Desain Sumber Bunyi Titik Yogo Widi Prakoso 1, Made Rai Suci Santi 1,2, Adita Sutresno 1,2* 1 Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika 2 Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro52-60 Salatiga Jawa Tengah 50711 ABSTRAK Sumber bunyi titik mengalami penurunan sebesar 6 db untuk setiap penggandaan jarak. Pola distribusi bunyi dari sumber titik ini membentuk pola bangun ruang menyerupai bola. Speaker-speaker yang disusun menyerupai bangun ruang segilima (menghadap 5 arah) membentuk sumber bunyi titik. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh penggandaan jarak terhadap penurunan tingkat tekanan buyi dan untuk mengetahui pola distribusi dari bentuk penyusunan speaker untuk beberapa frekuensi (800 Hz, 1000 Hz, 1200 Hz, dan white noise). Dari hasil pengukuran didapatkan bahwa penggandaan jarak menyebabkan penurunan tingkat tekanan bunyi sebesar 6 db. Pola distribusi dari speaker membentuk bangun ruang menyerupai bola yang distribusinya ke segala arah dan besarnya sama pada jarak pengukuran yang sama. Kata kunci : Sumber Bunyi Titik, Pola Distribusi Bunyi Titik. * Alamat kontak: adita@staff.uksw.edu 1. PENDAHULUAN Pengumuman pada menara pemanggil di taman hiburan akan terdengar ke segala penjuru. Speaker pada menara ini dapat dikatakan sebagai sumber bunyi titik. [1] Hal ini dikarenakan sumber bunyi yang berada di menara menghadap ke segala arah. Bunyi ini terkadang akan terdengar sangat keras dan mengganggu, karena di area tersebut terdapat banyak bunyi yang saling bertautan yang berbeda frekuensi, volume dan intensitasnya. 1
Saat mendengarkan bunyi, setiap manusia akan berpikir bahwa jika manusia mendekati sumber bunyi akan terdengar lebih keras jika dibandingkan saat menjauhi sumber bunyi. Sebagai contoh, saat seseorang mendekati speaker yang berbunyi, maka orang tersebut akan mendengarkan bunyi yang lebih keras dibandingkan saat orang tersebut menjauhi sumber. [2] Sebuah speaker atau sumber bunyi dikatakan sebagai sumber bunyi titik jika sumber bunyi tersebut mengalami penurunan intensitas bunyi sebesar 6 db jika dilakukan penggandaan jarak pengukuran sumber bunyi. [3] Hal ini juga berlaku jika beberapa sumber bunyi disusun menyerupai bola. Sumber bunyi tersebut akan mendistribusikan bunyinya ke segala arah dan pada jarak yang sama dari sumber akan mendapatkan intensitas bunyi yang besarnya sama. Dalam penelitian ini, bertujuan untuk mengetahui tentang pola distribusi dari sumber bunyi yang disusun menyerupai bola tersebut dapat membentuk sebuah bangun ruang yang menyerupai bola (distribusinya ke segala arah). 2. DASAR TEORI 2.1 Pengertian Bunyi Bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang merambat secara perapatan dan perenggangan terbentuk oleh partikel zat perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran. [2] Bunyi mempunyai rentang frekuensi antara 1 Hz sampai ratusan khz, namun telinga manusia tidak dapat mendengarkan semua frekuensi bunyi tersebut. Bunyi yang dapat didengar oleh manusia hanyalah yang memiliki frekuensi dari 16 Hz sampai 16 khz. [2] Gelombang bunyi akan merambat melalui berbagi medium, namun kecepatannya berbeda-beda pada setiap medium. Hal ini disebabkan karena dipengaruhi oleh kerapatan dari masing-masing medium. Selain kecepatan, bunyi juga mempunyai energi yang besarnya dinyatakan dalam Watt. 2
2.2 Intensitas bunyi [3] Intensitas bunyi adalah laju energi bunyi lewat satu satuan luas. Dengan kata lain intensitas bunyi didefinisikan sebagai daya bunyi dibagi satuan luas. Secara matematis dituliskan: W I (1) A dengan I adalah intensitas bunyi (watt/m 2 ), W adalah daya bunyi sumber (watt) dan A adalah luasan yang dilalui bunyi ( m 2 ). Dalam sumber titik, intensitasnya akan menyebar ke segala arah, dimisalkan (P) yang berkaitan dengan daya (W). W 2 I W / m (2) 2 4 d d adalah jarak antara speaker (sumber bunyi titik) terhadap titik pengukuran (P). Tingkat intensitas (IL, intensity level) didefinisikan sebagai: I IL 10log (3) I 0 Sebagai intensitas acuan dipakai intensitas sebesar yang diperoleh dari tekanan bunyi acuan 0,00002 N/m 2 yaitu (4) 2 3 dengan acuan ( W / m ), kerapatan udara ( kg / m ), dan adalah kecepatan gelombang bunyi di udara ( m/ detik ). Dengan sound level meter, pengukuran akan mendapatkan tingkat tekanan bunyi bukan tingkat intensitas. Sehingga tingkat intensitas ( IL ) harus diturunkan menjadi tingkat tekanan bunyi ( L ) yang didefinisikan sebagai, (5) dengan tekanan bunyi dalam db. Hubungan antara tekanan bunyi dan intensitas bunyi adalah 3
(6) dengan tekanan rata-rata bunyi di penerima kerapatan udara ( ), dan adalah kecepatan bunyi di udara ( ). Dari persamaan (4) dan (6) didapatkan (7) Sehingga hubungan dengan tingkat tekanan bunyi, IL L (9) dimana, IL= tingkat intensitas tekanan bunyi (db) dan L= tingkat tekanan bunyi (db). Untuk menentukan tingkat tekanan bunyi di titik berjarak d dari sumber bunyi. (8) 2.3 Tingkat Tekanan Bunyi Sumber Titik [3] Sumber bunyi dikatakan sebagai sumber bunyi titik jika sumber bunyi tersebut sangat kecil jika dibandingkan dengan jarak pendengar. Sebuah sumber titik, jika gelombangnya merambat pada medan yang serba sama akan mengalami penurunan intensitas bunyi, hal ini disebabkan karena intensitas bunyi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak [3]. Untuk mengetahui tingkat tekanan bunyi pada jarak dari sumber, maka digunakan persamaan (db) (10) 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan Penelitian ini menggunakan 6 speaker dengan tipe ACR 8Ω / 20 W. Alat ukur yang digunakan adalah sound level meter. Sebagai input digunakan generator sinyal dengan tipe GFG-8015G dan sebagai penguat suara digunakan amplifier. 4
3.2 Susunan Alat Pada percobaan ini penyusunan alat dapat dilihat seperti gambar di atas. Sumber bunyi dihubungkan dengan sinyal generator dan amplifier. Khusus untuk white noise sumber frekuensi menggunakan laptop. Pengukuran dilakukan di sekitar speaker. 3.3 Pemilihan Sumber bunyi Pengukuran ini menggunakan beberapa frekuensi sebagai sumber bunyinya, diantaranya single tone (800 Hz, 1000 Hz dan 1200 Hz) dan multi tone (white noise). Frekuensi single tone adalah frekuensi yang terdiri dari satu frekuensi saja. Sedangkan multi tone terdiri dari beberapa frekuensi yang mempunyai rentang frekuensi dari 20 Hz sampai 20.000 Hz. 3.4 Pengukuran Tingkat Tekanan Bunyi Sekitar (Back Ground Noise) Penelitian ini dilakukan pada titik-titik pada daerah yang berada di sekitar sumber. Sebelum pengambilan data dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengukuran tentang tingkat tekanan bunyi yang ada di sekitar sumber. Banyak referensi yang menulis bahwa selisih pengukuran dengan tingkat tekanan bunyi sekitar minimum 10 db. 5
3.5 Pengukuran Tingkat Tekanan Bunyi Dalam penelitian ini, pengukuran tingkat tekanan bunyi dilakukan pada beberapa jarak. Jarak terdekat 0.3 m dan penggandaan jaraknya, 0.4 m dengan penggandaan jaraknya dan 0.5 m juga dengan penggandaan jaraknya sampai jarak terjauh 4 m. Jarak ini berlaku untuk semua frekuensi. Pengukuran tingkat tekanan bunyi ini dilakukan di lapangan sepak bola UKSW. Pengambilan data dilakukan dengan mengukur tingkat tekanan bunyi sumber titik ini pada jarak terdekat (0.3 m) untuk frekuensi 800 Hz. Selanjutnya dilakukan lagi untuk penggandaan jaraknya, hal ini juga berlaku untuk frekuensi dan jarak yang lain. 4. ANALISIS Dari pengukuran yang dilakukan, didapatkan bahwa tingkat tekanan bunyi sekitar/ background noise sebesar 50 db. Tingkat tekanan bunyi sekitar ini mempunyai selisih yang cukup besar dengan hasil pengukuran pada jarak terjauh 4 meter yang besarnya 18.2 db. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa frekuensi yang bisa mengalami penurunan tingkat tekanan bunyi sebesar 6 db hanyalah frekuensi white noise. Sedangkan untuk frekuensi 800 Hz, 1000 Hz, 1200 Hz tidak dapat mencapai kondisi tersebut. Namun untuk frekuensi 1000 Hz dan 1200 Hz dapat mencapai kondisi tersebut jika pengukuran dilakukan pada jarak jauh. a b e l T 1 : penurunan tingkat tekanan bunyi pada jarak 0.3 m, 0.6 m, 1.2 m, 2.4 m pada frekuensi white noise, 800 Hz, 1000 Hz, 1200 Hz. Tbs = tingkat bunyi sekitar. L =tingkat tekanan bunyi. dl = selisih. L setiap penggandaan jarak. Satuan yang digunakan db, penambahan A (dba) sesuai respon telinga manusia [3] Tabel 1 adalah tabel penurunan tingkat tekanan bunyi akibat penggandaan pada jarak 0.3 m, 0.6 m, 1.2 m, 2.4 m untuk semua frekuensi yang digunakan. Dapat dilihat bahwa dari tabel tersebut penurunan tingkat tekanan bunyi untuk frekuensi white noise konsisten berada pada level 6 db. Sedangkan untuk frekuensi 800 Hz penurunan tingkat tekanan bunyi tidak teratur, pada 6
jarak terdekat (0.3 m ke 0.6 m) penurunan yang terjadi hanya sebesar 2.6 db. Sedangkan untuk jarak selanjutnya frekuensi ini mengalami penurunan yang sangat besar sekali, mencapai 7.6 db. Sedangkan untuk frekuensi 1000 Hz dan 1200 Hz penurunan tingkat tekanan bunyi yang terjadi memiliki pola yang mirip. Pada jarak terdekat mengalami penurunan sekitar 2 db, sedangkan untuk jarak terjauh frekuensi ini mendekati dengan nilai yang diharapkan (6 db). Kemungkinan peristiwa tersebut disebabkan karena jarak pengukuran masih terlalu dekat. Karena kedua frekuensi tersebut dapat memenuhi teori sumber titik jika pengukuran yang dilakukan mempunyai jarak pengukuran minimal jauh dari sumber titik. 7
Grafik 1: penurunan tingkat tekanan bunyi pada a. 0.3 m, 0.6 m, 1.2 m, 2.4 m. b. 0.4 m, 0.8 m, 1.6 m, 3.2 m. c. 0.5 m, 1.0 m, 2.0 m, 4.0 m. Grafik 1 adalah grafik penurunan tingkat tekanan bunyi untuk semua frekuensi. Untuk frekuensi 1200 Hz ditandai dengan tanda silang (cross), frekuensi 1000 Hz dengan tanda warna hijau (segitiga). Sedangkan untuk frekuensi 800 Hz warna merah (segi empat) dan white noise dengan warna biru (jajar genjang). Grafik 1 a menunjukan penurunan tingkat tekanan bunyi pada jarak 0.3 m, 0.6 m, 1.2 m, 2.4 m untuk semua frekuensi yang digunakan. Grafik untuk frekuensi 1000Hz dan 1200Hz menumpuk menjadi satu. Hal ini disebabkan karena jarak pengukuran masih dekat dan selisih antara keduanya sangat kecil, sehingga grafik penurunannya tidak nampak perbedaanya. Dapat dilihat bahwa nilai tertinggi dari tingkat tekanan bunyi yang paling tinggi adalah pada frekuensi 1200 Hz. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa penurunan yang terbaik adalah pada frekuensi multi tone (white noise). Karena karakteristik dari frekuensi ini terdiri dari banyak frekuensi yang rentangnya dari 20 Hz sampai 20.000 Hz sehingga jika ada frekuensi yang terserap oleh lingkungan akan terdistribusi oleh frekuensi yang lain yang ada di dalam rentang tersebut. Grafik 1 b merupakan grafik penurunan untuk jarak 0.4 m, 0.8 m, 1.6 m, 3.2 m. Grafik tersebut merupakan penurunan tingkat tekanan bunyi untuk semua frekuensi yang digunakan. Untuk grafik ini tren line untuk frekuensi 1000 Hz dan 1200 Hz sudah terlihat terpisah. Hal ini disebabkan jarak pengukuran sudah lebih jauh dari pengukuran pertama dan selisih dari tingkat takanan bunyi dari kedua frekuensi ini sudah cukup jauh. Pada grafik ini penurunan yang terbagus masih frekuensi multi tone (white noise). Grafik 1 c adalah penurunan tingkat tekanan bunyi untuk jarak 0.5 m, 1.0 m, 2.0 m, 4.0 m. Dapat dilihat bahwa tren line dari penurunan sudah terlihat jelas jaraknya. Hal tersebut dipengaruhi oleh jarak pengambilan data yang sudah jauh. Sama dengan grafik 1 a dan 1 b, penurunan yang bagus pada frekuensi multi tone (white noise). Dari ketiga grafik tersebut dapat dilihat bahwa penurunan tingkat tekanan bunyi yang paling bagus dapat tercapai oleh frekuensi multi tone (white noise) untuk semua jarak pengukuran. Berbeda halnya dengan frekuensi single tone yang digunakan, pada frekuensi tersebut tidak mengalami penurunan yang sesuai dengan teori sumber titik. 8
Dengan demikian dapat dikatakan bahwa dari beberapa frekuensi yang digunakan (single tone dan multi tone) hanya frekuensi multi tone (white noise) yang penurunan tingkat tekanan bunyinya konstan (6 db). Frekuensi ini juga memenuhi teori sumber bunyi titik, bila dilakukan penggandaan jarak akan berkurang sebesar 6 db, hal ini berlaku untuk pengukuran untuk semua jarak pengukuran. Grafik 2: penurunan tingkat tekanan bunyi pada semua jarak pengukuran. Grafik 2 adalah grafik penurunan tingkat tekanan bunyi untuk semua jarak pengukuran, untuk grafik warna biru menunjukan penurunan untuk frekuensi white noise, merah 800 Hz, hijau 1000 Hz, dan silang (cross) 1200 Hz. Grafik penurunan tersebut merupakan grafik linear, sehingga penurunan tingkat tekanan bunyi yang dialami oleh semua frekuensi juga linear. 9
Grafik 3: distribusi bunyi speaker untuk a. frekuensi 800 Hz, b. frekuensi 1000 Hz. Pada grafik 3 a merupakan distribusi penyebaran bunyi pada frekuensi 800 Hz dan jarak pengukurannya 0.3 m warna hitam, 0.6 m warna merah, 1.2 m warna kuning dan 2.4 m warna coklat. Dapat dilihat bahwa distribusi speaker pada jarak ini sudah membentuk pola lingkaran, namun penurunan tingkat intensitas pada posisi ini kurang stabil. Pada jarak 0.3 m ke 0.6 m penurunan tingkat tekanan bunyi sangat kecil. Grafik 3 b adalah grafik distribusi untuk frekuensi 1000 Hz untuk pengukuran pada jarak 0.3 m untuk warna hitam, 0.6 m warna merah, 1.2 m warna kuning, dan 2.4 m untuk warna coklat. Dapat dilihat bahwa distribusi dari frekuensi ini sudah lebih baik dibandingkan dengan frekuensi 800 Hz. pada frekuensi ini penurunan tingkat tekanan bunyi untuk jarak 0.3 m ke 0.6 m penurunannya masih terlalu kecil, belum mencapai kurang lebih sebesar 6 db. Grafik 4: distribusi bunyi speaker untuk a. frekuensi white noise, b. frekuensi 1200Hz. Pada grafik 4 merupakan distribusi speaker pada frekuensi white noise (a) dan 1200 Hz (b). pengukuran dilakukan pada jarak 0.3 m warna hitam, 0.6 m warna merah, 1.2 m warna kuning, 2.4 m warna coklat. Dapat dilihat pada grafik 4 a, distribusi dari speaker bagus. Penurunan tingkat tekanan bunyi yang terjadi sangat bagus, karena mencapai 6 db untuk setiap penggandaan jarak. Sedangkan untuk grafik 4 b pola yang dihasilkan juga sudah bagus, namun penurunan 10
tingkat tekanan bunyi yang terjadi belum mencapai 6 db untuk setiap penggandaan jarak. Untuk frekuensi ini dapat mencapai penurunan sebesar 6 db ketika pengukuran dilakukan pada jarak 1.2 m dan 2.4 m. 5. KESIMPULAN Berdasarkan dari hasil dan analisa menunjukkan bahwa bentuk dari desain sumber bunyi yang berbentuk segilima (sumber bunyi titik) dapat menghasilkan penurunan tingkat tekanan bunyi sebesar 6 db ketika dilakukan penggandaan jarak. Situasi ini berlaku untuk frekuensi multi tone (white noise), sedangkan untuk single tone tidak dapat terpenuhi jika jarak pengukuran dekat dengan sumber. Namun untuk frekuensi 1000 Hz dan 1200 Hz situasi ini dapat terjadi saat pengukuran dilakukan pada jarak yang jauh dari sumber bunyi. Berbeda dengan 1000 Hz dan 1200 Hz, frekuensi 800 Hz tidak dapat memenuhi teori tersebut walaupun jarak pengukuran dilakukan pada jarak dekat atau jarak yang jauh. Artinya hanya white noise saja yang dapat memenuhi teori sumber titik jika dilakukan penggandaan jarak akan berkurang tingkat tekanan bunyinya sebesar 6 db. Dari keempat frekuensi yang digunakan, semua frekuensi tersebut dapat membentuk pola lingkaran pada setiap jarak pengukurannya. Sehingga jika digambarkan dalam bentuk 3 dimensi akan membentuk bangun ruang yang menyerupai bola. Dengan kata lain besar distribusinya sama ke segala arah. 6. DATAR PUSTAKA [1] Maekawa, Z.Noise reduction by distance from source of various shapes,1970. [2] S.Elysabeth, d. Sumber Bunyi Garis.2011. [3] Sutresno, Adita. Pengaruh penambahan jarak terhadap SPL sumber titik,2000. [4] Widi P.Yogo, Indria P. Desain Sumber Bunyi Titik 2011. 11