Pengukuran Sifat Akustik Material Dengan Metode Tabung Impedansi Berbasis Platform Arduino

Transkripsi

1 Jurnal Fska FLUX Volume 13, Nomor 2, Agustus 2016 SSN : X (prnt); (onlne) Pengukuran Sfat Akustk Materal Dengan Metode Tabung mpedans Berbass Platform Arduno Syaful Bahr, Tett N Mank, Suryajaya Program Stud Fska Fakultas Matematka dan lmu Pengetahuan Alam Unverstas Lambung Mangkurat e-mal: syabah123@gmal.com ABSTRAK-Telah dbuat alat ukur sfat akustk materal dengan metode tabung mpedans d Laboratorum Fska FMPA ULM dan materal uj serat daun nanas dengan perbandngan fraks volume sebaga sampel uj. Alat ukur n menggunakan Sound Analog Sensor (SAS)-V2 sebaga sensor buny. Alat n telah dkalbras menggunakan Sound Lever Meter standar dan sampel standar plywood /. Nla koefsen serapan sampel standar untuk frekuens 125 Hz 1000 Hz berturut-turut 0,288±0,016; 0,217±0,032; 0,187±0,023; 0,057±0,006; dan 0,083±0,014. Hasl pengukuran 3 sampel uj materal serat daun nanas dengan perbandngan fraks volume serat dan matrk (lem fox) yatu A (10%:90%), B (15%:85%), dan C (20%:80%) dsmpulkan bahwa materal uj serat daun nanas bersfat absorber pada frekuens rendah Hz, <α<, dan Hz α,, kecual sampel C bersfat reflector pada frekuens Hz α=, 18). Kata Kunc : Absorber, Metode Tabung mpedans, Serat Daun Nanas, Sfat Akustk. PENDAHULUAN Kebsngan merupakan buny yang tdak dharapkan. Kebsngan sangat mengganggu bahkan berbahaya bag manusa sehngga dperlukan membuat suatu materal yang dapat mengurang atau bahkan menyerap ntenstas buny, dkenal sebaga materal absorps buny yang d aplkaskan untuk keperluan desan suatu ruangan. Materal-materal penyerap buny tersebut dukur sfat akustknya, sehngga dhaslkan materal penyerap buny yang bak. Ada dua metode pengukuran sfat akustk materal yatu metode ruang dengung dan metode tabung mpedans. Tabung mpedans merupakan alat yang sangat pentng untuk mengetahu nla koefsen serapan, pemantulan dan transms buny. Peneltan tentang tabung mpedans telah banyak dlakukan, Asade dan khwansyah (2013) telah melakukan peneltan tentang perancangan tabung mpedans dan kajan ekspermental koefsen serap buny paduan alumunum-magnesum dengan standart SO :1998. Sar dkk (2013) melakukan peneltan mengena pengukuran tngkat penyerapan buny kepngan batang kelapa sawt dengan menggunakan tabung mpedans. Jacobus (2013) melakukan sstem pengukuran serapan akustk bahan menggunakan tabung mpedans dua mkrofon berbass mkrokontroller ATMega 8535 dengan range pengukuran ntenstas 75,0 db-110,0 db namun, alat n belum dkalbras menggunakan sampel standar. Mtrayana dan Fajar (2013) juga melakukan peneltan rancang bangun alat ukur koefsen serapan akustk d Laboratorum Fska Atom dan nt Jurusan Fska FMPA UGM. Alat ukur n menggunakan ppa PVC ¾, ½ dan mkrofon terhubung secara langsung komputer. Tetap alat ukur n belum dapat melakukan pengukuran secara otomats dan alat belum dlakukan kalbras. Tabung mpedans memlk peran pentng untuk mengetahu karakterstk sfat akustk dar suatu bahan. Khususnya d Program Stud Fska FMPA Unverstas 148

2 Bahr, S., dkk. Pengukuran Sfat Akustk Materal Lambung Mangkurat (ULM) alat pengukur sepert n sangat menunjang kelengkapan sarana dan prasarana d Laboratorum Materal Fska FMPA ULM. Peneltan tentang pengukuran sfat akustk materal (bahan) dengan metode tabung mpedans berbass platform arduno, dmana alat ukur n menggunakan mkrokontroller (Jacobus, 2013) dan dmens tabung (Mtrayana adn Fajar 2013).Tabung mpedans akan d uj keakurasannya dengan menggunakan Sound Level Meter Standard, sampel standar dan materal uj.kelebhan alat ukur n adalah mampu mengukur sfat akustk (absorps, refleks, dan transms) secara otomats dan mudah dbawa kemana-mana (Portable). 1.1 Gelombang dan Buny Gelombang adalah suatu getaran, gangguan atau energ yang merambat. Satu gelombang terdr dar satu lembah dan satu bukt (untuk gelombang tranversal) atau satu regangan dan satu rapatan (untuk gelombang longtudnal) (Harahap 2010). Buny adalah suatu gelombang longtudnal yang merambat secara perapatan dan peregangan terbentuk oleh partkel zat perantara serta dtmbulkan oleh sumber buny yang mengalam getaran. Gelombang buny dapat merambat melalu benda padat, benda car, dan gas (Hallday and resnck 2010). Rambatan gelombang buny dsebabkan oleh lapsan perapatan dan peregangan partkel-partkel udara yang bergerak ke luar, yatu karena perbedaan tekanan. Hal serupa juga terjad pada penyebaran gelombang ar pada permukaan suatu kolam dar ttk dmana batu d jatuhkan (Doelle 1993). Tdak semua frekuens gelombang buny dapat ddengar manusa. Telnga manusa hanya peka terhadap gelombang dalam range frekuens tertentu yatu sektar 20 Hz Hz, yang dnamakan daerah yang dapat ddengar (audosonk), gelombang buny yang frekuensnya kurang dar 20 Hz dsebut nfrasonk, dan gelombang buny yang frekuens lebh dar Hz dsebut ultrasonk (Young, 2002). Buny yang menumbuk suatu permukaan akan mengalam berbaga konds yatu pemantulan (refleks) buny, penyerapan (absorpton) buny dan transms buny (Suptandar, 2004). 1.2 Koefsen Serapan Buny Koefsen absorps atau penyerapan suara (sound absorpton) merupakan perubahan energ dar energ suara menjad energ panas atau kalor. Koefsen absorps buny α menyatakan besarnya penyerapan buny suatu benda pada frekuens tertentu. Nla koefsen absorps berksar antara 0 sampa 1. Jka nla koefsen serap 0 menyatakan tdak ada energ buny yang dserap dan nla koefsen serap 1 menyatakan serapan yang sempurna atau 100% buny yang datang dserap oleh bahan (Khurat, 2006). Koefsen serapan buny pada permukaan bdang dnyatakan sebaga perbandngan dar energ yang dserap terhadap energ yang datang. Secara matemats dapat dnyatakan sebaga berkut: (Satwko, 2009). sampel (1) 1.3 Koefsen refleks dan transms buny (Satwko, 2009) Gelombang datang menjalar ke arah x- postf dnyatakan sebaga, saat gelombang datang mengena bdang batas, ada sebagan gelombang yang darahkan ke arah x-negatf dan yang lan dtransmskan ke medum dua sepert Gambar 1. r Gambar 1. nteraks gelombang buny dengan permukaan t

3 150 Jurnal Fska FLUX, 13(2), Hal t dan r (2) Hubungan ketga koefsen tersebut dtulskan: 1 (3) Ada 3 daerah frekuens yang mempunya gejala transms berbeda yatu: (Satwko, 2009). 1. Daerah yang dpengaruh oleh kekakuan bahan (stffness controlled regon) 2. Daerah yang dkontrol oleh massa bahan (mass law regon) 3. Daerah yang dpengaruh oleh frekuens krts (crtcal frequency regon atau concdence effect). 1.4 Fungs Pndah atau Transfer Functon (SO , 2010) Secara fss fungs pndah merupakan gambaran respon sstem terhadap masukan tertentu yang dnyatakandalam bentuk perbandngan transformas fourer tekanan akustk pada dua mkrofon yatu tekanan pada mkrofon yang palng dekat dengan sampel uj dbag tekanan pada mkrofon yang palng dekat dengan sumber buny. Konsep fungs pndah sangat bermanfaat dalam menentukan koefsen refleks kompleks pada metode tabung mpedans dua mkrofon mengngat koefsen refleks tdak dapat dukur secara langsung. Apabla nla koefsen refleks dapat dketahu maka karakterstk akustk lannya dapat dketahu. Dengan memanfaatkan transfer fungs, koefsen refleks (R) dapat dtentukan dengan Persamaan: jks 1 j2k ( l s) e jks H1 H e R (4) e dengan R adalah koefsen refleks kompleks, H1 adalah fungs pndah untuk gelombang datang, k adalah blangan gelombang (k = λ ), l adalah jarak sampel ke mkrofon terdekat, s adalah jarak antara kedua mkrofon. Fungs e -jks dan e jks masng-masng dsebut fungs pndah gelombang datang H1 dan fungs pndah gelombang refleks Hr. Dengan demkan Persamaan (4) dapat dtulskan: H1 H r j2k ( l s) R e (5) H H R Kontruks Tabung mpedans untuk Metode Fungs Pndah (SO , 2010) Pemukaan tabung harus rata, tdak berpor-por dan tdak berlubang (kecual pada poss mkrofon yang akan dpasang). Dndng tabung harus kuat dan cukup tebal untuk mencegah vbras yang muncul akbat pemancaran snyal buny. Ketebalan yang drekomendaskan pada tabung mpedans yatu mnmal 5% dar dameter tabung. Mkrofon dletakkan pada area gelombang buny dengan jarak mnmum sebesar dameter tabung dar sumber buny. Dmens pada tabung mpedans dapat terlhat jelas pada Gambar 2. X Gambar 2. Dmens tabung mpedans Batas atas frekuens (fu) dapat dtentukan dar besar dameter tabung yang dplh dengan konds < 0, 8λ. Batas bawah frekuens dtentukan pada jarak antara mkrofon (so) dengan konds s > 0,0 λ,sehngga batas atas frekuens untuk (so) dtentukan dengan konds f u s < 0,. Jarak antara sumber buny dengan mkrofon adalah x dan jarak antara bahan uj dengan mkrofon terdekat adalah x1 dtentukan dengan konds x >. dan x., maka panjang tabung mpedans untuk pengukuran koefsen serap buny yatu l x x (6) 1 s 0. METODOLOG Pembuatan alat ukur sfat akustk materal melput Ppa PVC, Buzzer,Mkrofon, Modul arduno, LCD 16x4 danmodul LCD 2C, Lem ppa, Kabel, Functon generator, SLM, Osloskop, Gergaj bes, Bor, Penutup ppa, dan penyambung ppa. Pembuatan materal So X1

4 Bahr, S., dkk. Pengukuran Sfat Akustk Materal uj melput lem, Serat daun nanas, NaOH 3%, blender, cetakan, dan pompa hdrolk. Sstem Arduno Pengujan akuras pengukuran sfat akustk Buat tabung mpedans Mula Pengujan sfat akustk Analsa data Kesmpulan Buat kompost Gambar 3. Dagram Alr Peneltan Pembuatan tabung mpedans dengan cara ppa dpotong dengan dameter ¾ nc dengan panjang 42 cm dan dameter 1½ nc dengan panjang 50 cm berdasarkan hasl perhtungan sebelumnya. tempat peletakan sampel dbuat dengan tebal maksmal 2cm. Ppa dlubang sebaga tempat untuk meletakkan sensor mkrofon dengan menggunakan bor. Sensor mkrofon dgunakan untuk mengukur parameter fss berupa ntenstas buny. Tabung dhubungkan arduno yang telah dlengkap program dengan sensor mkrofon menggunakan kabel USB sehngga hasl pembacaan dar sensor akan dtamplkan d LCD dan PC. Buzzer dpasang d ujung ppa berdameter ¾ nc. Karaktersas sensor sangat pentng sebelum uj akuras tabung mpedans. Karaktersas dlakukan untuk memperoleh persamaan karakterstk dar sensor mkrofon yang nantnya dkonvers menjad output dgtal. Pengujan awal menggunakan Sound Level Meter (SLM) untuk karaktersas mkrofon jens Sound Analog Sensor (SAS)-V2. Sensor mkrofon dan SLM dletakkan dalam tempat dengan konds (sejajar dan berdekatan) kemudan dberkan sumber buny frekuens 1kHz dengan varas ampltudo buny. Hasl keluaran nla sensorsas-v2 (Bt) dcatat dan dbandngkan dengan nla SLM (db) hngga ddapatkan grafk antara ntenstas SLM dan nla keluaran sensor SAS-V2. Dar grafk karaktersas tersebut kemudan ddapatkan suatu persamaan lner yang akan dmasukkan kedalam suatu lstngprogram arduno sehngga sensor SAS-V2 sap untuk pengujan selanjutnya. Kalbras tabung mpedans dlakukan dengan membandngkan hasl pembacaan SAS-V2 yang telah dkaraktersas menggunakan SLM standar sehngga dperoleh suatu grafk koleras antara keduanya. Setelah dlakukan kalbras dar masng-masng sensorsas-v2, maka alat tabung mpedans dapat duj keakurasannya dengan mengukur nla koefsen absorps, koefsen refleks dan koefsen transms dar suatu bahan uj. Bahan uj tersebut dpotong sesua dameter tabung dengan tebal maksmal 2 cm, kemudan sampel dletakkan dalam holder. Tabung mpedans dlengkap dengan suatu sstem arduno uno dan LCD 16x4 untuk memudahkan melakukan pengukuran. Alat ukur tabung mpedans dnyalakan dan dukur tngkat ntenstas buny pada masng-masng ruang sesua Tabel 2. Pengukuran dlakukan dengan memvaraskan frekuens dar 125, 250, 500, 750, dan 1000 Hz.. HASL DAN PEMBAHASAN 3.1 Kalbras Proses kalbras sensor SAS-V2 dlakukan dengan melakukan pengamblan data ukur dar kelma sensor secara bersamaan dengan SLM standar pada jarak yang sama dengan sumber buny (1 Khz). Pengukuran dmula dar ntenstas 45,5 db sampa dengan 101,5 db. Besarnya nla korelas untuk masngmasng sensor yatu sensor SAS-V2 1 98,89%; sensor SAS-V2 2 98,85%; sensor SAS-V2 3

5 152 Jurnal Fska FLUX, 13(2), Hal ,75%; sensor SAS-V2 4 98,63%; dan sensor SAS-V2 5 98,62%. Alat ukur dkalbras lag menggunakan sampel uj berupa plywood / karena plywood / sudah mempunya data yang dtunjukkan pada buku (referens) sehngga dapat djadkan sampel standar. Koefsen serapan dhtung menggunakan Persamaan (1) dan (2). Alat ukur akustk tabung mpedans dtunjukkan oleh Gambar 4. Tabel 1. Koefsen serapan plywood 3/8 Plywood 3/8 S0 (m) Frekuens (Hz) Referens 0,280 0,220 0,170-0,090 0,21 0,288 0,217 0,187 0,057 0,083 Percobaan 0,11 0,375 0,264 0,377 0,038 0,189 0,01 0,325 0,226 0,285 0,011 0,276 Dar data pada Tabel 1 besarnya nla koefsen serapan plywood / hampr sama dengan yang dtunjukkan oleh referens pada jarak S0 = 20 cm. Koefsen serapan ddapatkan pada rentang frekuens 81,67 Hz sampa 735 Hz karena jangkauan alat mampu menangkap frekuens buny dengan bak pada rentang tersebut. Berdasarkan nla koefsen tersebut dketahu bahwa untuk jarak antara mkrofon (S0) 21 cm merupakan jarak yang palng tepat untuk mengukur tngkat ntenstas buny pantul dbandngkan jarak (S0) yang lan karena menghaslkan nla koefsen serapan plywood / hampr sama dengan yang dtunjukkan oleh referens. Gambar 4. Alat Ukur Akustk Tabung mpedans 3.2 Koefsen Serapan Materal Uj 0,4 Koefsen absorps (α) 0,35 0,343 0,3 0,302 0,25 0,264 0,245 0,258 0,223 0,228 0,2 0,193 0,192 0,169 0,185 0,15 0,15 0,1 0,118 0,117 0,111 0, Frekuens (Hz) Sampel A Sampel B Sampel C Gambar 5. Grafk koefsen absorps materal uj

6 Bahr, S., dkk. Pengukuran Sfat Akustk Materal Nla koefsen serapan α mnmum materal (bahan) untuk dapat dkatagorkan sebaga materal peredam suara menurut SO yatu 0,15.Dar grafk terlhat semua sampel uj bersfat absorps α, pada frekuens rendah (125 Hz-500 Hz) dengan nla koefsen serapan dar 0,192 sampa 0,343.Untuk sampel C pada frekuens rendah dbawah 500 Hz memlk koefsen absorps palng besar yatu 0,343 (125 Hz) tetap pada frekuens 500 Hz sampel C bersfat pemantul karena α<,. Ketka frekuens terus dtnggkan koefsen serapan sampel C mengalam kenakan d frekuens 750 Hz-1000 Hz dengan koefsen serapan 0,223 sampa 0,228. Berdasarkan hal tersebut, semua materal uj bersfat absorber pada frekuens rendah Hz, kecual sampel C bersfat reflector pada frekuens 500 Hz. Sedangkan pada frekuens sedang 750 Hz bersfat reflector dan pada frekuens 1000 Hz semua materal uj kembal bersfat absorber. Hal n dapat dsmpulkan bahwa sampel C lebh bak dgunakan sebaga absorber buny untuk frekuens rendah Hz sedangkan pada frekuens tngg d 1000 Hz sampel A lebh bak untuk dgunakan sebaga absorber dbandngkan sampel yang lan. V. KESMPULAN Kesmpulan yang dperoleh dar hasl peneltan yang telah dlakukan adalah sebagaberkut: 1. Telah dbuat alat ukur sfat akustk materal berbass platform arduno dengan range pengukuran ntenstas dar 45,5 db sampa 101,5 db. Alat yang dbuat memlk jangkauan frekuens terbak antara 81,67 Hz sampa 735 Hz. Alat ukur dapat mengukur karakterstk sfat akustk yatu koefsen absorps, refleks, dan transms dar suatu materal. 2. Alat ukur telah dkalbras menggunakan sampel standar dengan nla koefsen serapan untuk frekuens 125 Hz-1000 Hz secaraberturut-turut 0,288±0,016; 0,217±0,032; 0,187±0,023; 0,057±0,006; dan 0,083±0, Sfat akustk materal uj papan serat daun nanas dengan perbandngan fraks volume untuk sampel A memlk nla mencapa α = 0,198 =0,802 τ =0,04 pada rentang frekuens Hz. Pada sampel B memlk nla mencapa α = 0,179 =0,821 τ =0,054 pada rentang frekuens Hz. Sampel C memlk nla mencapa α = 0,243 =0,757 τ =0,081 pada rentang frekuens Hz. 4. Materal uj dengan perbandngan fraks volume bersfat absorber pada frekuens rendah Hz dan Hz, kecual sampel C bersfat reflector pada frekuens 500 Hz. V. DAFTAR PUSTAKA Asade, F. and khwansyah,., Perancangan Tabung mpedans dan Kajan Eksprmental Koefsen Serap Buny Paduan Alumunum-Magnesum. Medan: Departemen Teknk Mesn USU. Doelle, L. L., Akustk Lngkungan. Jakarta: Erlangga. Hallday and Resnck., Fska Dasar Eds 7 Jld 1 (Terjemahan). Jakarta: Erlangga. Harahap, R.N., Kajan Eksprmental KarakterstkMateral Akustk dar Campuran Serat Batang Kelapa Sawt dan Polyurethane dengan Metode mpedans Tube. Tugas Skrps, USU. Jacobus, L., Otomatsas Sstem Pengukuran Serapan Akustk Bahan Menggunakan Tabung mpedans Dua Mkrofon. Fakultas Sans dan Komputer Unverstas Krsten mmanuel. Khurat. A., Komaruddn, E., and Nur, M., Desan Peredam Suara Berbahan Dasar Serabut Kelapa dan Pengukuran Koefsen Penyerapan Buny. Berkala Fska, 9 (1),15-25.

7 154 Jurnal Fska FLUX, 13(2), Hal Mtrayana and Fajar W A., Rancang Bangun Alat Ukur Koefsen Serapan Akustk. Lab Fska Atom-nt Jurusan Fska FMPA UGM, Yogyakarta. Sar, S., Erwn, and Krsman, Pengukuran TngkatPenyerapsan Buny Kepngan Batang Kelapa Sawt dengan Menggunakan Tabung Tabung mpedans. FMPA Unverstas Rau, Pekanbaru. Satwko, P, Fska Bangunan. Yogakarta: And. Suptandar, J. P., Faktor Akustk dalam Perancangan Desan nteror. Jakarta: Djambatan. Young, H., Fska Unverstas Eds Kesepuluh Jld 2. Jakarta: Erlangga.