Gelombang bunyi

GELOMBANG BUNYI

A. Bunyi

Bunyi adalah salah satu gelombang, yaitu gelombang longitudinal. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatnya sejajar atau berimpit dengan arah getarnya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pada slinki dan gelombang bunyi di udara. Dalam perambatannya gelombang bunyi berbentuk rapatan dan renggangan yang dibentuk oleh partikel-partikel perantara bunyi. Apabila gelombang bunyi merambat di udara, perantaranya adalah partikel-partikel udara. Gelombang bunyi tidak dapat merambat di dalam ruang hampa udara karena dalam ruang udara tidak ada partikel-partikel udara.

a. Dapat dipantulkan (refleksi)

Bunyi dapat dipantulkan terjadi apabila bunyi mengenai permukaan benda yang keras, seperti permukaan dinding batu, semen, besi, kaca dan seng.

Contoh :

- Suara kita yang terdengar lebih keras di dalam gua akibat dari pemantulan bunyi yang mengenai dinding gua.

- Suara kita di dalam gedung atau studio musik yang tidak menggunakan peredam suara.

b. Dapat dibiaskan (refiaksi)

Refiaksi adalah pembelokan arah linatasan gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda.

Contoh : Pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari karena pembiasan gelombang bunyi.

c. Dapat dipadukan (interferensi)

Seperti halnya interferensi cahaya, interferensi bunyi juga memerlukan dua sumber bunyi yang koheren.

Contoh : Dua pengeras suara yang dihubungkan pada sebuah generator sinyal (alat pembangkit frekuensi audio) dapat berfungsi sebagai dua sumber bunyi yang koheren.

d. Dapat dilenturkan (difraksi)

Difraksi adalah peristiwa pelenturan gelombang bunyi ketika melewati suatu celah sempit.

Contoh : Kita dapat mendengar suara orang diruangan berbeda dan tertutup, karena bunyi melewati celah-celah sempit yang bisa dilewati bunyi.

B. Sumber Bunyi

Sumber bunyi adalah semua benda yang bergetar dan menghasilkan suara merambat melalui medium atau zat perantara sampai ketelinga.

Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. Hal-hal yang membuktikan bahwa bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar adalah :

1. Ujung penggaris yang digetarkan menimbulkan bunyi.

2. Pada saat berteriak, jika leher kita dipegangi akan terasa bergetar.

3. Dawai gitar yang dipetik akan bergetar dan menimbulkan bunyi.

4. Kulit pada bedug atau gendang saat dipukul tampak bergetar.

Bunyi terjadi jika terpenuhi tiga syarat, yaitu :

1. Sumber Bunyi

Benda-benda yang dapat menghasilkan bunyi disebut sumber bunyi. Contoh sumber bunyi adalah berbagai alat musik, seperti gitar, biola, piano, drum, terompet dan seruling.

2. Zat Perantara (Medium)

Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang tidak tampak. Bunyi hanya dapat merambat melalui medium perantara. Contohnya udara, air, dan kayu. Tanpa medium perantara bunyi tidak dapat merambat sehingga tidak akan terdengar. Berdasarkan penelitian, zat padat merupakan medium perambatan bunyi yang paling baik dibandingkan zat cair dan gas.

3. Pendengar

Bunyi dapat didengar apabila ada pendengar. Manusia dilengkapi indra pendengar, yaitu telinga sebagai alat pendengar.

Getaran yang berasal dari benda-benda yang bergetar, sampai ke telinga kita pada umumnya melalui udara dalam bentuk gelombang. Karena gelombang yang dapat berada di udara hanya gelombang longitudinal, maka bunyi merambat melalui udara selalu dalam bentuk gelombang longitudinal. Kita perlu ingat bahwa gelombang longitudinal adalah perapatan dan perenggangan yang dapat merambat melalui ketiga wujud zat yaitu : wujud padat, cair dan gas.

Ada tiga aspek dari bunyi sebagai berikut :

a. Bunyi dihasilkan oleh suatu sumber seperti gelombang yang lain, sumber bunyi adalah benda yang bergetar.

b. Energi dipindahkan dan sumber bunyi dalam bentuk gelombang longitudinal.

c. Bunyi dideteksi (dikenal) oleh telinga atau suatu instrumen cepat rambat gelombang bunyi di udara dipengaruhi oleh suhu dan massa jenis zat.

C. Frekuensi Bunyi

Berdasarkan frekuensinya, bunyi dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu :

1. Infrasonik, adalah bunyi yang frekuensinya di bawah 20 Hz.

2. Audiosonik, adalah bunyi yang frekuensinya antara 20 – 20.000 Hz.

3. Ultrasonik, adalah bunyi yang frekuensinya di atas 20.000 Hz.

Telinga manusia mempunyai batas pendengaran. Bunyi yang dapat didengar manusia adalah bunyi dengan frekuensi 20 Hz sampai 20.000 Hz, yaitu audiosonik. Infrasonik dan ultrasonik tidak dapat didengar oleh manusia. Infrasonik dapat didengar anjing, jangkrik, angsa, dan kuda. Ultrasonik dapat didengar oleh kelelawar dan lumba-lumba.

Adapun kegunaan gelombang ultrasonik adalah sebagai berikut :

a. Kelelawar

Gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh kelelawar mengetahui jarak suatu benda terhadap dirinya berdasarkan selang waktu yang diperlukan oleh gelombang pancar untuk kembali ke kelelawar. Itulah sebabnya kelelawar yang terbang malam tidak pernah menabrak benda-benda yang ada disekitarnya.

b. Mengukur kedalaman laut atau kedalaman gua

Teknik pantulan pulsa ultrasonik dapat dimanfaatkan untuk mengukur kedalaman laut di bawah kapal. Pulsa ultrasonik dipancarkan dan pantulan pulsa ultrasonik diterima oleh alat atau instrumen yang disebut Fathometer.

Ketika pulsa ultrasonik dipancarkan oleh Fathometer mengenai dasar laut, maka pulsa ultrasonik dipantulkan dan diterima kembali oleh Fathometer.

Dengan mengukur atau mencatat selang waktu antara saat pulsa dikirim dan saat pulsa pantul diterima, maka kedalaman air di bawah kapal dapat dihitung.

Jarak yang ditempuh pulsa ultrasonik dapat dihitung dengan rumus jarak sebagai berikut :

Pulsa ultrasonik menempuh jarak pergi-pulang, maka kedalaman air :

h = Kedalaman laut (m)

v = Kecepatan gelombang didalam air laut (m)

s = Jarak pergi-pulang pulsa ultrasonik (m)

t = waktu yang diperlukan gelombang pergi-pulang (sekon)

Dengan cara yang sama untuk mengukur kedalaman laut, gua juga dapat dihitung yaitu dengan memancarkan pulsa ultrasonik dari fathometer sehingga mengenai bagian yang paling dalam gua. Pulsa ultrasonik kemudian dipantulkan dan diterima kembali oleh fathometer.

Jika jarak yang ditempuh pulsa ultrasonik dapat dihitung dengan rumus : s = v . t, berarti kedalaman gua tersebut adalah :

h = Kedalaman laut (m)

v = Kecepatan gelombang didalam air laut (m)

t = waktu yang diperlukan gelombang pergi-pulang (sekon)

c. Mendeteksi kerusakan logam

Selain dimanfaatkan untuk mengetahui kedalaman laut dan gua, gelombang ultrasonik juga bisa dimanfaatkan untuk mendeteksi kerusakan logam yang berada di dalam tanah, misalnya pipa air dan lain-lain.

Ketika pulsa-pulsa gelombang bunyi menumbuk sebuah logam yang rusak, maka pulsa-pulsa itu sebagian dipantulkan dan sebagian lagi diteruskan. Pulsan-pulsa yang dipantulkan itu terjadi karena mengenai suatu pembatas yang memiliki massa jenis yang berbeda. Pantulan-pantulan pulsa tersbeut diterima alat pendeteksi, sehingga kerusakan pada logam dapat diketahui.

d. Penggunaan dalam bidang kedokteran

Pemeriksaan untuk melihat bagian dalam tubuh manusia dengan menggunakan pulsa-pulsa ultrasonik dinamakan USG (ultrasonografi).

Dalam tubuh manusia, pulsa-pulsa ultrasonik dipantulkan oleh jaringan-jaringan, tulang-tulang dan cairan tubuh dengan massa jenis berbeda. Memantulkan pulsa-ulsa ultrasonik yang dipancarkan dapat menghasilkan gambar-gambar bagian tubuh yang dijumpai oleh pulsa-pulsa ultrasonik pada layar Osiloskop.

Ultrasonik terutama berguna dalam diagnosis kedokteran karena beberapa hal sebagai berikut :

- Ultrasonik jauh lebih aman daripada sinar – X yang dapat merusak sel-sel tubuh manusia karena ionisasi, maka ultrasonik lebih aman digunakan untuk melihat janin dalam perut ibu dibandingkan sinar – X.

- Ultrasonik ddapat digunakan terus-menerus unuk melihat pergerakan janin atau lever seseorang, tanpa melukai atau menimbulkan resiko terhadap pasien.

- Ultrasonik dapat mengukur kedalaman suatu benda di bawah permukaan kulit, sedangkan gambar yang dihasilkan sinar – X adalah datar tanpa ada petunjuk tentang kedalamannya.

- Ultrasonik dapat mendeteksi perbedaan jaringan-jaringan dalam tubuh yang tidak dapat dilakukan sinar – X. Dengan ini ultrasonik kadang-kadang mampu menemukan tumor atau gumpalan dalam tubuh manusia.

Frekuensi bunyi merupakan banyak getaran yang terjadi setiap sekon. Frekuensi getaran yang dihasilkan sumber bunyi sama dengan frekuensi gelombang bunyi, sehingga hubungan antara cepat rambat, panjang gelombang dan frekuensi bunyi adalah :

Dimana :

v = cepat rambat bunyi (m/s)

 = panjang gelombang bunyi (m) l

F = frekuensi bunyi (Hz)

D. Cepat Rambat Bunyi

Cepat rambat bunyi didefinisikan sebagai hasil bagi jarak antara sumber bunyi dan pendengar dengan selang waktu yang diperlukan bunyi untuk merambat. Secara matematis dituliskan :

Dimana :

v = Kecepatan (m/s)

s = Jarak sumber bunyi dan pendengar (m)

t = waktu bunyi merambat (s)

Cepat rambat bunyi pada berbagai medium perantara berbeda-beda. Bunyi akan merambat paling baik dalam zat padat dan paling buruk dalam gas.

Cara menghitung cepat rambat bunyi dalam berbagai zat :

1. Cepat rambat bunyi dalam zat padat

Cepat rambat bunyi dalam zat padat tergantung pada modulus Young dan massa jenis zat padat.

Dengan :

v = cepat rambat bunyi (m/s)

E = modulus Young (N/m2)

 = massa jenis zat padat (kg/m3) r

2. Cepat rambat bunyi dalam zat cair

Cepat rambat bunyi dalam zat cair tergantung pada modulus Bulk dan massa jenis zat cair.

Dengan :

v = cepat rambat bunyi (m/s)

B = modulus Bulk (N/m2)

 = massa jenis zat padat (kg/m3) r

3. Cepat rambat bunyi dalam gas

Cepat rambat bunyi dalam gas tergantung pada suhu dan jenis gas.

Dengan :

v = cepat rambat bunyi (m/s)

 = konstanta Laplace g

R = konstanta gas umum (J/mol K)

T = suhu gas (K)

M = massa molekul relatif gas

Cepat rambat bunyi dalam berbagai medium

Medium Kecepatan bunyi (m/s)

Zat padat

Aluminium

Besi

Tembaga

Zat cair

Air

Air laut

Alkohol

 C)°Gas (0

Helium

Hidrogen

Oksigen

udara

5100

5130

3560

1493

1533

1143

972

1286

317

331

Dalam medium udara, bunyi mempunyai dua sifat khusus, yaitu :

1. Cepat rambat bunyi tidak bergantung pada tekanan udara, artinya jika terjadi perubahan tekanan udara, cepat rambat bunyi tidak berubah.

2. Cepat rambat bunyi bergantung pada suhu. Makin tinggi suhu udara, makin besar cepat rambat bunyi. Pada tempat yang tinggi, cepat rambut bunyi lebih rendah, karena suhu udaranya lebih rendah, bukan karena tekanan udara yang rendah.

E. Karakteristik Bunyi

1. Nada

Berdasarkan keteraturan frekuensinya, bunyi dibedakan menjadi nada dan desah. Nada adalah bunyi yang frekuensinya teratur, mislanya bunyi berbagai alat musik. Desah adalah bunyi yang frekuensinya tidak teratur, misalnya bunyi daun tertiup angin dan bunyi gemuruh ombah. Ada pula bunyi yang berlangsung sangat singkat tetapi kadang-kadang sangat kuat. Bunyi demikian disebut dentum, misalnya bunyi meriam, senapan, dan bom.

Tinggi rendahnya nada tergantung pada frekuensinya, sednag kuat lemahnya nada ditentukan oleh amplitudonya. Berbagai jenis nada dapat dideteksi dengan garputala. Sebuah garputala mempunyai frekuensi biasanya sudah tertera pada garputala tersebut.

2. Warna bunyi (timbre)

Nada yang dihasilkan oleh alat musik mempunyai karakteristik tertentu, sehingga kita dapat dengan mudah membeda-bedakan nada yang dihasilkan oleh piano dan gitar, seruling dan terompet, atau suara laki-laki dan suara perempuan, meskipun frekuensi nadanya sama.

Dua nada yang mempunyai frekuensi sama tetapi bunyinya berbeda disebut timbre (warna suara). Tembre terjadi karena cara bergetar setiap sumber bunyi berbeda.

3. Hukum Mersenne

Tinggi nada atau frekuensi nada diselidiki oleh ilmuwan fisika berkebangsaan Prancis bernama Mersenne (1588-1648). Mersenne menyelidiki hubungan frekuensi yang dihasilkan oleh senar yang bergetar dengan panjang senar. Penampang senar, tegangan senar, dan jenis senar. Alat yang digunakan adalah sonometer.

Frekuensi dawai yang bergetar bergantung pada beberapa faktor, yaitu :

a. Panjang dawai, semakin pendek dawai semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.

b. Tegangan dawai, semakin tegang dawai, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.

c. Massa jenis bahan dawai, semakin besar massa jenis bahan dawai, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.

d. Penampang dawai, semakin besar luas penampang dawai, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan

F. Resonansi

Jika dua buah garputala berfrekuensi sama salah satunya digetarkan (dibunyikan) kemudian didekatkan ke garputala yang lain, maka garputala yang lain tersebut akan ikut bergetar.

Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda ketika benda lain di dekatnya digetarkan disebut resonansi. Syarat terjadinya resonansi adalah frekuensi benda yang bergetar sama dengan frekuensi alami benda yang ikut bergetar.

Peristiwa resonansi juga dapat dilihat pada ayunan bandul yang tergantung. Jika bandul kamu ayunkan, bandul akan bergetar dengan frekuensi alamiahnya. Bandul yang panjang talinya sama akan bergetar dengan frekuensi alamiah yang sama.

Keuntungan dan kerugian adanya resonansi

Beberapa keuntungan adanya resonansi bunyi adalah sebagai berikut :
a. pada telinga kita terdapat kolom udara yang disebut kanal pendengaran yang akan memperuat bunyi yang kita dengar.
b. Adanya ruang resonansi pada gitar, biola, saron, kolintang, dan kentongan dapat memperkeras bunyi alat-alat tersebut.
c. Kantung udara yang dimiliki katak pohon dna katak sawah dapat memperkeras bunyi yang dihasilkan.

Contoh-contoh kerugian akibat resonansi antara lain :
a. Suara tinggi seorang penyanyi dapat memecahkan gelas yang berbentuk piala karena gelas berresonansi.
b. Dentuman bom atau mesin pesawat supersonik dapat memecahkan kaca-kaca jendela bangunan.
c. Bunyi yang terlalu kuat dapat memecahkan telinga kita.
d. Pengaruh kecepatan angin pada sbeuah jembatan di Selat Tacoma, Amerika Serikat, menghasilkan resonansi yang menyebabkan jembatan roboh.

G. Pemantulan Bunyi
Gelombang bunyi dapat dipantulkan dan diserap. Sebagian besar bunyi dipantulkan jika mengenai permukaan benda yang keras, seperti permukaan dinding batu atau semen, besi, kaca, dan seng. Sebaliknya, sebagian besar bunyi akan diserap jika mengenai permukaan benda yang lunak, misalnya kain, karet, busa, gabus, karpet, dan wol (benda-benda peredam bunyi).

1. Hukum pemantulan bunyi
Hukum pemantulan bunyi dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Bunyi datang, buny pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
b. Besar sudut datang sama dengan besar sudut pantul.

2. Macam-macam bunyi pantul
a. Bunyi pantul yang memperkuat bunyi asli
Bunyi pantul memperkuat bunyi asli terjadi apabila bunyi pantul terdengar hampir bersamaan, sehingga bunyi asli menjadi lebih keras. Bunyi ini akan terjadi apabila jarak dinding terhadap sumber bunyi kurang dari 10 meter. Contohnya suara kita akan terdengar lebih keras di dalam kamar atau amar mandi dna bunyi kereta api bertambah keras di dalam terowongan.

b. Gaung atau kerdam
Gaung atau kerdam terjadi jika jarak dinding terhadpa sumber bunyi agak jauh (10 m – 25 m). Gaung adalah bunyi yang terdengar kurang jelas akibat sebagian bunyi pantul terdengar bersamaan dengan bunyi asli sehingga mengganggu bunyi asli.
Gaung terjadi pada gedung besar yang tertutup, seperti gedung pertemuan dan gedung pertunjukkan.
Untuk menghindari terjadinya gaung, pada dinding bagian dalam gedung bioskop, studio radio atau televisi, dan studio rekaman dilapisi bahan peredam. Bahan peredam yang sering digunakan antara lain kain wol, kapas, kertas karton, karet, dan gelas.

c. Gema
Jika jarak dinding pemantul cukup jauh, maka akan terjadi bunyi pantul yang terdengar sesudah bunyi asli ducapkan (dipancarkan). Bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli disebut gema. Gema terdengar jelas seperti bunyi asli. Gema dapat terjadi di lereng gunung yang terjal, jurang dan tempat-tempat lain.

3. Manfaat pemantulan bunyi
Manfaat pemantulan bunyi antara lain :
a. Mendeteksi cacat dan retak pada logam
b. Mengukur ketebalan pelat logam
c. Mengukur kedalaman laut
d. Mengetahui kedudukan kapal selam dengan mengirim gelombang ultrasonik dari kapal pemburu ke bawah laut.
e. Mengetahui kedudukan gerombolan ikan di laut
f. Mengetahui kantung-kantung cekungan minyak bumi dengan mengirimkan gelombang bunyi ke dalam tanah.

Dari penjelasan tersebut, kami dapat menyimpulkan bahwa bunyi adanya salah satu gelombang, yaitu gelombang longitudinal. Dalam perambatannya, gelombang bunyi berbentuk rapatan dan renggangan yang dibentuk oleh partikel-partikel bunyi. Sumber bunyi adalah semua benda yang bergetar dan menghasilkan suara merambat melalui medium atau zat perantara sampai ke telinga. Contoh sumber bunyi adalah berbagai alat musik, seperti biola, gitar, piano, drum, terompet, dan seruling. Tiga aspek dari bunyi adalah : pertama, bunyi dihasilkan oleh suatu sumber seperti gelombang yang lain. Kedua, energi dipindahkan dari sumber bunyi dalam bentuk gelombang longitudinal. Ketiga, bunyi dideteksi (dikenal) oleh telinga atau suatu instrumen cepat rampat gelombang bunyi di udara dipengaruhi oleh suhu dan massa jenis zat.
Berdasarkan frekuensinya, bunyi dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu : infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik. Di dalam karakteristik bunyi, terdapat nada, warna bunyi (timbre), dan hukum Mersenne. Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda ketika benda lain didekatnya digetarkan. Contohnya adalah resonansi pada garputala dan resonansi pada ayunan bandul. Gelombang bunyi dapat dipantulkan dan diserap. Sebagian besar bunyi dipantulkan jika mengenai permukaan benda yang keras, seperti permukaan dinding batu atau semen, besi, kaca, dan seng. Sebaliknya sebagian besar bunyi akan diserap jika menganai permukaan benda yang lunak, misalnya kain, karet, busa, gabus, karpet, dan wol (benda-benda peredam bunyi).