BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengujian Sampel Peredam Sampel peredam yang digunakan memiliki bentuk balok dengan dimensi 5cm x 5cm x 5cm dengan variasi pola permukaan yang tidak rata dan terdapat lubang yang menghubungkan ke rongga udara di dalamnya. Permukaan yang tidak rata ini menyebabkan pola pantulan bunyi yang mengenai permukaan peredam menjadi acak atau terhambur sementara itu, adanya lubang dan rongga udara menimbulkan fenomena resonansi hemholtz. Pada sampel peredam yang dibuat, terdapat tiga variasi jumlah puncak (N) yaitu N=2, N=5, dan N=7 (disajikan dalam Gambar 3.2) Sampel peredam dengan dua puncak Gambar 4.1. Koefisien serap peredam dua puncak kondisi lubang terbuka (Ao) Gambar 4.2. Koefisien serap peredam dua puncak kondisi lubang tertutup (Ac) Pengujian sampel peredam dengan dua puncak dilakukan pada kondisi lubang terbuka dan lubang tertutup. Hasil pengujian pada saat kondisi lubang terbuka yang ditunjukan pada Gambar (4.1) menunjukan kinerja peredam dengan koefisien absopsi diatas 0,7 pada bentang frekuensi antara 600 Hz hingga 1100 Hz. Sementara itu, saat kondisi lubang ditutup yang disajikan dalam Gambar (4.2) terlihat bahwa kinerja peredam dengan koefisien absopsi diatas 0,7 hanya efektif pada frekuensi 600 Hz hingga 800 Hz. 21

2 Sampel peredam dengan lima puncak Pengujian sampel peredam dengan lima puncak juga dilakukan pada kondisi lubang terbuka dan lubang tertutup seperti pada sampel dengan dua puncak. Hasil pengujian pada saat kondisi lubang terbuka yang ditunjukan pada Gambar (4.3) menunjukan kinerja peredam dengan koefisien absopsi diatas 0,7 pada bentang frekuensi antara 600 Hz hingga 1300 Hz. Sementara itu, saat kondisi lubang ditutup yang disajikan dalam Gambar (4.4) terlihat bahwa kinerja peredam dengan koefisien absopsi diatas 0,7 hanya pada frekuensi 600 Hz hingga 800 Hz mirip dengan sampel peredam dengan dua puncak saat kondisi lubang tertutup. Gambar 4.3. Koefisien serap peredam lima puncak kondisi lubang terbuka (Bo) Gambar 4.4. Koefisien serap peredam lima puncak kondisi lubang tertutup (Bc) Sampel peredam dengan tujuh puncak Pengujian sampel peredam dengan tujuh puncak dilakukan dengan perlakuan yang sama pula seperti sampel dengan dua puncak dan lima puncak yaitu pada kondisi lubang terbuka dan lubang tertutup. Hasil pengujian pada saat kondisi lubang terbuka yang ditunjukan pada Gambar (4.5) menunjukan kinerja peredam dengan koefisien absopsi diatas 0,7 pada bentang frekuensi antara 600 Hz hingga 1500 Hz. Sementara itu, saat kondisi lubang ditutup yang disajikan dalam Gambar (4.6) terlihat bahwa kinerja peredam dengan koefisien absopsi diatas 0,7 efektif pada frekuensi 600 Hz hingga 800 Hz.

3 23 Gambar 4.5. Koefisien serap peredam tujuh puncak kondisi lubang terbuka (Co) Gambar 4.6. Koefisien serap peredam tujuh puncak kondisi lubang tertutup (Cc) Perbandingan Jumlah Puncak Hasil pengujian koefisien serapan bunyi terhadap elemen peredam dengan modifikasi permukaan berupa prisma tertutup disajikan pada Gambar (4.7). Tampak bahwa elemen peredam bekerja dengan baik pada bentang frekuensi yang sempit antara 400 Hz hingga 800 Hz dengan koefisien serapan berada dalam kisaran 0,5 hingga mendekati 1. Gejala yang menarik tampak pada bentang frekuensi 200 Hz hingga 400 Hz dimana terjadi peningkatan kinerja serapan beriringan dengan bertambahnya jumlah struktur prisma yang terpasang pada permukaan elemen peredam. Perubahan kinerja pada bentang frekuensi rendah ini dipicu oleh dua mekanisme berbeda. Pertama, konfigurasi struktur prisma tertutup menghasilkan efek hamburan meski tidak terlampau signifikan. Hal ini ditandai dengan perubahan nilai serapan pada bentang frekuensi antara 800 Hz hingga 1,3 khz. Hal ini dapat difahami karena memang masing-masing prisma pada setiap konfigurasi memiliki dimensi, tinggi dan bentuk yang sama persis. Kedua, perbaikan kinerja di bentang frekuensi di bawah 200 Hz terpicu karena kombinasi antara elemen dasar peredam yang bentuk kubus dan struktur prisma yang terpasang di atasnya bekerja secara serempak membentuk struktur rongga tergandeng. Ketika jumlah struktur prisma bertambah, maka terjadi peningkatan bersifat akumulatif pada volume total struktur prisma yang kemudian terkopel dengan rongga elemen peredam. Akibatnya terjadi peningkatan kinerja serapan

4 24 pada bentang frekuensi di bawah 200 Hz namun tidak mengubah bentang serapan maksimum di antara 400 Hz hingga 800 Hz. Dalam hal ini sifat elastik dari bahan penyusun berupa yellow board juga berkontribusi menghasilkan perubahan pada reaktansi struktur terkopel tersebut, serta memberi dampak pula pada perubahan kinerja pada bentang frekuensi di atas 800 Hz. Gambar 4.7. Hasil pengujian sampel peredam dalam kondisi lubang tertutup Sementara itu, hasil pengujian dengan modifikasi permukaan dengan menggunakan prima terbuka menunjukan terjadinya peningkatan kinerja serapan berupa pelebaran area serapan efektif pada semua konfigurasi yang dijuji. Kinerja serapan yang semula mengalami penurunan pada bentang frekuensi di atas 800 Hz pada pengujian dengan struktur prisma tertutup meningkat secara signifikan. Sebagaimana disajikan dalam Gambar (4.8), modifikasi permukaan dengan struktur prisma terbuka mampu memperbaiki nilai koefisien serapan dalam kisaran 0,86 hingga 0,95 pada bentang frekuensi 800 Hz hingga 1,25 Khz. Nilai tersebut jauh lebih besar dibandingkan dengan apa yang teramati pada modifikasi dengan strukut prisma tertutup.

5 25 Gambar 4.8. Hasil pengujian sampel peredam dalam kondisi lubang terbuka Namun demikian, peningkatan kinerja serapan pada bentang frekuensi 800 Hz hingga 1,25 khz diikuti pula oleh penurunan kinerja serapan di bentang di bawah 200 Hz dimana koefisien serapan bernilai lebih kecil dari pada parameter yang sama yang terukur dalam pengujian dengan struktur prima tertutup. Perubahan kinerja elemen peredam sebagaimana tersebut di atas diduga terjadi dengan mekanisme sebagai berikut. Ketika struktur prisma terbuka dipasang pada elemen peredam maka secara akustik keduanya membentuk sebuah resonator Helmholtz dengan dua lubang identik yang tepasang seolah membentuk leher mendatar di bagian atas rongga. Keadaan ini menghadirkan respon yang menyerupai perilaku resonator setengah panjang gelombang. Akibatnya, terjadi peningkatan jumlah massa yang yang berosilasi di bagian struktur leher resonator yang memicu peningkatan peredaman viskous dan secara bersamaan muncul pula resonansi oleh resonator setengah panjang gelombang tersebut. Mekanisme inilah yang kemudian berkontribusi terhadap peningkatan nilai koefisien serapan di bentang frekuensi tinggi di bentang 800 Hz hingga 1,25 khz.

6 26 Adapun penurunan kinerja serapan pada bentang frekuensi di bawah 200 Hz diduga berkaitan dengan hilangnya efek kopel ketika struktur prisma dan elemen peredam membentuk satu rongga bersama. Perubahan nilai reaktansi yang semula meningkat akibat kontribusi kekakuan bahan penyusun yang memisahkan rongga elemen peredan dengan rongga struktur prisma tertutup tidak terjadi pada keadaan pengujian dengan prisma terbuka. Sementara itu penggabungan elemen peredam dan struktur prima tidak memberikan perubahan volume rongga secara signifikan. Dengan demikian, keadaan yang semula muncul akibat dipicu oleh mekanisme resonansi Helmholtz pada rongga terkopel dalam pengujian dengan prisma tertutup tidak terjadi pada pengujian dengan prisma terbuka. Adapun mekanisme hamburan masih terjadi sebagaimana yang berlaku pada keadaan pengujian dengan struktur prisma tetutup Penambahan Metamaterial Gambar 4.9. Perubahan koefisien serap sampel peredam Ao setelah disisipi

7 27 Gambar Perubahan koefisien serap sampel peredam Bo setelah disisipi Gambar Perubahan koefisien serap sampel peredam Co setelah disisipi

8 28 Dari hasil pengujian yang diperoleh, penambahan mampu meningkatkan kinerja peredam di frekuensi menengah dan frekuensi tinggi. Peningkatan serapan bunyi terlihat baik pada sampel dengan Ao, Bo maupun Co. Dalam grafik yang disajikan pada Gambar (4.9), Gambar (4.10), dan Gambar (4.11). terlihat adanya peningkatan koefisien serap bunyi mulai frekuensi 600Hz hingga 1600Hz. Dalam pengujian ini, digunakan sampel berupa tubular, yaitu struktur dasar dari tiap atom penyusun adalah berbentuk tabung yang disusun secara periodik. Susunan tabung secara periodik ini menimbulkan peristiwa resonansi di setiap unit tabung. Setiap tabung yang tersusun berperilaku sebagai resonator yakni dalam hal ini terjadi mekanisme resonansi seperempat panjang gelombang (λ/4). Selain karena mekanisme resonansi seperempat panjang gelombang (λ/4), ada juga mekanisme redaman viscous yang menyebabkan pelemahan energi bunyi yang datang. Redaman viscous terjadi karena adanya osilasi massa udara yang ada di dalam dinding tabung. Osilasi ini menyebabkan timbul gesekan antara massa udara dengan dinding tabung. Secara akumulatif, adanya susunan periodik tabung memberikan nilai massa udara yang berosilasi dalam tabung semakin meningkat. Peningkatan massa udara ini mampu meningkatkan nilai koefisien serap pada bentang frekuensi yang lebar. Sementara itu, saat lubang resonator pada permukaan peredam ditutup tidak ada perubahan koefisien serap peredam secara signifikan. Hasil pengujian yang ditunjukan pada Gambar (4.12), Gambar (4.13), dan Gambar (4.14), menunjukan pola yang sama pada setiap sampel peredam. Pada kondisi ini, yang diberikan dalam struktur peredam tidak dapat bekerja dengan optimal yang disebabkan karena penutupan lubang pada permukaan.

9 29 Gambar Perubahan koefisien serap sampel peredam Ac setelah disisipi Gambar Perubahan koefisien serap sampel peredam Bc setelah disisipi

10 30 Gambar Perubahan koefisien serap sampel peredam Cc setelah disisipi 4.3. Konfigurasi Metamaterial Ada dua konfigurasi yang disajikan dalam penelitian ini yaitu Simple Cubic dan Heksagonal. Pengaruh dari konfigurasi ini menyebabkan terjadinya hamburan terhadap gelombang bunyi yang datang oleh setiap atom penyusun. Perilaku hamburan bunyi ini identik dengan hamburan Bragg, namun, jika pada hamburan Bragg setiap atomnya dianggap sebagai bola pejal, pada terdapat modifikasi struktur pada setiap atom penyusunnya berupa penambahan resonator pada setiap atomnya. Adanya resonator yang disisipkan pada atom penyusun menyebabkan adanya mekanisme resonansi lokal yang terjadi sehingga memberikan dampak yang lebih baik terhadap nilai absorpsi bunyi. Hasil pengujian konfigurasi Simple Cubic dan Heksagonal dapat dilihat pada Gambar (4.15), hasil yang diperoleh menunjukan konfigurasi struktur memberikan kinerja yang efektif pada tiga puncak frekuensi, yaitu frekuensi 600Hz, frekuensi 1200Hz dan frekuensi 1,6kHz. Konfigurasi

11 31 heksagonal memberikan hasil yang sedikit lebih baik pada frekuensi 1300Hz seperti terlihat pada Gambar (4.15). Pengaruh dari konfigurasi heksagonal ini mampu menimbulkan fenomena hamburan yang lebih baik yang terjadi di dalam bahan. Gambar Koefisien serap dengan konfigurasi Simple Cubic dan Heksagonal