Gelombang Bunyi

Pengertian. Gelombang bunyi merupakan salah satu contoh dari gelombang mekanik, yaitu gelombang yang dalam perambatannya memerlukan zat perantara (medium perantara).

Gelombang bunyi adalah gelombang mekanik yang berbentuk gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarannya.

Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang terjadi karena adanya rapatan dan renggangan medium baik gas, cair, maupun padat. Namun gelombang bunyi tidak dapat merambat melalui vakum, karena di tempat vakum tidak ada partikel zat yang dapat mentransmisikan getaran.

Gelombang bunyi berdasarkan daya pendengaran manusia dibedakan menjadi menjadi tiga, yaitu audio/bunyi, infrasonik dan ultrasonik.

Gelombang Audio- Bunyi

Gelombang audio merupakan gelombang yang terletak pada sensitivitas pendengaran manusia. Gelombang audia memiliki frekuensi antara 20 Hz sampai dengan 20.000 Hz. Contoh sumber frekuensi ini adalah peralatan music, suara manusia, dan suari loudspeaker televisi atau radio.

Gelombang Infrasonik

Gelombang infrasonic merupakan gelombang longitudinal yang memiliki frekuensi lebih rendah dari frekuensi gelombang audio. Lebih kecil dari 20hz. Contoh gelombang yang memiliki frekuensi kurang dari 20 Hz adalah gelombang pada gempa bumi.

Gelombang Ultrasonik

Gelombang ultrasonic adalah gelombang longitudinal yang memiliki frekuensi lebih tinggi dari gelombang audio, yaitu >20.000Hz. Contoh gelombang ultrasonic adalah gelombang yang terjadi pada kristal kuarsa yang digunakan pada system elektronik.

Gelombang bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. Benda benda yang bergetar tersebut disebut sebagai sumber bunyi.

Sumber Bunyi

Sumber bunyi adalah sesuatu yang bergetar. Contoh sumber bunyi adalah Alat- alat musik seperti gitar, biola, harmonika, dan seruling dan banyak lagi yang lainnya. Pada prinsipnya sumber getaran semua alat- alat musik itu adalah dawai dan kolom udara.

Nada yang dihasilkan dengan pola paling sederhana disebut nada dasar, kemudian secara berturut-turut pola gelombang yang terbentuk menghasilkan nada atas ke-1, nada atas ke-2, nada atas ke-3 … dan seterusnya.

Sumber Bunyi Dawai

Gitar merupakan contoh suatu alat musik yang menggunakan dawai atau umum disebut dengan senar sebagai sumber bunyinya. Getaran pada senar gitar yang dipetik itu akan menghasilkan gelombang stasioner pada ujung terikat.

Getaran Seutas senar atau dawai yang kedua ujungnya terikat akan membentuk gelombang stasioner. Getarannya akan enghasilkan bunyi dengan nada tertentu, tergantung pada jumlah gelombang yang terbentuk pada senar tersebut.

Pola gelombang stasioner yang terbentuk adalah nada dasar atau harmonic pertama, nada atas pertama atau harmonic kedua, dan nada atas kedua atau harmonic ketiga. Seperti ditunjukkan pada gambar di bawah.

Frekuensi nada yang dihasilkan tergantung pada pola gelombang yang terbentuk pada dawai. Secara umum Panjang gelombang yang terbentuk pada dawai yang memiliki Panjang L adalah:

Panjang gelombang Nada dasar dari dawai adalah

λ0=2L

Panjang gelombang Nada atas pertama dari dawai adalah

λ1=L

Panjang gelombang Nada atas kedua dari dawai adalah

 λ2=2/3L

Dengan keterangan:

λ=Panjang gelombang

L=Panjang dawai senar

Sumber Bunyi Kolom Udara

Sumber bunyi yang menggunakan kolom udara sebagai sumber getarnya disebut dengan pipa organa. Contoh Sumber bunyi kolom udara diantaranya adalah Seruling dan terompet. Pipa organa dibedakan menjadi dua, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup.

Pipa Organa Terbuka

Pipa Organa terbuka adalah alat music tiup yag berbentuk tabung atau pipa yang kedua ujung penampangnya terbuka. Pada Kedua ujung pipa terbuka terbentuk perut (P) gelombang.

Panjang gelombang Nada dasar dari pipa organa terbuka adalah

λ0=2L

Panjang gelombang Nada atas pertama dari pipa organa terbuka adalah

λ1=L

Panjang gelombang Nada atas kedua dari pipa organa terbuka adalah

λ2=2/3L

Dengan keterangan:

L =panjang tabung atau pipa

P = perut gelombang

S= simpul gelombang

λ = Panjang gelombang

Pipa Organa Tertutup

Pipa organa tertutup adalah alat music tiup berbentuk tabung dengan salah satu ujung penampangnya tertutup. Pada ujung pipa organa yang tertutup terbentuk simpul (S) gelombang dan ujung lainnya yang terbuka terbentuk perut (P) gelombang.

Panjang gelombang Nada dasar dari pipa organa tertutup adalah

λ0=4L

Panjang gelombang Nada atas pertama dari pipa organa tertutup adalah

λ1=4/3L

Panjang gelombang Nada atas kedua dari pipa organa tertutup adalah

λ2=4/5L

Dengan keterangan:

L =panjang tabung atau pipa

P = perut gelombang

S= simpul gelombang

λ= Panjang gelombang

Sifat Gelombang Bunyi

Gelombang bunyi dapat menunjukkan sifat sifat yang dimiliki oleh gelombang pada umumnya. Adapun sifat sifat gelombang bunyi adalah difraksi, refraksi, interferensi, dan resonansi.

1. Sifat Pemantulan Gelombang Bunyi

Pemantulan atau biasa disebut refleksi adalah peristiwa kembalinya (balik) seluruh atau sebagian dari suatu berkas partikel atau gelombang bila berkas tersebut bertemu dengan bidang batas antara dua medium.

Semua gelombang dapat dipantulkan jika mengenai penghalang. Contohnya seperti gelombang stationer pada tali. Gelombang datang dapat dipantulkan oleh penghalang.

Contoh lain adalah peristiwa terjadinya gema yaitu pantulan gelombang bunyi. Gema dapat terjadi di gedung- gedung atau saat berekreasi ke dekat tebing.

2. Sifat Pembiasan Gelombang Bunyi

Pembiasan atau refraksi dapat diartikan sebagai pembelokan gelombang yang melalui batas dua medium yang berbeda. Pada pembiasan ini akan terjadi perubahan cepat rambat, panjang gelombang dan arah. Sedangkan frekuensinya tetap.

3. Sifat Interferensi Gelombang bunyi

Interferensi adalah perpaduan dua gelombang atau lebih. Jika dua gelombang dipadukan maka akan terjadi dua kemungkinan yang khusus, yaitu saling menguatkan dan saling melemahkan.

Interferensi saling menguatkan disebut interferensi kontruktif dan terpenuhi jika kedua gelombang sefase.

Interferensi saling melemahkan disebut interferensi distruktif dan terpenuhi jika kedua gelombang berlawanan fase.

4. Sifat Difraksi Gelombang Bunyi

Difraksi disebut juga pelenturan yaitu gejala gelombang yang melentur saat melalui lubang kecil atau celah sehingga mirip sumber baru. Besarnya difraksi bergantung pada ukuran penghalang dan panjang gelombang,

5. Resonansi Gelombang Bunyi

Resonansi merupakan peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain yang bergetar. Atau Resonansi adalah peristiwa bergetarnya suatu benda akibat benda lain yang bergetar. Syarat terjadinya resonansi adalah frekuansi getar kedua benda harus sama atau frekunsi benda yang ikut bergetar sama dengan kelipatan bilangan bualat dari frekuensi benda yang bergetar.

Efek Doppler

Perubahan frekuensi gerak gelombang yang disebabkan gerak relatif antara sumber dan pengamat disebut sebagai efek Doppler. Pernyataan ini diusulkan oleh seorang fisikawan Austria, yaitu Christian Johann Doppler.

Keras dan lemahnya bunyi yang terdengar bergantung pada frekuensi yang diterima pendengar. Besar kecil perubahan frekuensi yang terjadi bergantung pada cepat rambat gelombang bunyi dan perubahan kecepatan relatif antara pendengar dan sumber bunyi.

Frekuensi ( f ) dari bunyi yang dihasilkan sebagai akibat gerak relatif dari sumber dan pengamat dinyatakan oleh:

fp= fs[v±vp]/[v±vs]

Dengan Keterangan

fp = frekuensi bunyi yang terdengar (Hz)

v = cepat rambat (m/s)

vp = kecepatan pendengar (m/s)

vs = kecepatan sumber bunyi (m/s)

fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)

Tanda positif negative ± dari persamaan di atas berlaku dengan ketentuan sebagai berikut:

1) Pendengar mendekati sumber → vp bertanda (+)

2) Pendengar menjauhi sumber → vp bertanda (–)

3) Sumber mendekati pendengar → vs bertanda (–)

4) Sumber menjauhi pendengar → vs bertanda (+)

Contoh Soal Ujian Effect Doppler

Mobil ambulan bergerak dengan kecepatan 35 m/s sambil membunyikan sirinenya yang memiliki frekuensi 450 Hz. Pada saat itu ada seseorang yang mengendarai sepeda motor sedang berpapasan dengan ambulan. Kecepatan sepeda motornya 25 m/s.

Berapakah frekuensi sirine yang diterima pengendara sepeda motor itu jika kecepatan bunyi saat itu 343 m/s

Penyelesaian

v = 343 m/s

vs = kecepatan sumber 35 m/s,

vp = kecepatan pendengar 25 m/s

fs = 450 Hz

Ditanya

Frekuensi pendengar ketika mendekati bunyi sirine mobil ambulans

fp= fs[v±vp]/[v±vs]

fp= 450Hz [343+25]/[343-35]

fp= 537,7Hz

frekuensi pendengar setelah menjauh dari bunyi sirine mobil

fp= fs[v±vp]/[v±vs]

fp= 450Hz[343-25]/[343+35]

fp= 378,6Hz

Energi Gelombang Bunyi

Energi gelombang bunyi dapat ditentukan dari energi potensial maksimum getaran karena bunyi merupakan gelombang longitudinal hasil perambatan getaran.

Jika udara atau gas dilalui gelombang bunyi, partikel-partikel udara akan bergetar sehingga setiap partikel akan mempunyai energi sebesar:

E = ½ kA2

Dengan Keterangan

k = tetapan,

A = amplitudo

E = ½ mω2A2

E= 2π2mf 2A2

dengan:

E = energi gelombang ( J)

ω = frekuensi sudut (rad/s)

k = konstanta (N/m)

f = frekuensi (Hz)

A = amplitudo (m)

Intensitas Bunyi

Intensitas bunyi menyatakan energi bunyi tiap detik. Ini sama saja dengan daya bunyi yang menembus bidang setiap satuan luas permukaan secara tegak lurus. Intensitas bunya dapat dinyatakan dengan formulasi yang dirumuskan dalam persamaan berikut:

I = P/A

Dengan keteangan

I = intensitas bunyi (watt/m2),

A = luas bidang permukaan (m2),

P = daya bunyi (watt).

Contoh Soal Energi dan Intensitas Bunyi.

Pada sebuah arena balap, sebuah sepeda motor melepaskan daya bunyi sekitar 100 W. Jika daya ini terdistribusi secara seragam ke semua arah arena, berapakah intensitas bunyi pada jarak 50 m?

Penyelesaian:

Diketahui:

P = 100 W

R = 50 m

Ditanya: I = …. ?

Jawab:

I = P/A

I= 100/[4 π (50)2]

I= 3,185 × 10-3 W/m2

Taraf Intesnsitas Bunyi

Intensitas gelombang bunyi yang dapat didengar oleh manusia adalah sekitar 10 – 12 watt/m2, batas nilai ini disebut dengan ambang pendengaran.

Sementara itu, intensitas terbesar bunyi yang masih dapat terdengar oleh manusia tanpa menimbulkan rasa sakit adalah 1 watt/m2, batas nilai ini disebut dengan  ambang perasaan.

Hal ini menyebabkan rentang intensitas bunyi yang dapat merangsang pendengaran itu besar, yaitu antara 1 – 12 watt/m2.

Untuk mengetahui taraf intensitas (TI ) bunyi, yaitu perbandingan antara intensitas bunyi dengan harga ambang pendengaran, digunakan skala logaritma, yang diformulasikan dengan menggunkan rumus dalam persamaan berikut:

TI= 10 log(I/I0)

Dengan keterangan:

TI = taraf intensitas bunyi (dB),

I0 = harga ambang intensitas bunyi (10 watt/m2),

I = intensitas bunyi (watt/m2).

Besaran TI tidak berdimensi dan mempunyai satuan bel, atau umumnya disebut desibel (dB), yang besarnya 1/10 bel.

1 bel = 10 dB

Daftar Pustaka:

  1. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  2. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  3. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  4. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  5. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  6. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  7. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons
  8. Ardra.Biz, 2019, “Gelombang Bunyi, Pengertian Gelombang Bunyi, Bentuk gelombang bunyi, contoh gelombang bunyi, Medium rambat gelombang bunyi, Gelombang Audio Bunyi, Contoh Gelombang audio,
  9. Ardra.Biz, 2019, “Frekuensi Gelombang audio, Gelombang Infrasonik, Contoh Gelombang Infrasonik, Frekuensi Gelombang infrasonic, Gelombang Ultrasonik, Contoh Gelombang Ultrasonik, Frekuensi Gelombang Ultrasonik,
  10. Ardra.Biz, 2019, “Sumber Bunyi, Contoh Sumber Bunyi, Pengertian Nada dasar dan atas, pengertian harmonic dasar, rumus nada dasar, Frekuensi Sumber Bunyi Dawai, Panjang gelombang Sumber Bunyi Dawai, Contoh Sumber Bunyi Dawai, Rumus Nada Dasar Sumber Bunyi Dawai,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Sumber Bunyi Kolom Udara, Contoh Sumber Bunyi Kolom Udara, Pipa Organa Terbuka, Panjang gelombang Nada dasar dari pipa organa, Contoh sumber bunyi pipa organa, Pipa Organa Tertutup, Contoh Sumber bunyi Pipa organa tertutup, rumus pipa organa terbuka,
  12. Ardra.Biz, 2019, “Panjang gelombang Nada dasar dari pipa organa tertutup, Panjang gelombang Nada atas pertama dari pipa organa tertutup, Jumlah perut  gelombang pipa organa, jumlah simpul gelombang pipa organa, Sifat Gelombang Bunyi, Sifat Pemantulan Gelombang Bunyi, Contoh Sifat Pemantulan Gelombang Bunyi,
  13. Ardra.biz, 2019, “Sifat Pembiasan Gelombang Bunyi, Contoh Sifat Pembiasan Gelombang Bunyi, Sifat Interferensi Gelombang bunyi, Contoh Sifat Interferensi Gelombang bunyi, interferensi kontruktif gelombang bunyi,
  14. Ardra.Biz, 2019, “Contoh interferensi kontruktif gelombang bunyi, interferensi distruktif, contoh interferensi distruktif gelombang bunyi, Sifat Difraksi Gelombang Bunyi, Contoh Sifat Difraksi Gelombang Bunyi, Resonansi gelombang bunyi,  Contoh Resonansi gelombang bunyi, Syarat terjadinya resonansi, Efek Doppler,
  15. Ardra.Biz, 2019, “Rumus Efek Doppler, Penemu Efek Doppler, Contoh Soal Ujian Effect Doppler, Energi Gelombang Bunyi, rumus Energi Gelombang Bunyi, Intensitas Bunyi, Rumus Intensitas Bunyi, Satuan Intensitas Bunyi,
  16. Ardra.Biz, 2019, “Contoh Soal Energi dan Intensitas Bunyi, Taraf Intesnsitas Bunyi, Satuan Taraf Intesnsitas Bunyi, Rumus Taraf Intesnsitas Bunyi, Batas frekuensi ambang pendengaran, batas frekuensi ambang perasaan, pengertian dan symbol decibel,