PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Transkripsi

1 KAJIAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI MATERIAL KOMPOSIT SERAT GERGAJIAN BATANG SAWIT DAN GYPSUM SEBAGAI MATERIAL PENYERAP SUARA MENGGUNAKAN METODE IMPEDANCE TUBE TESIS Oleh : KHAIRUL SUHADA / MTM PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 KAJIAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI MATERIAL KOMPOSIT SERAT GERGAJIAN BATANG SAWIT DAN GYPSUM SEBAGAI MATERIAL PENYERAP SUARA MENGGUNAKAN METODE IMPEDANCE TUBE T E S I S Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Pada Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Oleh : KHAIRUL SUHADA / MTM PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

3 T E S I S BERJUDUL KAJIAN KOEFISIEN ABSORPSI MATERIAL KOMPOSIT SERAT GERGAJIAN BATANG SAWIT DAN GYPSUM SEBAGAI MATERIAL PENYERAP SUARA MENGGUNAKAN METODE IMPEDANCE TUBE Telah Diseminarkan Dan Diuji Di Depan Komisi Pembimbing Dan Tim Penguji Fakultas Teknik USU Untuk Memperoleh Gelar Magister Nteknik Pada tanggal 24 Juli Khairul Suhada Kandidat Tim Penguji,... Dr_Ing. Ikhwansyah Isranuri Pembimbing Utama/Ketua Penguji... Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME KPS-MTM SPs USU

4 Judul Tesis : KAJIAN KOEFISIEN ABSORPSI BUNYI DARI MATERIAL KOMPOSIT SERAT GERGAJIAN BATANG SAWIT DAN GYPSUM SEBAGAI MATERIAL PENYERAP SUARA MENGGUNAKAN METODE IMPEDANCE TUBE Nama Mahasiswa : Khairul Suhada Nomor Pokok : Program Studi : Magister Teknik Mesin Menyetujui Komisi Pembimbing Dr_Ing. Ikhwansyah Isranuri Ketua Prof. Basuki Wirjo Sentono, Ms, Ph.D Anggota Dr. Nasruddin MN, M,Eng.Sc Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Tanggal Lulus : 24 Juli 2010

5 ABSTRAK Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik dasar mengenai koefisien absorbsi bunyi material akustik yang dibuat dengan bahan dasar serat gergajian batang sawit dengan Gypsum. Variabel dalam penelitian ini adalah perubahan komposisi material serat gergajian batang sawit dan Gypsum. Pembuatan sampel diawali dengan penggergajian batang sawit yang menghasilkan serat batang sawit, pengeringan, pencampuran dengan air dan Gypsum, pencetakan dan pengeringan. Pembuatan sampel berbentuk silindris dengan dimeter 50,8 mm untuk kemudian benda uji diuji karakteristik akustiknya dengan menggunakan metode impedance tube. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa nilai Koefisien absorpsi yang paling tinggi pada Variasi serat gergajian batang sawit adalah pada campuran 0,4:1 pada frekuensi 4000 Hz dengan ketebalan 3 cm yaitu 0,408. Nilai Koefisien absorpsi yang paling rendah pada Variasi serat gergajian batang sawit adalah pada campuran 0,1:1 pada frekuensi 250 Hz dengan ketebalan 3 cm yaitu 0,115.Nilai Koefisien absorpsi yang paling tinggi pada Variasi Gypsum adalah pada pada campuran 0,2:1,25 pada frekuensi 150 Hz dengan ketebalan 2 cm yaitu 0,223. Nilai Koefisien absorpsi yang paling rendah pada Variasi Gypsum adalah pada pada campuran 0,2:2 pada frekuensi 4000 Hz dengan ketebalan 2 cm yaitu 0,055. Penyerapan suara semakin melemah pada frekuensi rendah yaitu dari frekuensi 150 Hz sampai 250 Hz dan semakin menguat pada frekuensi tinggi yaitu dari frekuensi 250 Hz sampai 4000 Hz pada variasi serat gergajian batang sawit dan penyerapan suara melemah dari frekuensi rendah 150 Hz dan semakin melemah pada frekuensi 4000 Hz pada variasi Gypsum. Kata kunci : material penyerap suara, koefisien absorpsi, serat gergajian batang sawit dengan gypsum, impedance tube. i

6 ABSTRACT The primary aim of this research is for knowing the basic characteristic about sound coefficient absorbtion of acoustic material which is made based on fiber stem palm with Gypsum. The variable in this research is the composition change of fiber stem palm and gypsum. Sample manufacture is started with sawing the stem palm that produced fiber stem palm, drying, mixing with water and gypsum, casting and drying. Sample manufacture have to shape cylinders with diameter mm and then specimen is tested the it s characteristic of absorbtion by Impedance Tube method. From this research that have been done could be conclusion that biggest coefficient absorbtion value was on sawing fiber stem palm variation on composition ratio 0.4:1 on frequency 4000 Hz namely Lowest coefficient absorbtion value was on sawing fiber stem palm variation on composition ratio 0.1:1 on frequency 250 Hz with 3 cm thickness namely Biggest coefficient absorbtion value was on Gypsum variation on composition ratio 0.2:1.25 on frequency 150 Hz with 2 cm thickness namely Lowest coefficient absorbtion value was on Gypsum variation on composition ratio 0.2:2 on frequency 4000 Hz with 2 cm thickness namely Sound absorbtion more and more lower on low frequency namely from 150 Hz until 250 Hz and more and more higher on high frequency namely from 250 Hz until 4000 Hz on sawing fiber stem palm variation on the contrary the absorbtion of sound strength on lower on low frequency namely from 150 Hz until 4000 Hz. Key words: Sound Absorbtion Material, Absorbtion Coefficient, Sawing Fiber Stem Palm with Gypsum, Impedance Tube.

7 KATA PENGANTAR Bismillaahirohmaanirrohiim. Segala Puji hanya kepada Allah SWT yang Maha Perkasa dan Bijaksana, Penguasa Langit dan bumi serta apa-apa yang ada diantaranya, yang telah memberikan Taufik kepada Hamba yang banyak dosa dan doif ini dalam meyelesaikan tugas Thesis. Sholawat dan Salam kepada Dzainal Ambiya Nabi Muhammad SAW yang telah membimbing Kita untuk memahami Kebesaran Allah Ta ala. Keberkahan dan keampunan mudah-mudahan terlimpah kepada seluruh Guruguru Saya khususnya di lingkungan Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Penulis sangat berharap Thesis ini yang berjudul Kajian Koefisien Absorpsi Material Komposit Serat Gergajian Batang Sawit Dan Gypsum Sebagai Material Penyerap Suara Menggunakan Metode Impedance Tube menjadi suatu keberkahan dalam mengatasi limbah batang sawit dan menambah keilmuan di bidang Akustik. Di lembaran kertas ini penulis mengucapkan rasa terimakasih yang sebesarbesarnya kepada semua pihak yang telah berjasa besar dalam penyelessaian Thesis ini, yaitu khususnya kepada kedua Orang Tua Penulis tercinta yang selalu memberikan semangat untuk menuntut ilmu yang setinggi-tingginya. Tidak lupa pula ucapan terimakasih saya yang sebanyak-banyaknya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, Hafizahulloh Sebagai Dekan Fakultas Teknik Mesin USU

8 sekaligus Dosen di bangku kuliah yang telah banyak memotivasi dan memperbaiki mutu saya dalam hal dunia dan akhirat. Kepada Bapak Dr.-Ing. Ikswansyah Isranuri sebagai Ketua Teknik Mesin sekaligus Dosen Pembimbing I yang telah memberikan ide Thesis ini dan membimbing saya dalam hal Noise dan Vibration. Kepada Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D sebagai Dosen Pembimbing II.yang telah banyak memberikan masukkan dalam hal material komposit semoga Allah SWT membalas segala kebaikan beliau dengan keberkahan ilmu. Kepada Bapak DR. Nasruddin MN, M,Eng.Sc sebagai Dosen Pembimbing III yang telah banyak membimbing saya dalam hal penurunan rumus, semoga Allah SWT memberkahi hidup beliau. Kepada seluruh Dosen Magister Teknik Mesin USU dan seluruh Pegawai Magister Teknik Mesin serta seluruh sahabat-sahabat Mahasiswa Magister Teknik Mesin khususnya stambuk 2007 semoga Allah membalas kebaikan atas segala kebaikan dan pertolongan yang telah diberikan kepada saya. Saran dan kritik yang membangun dari berbagai pihak sangat Penulis harapkan Penulis harapkan dapat perperan dalam hal menyempurnakan Thesis ini. Medan, 04 September 2010 Penulis, Khairul Suhada

9 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR...iii RIWAYAT HIDUP...v DAFTAR ISI...vi DAFTAR TABEL...ix DAFTAR GAMBAR...xi DAFTAR ISTILAH... xvi i BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Road Map Penelitian Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian...8 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Material akustik Bunyi dan Kebisingan Pengaruh Kebisingan Teknik Pengendalian Kebisingan Frekuensi Periode Gerak Gelombang Bunyi Kecepatan Gelombang Bunyi Intensitas Suara...18

10 2.8. Absorpsivitas Bunyi dan Refleksitas Bunyi Metode Tabung Impedance Penyerapan Dan Pemantulan Akustik Gypsum Papan Gypsum Kelapa Sawit...32 BAB 3 METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Bahan Alat-alat Pembuatan Spesimen Alat-alat Pengujian Metode Pembuatan Spesimen Variabel Penelitian Set-Up Alat Uji Kemampuan Serap Bunyi Impedence Tube Pelaksanaan Penelitian Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data Contoh Aplikasi Pengukuran Perencanaan Pengujian Validasi Alat...46 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN Hasil Pengujian Variasi serat Campuran 0,1;1 dengan ketebalan 1 cm Campuran 0,1;1 dengan ketebalan 2 cm Campuran 0,1;1 dengan ketebalan 3 cm Campuran 0,2; Campuran 0,3; Campuran 0,4;1...75

11 4.2. Hasil Pengujian Variasi Gypsum...77 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran...82 DAFTAR PUSTAKA... 83

12 DAFTAR TABEL Halaman 1. Tabel 1.1. Koefisien absorpsi gypsum Tabel 2.1. Toefisien penyerapan bunyi dari material akustik Tabel 2.2. Tingkat kebisingan rata-rata diukur pada beberapa jarak Tabel 2.3. Tingkat kebisingan yang dizinkan oleh Walsh-Healey Public Contracts Tabel 2.4. Batasan dari frekuensi Tabel 2.5. Kecepatan gelombang suara Tabel 2.6. Koefisien absorpsi dari material akustik Tabel 2.7. Komposisi kimia gypsum Tabel 2.8. Koefisien absorpsi gypsum Tabel 2.9. Kuat tekan papan gypsum Tabel Kuat impak papan gypsum Tabel Karakteristik detail sifat fisik dan mekanis batang kelapa sawit Tabel 3.1. Kegiatan dan instansi pendukung penelitian Tabel 3.2. Perbandingan campuran bahan specimen dengan memvariasikan serat batang sawit Tabel 3.3. Perbandingan campuran bahan specimen dengan memvariasikan gypsum Tabel 3.4. Parameter pengujian Tabel 3.5. Koefisien absorpsi papan gypsum tebal 13 mm referensi Tabel 3.6. Koefisien absorpsi papan gypsum tebal 13 mm pengujian pengukuran FMIPA USU Tabel 3.7. Galat koefisien absorpsi (α) Tabel 4.1. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran 0,1:1 dengan ketebalan 1 cm Tabel 4.2. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran 0,1:1 ketebalan 2 cm Tabel 4.3. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran 0,1:1ketebalan 3 cm...69

13 19. Tabel 4.4. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran 0,1:1 ketebalan 1, 2 dan 3 cm Tabel 4.5. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran 0,2:1 ketebalan 1, 2 dan 3 cm Tabel 4.6. Koefisien absorpsi variasi serat batang sawit jenis campuran 0,3:1 ketebalan 1, 2 dan 3 cm Tabel 4.8. Koefisien absorpsi variasi gypsum jenis campuran 0,2:1,25 dan 0,2:1,50 serta 0,2:1,75 dan 0,2:2 dengan ketebalan 2 cm...77

14 DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Gambar 1.1. Pohon kelapa sawit Gambar 1.2. Panel akustik tipe sh absorption panel / plain Gambar 1.3. (a) glass wall (b) selencer knalpot dengan peredam glass wall Gambar 1.4. Skematik roadmap penelitian Gambar 1.5. Limbah batang kelapa sawit Gambar 2.1. Gelombang transversal Gambar 2.2. Gelombang longitudinal Gambar 2.3. Intensitas bunyi Gambar 2.4. Analogi thermometer Gambar 2.5. Tabung impedansi (resonator) Gambar 2.6. Dua gelombang yang merambat dengan arah berlawanan Gambar 2.7. Ilustrasi Pengukuran gelombang Gambar 2.8. Pemantulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua media akustik Gambar 3.1. Gergajian batang sawit (serat bercampur serbuk) Gambar 3.2. Gypsum Gambar 3.3. Gergaji mesin Gambar 3.4. Timbangan Gambar 3.5. Impedance tube Gambar 3.6. Osciloscop Gambar 3.7. Power amplifire Gambar 3.8. Sound generator Gambar 3.9. Condensor microphone Gambar Speaker Gambar Spesimen siap uji Gambar Set up alat uji serap bunyi...40

15 26. Gambar Diagram alir penelitian Gambar Pengukuran gelombang reflection (pantul) Gambar Posisi microphone 35 cm Gambar Posisi microphone 30 cm Gambar Posisi microphone 25 cm Gambar Posisi microphone 20 cm Gambar 4.1. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm...48 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm Gambar 4.2. Standing wave ratio (SWR) Gambar 4.3. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 250 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm...51 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 250 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 500 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm...52 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 500 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm Gambar 4.5. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 1 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm...53 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 1 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm Gambar 4.6.

16 (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 2 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm...54 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 2 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm Gambar 4.7. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 4 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm...55 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 4 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 1 cm Gambar 4.8. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm...56 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm Gambar 4.9. (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 250 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm...57 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 250 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 500 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm...58 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 500 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 1 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm...59 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 1 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm...59

17 37. Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 2 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm...60 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 2 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 4 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 2 cm...61 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 4 KHz pada osciloscoe dengan ketebalan 2 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm...63 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 150 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 250 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm...64 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 250 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 500 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm...65 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 500 Hz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 1 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm...66

18 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 1 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 2 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm...67 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 2 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm Gambar (a) Pengukuran tegangan maksimum pada frekuensi 4 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm...68 (b) Pengukuran tegangan minimum pada frekuensi 4 KHz pada osciloscope dengan ketebalan 3 cm Gambar Grafik frekuensi versus koefisien absorpsi dan photo dengan pembesaran 100 kali pada campuran 0,1: Gambar Grafik frekuensi versus koefisien absorpsi dan photo dengan pembesaran 100 kali pada campuran 0,2:1: Gambar Grafik frekuensi versus koefisien absorpsi dan photo dengan pembesaran 100 kali pada campuran 0,3: Gambar Grafik frekuensi versus koefisien absorpsi dan photo dengan pembesaran 100 kali pada campuran 0,4: Gambar Grafik frekuensi versus koefisien absorpsi dan photo dengan pembesaran 100 kali pada variasi gypsum...78

19 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Gambar Teknik... akhir

20 DAFTAR ISTILAH Simbol Besaran Satuan a amplitude... (m) c speed of sound... (m/s) d depth... (m) f frequency. (Hz) g gravity acceleration (m/s 2 ) l length.. (m) m surface weight. (kg/m 2 ) n attenuation coefficient. p sound pressure. (db) s stiffness (n/m) t time.. (s) x static deflection (m) a total absorption... (m 2 -sabin) b bending stiffness. (nm) c correction factor. (db) d sound energy density.. (w-/m 3 ) e young s modulus. (pa) il insertion loss... (db) lp sound pressure level... (db) m total weight... (kg) nr noise reduction... (db) pwl sound power level... (db) s area... (m 2 ) tc celsius temperature... ( 0 c) tk kelvin temperature ( 0 k) tr rankine temperature. ( 0 r)

21 tl transmission loss.. (db) v volume (m 3 ) w sound power... (w) α absorption coefficient. δ path length difference... (m) ε transmissibility η loss factor θ geometric angle... 0 λ wavelength.. (m) ξ damping coefficient (kg rad/s) ρ density. (kg/m 3 ) σ poisson s ratio.. τ transmission coefficient.. ω angular frequency... (rad/s) δ noise reduction... (db) 4m air absorption... (1/m or db/km)