Materi Fisika Gelombang Bunyi

Gelombang Bunyi

Gelombang bunyi termasuk gelombang mekanik longitudinal / gelombang searah. Gelombang terbagi menjadi tiga berdasarkan frekuensinya yaitu :
1. Infrasonik yaitu gelombang dengan frekuensi kurang dari 20Hz,
2. Audiosonik yaitu gelombang dengan frekuensi antara 20Hz sampai dengan 20.000Hz,
3. Ultrasonik, yaitu gelombang dengan frekuensi lebih dari 20.000Hz.

Intensitas Bunyi

Intensitas bunyi yaitu daya bunyi dalam satuan luas. Rumus dari intensitas bunyi dapat ditulis sebagai berikut :

I = P / A

Catatan :
I, merupakan intensitas bunyi,
P, merupakan daya bunyi (watt),
A, merupakan satuan luas lingkaran dengan rumus 4πr2 (m2).

Intensitas terkecil yang masih diterima telinga normal manusia disebut juga intensitas ambang (Io = 1. 10-12 watt/m2)

Contoh Soal :
1. Suatu sumber bunti pada jarak 2m intensitasnya 10-2 watt/m2. Berapakah intensitas bunyi tersebut pada jarak 8m?

Jawab :

I1 : I2 = P / A1 : P / A2
I1 : I2 = 1 / 4πr12 : 1 / 4πr22
I1 : I2 = 1 / r12 : 1 / r22
10-2 : I2 = 1 / 22 : 1 / 82
10-2 : I2 = 1 / 4 : 1 / 64
I2 = 10-2 / 16 watt/m2

Taraf Intensitas Bunyi

Taraf intensitas bunyi merupakan perbandingan nilai logaritma antara intensitas bunyi yang diukur (I) dengan intensitas ambang pendengaran (Io).

TI = 10 log ( I / Io )

Catatan :
TI, merupakan taraf intensitas bunyi (dB),
log, merupakan logaritma,
I, merupakan intenstas bunyi,
Io, merupakan intensitas ambang bunyi.

Berikut ini adalah daftar dari perbandingan taraf intensitas bunyi :

Bunyi	Taraf Intensitas Bunyi
Perumahan	30-50dB
Bicara	50-60dB
Lalu lintas ramai	60-80dB
Knalpot terbuka	80-90dB
Ledakan (bom)	90-120dB

Variasi rumus dengan perubahan jumlah sumber bunyi :

TI2 = TI1 + 10 log (n2 / n1)

Catatan :
TI1, merupakan taraf intensitas awal yang diketahui (dB),
TI2, merupakan taraf intensitas akhir yang ditanya (dB),
log, merupakan logaritma,
n1, jumlah sumber bunyi awal yang diketahui,
n2, jumlah sumber bunyi akhir yang ditanya.

Variasi rumus dengan perubahan jarak sumber bunyi :

TI2 = TI1 + 10 log (r1 / r2)2

Catatan :
TI1, merupakan taraf intensitas awal yang diketahui (dB),
TI2, merupakan taraf intensitas akhir yang ditanya (dB),
log, merupakan logaritma,
r1, jumlah sumber bunyi awal yang diketahui (m),
r2, jumlah sumber bunyi akhir yang ditanya (m).

Contoh Soal :
1. 100 buah mesin cuci memiliki taraf intensitas 80dB, apabila hanya 1 mesin cuci akan menghasilkan taraf intensitas sebesar?

Jawab :

TI2 = TI1 + 10 log (n2 / n1)
TI2 = 80 + 10 log (1 / 100)
TI2 = 80 + 10 log 10-2
TI2 = 80 + 10 . -2
TI2 = 60dB

Efek Dopler

Efek Dopler adalah sesuatu yang terjadi ketika sesuatu yang memancarkan suara atau cahaya bergerak relatif terhadap pengamat.

fp = (v ± vp) / (v ± vs) . fs

Catatan :
fp, merupakan frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz),
fs, merupakan frekuensi yang dikeluarkan oleh sumber bunyi (Hz),
v, merupakan kecepatan rambat bunyi udara dengan nilai 340m/s,
vp, merupakan kecepatan pergerakan pendengar (m/s),
vs, merupakan kecepatan pergerakan sumber bunyi (m/s).

Untuk nilai ± vp ataupun vs dapat ditentukan dengan cara berikut ini :
1. Apabila pendengar mendekati sumber bunyi maka vp bernilai positif,
2. Apabila sumber bunyi mendekati pendengar maka vs bernilai negatif.
3. Berlaku juga sebaliknya.

Contoh Soal :
1. Mobil ambulan berkecepatan 72km/jam sambil membunyikan sirine 680Hz. Seorang ditepi jalan akan mendengar frekuensi sebelum ambulan lewat sebesar?

vs = 72km/jam = 20m/s

Jawab :

fp = (v ± vp) / (v ± vs) . fs
fp = (340 + 0) / (340 - 20) . 680
fp = (340 / 320) . 680
fp = 722,5 Hz

Dawai, Pipa Organa Terbuka, dan Pipa Organa Tertutup

Sebelum mencari frekuensi dawai atau pipa organa terbuka maupun tertutup biasanya di dalam soal kita harus mencari kecepatan terlebih dahulu. Namun ada juga soal yang langsung diketahui kecepatannya, namun kali ini kita bahas mencari kecepatan rambat bunyi tersebut dahulu.

Kecepatan

v = √{(F . l) / mdawai} atau juga bisa mencarinya dengan cara v = √(F / μ)

Catatan :
v, merupakan kecepatan (m/s),
F, merupakan gaya (N),
l, merupakan panjang dawai (m)
mdawai, merupakan massa dawai (kg),
μ, merupakan tetapan massa dawai per satuan panjang.

Frekuensi Dawai

Untuk mencari frekuensi nada dasar, nada atas pertama, nada atas kedua, dan nada atas dawai seterusnya memiliki rumus empiris berikut :

fn = {(n + 1) . v} / 2 . l

Catatan :
fn, merupakan frekuensi ke-n (Hz),
n, banyaknya frekuensi,
v, merupakan kecepatan (m/s),
l, merupakan panjang dawai (m).

Jadi, untuk mencari nada dasar (f0) dapat dicari seperti berikut :

f0 = {(0 + 1) . v} / 2 . l

f0 = v / (2 . l)

Begitu pula untuk mencari nada-nada seterusnya.

Frekuensi Pipa Organa Terbuka

Untuk mencari frekuensi nada dasar, nada atas pertama, nada atas kedua, dan nada atas pipa organa terbuka seterusnya memiliki rumus empiris yang sama dengan dawai seperti berikut berikut :

fn = {(n + 1) . v} / 2 . l

Catatan :
fn, merupakan frekuensi ke-n (Hz),
n, banyaknya frekuensi,
v, merupakan kecepatan (m/s),
l, merupakan panjang dawai (m).

Jadi, untuk mencari nada dasar (f0) dapat dicari seperti berikut :

f0 = {(0 + 1) . v} / 2 . l

f0 = v / (2 . l)

Begitu pula untuk mencari nada-nada pipa organa terbuka seterusnya.

Frekuensi Pipa Organa Tertutup

Untuk mencari frekuensi nada dasar, nada atas pertama, nada atas kedua, dan nada atas pipa organa tertutup seterusnya memiliki rumus empiris berikut :

fn = {(2n + 1) . v} / 4 . l

Catatan :
fn, merupakan frekuensi ke-n (Hz),
n, banyaknya frekuensi,
v, merupakan kecepatan (m/s),
l, merupakan panjang dawai (m).

Jadi, untuk mencari nada dasar (f0) dapat dicari seperti berikut :

f0 = {(2 . 0 + 1) . v} / 4 . l

f0 = v / (4 . l)

Begitu pula untuk mencari nada-nada seterusnya.

Perbedaan Banyaknya Simpul dan Perut

	Dawai	Pipa Organa Terbuka	Pipa Organa Tertutup
Σ Perut	n + 1	n + 2	n + 1
Σ Simpul	n + 2	n + 1	n + 1

Perut ditunjukkan pada gambar dengan simbol P dan simpul ditunjukkan pada gambar dengan simbol S.

Contoh Soal :
1. Berapakah frekuensi nada dasar ?
a. Pipa organa terbuka l=0,34m dan v = 340m/s,
b. Pipa organa tertutup l=0,68m dan v = 340m/s.

Jawab :

a. f0 = {(0 + 1) . v} / (2 . l)
f0 = v / (2 . l)
f0 = 340 / (2 . 0,34)
f0 = 500 Hz

b. f0 = {(2 . 0 + 1) . v} / (4 . l)
f0 = v / (4 . l)
f0 = 340 / (4 . 0,68)
f0 = 125 Hz