500 Hz Gambar (4.2). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada Frekuensi 500 Hz 47 Gambar (4.3). Hasil Pengujian Scanning Difuser Standar pada Frekuensi xiv

15 1000 Hz 48 Gambar (4.4). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada Frekuensi 1000 Hz.. 49 Gambar (4.5). Hasil Pengujian Scanning pada Frekuensi 2000 Hz. 49 Gambar (4.6). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada Frekuensi 2000 Hz. 50 Gambar (4.7). Hasil Pengujian Scanning Difuser Standar pada Frekuensi 4000 Hz 50 Gambar (4.8). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada Frekuensi 4000 Hz 51 Gambar (4.9). Hasil Pengujian Scanning Difuser Standar pada Frekuensi 6300 Hz 52 Gambar (4.10). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada frekuensi 6300 Hz. 52 Gambar (4.11). Output model elemen difuser. 54 Gambar (4.12). Kurva hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe fisien difusi normal difuser standar pada orientasi sudut 0 terhadap frekuensi dari perangkat lunak AFMG Reflex Gambar (4.13). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe fisien difusi normal difuser modifikasi pada orientasi sudut 0 terhadap frekuensi commit to dari user perangkat lunak xv

16 AFMG Reflex. 56 Gambar (4.14). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koefisien difusi normal difuser standar pada orientasi sudut 90 terhadap frekuensi dari perangkat lunak AFMG Reflex Gambar (4.15). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koefisien difusi normal difuser standar pada orientasi sudut 90 terhadap frekuensi dari perangkat lunak AFMG Reflex Gambar (4.16). Grafik Hubungan T 20 pada pengujian pada ruangan tanpa difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada orientasi Gambar (4.17). Grafik Hubungan T 30 pada pengujian pada ruangan tanpa difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada orientasi 0 61 Gambar (4.18). Grafik Hubungan T 20 pada pengujian pada ruangan tanpa difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada orientasi Gambar (4.19). Grafik Hubungan T 30 pada pengujian pada ruangan tanpa difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada orientasi xvi

17 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Kedalaman Quadratic Residue Diffuser xvii

18 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN I. Penjabaran koefisien refleksi dan transmisi LAMPIRAN II. Penurunan rumus koefisien hamburan LAMPIRAN III. Penurunan rumus hubungan antara tekanan rata-rata dengan kecepatan rata-rata terhadap Intensitas xviii

19 DAFTAR SIMBOL z = impedansi akustik p = tekanan akustik U = kecepatan volume u = kecepatan partikel A = luas penampang pipa ρ 0 = kerapatan massa medium pada keadaan kesetimbangan c = kecepatan bunyi pada medium Z 0 = impedansi pada posisi x = 0 j = bilangan imajiner ω = frekuensi sudut (rad/s), k = bilangan gelombang (= ω ) c P oi, P or = amplitudo tekanan akustik T p = koefisien transmisi tekanan R p = koefisien refleksi tekanan p t = tekanan gelombang transmisi p r = tekanan gelombang refleksi p i = tekanan gelombang datang T in = koefisien intensitas transmisi I t = intensitas gelombang trasmisi R in = koefisien intensitas refleksi I r = intensitas gelombang refleksi xix

20 z 1 = impedansi akustik fluida I I i = intensitas gelombang datang z 2 = impedansi akustik fluida II S = Koefisien hamburan E spek, E total = energi bunyi yang terpantul secara spekular s = koefisien serapan spek = koefisien serapan spekular λmin = panjang gelombang minimum w = lebar sumur f = frekuensi desain d n = kedalaman untuk sumur ke-n a =kecepatan partikel F = gaya m = Massa RT = waktu dengung V = volume ruang uji A 1, A n = luas masing-masing permukaan ΣA = penyerapan ruang total ς n adalah koefisien penyerapan masing masing benda xx