gelombang bunyi

Gelombang Bunyi

1.	Gelombang bunyi ialah sejenis gelombang membujur yang boleh merambat melalui pepejal, cecair dan gas.
2.	Bunyi dihasilkan oleh suatu sistem yang bergetar seperti getaran tala bunyi atau kon pembesar suara. Ianya adalah sejenis gelombang mekanikal.
3.	Bagaimana gelombang bunyi bergerak ? Secara amnya gelombang bunyi bergerak melalui perambatan molekul-molekul udara.
4.	Apabila kon pembesar suara bergetar ke hadapan, molekul-molekul udara di hadapannya dimampatkan. Apabila kon pembesar suara bergetar ke belakang, molekul-molekul udara di hadapannya direnggangkan. Ini akan menghasilkan satu siri mampatan dan regangan molekul-molekul udara.
5	Getaran yang dihasilkan oleh kon pembesar suara membekalkan tenaga pada molekul-molekul udara. Tenaga dipindahkan oleh getaran molekul-molekul udara dalam siri mampatan dan rengangan udara. Lama kelamaan tenaga pada molekul-molekul ini akhirnya akan lemah dan lesap.
6.	Molekul-molekul udara bagi gelombang bunyi bergetar pada arah yang sama dengan arah perambatan bunyi tersebut. Gelombang bunyi juga merupakan suatu gelombang membujur.
7.	Gelombang bunyi memerlukan medium tertentu untuk ianya bergerak. Oleh itu gelombang bunyi tidak dapat merambat dalam keadaan vakum.
8.	Gerakan perambatan molekul-molekul udara ini menghasilkan halaju v, panjang gelombang l dan frekuensi gelombang ¦.
9.	Halaju bunyi dalam satu medium bolehlah dirumuskan sebagai v = l¦ di mana l = panjang gelombang ¦ = frekuensi gelombang.
10.	Halaju gelombang bunyi dalam suatu gas dipengaruhi oleh (a) suhu gas (b) jisim molekul gas itu.
11.	Halaju gelombang bunyi adalah lebih tinggi jika suhu persekitaran gas yang dilaluinya adalah tinggi jika dibandingkan dengan suhu yang lebih rendah.
12.	Pada suhu yang sama, halaju gelombang bunyi adalah lebih tinggi bagi bagi gas yang mempunyai molekul gas yang lebih kecil berbanding dengan molekul gas yang lebih besar.
13.	Gelombang bunyi bergerak atau merambat dengan halaju yang lebih tinggi dalam pepejal berbanding dengan cecair dan gas. Ini adalah disebabkan molekul pepejal dan cecair adalah lebih rapat jika dibandingkan dengan molekul-molekul dalam gas.
14.	Gelombang bunyi juga menghasilkan fenomena-fenomena pantulan, pembiasan, pembelauan dan interferens.

Pantulan Gelombang Bunyi

1.	Seperti gelombang air, gelombang bunyi juga boleh dipantulkan. Rajah di bawah menunjukkan satu uji kaji ringkas untuk menunjukkan bagaimana bunyi dipantulkan.
2.	Pantulan bagi gelombang bunyi adalah mematuhi hukum pantulan.

Pembiasan Gelombang Bunyi

1.	Pembiasan gelombang ialah perubahan arah perambatan gelombang yang disebabkan oleh perubahan halaju gelombang apabila suatu gelombang merambat dari suatu medium ke satu medium yang lain.
2.	Pembiasan gelombang bunyi biasanya berlaku apabila suatu gelombang bunyi merambat dari suatu keadaan medium ke satu keadaan medium yang berlainan. Sebagai contohnya apabila gelombang bunyi merambat dari medium udara yang sejuk ke medium udara yang panas atau dari medium udara ke medium gas yang lain.
3.	Berikut adalah beberapa keadaan di mana pembiasan gelombang bunyi
	(a)	Bunyi dibiaskan apabila ia merambat melalui sebuah belon yang mengandungi gas karbon dioksida. Halaju bunyi dalam gas karbon dioksida adalah kurang daripada halaju bunyi dalam udara. Ini adalah kerana gas karbon dioksida yang lebih tumpat daripada udara. Gelombang bunyi dibiaskan mendekati garis normal dan belon bertindak seperti kanta penumpu. Ini menyebabkan bunyi ditumpukan ke suatu titik F. Oleh itu kedudukan telinga yang menghampiri titik F akan mendengar bunyi jam randik yang paling kuat.

gejala gel bunyi

Gelombang adalah getaran yang merambat. Bentuk ideal dari suatu gelombang akan mengikuti gerak sinusoidal. Gelombang dapat berjalan dan dapat memindahkan energi dari satu tempat kepada lain tanpa mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen; yaitu tidak ada perpindahan secara masal. Malahan, setiap titik khusus berosilasi di sekitar satu posisi tertentu.

Suatu medium disebut:
1. Linear jika gelombang yang berbeda di semua titik tertentu di medium bisa
dijumlahkan,
2. Terbatas jika terbatas, selain itu disebut tak terbatas
3. Seragam jika ciri fisiknya tidak berubah pada titik yang berbeda
4. Isotropik jika ciri fisiknya "sama" pada arah yang berbeda

Gelombang dapat diklasifikasikan menjadi beberapa :
A. Berdasarkan Cara Rambat dan Medium yang dilalui
1. Gelombang Mekanik, yaitu gelombang yang perlu medium dalam perambatannya
contoh : gelombang bunyi
2. Gelombang Elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak memerlukan medium
dalam perambatannya. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang
transversal.
contoh : sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet, cahaya tampak, infra
merah, gelombang pendek (radar), gelombang televisi, gelombang radio
(urutan dari frekuensi tertinggi ke frekuensi terendah).
Elektromagnetik dari kata "Elektro" dan "Magnetik yang berarti gelombang
yang terdiri dari Energi Listrik dan Energi Magnet yang memancar dengan
sumber Muatan yang bergerak bolak balik.
Seperti kita ketahui bahwa gelombang elektromagnetik mempunyai cepat rambat
yang relatif sehingga memiliki waktu yang relatif. Cepat rambat gelombang
elektromagnetik yaitu 3 x 10^8 m/s dimana memiliki energi E= mc^2 dengan
massa sebagai massa muatan.
Sifat dari gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang berbentuk bukit
lembah dengan medan magnet dan medan listrik yang saling tegak lurus.
Cahaya Tampak merupakan salah satu gelombang elektromagnetik yang dapat
terlihat secara langsung oleh mata manusia dimana cepat rambatnya 3x10^8
m/s. Cahaya tampak dapat digunakan sebagai media transmisi muatan listrik
sebagai contoh pada fiber optik...,,cahaya dapat juga menghasilkan listrik
dengan penyinaran suatu logam dengan frekuensi cahaya lebih tinggi dari
logam sehingga elektron pada salah satu keping logam akan keluar dan
menabrak keping logam yang lain sehingga terjadi aliran listrik pada logam
lain.

RADAR (Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima
gelombang.
INFRA MERAH, dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk
mempelajari struktur molekul.
CAHAYA TAMPAK, mempunyai panjang gelombang 3990 Aº - 7800 Aº.
ULTRAVIOLET, dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik.

SIFAT-SIFAT GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK :
1. Dapat merambat dalam ruang hampa, dengan kelajuan 3 x 10^8 m/s.
2. Merupakan gelombang transversal (arah getar tegak lurus arah rambat).
3. Dapat mengalami Polarisasi (karena merupakan gelombang transversal).
4. Dapat mengalami Refleksi (pemantulan)
5. Dapat mengalami Refraksi (pembiasan)
6. Dapat mengalami Interferensi (dapat dipadukan)
7. Dapat mengalami Difraksi (lenturan)
8. Tidak dibelokkan dalam medan listrik maupun medan magnet.

Catatan:
Gelombang radio dipakai sebagai gelombang pembawa sistem komunikasi karena
mudah dipantulkan oleh lapisan ionosfer.
Ada 2 macam cara membawa gelombang bunyi:
Modulasi Amplitudo (AM)
Amplitudo gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang bunyi
dengan frekuensi tetap.
Modulasi Frekuensi (FM)
Frekuensi gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang bunyi
dengan amplitudo tetap.
Sistem FM lebih unggul daripada AM karena FM dapat mengurangi desau akibat
kelistrikan diudara, walaupun jangkauannya terbatas sekali.

B. Berdasarkan arah getar dan arah rambat
1. Gelombang transversal : arah getarnya tegak lurus arah rambatnya.
contoh : gelombang elektromagnetik, gelombang pada tali
Gelombang Transversal memiliki bukit dan lembah, satu gelombang terdiri dari
satu bukit dan satu lembah.
2. Gelombang Longitudinal : arah getarnya searah (sejajar) dengan arah rambatnya.
contoh : gelombang bunyi
Gelombang Longitudinal memiliki rapatan dan renggangan, satu gelombang terdiri
dari satu rapatan dan satu renggangan.

C. Berdasarkan Amplitudonya
1. Gelombang berjalan : gelombang yang amplitudonya tetap pada titik yang
dilewatinya.
2. Gelombang stasioner : gelombang yang amplitudonya tidak tetap pada titik yang
dilewatinya. Gelombang ini terbentuk dari interferensi dua buah gelombang
datang dan pantul yang masing-masing memiliki frekuensi dan amplitudo sama
tetapi fasenya berlawana (arahnya berlawanan).

tinggi nada dan kuat bunyi

Setiap bunyi yang didengar manusia selalu memiliki frekuensi tertentu. Untuk memenuhi frekuensi yang diharapkan, maka munculnya berbagai alat musik, misalnya seruling dan gitar. Saat bermain gitar, maka dawainya akan dipetik untuk mendapatkan frekuensi yang rendah atau tinggi. Tinggi rendahnya frekuensi bunyi yang teratur inilah yang dinamakan tinggi nada. Jadi, dapat disimpulkan bahwa tinggi nada bergantung pada frekuensi sumber bunyi.

Frekuensi tinggi → bunyi bernada tinggi

Frekuensi rendah → bunyi bernada rendah

Frekuensi yang dihasilkan oleh suatu sumber bunyi dapat diamati pada layar osiloskop. Bunyi dengan frekuensi rendah menghasilkan bentuk gelombang yang kurang rapat. Bunyi dengan frekuensi tinggi menghasilkan bentuk gelombang yang lebih rapat.

Telinga manusia normal dapat mendengar bunyi yang frekuensinya antara 20 -20.000 Hz. Di luar batas-batas frekuensi bunyi tersebut manusia tidak dapat mendengarnya.

Sumber bunyi dapat diperoleh dari sebuah generator audio. Generator audio dapat menghasilkan bermacam-macam frekuensi dan amplitudo gelombang bunyi. Jika frekuensi dibuat tetap, sedangkan amplitudonya diperbesar, akan didapatkan gelombang bunyi yang lebih kuat. Jika seseorang dekat dengan sumber bunyi, maka orang tersebut akan mendengar bunyi yang lebih kuat dibandingkan dengan orang yang berada lebih jauh dari sumber bunyi tersebut. Namun, keduanya mendengarkan frekuensi yang sama.

Pada umumnya, sumber bunyi tidak bergetar hanya dengan nada dasar saja, tetapi diikuti oleh nada-nada atasnya. Gabungan antara nada-nada dasar dengan nada-nada atas yang mengikutinya akan menghasilkan warna bunyi tertentu yang khas pula bagi suatu alat tertentu. Bunyi yang khas yang dihasilkan oleh sumber bunyi ini disebut warna bunyi. Warna bunyi biola tentunya lain dengan warna bunyi gitar. Demikian juga warna bunyi kedua alat ini akan berbeda pula dengan warna bunyi seruling, walaupun setiap alat musik tersebut memancarkan frekuensi sama. Perbedaan ini muncul karena nada atas yang menyertai nada dasarnya berbeda-beda. Nada dasar dan nada atas yang digabungkan akan menghasilkan nada yang bentuk gelombangnya berbeda dengan nada dasar, tetapi masih memiliki frekuensi tetap.

Pola-pola terjadinya gelombang disebut pola gelombang. Kita akan membahas tinggi nada dan pola gelombang pada dawai dan pipa organa.

GELOMBANG BUNYI DALAM ZAT PADAT ISOTROPIK

Sepertinya bunyi dalam padatan hanya berperan kecil dibandingkan bunyi dalam zat alir, terutama, di udara. Kesan ini mungkin timbul karena kita tidak dapat mendengar gelombang bunyi dalam zat padat.Persepsi ini salah: kebisingan yang kita alami sehari-hari tentunya sangat berkaitan dengan gelombang yang merambat dengan sangat baik pada zat padat, misalnya saja pada komponen – komponen mesin di mana gelombang bunyi dipancarkan ke lingkungan dengan beberapa cakupan. Dalam konteks ini kita sering berbicara mengenai “bunyi pada zat padat atau struktur pembelokan bunyi”. Tipe bunyi seperti ini juga dapat ditemukan pada bangunan (gedung - gedung), yang merambat pada dinding dan langit-langit dan sesuai dengan pengalaman kita, kita tidak sepenuhnya terisolasi melawan bunyi yang mengganggu baik dari luar ataupun dari sumber bunyi yang ada dalam bangunan / gedung.

Jarang ditemukan dalam kehidupan sehari – hari, tetapi tidak kalah penting, yaitu peranan pembelokan bunyi pada zat padat dalam teknologi ultrasonik. Pengujian material non perusak oleh gelombang ultrasonik yang mungkin telah dijelaskan pada sesi awal akan digambarkan lebih jelas pada Bab 16.

10.1 gelombang suara dalam padatan tak terbatas

Pada awalnya kami menduga zat padat isotropik dari komposisi yang seragam tak terikat ke segala arah. Sebagaimana dijelaskan dalam Bagian 3.1 variabel yang relevan adalah tegangan elastik (lihat Persamaan (3.3) dan. (3.4)) dan komponen Cartesian ξ, η dan ζ dari perpindahan partikel. Yang terakhir ini mematuhi tiga persamaan gelombang (3.27) yang digabungkan satu sama lain. Yang masing-masing berisi keseluruhan tiga komponen yang membuat perambatan gelombang dalam zat padat sangat jauh lebih rumit dibandingkan pada zat cair.

Namun, kita bisa mendapatkan beberapa ide mengenai jenis gelombang yang mungkin dengan membatasi diskusi untuk gelombang datar yang merambat, katakanlah, dalam arah-x. Kemudian semua derivatif parsial dari komponen perpindahan sehubungan dengan y dan z menjadi nol dalam persamaan gelombang. Yang tersisa dari operator Laplace di sebelah kiri adalah hanya orde dua diferensiasi terhadap x; juga div tereduksi menjadi . Oleh karena itu variabel kedua persamaan (3.27a) menjadi sedangkan variabel kedua pers. (3.27 b dan c) adalah nol. Dengan cara ini satu set persamaan gelombang saling independen (berdiri sendiri) untuk tiga komponen vektor perpindahan diperoleh:

Yang pertama (10.1a) mengacu pada gelombang dengan getaran partikel ke arah perambatan bunyi seperti gelombang bunyi dalam gas dan zat cair. Ini merupakan gelombang longitudinal di mana komponen stres non-nol adalah σxx dikarenakan persamaan (3.18). Sebaliknya, dalam gelombang yang digambarkan oleh pers. (10.1b) dan (10.1c) medium partikel bergerak tegak lurus terhadap arah perambatan. Gelombang ini disebut gelombang transversal, dan mediumnya hanya mengalami deformasi geser yang mustahil terjadi pada zat alir yang tidak kental. Jadi kita dapat menyatakan bahwa tiga jenis gelombang yang independen dapat berada dalam sebuah zat padat isotropik, yaitu, satu gelombang longitudinal dan dua gelombang transversal dengan getaran partikel tegak lurus satu sama lain. Di mana gelombang ini benar-benar hadir dalam situasi tertentu dan merupakan perbandingan amplitudo yang bergantung pada metode eksitasi gelombang tersebut.

Dengan membandingkan persamaan sebelumnya dengan persamaan (3.21) jelas bahwa kecepatan gelombang longitudinal dinyatakan oleh :

Gelombang transversal bergerak dengan kecepatan yang lebih lambat :

Pada Tabel 10.1 kecepatan gelombang dari kedua tipe gelombang terdaftar untuk sejumlah bahan.

Gambar 10.1a dan b menunjukkan deformasi medium yang disebabkan oleh gelombang longitudinal dan gelombang transversal dalam bentuk kisi-kisi yang terdiri dari sel yang berbentuk persegi (atau lebih tepatnya batu) ketika sedang dalam keadaan diam. Di bawah pengaruh gelombang longitudinal elemen volume diregangkan atau dikompresi dalam arah perambatan. Deformasi ini tentu saja mengubah kepadatan medium. Oleh karena itu gelombang longitudinal juga disebut gelombang kompresional atau gelombang kepadatan. Sebaliknya, gelombang transversal tidak mengubah volume dasar sel; yang berubah hanyalah bentuknya,

sel-sel dasar mengalami deformasi geser. Oleh karena itu gelombang transversal juga dikenal sebagai gelombang geser. Tentu saja getaran partikel dalam gelombang transversal tidak selalu sejajar dengan sumbu-y atau z; dengan kombinasi linear dari kedua perpindahan komponen yang salah satunya dapat mencapai kemungkinan tak terhingga. Perpindahannya dijelaskan sebagai berikut:

mengukur cepat rambat bunyi

Di udara tentu Anda lebih sering mendengar berbagai macam bunyi. Anda bisa mendengar suara radio, televisi, bahkan orang yang berteriak-teriak di kejauhan. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat gas tergantung pada sifat-sifat kinetik gas. Dalam kasus gas terjadi perubahan volum, dan yang berkaitan dengan modulus elastik bahan adalah modulus bulk.

Cepat rambat bunyi dalam gas dapat dinyatakan dengan:

..................................(3.3)

dengan p = tekanan gas

γ = tetapan Laplace.

ρ = kerapatan

Sebagai contoh, untuk udara pada keadaan normal g=1,4 (gas diatomik), p=1 atm, ρ =1,3 kg/m³, diperoleh:

= 330 m/s

Berdasarkan persamaan gas ideal:

, atau , maka diperoleh persamaan dasar untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam gas, yaitu:

(3.4)

Keterangan :

v	:	Cepat rambat bunyi pada zat gas (m/s)
γ	:	Konstanta Laplace
R	:	Tetapan umum gas (8,31 J/molK)
T	:	Suhu mutlak gas (K)
M	:	Massa atom atau molekul relatif gas (kg/mol)

sifat dasar bunyi

unyi merupakan gelombang mekanik, yaitu gelombang yang memerlukan medium pada saat merambat. Bunyi juga termasuk ke dalam kelompok gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya.

Untuk melihat bagaimana bunyi dihasilkan dan mengapa bunyi termasuk gelombang longitudinal, mari kita perhatikan getaran dari diafragma pengeras suara. Ketika diafragma bergerak radial keluar, diafragma ini memampatkan udara yang langsung ada di depannya, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1a. Pemampatan ini menyebabkan tekanan udara bertambah sedikit di atas tekanan normal. Daerah yang tekanan udaranya bertambah disebut rapatan. Rapatan ini bergerak menjauh dari pengeras suara pada kecepatan bunyi. Rapatan ini mirip dengan daerah rapatan pada kumparan-kumparan dalam gelombang longitudinal pada slinki. Setelah menghasilkan rapatan, diafragma membalik arah gerakannya menjadi radial ke dalam. Gerakan diafragma ke dalam menghasilkan suatu daerah yang dikenal sebagai renggangan. Renggangan ini menyebabkan tekanan udara sedikit lebih kecil daripada tekanan normal. Rengangan ini mirip dengan daerah renggangan pada kumparan-kumparan dalam gelombang longitudinal pada slinki. Renggangan merambat menjauh dari pengeras suara pada kecepatan bunyi.

Gambar 3.1 Diafragma pengeras suara bergerak : (a) radial keluar, (b) radial ke dalam

Sifat-sifat bunyi pada dasarnya sama dengan sifat-sifat gelombang longitudinal, yaitu dapat dipantulkan (refleksi), dibiaskan (refraksi), dipadukan (interferensi), dilenturkan (difraksi) dan dapat diresonansikan.

Seperti telah disinggung di atas, bunyi memerlukan medium pada saat merambat. Medium tersebut dapat berupa zat padat, zat cair, maupun zat gas. Bunyi tak dapat merambat pada ruang hampa. Jika kita bercakap-cakap, maka bunyi yang kita dengar merambat dari pita suara yang berbicara menuju pendengar melalui medium udara.

Ada beberapa syarat bunyi dapat terdengar telinga kita. Pertama, adanya sumber bunyi. Misalnya, ada gitar yang dipetik, ada gong yang dipukul, ada yang bersuara dan ada suara kendaraan lewat. Kedua, ada mediumnya. Bunyi dapat merambat dalam medium udara (zat gas), air (zat cair) maupun zat padat. Ketiga, bunyi dapat didengar telinga bila memiliki frekuensi 20 - 20.000 Hz. Batas pendengaran manusia adalah pada frekuensi tersebut bahkan pada saat dewasa terjadi pengurangan interval tersebut karena faktor kebisingan atau sakit. Berdasarkan batasan pendengaran manusia itu gelombang dapat dibagi menjadi tiga yaitu audiosonik (20-20.000 Hz), infrasonik (di bawah 20 Hz) dan ultrasonik (di atas 20.000 Hz). Binatang-binatang banyak yang dapat mendengar di luar audio sonik. Contohnya jangkerik dapat mendengar infrasonik (di bawah 20 Hz), anjing dapat mendengar ultrasonik (hingga 25.000 Hz).

bunyi

Bunyi ialah penggangguan tenaga mekanik yang merambat melalui jirim dalam bentuk gelombang (melalui cecair dalam bentuk gelombang mampatan, dan melalui pepejal dalam bentuk gelombang mampatan dan ricih). Bunyi disifatkan secara lebih terperinci melalui ciri-ciri gelombang yang generik, iaitu frekuensi, jarak gelombang, tempoh, amplitud, kelajuan, dan arah (kelajuan dan arah juga digabungkan menjadi vektor halaju, atau jarak gelombang dan arah digabungkan menjadi vektor gelombang).

Manusia merasai bunyi melalui deria pendengaran. Kita mengenali bunyi sebagai getaran yang melalui udara dan boleh didengari manusia. Namun begitu, saintis dan jurutera mengamalkan definasi yang lebih luas bagi bunyi yang merangkumi getaran ferkuensi rendah dan tinggi di udara yang tidak boleh didengari manusia, dan getaran yang melalui semua bentuk jirim, iaitu gas, cecair, pepejal, dan plasma.

Jirim yang menampung bunyi dipanggil medium. Bunyi merambat sebagai gelombang tekanan ulang alik, lalu menghasilkan pemampatan dan rarefaksi. Zarah-zarah dalam medium dialihkan oleh gelombang lalu berayun. Kajian saintifik mengenai penyerapan dan pemantulan gelombang bunyi dipanggil akustik.

Hingar (bunyi bising) sering didefinasi sebagai bunyi yang tidak diingini. Dalam bidang sains dan kejuruteraan, hingar ini merupakan komponen tidak diingini yang mengaburkan isyarat yang diingini.