Fenomena gelombang

Gelombang Mekanik Gelombang adalah suatu fenomena perambatan gangguan (energi dan momentum). Pada penjalarannya memerlukan suatu materi yang disebut medium ( zat padat maupun alir ) Terjadi interaksi di dalam medium (satu bagian medium mengganggu bagian medium di sekitarnya Tidak terjadi pemindahan massa

Tipe Gelombang Gelombang Longitudinal Gelombang Transversal

Tipe Gelombang Gelombang Air Water waves are an example of waves that involve a combination of both longitudinal and transverse motions. As a wave travels through the waver, the particles travel in clockwise circles. The radius of the circles decreases as the depth into the water increases. The movie below shows a water wave travelling from left to right in a region where the depth of the water is greater than the wavelength of the waves. I have identified two particles in blue to show that each particle indeed travels in a clockwise circle as the wave passes. Gelombang Air

Cahaya Tampak Cahaya tampak (sering disebut cahaya) adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Berdasarkan dari urutan frekuensi terkecil, ia memiliki cahaya Merah, Jingga, Kuning, Hijau , Biru, Nila dan Ungu ( Me Ji Ku Hi Bi Ni U)

BUNYI

Istilah dan terminologi Sumber titik (Point source): ukuran sumber emisi kecil dibandingkan jarak antara sumber dan pengamat. Muka gelombang (Wave front): permukaan dengan fasa sama. Sinar (Rays): tegak lurus terhadap wave front, arah penjalaran. Pada radius besar (jauh dari sumber titik): Muka gelombang sferis  muka gelombang planar

Fungsi Gelombang sin(q+90˚)=cosq y(x,t) = ymsin(kx-wt) Gelombang Transversal Gelombang Longitudinal s(x,t) = smcos(kx-wt) s: perpindahan (displacement) dari posisi setimbang Fungsi sin dan cos identik untuk fungsi gelombang, berbeda hanya pada konstanta fasa. Kita menggunakan cos untuk perpindahan. sin(q+90˚)=cosq

Contoh gelombang menjalar

Amplitudo Tekanan ∆p(x,t) = ∆pmsin(kx-wt) ∆p: perubahan tekanan dalam medium karena kompresi (∆p >0) atau ekspansi (∆p <0) ∆p(x,t) dan s(x,t) berbeda fasa 90˚ Artinya jika s maksimum, p adalah 0

Laju Gelombang Gelombang Transversal (Tali): Tegangan elastisitas inersial Densitas Linier Modulus Bulk Gelombang Bunyi (Longitudinal): elastik Modulus Bulk inersial Densitas Volume

T = Suhu Mutlak (K) R = Konstanta gas R = 8,314 J/mol. K M = massa molar gas M(gas) = 29 x 10-3 kg/mol = konstanta gas = 1,4

Mengapa suara yang didengar pada malam hari lebih jelas dibandingkan dengan siang hari?

Intensitas Gelombang Transversal (Tali): Gelombang Bunyi (Longitudinal): Hubungan Tekanan dan Amplitudo Perpindahan ∆pm = ()Sm

Intensitas Bunnyi Sumber Titik Luas Wavefront pada jarak r dari sumber: A = 4pr2

Skala Decibel Bagaimana mengukur ke-nyaring-an bunyi? Level bunyi dapat berubah beberapa besaran orde (orders of magnitude). Karena iti, tingkat bunyi b didefinisikan sebagai: decibel 10-12 W/m2, ambang pendengaran manusia Catatan: Jika I berubah jadi 10 kali,  bertambah 1.

Apa perbedaan tinggi rendahnya bunyi dengan kuat lemahnya bunyi? Tinggi rendah bunyi bergantung pada frekuensi getaran sumber bunyi Kuat bunyi bergantung pada besarnya amplitudo

Faktor-faktor yang memengaruhi frekuensi nada alamiah sebuah senar atau dawai menurut Marsenne adalah sebagai berikut. 1) Panjang senar, semakin panjang senar semakin rendah frekuensi yang dihasilkan. 2) Luas penampang, semakin besar luas penampang senar, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan. 3) Tegangan senar, semakin besar tegangan senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan. 4) Massa jenis senar, semakin kecil massa jenis senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.

Faktor-faktor yang memengaruhi kuat bunyi adalah: 1) amplitudo, 2) jarak sumber bunyi dari pendengar, 3) jenis medium.

Efek Doppler Efek Doppler terjadi saat terdapat gerak relatif antara sumber dan detektor/pengamat. Efek Doppler: perubahan frekuensi (bertambah atau berkurang) yang disebabkan oleh gerak dari sumber dan/atau detektor Untuk pembahasan berikut, laju diukur relatif terhadap udara, medium tempat menjalarnya gelombang bunyi Klakson mobil:

Detektor Bergerak, Sumber Diam Frekuensi yang terdeteksi oleh telinga adalah frekuensi (rate) detektor mengintercept gelombang. Frekuensi (rate) tersebut berubah jika detektor bergerak relatif terhadap sumber. Contoh: Dua mobil bergerak dengan laju v1 dan v2 Bagi orang yang duduk di mobil 1, dia melihat laju mobil 2 relatif terhadapnya v2 - v1.

Efek Doppler secara umum + : mendekati S -: menjauhi S  +: menjauhi D -: mendekati D Semua laju diukur relatif terhadap medium propagasi: udara

Laju Supersonik Jika vS>v, persamaan Doppler tidak lagi berlaku: Laju Supersonik Wavefront berbentuk Kerucut Mach (Mach Cone) Gelombang Kejut (Shock Wave) akan dihasilkan: perubahan besar (abrupt) dari tekanan udara

Supersonik Laju sumber = Laju bunyi Laju sumber > Laju bunyi (Mach 1 - sound barrier ) Laju sumber > Laju bunyi (Mach 1.4 - supersonik )

Peluru dengan Mach 1.01

Menembus Sound Barrier F-18 – tepat saat mencapai supersonik

Peluru (Mach 2.45)

Gelombang Kejut T-38 Talon twin-engine, high-altitude, supersonic jet trainer Sonic Boom:

Gelombang Kejut dan Sonic Boom

Mechanics of hearing

Noise

What is noise? Definisi: Suara-suara yang tidak dikehendaki (for Who? Why?) Suara: sensasi yang diterima telinga sebagai akibat fluktuasi tekanan udara terhadap tekanan udara yang stabil. Telinga akan merespons fluktuasi-fluktuasi kecil tersebut dengan sensitivitas yang sangat besar.

Properties of noise?

Karakteristik bising 3. Durasi eksposur terhadap bising Intensitas/tekanan (sound pressure/intensity) Semakin keras suara, semakin tinggi intensitasnya Frekuensi Frekuensi tinggi lebih berbahaya terhadap kemampuan dengar. Telinga manusia lebih sensitif terhadap frekuensi tinggi 3. Durasi eksposur terhadap bising Semakin lama durasi eksposur semakin besar kerusakan pada mekanisme pendengaran

JENIS BISING Jenis kebisingan berdasarkan sifat dan spektrum bunyi Bising yang kontinyu: bising dimana fluktuasi dari intensitasnya tidak lebih dari 6 dB dan tidak putus-putus. a. Wide Spectrum  adalah bising dengan spektrum frekuensi yang luas. bising ini relatif tetap dalam batas kurang dari 5 dB untuk periode 0.5 detik berturut-turut, seperti suara kipas angin, suara mesin tenun. b. Norrow Spectrum adalah bising ini juga relatif tetap, akan tetapi hanya mempunyai frekuensi tertentu saja (frekuensi 500, 1000, 4000) misalnya gergaji sirkuler, katup gas.

2. Bising terputus-putus: bising jenis ini sering disebut juga intermittent noise, yaitu bising yang berlangsung secar tidak terus-menerus, melainkan ada periode relatif tenang, misalnya lalu lintas, kendaraan, kapal terbang, kereta api 3. Bising impulsif: bising jenis ini memiliki perubahan intensitas suara melebihi 40 dB dalam waktu sangat cepat dan biasanya mengejutkan pendengarnya seperti suara tembakan, suara ledakan mercon, meriam. 4. Bising impulsif berulang: sama dengan bising impulsif, hanya bising ini terjadi berulang-ulang, misalnya mesin tempa

Berdasarkan pengaruhnya pada manusia, bising dapat dibagi atas , Bising yang mengganggu (Irritating noise). Merupakan bising yang mempunyai intensitas tidak terlalu keras, misalnya mendengkur. Bising yang menutupi (Masking noise). Merupakan bunyi yang menutupi pendengaran yang jelas, secara tidak langsung bunyi ini akan membahayakan kesehatan dan keselamatan tenaga kerja , karena teriakan atau isyarat tanda bahaya tenggelam dalam bising dari sumber lain Bising yang merusak (damaging/ injurious noise). Merupakan bunyi yang intensitasnya melampui nilai ambang batas. Bunyi jenis ini akan merusak atau menurunkan fungsi pendengaran

Contoh…

Tekanan = Sound Pressure Manusia dapat mendengar suara pada tekanan antara 0,0002 dynes/cm2 (ambang dengar/threshold of hearing) sampai 2000 dynes/cm2  range besar sehingga satuan yang dipakai dB (decibel): logaritmik Dinyatakan dalam decibel (dB) yang dilengkapi skala A, B, dan C  sesuai dengan berbagai kegunaan Skala A digunakan karena merupakan response yang paling cocok dengan telinga manusia (peka terhadap frekuensi tinggi) Skala B dan C untuk evaluasi kebisingan mesin, dan cocok untuk kebisingan frekuensi rendah

Intensitas Laju aliran energi tiap satuan luas yang dinyatakan dalam desibell (dB) – Alexander Graham Bell- dB adalah merupakan satuan yang dihasilkan dari perhitungan yang membandingkan suatu tekanan suara yang terukur terhadap suatu tekanan acuan (sebesar 0,0002 dyne/cm2). B = log (int.terukur/int.acuan) untuk mendapatkan angka yang lebih akurat ditentukan dengan angka kelipatan 10 (desi) Intensity level dB=10 Log (I/I0) Sound pressure level (tekanan bunyi) = 20 log (I/I0), karena intensitas sebanding dengan kuadrat tekanan bunyi.

The decibel dB = 10 log (I1/I0) I = Intensitas dB = 20 log (P1/P0) P= Tekanan = 0,0002 dynes/cm2 SP (microbar) SPL (dB) Ratio Intensitas 0,0002 0 100 0,002 20 102 Jadi bila SP berubah 10x, maka dB bertambah ? x

Frekuensi Adalah jumlah getaran dalam tekanan suara per satuan waktu (Hertz atau cycle per detik), frekuensi dipengaruhi ukuran, bentuk dan pergerakan sumber, pendengaran normal orang dewasa dapat menangkap bunyi dengan frekuensi 20-20.000 Hz.

Frekuensi Dibagi dalam 8 octaf (octave bands), 37.5, 75, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 Hz Telinga manusia bereaksi beda terhadap berbagai frekuensi Kebisingan ‘rata-rata’ mencakup seluruh taraf kebisingan dari setiap frekuensi  dihitung Leq Leq = ekuivalen noise level/ekuivalen energi level Leq = 10 log (Σ 10 Lpi/10)

Satuan (Konversi) 1bar=105Pa=105N/m2 =105.105dyne/104cm2 =106dyne/cm2 atau 1microbar = 1 dyne/cm2

Alat ukur Sound level meter, mencatat keseluruhan suara yang dihasilkan tanpa memperhatikan frekuensi yang berhubungan dengan bising total (30-130 d) – (20-20.000Hz) Sound level meter dengan octave band analyzer, mengukur level bising pada berbagai batas oktaf di atas range pendengaran manusia dengan mempergunakan filter menurut oktaf yang diinginkan (narrow band analyzers untuk spektrum sempit 2-200 Hz)

NOISE MEASUREMENT KIT NOISE KALIBRATOR SOUND LEVEL METER NOISE DOSIMETER

PENGUKURAN PADA PEKERJA DOSEBADGER

Audiometric test

Audiometric test

Audiometric test Current OSHA Standards 1926.52 Occupational Noise Exposure TABLE D-2 - PERMISSIBLE NOISE EXPOSURES Duration per day, hours Sound Level dBA slow response 8 90 6 92 4 95 3 97 2 100 1 1/2 102 1 105 1/2 110 1/4 or less 115

FIGURE 1. Audiogram findings in the patient in case 1. The area below the curves represents sound levels that the patient could still hear. (X = left ear; O = right ear)

Case Study 2 Factory Worker Age 55

Carpenter Hearing Losses by Age