SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara)

Transkripsi

1 SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara) SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara) Reflection and Refraction Ketika gelombang suara merambat dalam medium, terjadi sebuah pertemuan antara kedua medium dengan kepadatan atau kecepatan suara yang berbeda, bagian dari insiden suara akan dipantulkan (reflected) kembali ke dalam medium pertama dan sebagian akan diteruskan (transmitted) ke dalam medium kedua. Jika medium kedua memiliki suara yang berbeda kecepatan daripada yang pertama, arah propagasi akan berubah sebagai gelombang suara yang kedua; fenomena ini disebut pembiasan (refraction). Bias juga dapat terjadi dalam satu medium bila mengalami gradien spasial kecepatan suara. Bias suara yang dihasilkan dari variasi spasial dalam kecepatan suara adalah salah satu fenomena penting yang mempengaruhi propagasi (propagation) suara di air. Kecepatan suara di laut terutama tergantung pada tekanan hidrostatik (yaitu, kedalaman) dan suhu. Kecepatan suara meningkat dengan baik terhadap tekanan hidrostatik dan suhu. Dalam air laut, suhu berpengaruh penting pada kecepatan suara pada kedalaman kurang dari 300 m. Di bawah 1500 m, tekanan hidrostatik merupakan faktor dominan karena suhu air relatif konstan. Variasi kecepatan suara dengan kedalaman di laut disebut profil kecepatan suara (sound speed profile). Walaupun sebenarnya variasi kecepatan suara kecil, adanya gradien kecepatan suara di laut berdampak besar pada propagasi suara di laut dalam. Diffraction, Scattering, and Reverberation Prinsip difraksi gelombang suara dalam banyak cara sama seperti gelombang cahaya. Mungkin Difraksi dianggap sebagai gelombang yang lentur dari gelombang page 1 / 5

2 suara di sekitar hambatan. Contoh umum termasuk mendengar suara dari sumber di sudut atas bangunan dan suara merambat melalui celah kecil di pintu atau jendela yang tertutup. Sebuah kendala atau inhomogeneity (misalnya, asap, partikel, atau gelembung gas) dalam perjalanan gelombang suara menyebabkan hamburan (scattering) jika suara sekunder menyebar keluar dari berbagai arah (Pierce, 1989). Hamburan mirip dengan difraksi. Difraksi (diffraction) Biasanya digunakan untuk menggambarkan suara membungkuk atau hamburan dari satu objek dan hamburan terjadi bila ada beberapa objek. Reverberation (gema) mengacu pada perpanjangan suara yang terjadi ketika gelombang suara dalam ruang tertutup berulang kali tercermin (reflected) dari batas-batas ruang, bahkan setelah sumber telah berhenti memancarkan. Sound Attenuation and Transmission Loss Sebagai gelombang suara yang melewati medium, intensitas menurun terhadap jarak dari sumber suara. Fenomena ini dikenal sebagai atenuasi (attenuation) atau rugi propagasi (propagation loss). Efek suara atenuasi bisa digambarkan dengan menggunakan transmission loss (TL), yang didefinisikan sebagai: (1) di mana P (1) adalah tekanan suara pada jarak 1 m dari sumber dan P (r) adalah suara tekanan pada jarak r (Kinsler et al, 1982.). Satuan propagation loss db. P ropagation loss berhubungan dengan source level (SL), didefinisikan sebagai SPL yang dihasilkan oleh sumber suara pada jarak 1 m, dan tingkat menerima/ received level (RL) di lokasi tertentu: (2) page 2 / 5

3 Pengaruh utama attenuation suara adalah: - geometris penyebaran atau perbedaan dari gelombang suara yang merambat jauh dari sumber, - penyerapan suara (konversi energi suara menjadi panas), - hamburan (scattering), difraksi (diffraction), interferensi multipath (multipath interference), efek batas (boundary effects), dan lainnya nongeometrical efek (Kinsler et al, 1982;. Urick, 1983). Spreading Loss Spreading loss atau divergence loss adalah efek geometri yang mewakili melemahnya gelombang suara yang menyebar keluar dari sumber (Urick, 1983). Penyebaran menggambarkan pengurangan tekanan suara yang disebabkan oleh peningkatan luas permukaan sebagai meningkatnya jarak dari sumber suara. Penyebaran Bola dan silinder adalah jenis umum spreading loss. Sebuah titik sumber suara dalam medium, medium tanpa batas akan memancarkan bola gelombang energi akustik yang menyebar keluar dari sumbernya dalam bentuk bulat. Sebagai jarak dari peningkatan sumber, meningkatkan luas permukaan energy akustik. Jika daya suara adalah tetap, intensitas suara menurun terhadap jarak dari sumber (intensitas daya per satuan luas). Luas permukaan bola adalah 4πr2, dimana r adalah jari-jari bola, sehingga perubahan intensitas sebanding dengan kuadrat jari-jari. Untuk gelombang bulat, I = P 2 / ρc Sehingga tekanan berkurang sebagai kebalikan jarak. Prediksi ini dikenal sebagai spherical spreading law. Transmission loss untuk spherical spreading adalah: (3) dimana r adalah jarak dari sumber. Hal ini setara dengan pengurangan 6 db di SPL ( sound pressure level) untuk setiap dua kali lipat jarak dari sumber suara. page 3 / 5

4 Dalam cylindrical spreading, gelombang bulat meluas dari sumber yang dibatasi oleh batas atas dan batas yang lebih rendah dan berbentuk silinder. Dalam hal ini gelombang suara mengembang berbentuk silinder dan transmission loss adalah: (4) Cylindrical spreading adalah pendekatan untuk propagasi gelombang pada suatu saluran air yang diisi jauh lebih besar daripada kedalaman dimensi horizontal. Cylindrical spreading memprediksi penurunan 3dB SPL untuk setiap dua kali lipat jarak dari sumber. Surface and Bottom Effects Karena reflects dan scatters sound, permukaan laut memiliki pengaruh besar pada propagasi suara bawah air, di mana baik sumber atau penerima berada di kedalaman dangkal. Jika permukaan laut halus, tekanan suara yang dipantulkan hampir sama dengan tekanan suara insiden. Namun, jika permukaan laut kasar, amplitudo gelombang suara yang dipantulkan akan berkurang. Untuk sumber suara tertentu, hubungan antara gelombang suara, yang menyebar langsung dari sumber ke penerima, dan reflected wave tergantung pada kedalaman sumber dan jarak ke penerima. Pada beberapa jarak reflected wave akan inphase dengan gelombang langsung (bentuk gelombang digabungkan) dan pada jarak lain dua gelombang akan keluar-dari-fase. Hal ini menghasilkan konstruktif dan destruktif interferensi antara permukaan reflected wave suara dan menghasilkan pola interferensi suara di bidang bawah air. Fenomena ini disebut Lloyd mirror effect dan contohnya multipath propagation loss. Dalam hal ini bidang suara yang dihasilkan berisi rangkaian bolak-balik maxima dan minima tekanan suara. Bagian bawah permukaan laut adalah reflecting dan scattering surface, mirip dengan permukaan laut. Interaksi suara dengan bagian bawah laut lebih kompleks, terutama karena sifat akustik dasar laut lebih variabel dan bagian bawah sering berlapis dan memiliki kepadatan kecepatan suara yang berbeda. Lloyd mirror effect juga dapat diamati dari sumber suara yang terletak di dekat dasar laut. Untuk dasar page 4 / 5

5 yang "keras"seperti batu, gelombang akan tercermin sekitar fase gelombang insiden. Dengan demikian, dekat dasar laut, insiden dan merefleksikan gabungan tekanan suara, yang mengakibatkan tekanan suara meningkat dekat dasar laut. page 5 / 5