KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGUKURAN TRANSMISSION LOSS DARI PADUAN ALUMINIUM-MAGNESIUM MENGGUNAKAN METODE IMPEDANCE TUBE SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik FAHRUL ROZZY 080401016 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013
ABSTRAK Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mereduksi bising adalah dengan penggunaan material akustik yang bersifat menyerap atau meredam bunyi sehingga bising yang terjadi dapat direduksi. Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik dasar mengenai transmission loss material akustik dari paduan aluminium-magnesium. Variabel dalam penelitian ini adalah perubahan komposisi material paduan aluminum-magnesium dengan komposisi paduan Al 98%-Mg 2%, Al 96%-Mg 4% dan Al 94%-Mg 6% untuk kemudian diuji karakteristik akustiknya dengan menggunakan metode impedance tube. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa nilai transmission loss yang paling tinggi terdapat pada paduan Al 98%-Mg 2% pada frekuensi 1500 Hz yaitu 45.0191 db. Nilai transmission loss yang paling rendah terdapat pada paduan Al 94%-Mg 6% pada frekuensi 125 Hz yaitu 20.7008 db. Nilai frekuensi yang terbaik di insulasi material paduan Al-Mg untuk masing-masing komposisi adalah pada frekuensi 1500 Hz dimana pada frekuensi tersebut didapat nilai transmission loss maksimum. Komposisi paduan Al-Mg yang paling baik untuk menginsulasi suara didapat pada komposisi Al 98%-Mg 2% dengan nilai STC sebesar 35.8714 db. Kata kunci: material akustik, aluminium-magnesium, transmission loss, tabung impedansi.
ABSTRACT One effort that can be done to reduce the noise is to use material that is absorbing acoustic or muffle the sound so loud that occur can be reduced. The main objective of this study was to determine the basic characteristics of the transmission loss of acoustic material aluminum-magnesium alloy. The variable in this study is the change in the composition of the aluminum-magnesium alloy material with a composition of 98% alloy Al-Mg 2%, 96% Al-4% Mg and Al-Mg 94% 6% for the acoustic characteristics and then tested using the impedance tube. From the research that has been done can be concluded that the value of the high transmission loss found in alloy Al-98% Mg 2% at a frequency of 1500 Hz is 45.0191 db. Value of the low-loss transmission contained in the alloy Al-Mg 94% 6% at a frequency of 125 Hz is 20.7008 db. Frequency value of the best in the insulation material of Al-Mg alloys for each composition is at a frequency of 1500 Hz at a frequency which is obtained maximum value of transmission loss. Al-Mg alloy composition is best for sound proofing obtained on the composition of Al- 98% Mg 2% with a value of 35.8714 db STC. The greater the value of the STC, the better the material's ability to sound proofing. Key words: acoustic material, aluminum-magnesium, transmission loss, impedance tube.
KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulilah saya ucapkan Kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kesempatan sehingga tugas sarjana ini dapat selesai. Tugas sarjana yang berjudul Kajian Eksperimental Pengukuran Transmission Loss dari Paduan Aluminium-Magnesium Menggunakan Metode Impedance Tube ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik Mesin Program Reguler di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. Selama pembuatan tugas sarjana ini dimulai dari penelitian sampai penulisan, saya banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini saya ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Kedua orangtuaku, Ayahanda Ir. Djafrinialdi dan Ibunda Lailan Safina yang telah memberikan perhatian, do a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga abangku Fuad Affiz dan adikku Fandy Ahmad yang terus menerus memberikan masukan selama pembuatan tugas sarjana ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing Tugas sarjana yang telah banyak membantu menyumbang pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik. 4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin, Ibu Ismawati, Kak Sonta, Bapak Syawal, Bang Sarjana, dan Bang Lilik yang telah banyak membantu dan memberikan ilmu selama perkuliahan. 5. Anggota dalam tim penelitian ini, Felix Asade atas kerja sama dan waktu yang diberikan sehingga laporan ini bisa terselesaikan. Penelitian ini merupakan suatu kesempatan yang sangat berharga bagi saya untuk dapat meningkatkan ilmu, dan kualitas, serta pengalaman yang tidak akan pernah saya lupakan.
6. Amalia Ulfah (alm) yang telah memberikan kasih sayang dan semangatnya untuk selalu berjuang menyelesaikan skripsi ini. 7. Seluruh teman teman stambuk 2008, Ikram, Dika, Indra, Maragi, Madan, Madun dan yang lainnya yang namanya tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah banyak memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun dalam pembuatan tugas sarjana ini. Saya menyadari bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, saran dan kritik dari pembaca sekalian sangat diharapkan demi kesempurnaan skrispi ini. Semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi semua pihak. Medan, Maret 2013 Fahrul Rozzy NIM : 080401016
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 4 1.3 Tujuan Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 5 1.5 Batasan Masalah... 5 1.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 Teori Gelombang dan Bunyi... 7 2.1.1 Pengertian Gelombang... 7 2.1.2 Jenis-Jenis Gelombang... 8 2.1.3 Pengertian Bunyi... 9 2.1.4 Sifat-Sifat Bunyi... 10 2.2 Pengaruh Kebisingan... 17 2.3 Teknik Pengendalian Kebisingan... 18 2.4 Material Akustik... 19 2.5 Sifat Akustik... 22
2.5.1 Koefisien Absorbsi... 23 2.5.2 Transmission Loss... 25 2.6 Aluminium... 30 2.6.1 Sejarah Aluminium... 30 2.6.2 Sifat-Sifat Aluminium... 32 2.6.3 Heat Treatment Pada Aluminium Paduan... 35 2.7 Magnesium... 41 2.6.1 Sejarah Magnesium... 41 2.6.2 Sifat-Sifat Aluminium... 42 2.8 Paduan Aluminium-Magnesium... 43 2.9 Aplikasi Paduan Aluminium-Magnesium... 47 2.9.1 Aplikasi Otomotif... 47 2.9.2 Aplikasi Pesawat Terbang... 49 2.9.3 Aplikasi Kapal... 49 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 51 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 51 3.2 Alat dan Bahan... 51 3.2.1 Alat... 51 3.2.2 Bahan... 55 3.3 Eksperimental Setup... 57 3.4 Prosedur Pengujian... 58 3.5 Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data... 61 3.6 Validasi Alat... 62 3.7 Diagram Alir Penelitian... 63 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 65 4.1 Hasil Pengujian Paduan Al 98% Mg 2%... 65 4.1.1 Pengukuran Pada Frekuensi 125 Hz... 65 4.1.2 Pengukuran Pada Frekuensi 250 Hz... 68 4.1.3 Pengukuran Pada Frekuensi 500 Hz... 70 4.1.4 Pengukuran Pada Frekuensi 1000 Hz... 71
4.1.5 Pengukuran Pada Frekuensi 1500 Hz... 72 4.1.6 Pengukuran Pada Frekuensi 2000 Hz... 74 4.2 Hasil Pengujian Paduan Al 96% Mg 4%... 76 4.2.1 Pengukuran Pada Frekuensi 125 Hz... 76 4.2.2 Pengukuran Pada Frekuensi 250 Hz... 78 4.2.3 Pengukuran Pada Frekuensi 500 Hz... 79 4.2.4 Pengukuran Pada Frekuensi 1000 Hz... 80 4.2.5 Pengukuran Pada Frekuensi 1500 Hz... 82 4.2.6 Pengukuran Pada Frekuensi 2000 Hz... 83 4.3 Hasil Pengujian Paduan Al 94% Mg 6%... 85 4.3.1 Pengukuran Pada Frekuensi 125 Hz... 85 4.3.2 Pengukuran Pada Frekuensi 250 Hz... 87 4.3.3 Pengukuran Pada Frekuensi 500 Hz... 88 4.3.4 Pengukuran Pada Frekuensi 1000 Hz... 89 4.3.5 Pengukuran Pada Frekuensi 1500 Hz... 91 4.3.6 Pengukuran Pada Frekuensi 2000 Hz... 92 4.4 Pembahasan... 94 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 97 5.1 Kesimpulan... 97 5.2 Saran... 97 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gelombang transversal... 8 Gambar 2.2 Gelombang longitudinal... 8 Gambar 2.3 Gelombang sinusoida dengan berbagai macam frekuensi... 11 Gambar 2.4 Fenomena absorpsi suara oleh suatu permukaan bahan... 22 Gambar 2.5 Proses terjadinya koefisien serap bunyi.... 24 Gambar 2.6 Proses terjadinya transmission loss pada material akustik... 26 Gambar 2.7 Tabung impedansi untuk pengukuran transmission loss... 28 Gambar 2.8 Diagram fasa perubahan mikrostruktur paduan Al-Cu... 37 Gambar 2.9 Diagram fasa paduan Al-Mg... 39 Gambar 2.10 Diagram fasa paduan Al-Si... 40 Gambar 2.11 Diagram fasa paduan Al-Cu... 40 Gambar 2.12 Diagram fasa magnesium... 42 Gambar 2.13 Diagram fasa paduan Al-Mg... 44 Gambar 2.14 Struktur bodi mesin berbahan paduan aluminium-magnesium.. 49 Gambar 3.1 Laptop... 51 Gambar 3.2 LabJack U3-LV... 52 Gambar 3.3 Amplifier... 53 Gambar 3.4 Speaker... 53 Gambar 3.5 Mikropon... 54 Gambar 3.6 Tabung impedansi... 55 Gambar 3.7 Dimensi spesimen Al-Mg... 55 Gambar 3.8 Spesimen Al-Mg: (1) Paduan Al 98%-Mg 2%, (2) Paduan Al 96%- Mg 4%, (3) Paduan Al 94%-Mg 6%... 56 Gambar 3.9 Foto mikro 200 pembesaran: (1) Paduan Al 98%-Mg 2%, (2) Paduan Al 96%-Mg 4%, (3) Paduan Al 94%-Mg 6%... 57 Gambar 3.10 Skema alat uji tabung impedansi... 57 Gambar 3.11 Set Up peralatan pengujian... 58 Gambar 3.12 Posisi spesimen uji dalam tabung impedansi... 58 Gambar 3.13 Susunan channel pada Pre-Amp Mic... 59 Gambar 3.14 Susunan channel pada LabJack... 59
Gambar 3.15 Diagram alir pelaksanaan riset... 64 Gambar 4.1 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 125 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 65 Gambar 4.2 Visualisasi bilangan kompleks p 1 pada sistem koordinat... 68 Gambar 4.3 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 250 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 69 Gambar 4.4 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 500 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 70 Gambar 4.5 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 1000 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 71 Gambar 4.6 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 1500 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 72 Gambar 4.7 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 2000 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 74 Gambar 4.8 Grafik transmission loss paduan Al 98%-Mg 2%... 76 Gambar 4.9 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 125 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 77 Gambar 4.10 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 250 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 78 Gambar 4.11 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 500 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 79 Gambar 4.12 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 1000 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 81 Gambar 4.13 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 1500 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 82 Gambar 4.14 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 2000 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 83 Gambar 4.15 Grafik transmission loss paduan Al 96%-Mg 4%... 85 Gambar 4.16 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 125 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 86 Gambar 4.17 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 250 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 87
Gambar 4.18 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 500 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 88 Gambar 4.19 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 1000 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 90 Gambar 4.20 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 1500 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 91 Gambar 4.21 Pengukuran tegangan dengan frekuensi 2000 Hz: (a) Mikropon 1, (b) Mikropon 2 (c) Mikropon 3, (d) Mikropon 4... 92 Gambar 4.22 Grafik transmission loss paduan Al 94%-Mg 6%... 94 Gambar 4.23 Grafik perbandingan transmission loss paduan Al-Mg... 95
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Roadmap penelitian... 3 Tabel 2.1 Cepat rambat bunyi pada beberapa medium... 13 Tabel 2.2 Cepat rambat bunyi di udara pada berbagai suhu... 13 Tabel 2.3 Tingkat kebisingan rata-rata diukur pada beberapa jarak... 15 Tabel 2.4 Tingkat kebisingan yang dizinkan oleh Walsh-Healey Public Contracts... 18 Tabel 2.5 Nilai fasa aluminium-magnesium...... 45 Tabel 2.6 Batas komposisi paduan Aluminium-Magnesium (%)... 45 Tabel 2.7 Acoustic properties aluminium dan magnesium... 46 Tabel 3.1 Spesifikasi tabung impedansi... 55 Tabel 3.2 Sifat mekanis spesimen aluminium-magnesium... 56 Tabel 3.3 Data pengamatan... 62 Tabel 3.4 Transmission loss kayu referensi... 62 Tabel 3.5 Transmission loss kayu hasil pengukuran dengan tebal 10 mm... 62 Tabel 3.6 Galat transmission loss... 63 Tabel 4.1 Tabel transmission loss paduan Al 98%-Mg 2%... 75 Tabel 4.2 Tabel transmission loss paduan Al 96%-Mg 4%... 84 Tabel 4.3 Tabel transmission loss paduan Al 94%-Mg 6%... 93 Tabel 4.4 Tabel Rekapitulasi Hasil Data Analisa... 94
DAFTAR SIMBOL Simbol Arti Satuan A Luas penampang m 2 f Frekuensi Hz I Intensitas bunyi W/m 2 Tekanan Pa T Waktu s v Cepat rambat bunyi m/s W Daya Watt Huruf Yunani Simbol Arti Satuan α Koefisien absorbsi - λ Panjang gelombang m Massa Jenis kg/m 3