Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

DASAR-DASAR AKUSTIK KULIAH : PENGENDALIAN BISING – TF 7023 I. B. Ardhana Putra PhD.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "DASAR-DASAR AKUSTIK KULIAH : PENGENDALIAN BISING – TF 7023 I. B. Ardhana Putra PhD."— Transcript presentasi:

1

2 DASAR-DASAR AKUSTIK KULIAH : PENGENDALIAN BISING – TF 7023 I. B. Ardhana Putra PhD

3 Proses Mendengar

4 Pembentukan Suara pemampatan perenggangan pemampatan Tekanan udara max ketika terjadi perenggangan Tekanan udara dalam kondisi seimbang Tekanan udara max ketika terjadi pemampatan perenggangan Amplitudo (p) Periode (T)

5 Variable Gelombang Suara Tekanan Suara : Penyimpangan tekanan atmosfir yang terjadi akibat adanya gelombang suara di udara. Diukur dalam satuan Pascal (Pa) Frekuensi : Jumlah osilasi (satu siklus perapatan dan perenggangan) yang terjadi pada partikel-partikel udara dalam setiap detik. Diukur dalam satuan Herzt (Hz) Kecepatan Rambat Gelombang : Perbandingan antara jarak tempuh gelombang dengan waktu yang diperlukannya untuk mencapai jarak tersebut dari sumber getar. Diukur dalam satuan meter/sekon (m/s)

6 Tekanan Suara RMS : Rata-rata Akar Kuadrat (Root Mean Square) : Digunakan untuk mendapatkan nilai rata-rata positif dari sinyal yang berosilasi Dimana : p(t) = tekanan akustik p = Amplitudo max. dari fungsi tekanan akustik Disederhanakan :

7 Intensitas Suara Merupakan kerapatan energi suara per satuan luas. Sumber dengan propagasi gelombang bidang (satu dimensi) : Sumber titik dengan propagasi gelombang bola : Bila :, maka : I = Intensitas suara  = massa jenis udara p = tekanan akustik c = kecepatan rambat gelombang suara r = jarak

8 Daya Suara Merupakan energi suara per satuan waktu yang dihasilkan oleh sumber suara. Sumber titik dengan propagasi gelombang bola : W = Daya suara S = Luas permukaan propagasi

9 Hubungan Daya dan Intensitas Suara Inverse Square Law r = jarak A = luas permukaan

10 Skala dB Skala logaritmis yang menunjukkan respons telinga manusia terhadap suara  tekanan suara selalu dibandingkan dengan tekanan referensi berupa Ambang Dengar (AD) –p ref = 2 x N/m 2 –I ref = watt/m 2 –W ref = watt Skala logaritmis dianggap relevan karena : –Rentang skalar besaran fisis yang dihitung p, I, W sangat lebar  rentang terbesar adalah rentang antara AD dan AS (Ambang Sakit)  p AS = 2 x 10 2 I AS = 10 2 watt/m 2 W AS = 10 2 watt –Respons telinga manusia juga logaritmis  untuk  dB yang sama menghasilkan respons yang berbeda tergantung dari daerah tingkat tekanan suara yang terjadi   dB = 5 antara 60 dB dan 65 dB didengar tidak berbeda   dB = 5 antara 90 dB dan 95 dB didengar sangat berbeda

11 Besaran Akustik Tingkat Intensitas Akustik Untuk kondisi standar : LI = LP Tingkat Daya Akustik Tingkat Tekanan Suara

12 Faktor Arah Permukaan bola (sumber titik pada posisi bebas) Permukaan 1/2 bola (sumber titik diatas permukaan keras) Permukaan 1/4 bola (sumber titik pada garis pertemuan dua permukaan keras) Permukaan 1/8 bola (sumber titik di sudut pertemuan tiga permukaan keras) dimana Q = faktor arah

13 Hubungan Tingkat tekanan Suara, Tingkat Intensitas, dan Tingkat Daya Suara dan Untuk sumber dengan propagasi bola : Pada pengukuran, besaran yang didapatkan adalah L p  L W dihitung

14 Rangkaian Pembobot Kurva pembebanan linier Skala dB A : untuk bising lingkungan luar dan dalam bangunan Skala dB B : untuk tingkat bising yang lebih tinggi Skala dB C : untuk bising industri yang tinggi dari mesin Skala dB D : untuk tingkat bising pesawat udara.

15 Pembobotan dBA Frekuensi (Hz) Kurva A (dB)Kurva B (dB) Kurva C (dB) Kurva D (dB)

16 Penjumlahan deciBel Metode Intensitas :

17 Penjumlahan deciBel Beda nilai dB antara dua L P yang akan dijumlahkan Nilai yang ditambahkan pada L P yang lebih besar Metode Nomogram ditambahkan : 1.2 dB pada nilai yang lebih besar 75 dB80 dB Selisih : 5 dB Total : 81.2 dB Contoh :

18 PENJUMLAHAN deciBel S1S1 S2S2 S3S3 L p1 = 60 dB r1r1 r2r2 r3r3 L p2 = 60 dB L p3 = 60 dB L ptotal = 10 log ( 10 60/ / /10 ) = 65 dB

19 PROPAGASI SUARA DALAM RUANG TERTUTUP Engineering Principles of Acoustics Douglas D. Reynolds, Chap 10 pp 384 – 407

20 Suara dalam Ruangan

21 Contoh Simulasi Pantulan suara dalam Auditorium Sumber Suara Selubung Ruangan

22 Radiasi Suara dari titik Sumber dan Penerima Suara langsung Suara pantul titik S sumber titik P penerima Energi suara langsung dan pantul yang tiba pada titik P dianalogikan sebagai ‘volume’ energi berbentuk bola dengan tebal tertentu atau ½ bola jika titik P terletak pada suatu permukaan (dinding) X Y Z P Suara pantul Suara langsung

23 Kerapatan Energi Suara Langsung SS XX arah propagasi gelombang suara kerapatan energi suara langsung = D o P Aliran Energi dinyatakan : mengingat maka : sedangkan merupakan fungsi dari faktor arah dan jarak dari sumber (S) ke penerima (P)

24 Kerapatan Energi Suara Pantul Beberapa Asumsi : 1.Suara pantul yang diterima oleh titik pengamatan dianggap datang dari berbagai arah radial sehingga permukaan gelombang datang diasumsikan berbentuk bola 2.Total kerapatan energi suara pantul tersebut merupakan penjumlahan energi suara pantul dari permukaan-permukaan (dinding, lantai, ceiling) ruangan setelah mengalami penyerapan setiap saat mengenai permukaan tersebut. 3.Setiap titik pada permukaan-permukaan selubung ruangan (dinding, lantai, ceiling) dianggap menerima suara datang dari berbagai arah berbentuk permukaan setengah bola

25 Kerapatan Energi Suara Datang pada Dinding Dinding Ruangan (1) Analisa energi suara datang ke dinding (2) Analisa energi suara pantul oleh dinding (3) Analisa energi suara datang ke titik P Dibutuhkan 3 analisa keseimbangan energi : suara datang ke dinding suara pantul dari dinding suara datang ke titik P berasal dari suara pantul dinding-dinding P

26 komponen suara datang ke dinding yang berasal dari energi suara pantul elemen dinding lainnya x dr dS DRDR elemen luas  S permukaan pantul (dinding, lantai, ceiling) y z   r r sin  DRDR Energi suara datang ke permukaan  S dalam volume  V (bagian sumber) adalah : dimana dan maka :

27 radiasi suara dari sumber yang sampai ke permukaan  S berasal dari radiasi bola dengan luas 4  r2  dI pada permukaan  S : daya suara dW i yang menghasilkan intensitas dI pada permukaan  S adalah : atau daya total W i merupakan integrasi dW i yang diradiasikan dari permukaan ½ bola      S cos  dV  S dV  S

28 Energi suara datang yang diserap oleh dinding : atau untuk seluruh permukaan (dinding) ruangan dimana adalah koefisien absorpsi masing-masing bahan dinding ruangan maka total energi suara yang dipantulkan kembali kedalam ruangan adalah : maka kerapatan energi suara pantul yang tiba pada titik pengamatan P Jika maka

29 Kerapatan Energi Suara Total Kerapatan Energi Suara Total pada titik P menjadi : atau sedangkan maka :  (a). Jika dinding ruangan cukup reflektif  maka (b). Jika dinding ruangan sangat menyerap  maka Kemungkinan-kemungkinan dalam kondisi riil : :

30 Waktu Dengung Waktu Dengung : Waktu yang dibutuhkan oleh ruangan tersebut untuk meluruhkan energi suara sebesar 60 dB, dihitung tepat setelah sumber suara dimatikan. Sumber ‘on’ Sumber ‘off’ Waktu [dt] I t /I RT Sumber ‘on’ Sumber ‘off’ Waktu [dt] L P rel RT

31  60 dB RT 60 = 2 sec RT 60 = 3 sec. Ruang A Ruang B Waktu Dengung Ruangan (1) Sumber ‘off’

32 SPL [dB] t [detik] RT 1 RT 2 RT 3 ruang memantul ruang menyerap ruang sangat menyerap sumber suara “off” sumber suara “on” Waktu Dengung Ruangan (2)

33 Rumus Waktu Dengung D = Kerapatan Energi Suara Langsung Dari Sumber    D (1 -  ) D (1 -  ) 2 D (1 -  ) 3 Kerapatan Energi Setelah Pantulan pertama  ketiga Setelah pemantulan n kali dimana t’ adalah waktu bebas rata-rata antara dua pantulan yang berturutan : d adalah jarak bebas rata-rata

34 Waktu total yang dibutuhkan untuk melalui n pantulan adalah : t = n t’ sehingga  kerapatan energi setelah n kali pantulan : atau sehingga untuk c 0 = 343 m/dt  RT disebut sebagai rumus WAKTU DENGUNG EYRING

35 Untuk ruangan yang mempunyai koefisien absorpsi suara rata-rata   0.1  sehingga detik Rumus Waktu Dengung SABINE dimana : Rumus Waktu Dengung menunjukkan : Untuk V   RT  Untuk    RT   dapat digunakan untuk mengontrol RT suatu ruangan Jenis ruangan dengan T   disebut Ruang Dengung atau Reverberation Chamber sedangkan ruangan dengan    disebut Anechoic Chamber. Jenis ruangan pada umumnya disebut Semi-Reverberant Room

36 Contoh Waktu Dengung Ruang untuk Musik dan Wicara Rentang RT wicara Rentang RT musik Ruang serba guna ? Variasi RT pada daerah frekuensi rendah Untuk musik dan wicara music speech

37 Mengontrol Waktu dengung Mengubah-ubah volume ruang  V> untuk memperoleh RT> V ad V0V0 Mengatur Total Absorpsi Suara [rayls] dalam ruangan dengan mempertimbangkan : pantulan yang dibutuhkan dan yang tidak dibutuhkan pantulan difus dan spekular efek spektral, spatial (binaural) dan temporal arsitektural dan aestetika

38 Anechoic Chamber Baji-baji bahan penyerap suara : glass wool Sumber Bising yang sedang diukur Bagian pintu Bagian Lantai dari bahan penyerap suara Jenis : Full dan Half-Full RT<<

39 Reverberation Chamber Diffusor tambahan Dinding dan lantai Pemantul Suara Obyek Pengukuran RT>>

40 Ruang Semi-Reverberant Contoh : Ruang Monitoring Studio Rekaman Diffusor Refleksi suara : difuse  dibutuhkan diffusor Ruangan pada umumnya mempunyai Waktu Dengung (RT) = 0.7 – 0.8 detik Absorber

41 Contoh Rancangan Akustik Ruang Class Room Home Theater Sport Arena

42 Rancangan Akustik Sport Halls Indoor Swimming Pool

43 Rancangan Concert Halls Music Auditorium Stage Design

44 Contoh Rancangan Akustik Ruang Ibadah Praying Hall Diffusing Dome

45 Contoh Rancangan Akustik Ruang Ibadah Choir area Back walls

46 Transmisi dan Absorpsi Suara

47 Fenomena Transmisi dan Absorpsi Suara Bahan Penyerap Suara Bahan Pemantul Suara Berkas suara datang Berkas suara pantul Berkas suara diserap Berkas suara ditransmisikan Berkas suara datang Berkas suara pantul Berkas suara ditransmisikan Berkas suara diserap

48 Gejala Transmisi Suara

49 Transmisi melalui bidang batas 2 medium pipi prpr ptpt z 1 =  1 c 1 z 2 =  2 c 2 x = 0 2 syarat hukum kontinuitas harus dipenuhi 1.total tekanan suara medium-1 sama dengan medium-2 pada bidang batas kedua medium (x=0)  tidak terjadi deformasi bidang batas medium 2.secara fisis tidak terjadi pemisahan antara kedua media pada x=0  perpindahan energi bersifat kontinuum medium-1medium-2 tekanan suara kecepatan partikel

50 danjika (1) (2) jika maka (3) (4) jika maka

51 (1) & (3) (2) & (4) } 3.jikamaka  = 1 semua energi suara dipantulkan 2.jikamaka  = 0 semua energi suara ditransmisikan 1.jikamaka  = 1 semua energi suara dipantulkan

52 Transmisi suara melalui bahan ptpt z 3 =  3 c 3 x = L medium-2medium-3 x = 0 pipi prpr medium-1 z 1 =  1 c 1 Hukum kontinuitas energi terjadi pada x=0 dan x=L x=0 x=L papa pbpb z 2 =  2 c 2 terjadi gerakan gelombang suara bolak-balik (arah + dan -) sehingga tekanan suara riil dan imajiner harus diperhitungkan 

53 tekanan suara pada masing-masing medium (5) (6) (7) (8) (9) maka diperoleh : (10) (11) (12) (13) A = amplitudo gelombang yang berpropagasi kearah x-positip B = amplitudo gelombang yang berpropagasi kearah x-negatip = amplitudo kompleks

54 eleminasi (11) & (12) (13) & (14) tentukan (16) (13) & (16) tentukan (17) (15) (16) & (17) diperoleh (18)

55

56 Jika z 1 = z 3 atau udara di kedua sisi dan z 2  z 1 atau solid material, maka : Untuk udara dan bahan padat, maka : (1). z 1 =  0 c 0 dan z 2 =  w c w (2). Umumnya bahan dapat disebut tipis dibandingkan dengan panjang delombang suara yang terpendek sehingga k 2 L<<1, maka : cos k 2 L = 1 dan sin k 2 L = k 2 L

57 karena Koefisien Transmisi Suara  Didefinisikan sebagai : Transmission Loss suatu bahan dinyatakan sebagai :

58 Gejala Transmisi suara melalui panil Besarnya energi yang ditransmisikan dikontrol oleh massa bahan  Mass Law  = 2  f  frekuensi suara yang ditransmisikan dapat menimbulkan resonansi pada panil jika sama dengan frekuensi resonansi panil – frekuensi kritis f c Ada 3 daerah frekuensi yang mempunyai gejala transmisi berbeda : 1.Daerah yang dipengaruhi oleh kekakuan bahan  stiffness controlled region 2.Daerah yang dikontrol oleh massa bahan  mass law region 3.Daerah yang dipengaruhi oleh frekuensi kritis  critical frequency region (co-incidence effect)

59 Grafik Transmisi suara melalui panil Dikendalikan oleh kekakuan bahan Dikendalikan oleh massa bahan Dikendalikan oleh efek ko-insiden Kendali kekakuan resonansi slope 6 dB/oktaf fcfc frekuensi kritis perpanjangan hukum massa Rugi Transmisi, dB Frekuensi, Hz

60 Sound Transmission Loss Noise generator Sound Analyser 2-channel L p1 L p2 Source RoomReceiving room a = absorpsi total absorption di receiving room, m 2 Sabine S = luas partisi, m 2 Pengukuan RT dilakukan untuk mencari harga a dari receiving room Partition wall Amplifier

61 Sound Transmission Class (STC) k 2k 4k 1/3 octave center frequency, Hz Sound Transmission Loss, dB 47 To determine STC (Sound Transmission Class) of the partition wall under test : 1.A single unfavourable deviation of the STL value below the reference contour shall not exceed 8 dB 2.The sum of the unfavourable deviations falling below the reference contour shall not exceed 32 dB The STC value of the partition wall is the numerical value which corresponds to the STL value at 500 Hz

62 Gejala Absorpsi Suara

63 intensitas suara datang ( I i ) intensitas suara datang intensitas suara yang dipantulkan intensitas suara yang dipantulkan ( I r ) intensitas suara yang ditransmisikan ( I t ) intensitas suara yang diserap ( I a ) Bahan penyerap suara Gejala refleksi, transmisi dan absorpsi Koefisien absorpsi suara : Koefisien refleksi suara : Koefisien transmisi suara :

64 1.Bahan Porus : penyerapan energi suara secara mikroskopis sebagai akibat perubahan energi suara tersebut menjadi energi lain  vibrasi, kalor atau perubahan momentum 2.Membran penyerap : lembar bahan solid (tidak porus) yang dipasang dengan lapisan udara dibagian belakangnya (air space backing). Bergetarnya panil ketika menerima energi suara serta transfer energi getaran tersebut ke lapisan udara menyebabkan terjadinya efek penyerapan suara  bass trap (low frequency absorber) 3.Rongga penyerap : rongga udara dengan volume tertentu dapat dirancang berdasarkan efek resonator Helmholzt. Efek osilasi udara pada bagian leher (neck) yang terhubung dengan volume udara dalam rongga ketika energi suara menghasilkan efek penyerapan suara. Ada 3 macam penyerap suara yang secara teknis sering digunakan :

65 1. Penyerapan Suara oleh Bahan Porus dan Serat Energi suara datang Ilustrasi ‘penyerapan’ energi suara oleh bahan porus Energi suara datang Ilustrasi ‘penyerapan’ energi suara oleh bahan berserat Bahan Porus Bahan serat

66 Mekanisme Penyerapan Energi Suara Bahan penyerap berporus  setiap porus diasumsikan sebagai ruang kecil yang mengandung medium udara Energi disipasi molekuler (Classical Abrosption) Energi disipasi molekuler (Classical Abrosption) Penyerapan : terjadinya perubahan energi akustik menjadi energi dalam bentuk lain  kalor konduksi  vibrasi  gerakan molekuler medium dll Penyerapan : terjadinya perubahan energi akustik menjadi energi dalam bentuk lain  kalor konduksi  vibrasi  gerakan molekuler medium dll Skeleton (rangka) ruang porus (baca : Kinsler 4 th ed. Chapter 8) Vibrasi skeleton

67 Nilai Absorpsivitas Bahan Nilai Absorpsivitas Bahan dinyatakan dengan : Koefisien Absorpsi nya atau  I a = intensitas suara yang diserap bahan  dirubah menjadi vibrasi, kalor atau perubahan momentum I i = intensitas suara datang pada bahan Beberapa sifat dasar absorpsivitas bahan porus : 1.merupakan fungsi frekuensi  berbeda-beda untuk setiap frekuensi tengah  f [Hz] bahan glasswool atau mineralwool bahan softboard

68 2.tergantung pada masa jenis bahan   [kg/m3] atau [kg/m2] 3.tergantung pada ketebalan bahan untuk masa jenis yang sama Semakin besar masa jenis  resistansi terhadap aliran energi     Hasil penelitian menunjukkan bahwa efek ini tidak significant K 2K4K  f [Hz] 25 mm 50 mm 100 mm dinding keras bahan penyerap fiberglass Grafik koefsien absorpsi bahan fiberglass dengan tebal masing- masing 25, 50 dan 100 mm Anomali nilai   1.0 diakibatkan karena efek difraksi gelombang suara dibagian tepi sampel yang diukur  seolah-olah energi suara yang diserap  energi suara datang. Efek tepi ini pada mumnya timbul pada sample yang cukup tebal

69 4.tergantung pada penempatannya relatif terhadap alas  jika ada lapisan udara maka terjadi peningkatan nilai koefisien absorpsi pada daerah frekuensi rendah K 2K4K  f [Hz] 25 mm lapisan udara 25 mm fiberglass penutup akustik Terjadi peningkatan absorpsivitas pada daerah frekuensi rendah pada jenis A sebagai akibat penyerapan oleh lapisan udara, tetapi terjadi penurunan pada daerah frekuensi tinggi sebagai akibat dari berkurangnya resistansi benda porus. A B

70 Metode Pengukuran  untuk bahan porus 1. METODE WAKTU DENGUNG Sumber suara Alat ukur waktu dengung SLM loudspeaker T 1 = RT kondisi kosong (tanpa bahan uji) A = absorpsi ruang uji T 2 = RT setelah bahan uji diletakkan dalam ruang uji  A = absorpsi tambahan akibat adanya bahan uji nilai T 1 & T 2 dan V ruang uji   A diperoleh   bahan uji untuk setiap f diperoleh dengan rumus : dimana S (= 10m 2 ) adalah luas bahan uji Ruang Dengung sebagai Ruang Uji Bahan penyerap suara = 10 m2

71 2. METODE TABUNG IMPEDANSI Sumber suara Penganalisa sinyal amplitudo gelombang suara refleksi amplitudo gelombang suara datang resultante gelombang berdiri sample uji loudspeaker mikropon - radiasi pure tone pada f tertentu dari loudspeaker  direfleksikan setelah mencapai ujung tabung  resultante incident wave dan reflected wave membentuk standing wave (gelombang berdiri). - metode ini menghasilkan nilai  untuk kondisi normal incidence  pada kondisi riil nilai  ini kurang sesuai dibandingkan dengan metode waktu dengung  pada kondisi riil gelombang datang pada bahan umumnya tidak dalam arah normal  random incidence - diameter sample harus  ½  frekuensi yang diteliti dibatasi oleh diameter tabung yang digunakan Prinsip dasar : microphone probe

72 Koefisien refleksi  dapat dinyatakan dalam kuadrat rasio amplitudo antara reflected wave dan incident wave  sehingga sedangkan  = 1 -  maka harga koefisien absorpsi bahan diperoleh dengan mengukur A 1 dan A 2 A 1 = amplitudo maksimum gelombang interferensi  amplitudo maksimum incident wave A 2 = amplitudo minimum gelombang interferensi  amplitudo maksimum reflected wave

73 Gambar Tabung impedansi

74 Contoh-contoh Bass Trap Diffusor Barrier Absorber


Download ppt "DASAR-DASAR AKUSTIK KULIAH : PENGENDALIAN BISING – TF 7023 I. B. Ardhana Putra PhD."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google