DESAIN DAN KARAKTERISTIK PANEL AKUSTIK DENGAN MODEL MULTI LAPISAN KOMPOSIT SEBAGAI PARTISI PEREDAM SUARA TESIS Oleh MEGA NOVITA SARI 117026016/FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2014
DESAIN DAN KARAKTERISTIK PANEL AKUSTIK DENGAN MODEL MULTI LAPISAN KOMPOSIT SEBAGAI PARTISI PEREDAM SUARA TESIS Disusun Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Oleh MEGA NOVITA SARI 117026016/FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2014
PENGESAHAN Judul Tesis : DESAIN DAN KARAKTERISTIK PANEL AKUSTIK DENGAN MODEL MULTI LAPISAN KOMPOSIT SEBAGAI PARTISI PEREDAM SUARA Nama Mahasiswa : MEGA NOVITA SARI Nomor Induk Mahasiswa : 117026016 Program Studi Fakultas : Magister Fisika : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Menyetujui, Komisi Pembimbing Dr.Nasruddin MN, M.Eng.Sc Ketua Prof. Drs. Mohammad Syukur, M.S Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Dr.Nasruddin MN, M.Eng.Sc NIP. 195507061981021002 Dr. Sutarman,M.Sc NIP. 19631026199103001
PERNYATAAN ORISINALITAS DESAIN DAN KARAKTERISTIK PANEL AKUSTIK DENGAN MODEL MULTI LAPISAN KOMPOSIT SEBAGAI PARTISI PEREDAM SUARA TESIS Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar. Medan, 21 Januari 2014 Mega Novita Sari NIM. 117026016
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Mega Novita Sari NIM : 117026016 Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan,menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non- Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul : DESAIN DAN KARAKTERISTIK PANEL AKUSTIK DENGAN MODEL MULTI LAPISAN KOMPOSIT SEBAGAI PARTISI PEREDAM SUARA Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalty Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan,mengalih media,memformat,mengelola dalam bentuk data-base,merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, 21 Januari 2014 Mega Novita Sari
Telah diuji pada Tanggal : 10 Maret 2014 PANITIA PENGUJI TESIS KETUA : Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc Anggota : 1. Prof. Drs. Mohammad Syukur, M.S 2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc 3. Dr. Kerista Sebayang, M.S 4. Dr. Susilawati,S.Si, M.Si
RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap Berikut Gelar : Hj. Mega Novita Sari, S.Si Tempat Tanggal Lahir : Surakarta, 11 November 1987 Alamat Rumah : Desa Pandansari RT 05/I Kec. Ajibarang Kab. Banyumas JATENG 53163 Telp /Faks/ HP : +628562502305 e-mail : egha_syarie@yahoo.co.id DATA PENDIDIKAN SD : MI Muhammadiyah Ajibarang Tamat : 1999 SMP : SMP Negeri 1 Ajibarang Tamat : 2002 SMA : SMA Negeri 1 Ajibarang Tamat : 2005 Strata-1 : FMIPA UNS Surakarta Tamat : 2009
KATA PENGANTAR Tiada kata yang pantas terucap selain ucapan puji dan syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat, karunia dan ridho-nya, sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Shalawat teriring salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat dan orang-orang yang mengikutinya hingga akhir zaman. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah kami mengucapkan terimaksih sebesar-besarnya kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara, atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Ilmu Fisika. Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana FMIPA USU. Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr.Nasruddin MN, M.EngSc, Sekertaris Program Studi Dr.Anwar Dharma Sembiring, M.S. beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Ilmu Fisika. Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya kami ucapkan kepada Dr.Nasruddin MN, M.EngSc selaku pembimbing utama yang dengan penuhperhatian telah memberikan dorongan, masukkan dan bimbingan hingga tesis ini dapat terselesaikan. Demikian juga kepada Prof.Drs.Mohammad Syukur, M.S selaku anggota pembimbing dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing kami dalam penyelesaian tesis ini. Ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya juga kepada para pembanding, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc, Dr. Kerista Sebayang, M.S, Dr. Susilawati, M.Si yang telah memberikan masukan dan saran yang sangat membangun demi kesempurnaan dalam penulisan tesis ini. Kepada kedua orang tua penulis, papah tercinta H.Sarijon dan juga ibunda Hj.Sarinem,S.Pd serta suamiku tersayang Dian Yudistira, SH dan buah hatiku Rayyis Azfa Yudistira yang telah sabar dalam memberikan begitu banyak perhatian, dukungan dan juga seluruh keluarga baik yang ada di Jawa maupun keluarga Bapak dan Ibu Mertua di Medan. Terimakasih atas segala pengorbanan baik berupa moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat dibalas, hanya Alloh SWT, Tuhan Yang Maha Bijaksana yang mampu membalas semua yang telah diberikan kepada kami. Tidak lupa terimakasih kepada teman-teman Magister Ilmu Fisika 2011 yang tak bisa disebutkan satu persatu atas segala bentuk kerjasama, dukungan dan perhatiannya. Dan tak terlewatkan teman-teman dalam lingkaran penuh cinta menggapai keridhoannya yang senantiasa memberikan do a dan dukungan serta ukhuwah yang indah selama ada di Medan ini. Besar harapan kami untuk semua pembaca agar dapat memberikan kritik dan saran demi lebih sempurnanya penulisan tesis ini, karena kami menyadari masih terdapat banyak kekurangan pada penulisan tesis ini. Mega Novita Sari i
DESAIN DAN KARAKTERISTIK PANEL AKUSTIK DENGAN MODEL MULTI LAPISAN KOMPOSIT SEBAGAI PARTISI PEREDAM SUARA ABSTRAK Penelitian ini dilakukan untuk memperoleh suatu desain dan karakteristik panel akustik sebagai partisi peredam suara. Panel akustik dibuat dengan model multi lapisan komposit yang terdiri dari plywood, busa poliuretan, serat sabut kelapa, limbah kain perca. Pengujian kinerja akustik ini dilakukan dengan menggunakan tabung impedansi dua mikrofon standar ASTM E-1050-98. Dari hasil penelitian diperoleh nilai koefisien absorpsi maksimal panel tersebut = 0,53 pada frekuensi 64Hz sedangkan pada rentang frekuensi 1000Hz-6000Hz besarnya koefisien merata antara 0,35-0,48. Variasi ketebalan serat sabut kelapa berpengaruh pada pergeseran frekuensi penyerapan energi suara, sedangkan dengan penambahan persentase kain perca berpengaruh pada nilai koefisien absorpsi yang juga meningkat. Pada panel multilayer komposit dilakukan pengujian mekanis mengenai kuat tekan dan nilainya 0,879 MPa. Panel ini dapat dijadikan alternatif pengendali bising karena memiliki nilai tingkat daya bunyi 28,64dB dengan pengurangan energi suara 71,24%. Kata kunci : panel akustik, multilayer komposit, koefisien absorpsi ii
THE DESIGN AND CHARACTERISTICS OF ACOUSTIC PANEL WITH MULTILAYER COMPOSITE MODEL FOR SOUND ABSORBER PANELS ABSTACT The study has been obtained design and characteristic of acoustic panel for sound absorber. Acoustic panel made with multilayer composite model, consisting of plywood, polyurethane foam, coconut fiber coir, and patchwork. The acoustic characteristics determined with two microphones impedance tube, ASTM E-1050-98 standard method. Result of this study obtained absorption coefficients maximum α=0.53 frequency of 64Hz, while on frequencies 1000Hz-6000Hz the absorption coefficient between 0.35-0.48. Variation of fiber coir thickness affect shifted frequency of sound energy absorption, and percentage addition of patchwork influence the absorption coefficient also increased. The multilayer composite panels was performed mechanical testing of a compressive strength and its worth 0.879 MPa. This panels can be used as alternative to the active noise control, because the level of sound power 28.64dB with 71.24% reduction of sound energy. Keyword : acoustic panel, multilayer composite, absorption coefficient iii
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR i ABSTRAK ii ABSTRACT iii DAFTAR ISI iv DAFTAR TABEL vii DAFTAR GAMBAR viii DAFTAR LAMPIRAN ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 4 1.3 Batasan Masalah 5 1.4 Tujuan Penelitian 5 1.5 Manfat Penelitian 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bunyi dan Kebisingan 7 2.1.1 Bunyi dan Sifat-sifatnya 7 2.1.2 Definisi Kebisingan dan Sumbernya 8 2.2 Material Akustik 9 2.3 Koefisien Absorpsi 11 2.4 Metode Tabung Impedansi 12 2.4.1 Metode Tabung Impedansi Dua Mikrofon 12 2.4.2 Fungsi Pindah (Transfer Function) 13 2.4.3 Matrix Pindah 14 2.5 Material Komposit 16 2.5.1 Definisi Komposit 16 2.5.2 Klasifikasi Bahan Komposit 16 iv
2.6 Plywood 19 2.7 Poliuretan 20 2.8 Serat Sabut Kelapa 22 2.9 Kain Perca 23 2.10 Uji Fisis dan Mekanis 23 2.10.1 Pengujian Densitas 23 2.10.2 Pengujian Impak 24 2.10.3 Pengujian Kuat Tekan 24 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 25 3.2 Alat dan Bahan 25 3.2.1 Alat 25 3.2.2 Bahan 26 3.2.3 Skema Alat Penelitian 26 3.3 Variabel Yang Diamati 27 3.3.1 Variabel Bebas 27 3.3.2 Variabel Terikat 27 3.4 Rancangan Penelitian 28 3.4.1 Persiapan Alat dan Bahan 29 3.4.2 Pembuatan Sampel 29 3.4.3 Pengujian Densitas 30 3.4.4 Pengujian Koefisien Absorpsi 31 3.4.5 Kuat Impak 31 3.4.6 Kuat Tekan 32 3.4.7 Perekaman Digital dan Display Grafik 32 3.4.8 Analisa Data 32 3.5 Skema Multilayer Komposit 33 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Densitas Sampel 34 4.2 Pengujian Koefisien Absorpsi 35 v
4.2.1 Pengujian Koefisien Absorpsi Setiap Material 35 4.2.2 Pengujian Koefisien Absorpsi Dua Lapisan 39 4.2.3 Pengujian Koefisien Absorpsi Tiga Lapisan 39 4.2.4 Pengujian Koefisien Absorpsi Multilayer Komposit 41 4.3 Pengujian Kuat Tekan 47 4.4 Pengujian Impak 49 4.5 Analisa Hasil Produk Partisi Peredam Suara 50 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 52 5.2 Saran 53 DAFTAR PUSTAKA 54 LAMPIRAN-LAMPIRAN 58 vi
DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar Judul Halaman 2.1 Karakteristik Penyerapan Material 10 2.2 Set Up Metode Dua Rongga 12 2.3 Tabung Impedansi Dua Mikropon 12 2.4 Material Berlapis 14 2.5 Jenis-Jenis dari Fiber Reinforced Composites 17 2.6 Mikrostruktur Lamina 17 2.7 Ilustrasi Komposit Berdasarkan Strukturnya 18 2.8 Jenis-Jenis Plywood 19 2,9 Busa Poliuretan 21 2.10 Kain Perca Jenis Kain Katun 23 3.1 Pengujian Respon Frekuensi Dengan Alat Brüel & Kjær 26 3.2 Diagram Alir Penelitian 28 3.3 Model Panel Akustik Multilayer Komposit 33 4.1 Grafik Uji Densitas 35 4.2 Grafik Nilai Koefisien Absorpsi Untuk Setiap Material 36 4.3 Grafik Koefisien Absorpsi Komposit Serat Sabut Kelapa 37 4.4 Grafik Koefisien Absorpsi Komposit Serat Kain Perca 38 4.5 Grafik Koefisien Absorpsi Dua Lapisan Konfigurasi 39 4.6 Grafik Koefisien Absorpsi Tiga Lapisan Konfigurasi 40 4.7 Grafik Koefisien Absorpsi Multilayer Komposit Dengan Variasi Komposit Kain Perca 75%, 50% dan 25% 41 4.8 Grafik Koefisien Absorpsi Multilayer Komposit Dengan Variasi Ketebalan Komposit Serat Sabut Kelapa 43 4.9 Grafik Koefisien Absorpsi Multilayer Komposit Dengan Variasi Ketebalan Dan Penambahan Kain Perca 44 4.10 Grafik Koefisien Absorpsi Multilayer Komposit Dengan Variasi Ketebalan Dan Penambahan Kain Perca Pada 45 Frekuensi Rendah 4.11 Grafik Koefisien Absorpsi Multilayer Komposit Dengan Variasi Ketebalan Dan Penambahan % Kain Perca 46 4.12 Skema Pemasangan Panel Akustik Multilayer Komposit 47 4.13 Grafik Kuat Tekan Variasi Ketebalan 48 4.14 Grafik Kuat Tekan Variasi Penambahan % Kain Perca 49 4.15 Grafik Nila Impak (HI) Material Komposit 49 vii
DAFTAR TABEL Nomor Tabel Judul Halaman 2.1 Baku Tingkat Kebisingan, Nilai Ambang Batas 9 2.2 Koefisien Absorpsi Bunyi Beberapa Material 11 2.3 Komposisi Kimia Serat Sabut Kelapa 22 3.1 Perbandingan Komposit Serat Sabut Kelapa 27 3.2 Perbandingan Komposit Limbah Kain Perca 27 4.1 Data Hasil Pengukuran Sampel Uji Densitas 34 viii
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran Judul Halaman A Pengujian Fisis Sampel Panel Akustik 58 B Kondisi Pengujian Akustik & Data Pengujian Akustik Koefisien Absorpsi Material 59 C Data Pengujian Mekanis Panel Akustik 70 D Gambar Sampel Penelitian 73 ix