GELOMBANG AKUSTIK PENGERTIAN AKUSTIK PERSAMAAN GELOMBANG AKUSTIK IMPEDANSI AKUSTIK INTENSITAS AKUSTIK BESARAN-BESARAN AKUSTIK REFLEKSI DAN TRANSMISI GELOMBANG REFRAKSI GELOMBANG

PENGERTIAN AKUSTIK Bila tidak ada gelombang di udara tekanan udara = Po (tekanan atmosfir) Bila ada gelombang di udara tekanan udara = P (tekanan udara sesaat) Tekanan Akustik p = P – Po Gelombang Akustik (Suara, Bunyi) gelombang tekanan akustik tekanan akustik berubah-ubah

Gelombang akustik di udara Tekanan P p = P - Po Po Jarak

PERSAMAAN GELOMBANG AKUSTIK dx x x + dx A u A

Massa tetap Kondensasi = fraksi perubahan rapat massa

Udara dianggap sebagai gas ideal : = stress (tegangan) Y = modulus Young  = strain (regangan)

A m p Hukum Newton :

Proses dianggap sebagai adiabatik : Perbandingan panas jenis

Kecepatan di dalam gas :  = perbandingan panas jenis Kecepatan di dalam cairan : B = modulus bulk isotermal Kecepatan di dalam padatan : Y = modulus Young  = perbandingan Poisson

Contoh 2.1 : Hitung kecepatan gelombang akustik di udara pada tekanan 1 atm dan 20oC. Jawab :

Contoh 2.2 : Hitung kecepatan gelombang akustik di air pada tekanan 1 atm dan 20oC. Jawab :

Perbandingan Panas Jenis Kecepatan gelombang akustik di dalam gas pada tekanan 1 atmosfir Gas Temperatur [oC] Rapat Massa [kg/m3] Perbandingan Panas Jenis Kecepatan [m/s] Udara 1,293 1,402 331,5 20 1,21 343 O2 1,43 1,400 317,2 CO2 1,98 1,304 258 H2 0,09 1,410 1269,5 Uap air 100 0,6 1,324 404,8

Kecepatan gelombang akustik di dalam cairan Temperatur [oC] Rapat Massa [kg/m3 Modulus Bulk [G Pa] Kecepatan [m/s] Air 20 998 2,18 1481 13 1026 2,28 1500 Alkohol 790 1,05 1150 Minyak 950 2,25 1540 Air Raksa 13600 25,3 1450 Terpentin 870 1,07 1250 Gliserin 1260 4,94 1980

IMPEDANSI AKUSTIK Gelombang dalam arah x positip [Rayl]

Impedansi Karakteristik Impedansi karakteristik dari berbagai gas Gas Temperatur [oC] Rapat Massa [kg/m3] Kecepatan [m/s] Impedansi Karakteristik [Rayls] Udara 1,293 331,5 428 20 1,21 343 415 O2 1,43 317,2 512 CO2 1,98 258 532 H2 0,09 1269,5 114 Uap air 100 0,6 404,8 242

Impedansi Karakteristik Impedansi karakteristik di dalam berbagai cairan Cairan Temperatur [oC] Rapat Massa [kg/m3 Kecepatan [m/s] Impedansi Karakteristik [MRayls] Air 20 998 1481 1,48 13 1026 1500 1,54 Alkohol 790 1150 0,91 Minyak 950 1540 1,46 Air Raksa 13600 1450 19,72 Terpentin 870 1250 1,09 Gliserin 1260 1980 2,50

Impedansi Karakteristik Impedansi karakteristik di dalam berbagai padatan Padatan Rapat Massa [kg/m3] Kecepatan [m/s] Impedansi Karakteristik [MRayls] Karet 1100 2400 2,64 Plastik 1180 2670 3,15 Tembaga 8900 5000 44,5 Baja 7800 5850 45,63 Alumunium 2700 6300 17,01 Beton 2600 3100 8,06 Kayu 450 3500 1,58

INTENSITAS AKUSTIK Perpindahan partikel Kecepatan partikel Tekanan akustik P  tegangan listrik V  arus listrik Z  impedansi I  daya listrik Analogi antara Akustik dan Listrik [W/m2]

BESARAN-BESARAN AKUSTIK Besaran Acuan (di udara) Tekanan Pref = 20  Pa Intensitas Iref = 10-12 W/m2 Satuan dB (desibel) Tingkat tekanan suara (Sound Pressure level) Tingkat intensitas suara (Intensity Level)

Some sound levels (dB) Threshold of hearing Rustle of leaves 10 Rustle of leaves 10 Whisper (at 1 m) 20 City street, no traffic 30 Office, classroom 50 Normal conversation (at 1 m) 60 Jackhammer ( at 1 m) 90 Rock group 110 Threshold of pain 120 Jet engine (at 50 m) 130 Saturn rocket (at 50 m) 200

Ambang pendengaran (threshold of hearing) dan ambang kesakitan (threshold of pain) pada frekuensi 1000 Hz Tingkat intensitas suara 0 dB 120 dB Tingkat tekanan suara Intensitas suara 10-12 W/m2 1 W/m2 Tekanan suara 20 Pa 20 Pa Kecepatan partikel 48 nm/s 48 mm/s Perpindahan partikel 8 pm 8 m

REFLEKSI DAN TRANSMISI GELOMBANG Pi Pt Pr Medium 1 Z1 Z2 Medium 2 x = 0 Syarat batas pada x = 0

Faktor Refleksi Faktor Transmisi

Contoh 2.3 : Sebuah pesawat jet terbang rendah di atas laut (udara = 1,21 kg/m3, cudara = 343 m/s). Seorang pengamat yang sedang berada di atas perahu mengukur tingkat tekanan suaranya menggunakan Sound Pressure Level Meter (SPL Meter) dan alat ini menunjukkan 100 dB (re 20 Pa). Seorang pengamat lain yaitu seorang penyelam yang berada di dalam laut (air laut = 998 kg/m3, cair laut = 1480 m/s) juga mengukur tingkat tekanan suaranya menggunakan SPL Meter khusus untuk medium air (re 0,1 Pa). Berapa dB yang akan ditunjukkan oleh SPL Meter yang dibawa oleh penyelam ? 

Jawab : Pi Udara Air Pt

Pi Pr Udara Air Pt

Koefisien Refleksi Daya : Koefisien Transmisi Daya :

Pi Pr Ii Ir Pt It

Contoh 2.4 : Suatu gelombang akustik datang tegak lurus dari baja (baja = 7700 kg/m3, cbaja = 5850 m/s) ke dalam air (air= 998 kg/m3, cair = 1480 m/s). Hitung koefisien transmisi dan refleksi dayanya. Jawab :

REFRAKSI GELOMBANG y pr pt r t x i pi Medium 1 Z1 Z2 Medium 2

Syarat batas pada x = 0  tekanan akustik Hukum Snellius

Syarat batas pada x=0  Kecepatan partikel normal

Koefisien refleksi Rayleigh

Hal khusus 1  c1 > c2 baja Mendekati normal t i Normal air

Hal khusus 2  c1 < c2 plastik Menjauhi normal t i Normal baja

Hal khusus 3  c1 < c2 plastik Pemantulan sempurna t i Normal baja

Contoh 2.5 : Suatu gelombang akustik menjalar melalui tiga medium, yaitu plastik (plastik = 1180 kg/m3, cplastik = 2670 m/s), baja (baja = 7800 kg/m3, cbaja = 5850 m/s) dan air (air = 998 kg/m3, cair = 1481 m/s). Bila sudut datang pada bidang batas plastik-baja adalah 20o Hitung sudut bias pada bidang batas baja-air. Hitung persentase intensitas yang diteruskan ke air

Plastik c1 = 2670 m/s baja c2 = 5850 m/s air c3 = 1481 m/s 20o 48,6o

1=1180 kg/m3 c1 = 2670 m/s Z1 = 3,15 MRayl 2 = 7800 kg/m3 20o 11o 48,6o 3=998 kg/m3 c3 = 1481 m/s Z1 = 3,15 MRayl Z2 = 45,6 MRayl Z3 = 1,48 MRayl

Koefisien refleksi Rayleigh Pemantulan sempurna

Transmisi sempurna

I = sudut intromission

Contoh 2.6: Suatu gelombang akustik datang dari suatu cairan ke suatu padatan. Bila datangnya tegak lurus (sudut datang 0o), maka koefisien transmisi dayanya adalah 97,6 % sedangkan bila sudut datangnya sebesar 15,4o akan terjadi pemantulan sempurna. Pada sudut datang berapa akan terjadi transmisi sempurna ?