Intensitas Gelombang Bunyi

Matakuliah
: K0252 / Fisika
Dasar II
Tahun : 2007
GELOMBANG BUNYI
PERTEMUAN 03 (OFC)
Dalam pertemuan ini pembahasan akan meliputi macam-macam bunyi , kualitas bunyi yang meliputi
amplitudo tekanan ; tingkat intensitas bunyi ; ambang pendengaran dan hubungan amplitudo
tekanan dengan amplitudo simpangan ,bunyi layang ,efek Doppler dan gelom- bang kejut (shock
waves). Bunyi dirambatkan di udara sebagai gelombang longitudinal .
1. MACAM-MACAM GELOMBANG BUNYI
• Gelombang bunyi yang dapat didengar frekuensinya terletak antara
20 - 20.000 Hz.
• Gelombang Bunyi Ultrasonik :
frekuensi di atas 20.000 Hz.
• Gelombang Bunyi Infrasonik :
frekuensinya di bawah 20 Hz
2. KUALITAS BUNYI
Kualitas bunji ditentukan oleh variasi tinggi rendahnya bunyi, kekerasan bunyi dan warna bunyi.
3
Bina Nusantara
• Amplitudo Tekanan :
Selisih maksimum antara tekanan atmosfir pada selaput gendang
dan tekanan atmosfir
• Intensitas Gelombang Bunyi (I) :
Jumlah rata-rata energi yang dibawa per satuan luas permukaan
yang tegak lurus pada arah rambatan bunyi ( daya persatuan luas )
I = P/A ; P = [watt] , A = [m2]
• Tingkat Intensitas () :
Tingkat intensitas dinyatakan dalam decibel ( db)
 = 10 log ( I / I0 ) dB
(01)
ambang pendengaran = I0 = 10 – 12 watt / m 2
• Ambang pendengaran :
Tingkat intensitas bunyi,dimana telinga telah dapat mendengar
4
Bina Nusantara
- Ambang pendengaran atas (ambang rasa sakit)
- Ambang pendengaran bawah (I0 =10 – 1 2 watt/m2 )
• Gelombang Sferis
Gelombang yang menyebar ( merambat ) ke segala arah dengan
kecepatan yang sama (pada medium yang sama)
• Hubungan amplitudo simpangan dengan amplitudo tekanan
Gelombang bunyi dapat dinyatakan sebagai gelombang simpangan
maupun gelombang tekanan .
Persamaan Gelombang :
y = ym cos ( kX - t) ; ( gel. simpangan )
dari : ∆ p = - B (∆ V)/V = - B (A∆Y)/(AV
5
Bina Nusantara
p = ∆ p = - B (∂Y/∂X)
B = V2 ρ
B = modulus benda ; A = luas penampang
V = kecepatan rambatan bunyi , ρ = kerapatan maka diperoleh :
p = k  V2 ym sin ( kX - t)
p = pm cos ( kX - t) , gel. tekanan
pm = k  V2 ym = amplitudo tekanan
ym = amplitudo simpangan
(02)
• Hubungan amplitudo tekanan dan intensitas
pm 2
I
2 V
(03)
6
Bina Nusantara
simulasi layangan(beats)
http://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/ClassMechanics/Beats/Beats.html
7
Bina Nusantara
4. BUNYI LAYANG:
Interferensi antara dua gelombang bunyi , yang frekuensinya berbeda dan merambat dalam arah yang sama, hingga menimbulkan
berbagai keras bunyi sebagai akibat perubahan amplitudo .
Persamaan gelombang layang :
Gel. pertama : y1 = ym sin ( k1 X - 1 t)
Gel. kedua : y2 = ym sin ( k2 X - 2 t)
Gelombang layang :
y = 2 ym Cos ((∆k/2)x - (∆ω/2)t) sin ( kx – ω t )
Δk= k1 - k2 dan Δω = ω1 – ω2
Amplitudo : 2 Ym Cos ((∆k/2) x - (∆ω/2) t)
Amplitudu ini berubah terhadap waktu , disebut : Gel. Modulasi .
Frekuansi modulasinya adalah :
(04) f1  f 2
2
8
Bina Nusantara
Amplitudo akan maximum bila :
 
 k
cos ( ) x  (
)t   1
2 
 2
Banyaknya layangan per detik = 2 x modulasi
(06)
5. EFEK DOPPLER
Sewaktu sumber bunyi dan atau pendengar bergerak relatif satu
terhadap yang lainnya, pendengar akan merasakan adanya
perubahan frekuensi gelombang bunyi yang didengarnya.
.
= f 1 - f2
Frekuensi bertambah besar apabila sumber dan atau pendengar relatif
saling mendekat dan berkurang apabila sumber dan atau pendengar .
relatif saling menjauh .
Frekuensi yang didengar / diamati oleh pendengar akibat adanya gerak
relatif antara sumber dan pendengar adalah :
9
Bina Nusantara
V  VP
fP 
fS
V  VS
(07)
V = kecepatan bunyi ; VS = kec. sumber
VP = kec. pendengar ; f S = frek. sumber
f P = frekuensi yang diamati pendengar
6. GELOMBANG KEJUT
• Pesawat terbang yang terbang melebihi kecepatan gelombang
bunyi disebut pesawat supersonik .Satuan kecepatannya :
bilangan Mach
1 Mach = kec. Benda/kec. Bunyi
• Gelombang kejut
Apabila suatu benda bergerak melebihi kecepatan bunyi maka
akan terjadi gelombang kejut
10
Bina Nusantara
Contoh soal 1 :
Tingkat inensitas bunyi pesawat jet pada jarak 30m adalah 140 dB Berapaka tingkat
intensitasnya pada jarak 300 meter
Jawaban :
I
I


140 dB  10log    10log  12
2
I
10
W
/
m


 0
I
W
14
10  12
 I  100 2
2
10 W / m
m
I1 R2 2
I1 R12 (100W / m 2 ) (30m 2 )
2
 2  I2  2 

1
W
/
m
I 2 R1
R2
(300m)2
Jadi tingkat intensirtas pada jarak 300 m adalah 1 W/m2
11
Bina Nusantara
Contoh soal 2 :
a. Tentukan amplitudo simpangan molekul udara untuk suara
pada ambang pendengaran dngan frekuensi 1000 Hz
( ρud = 1.29 kg/m3 , Vud = 343 m/s)
b. Tentukan pula amplitudo tekanannya
Jawaban :
a. ym = (1/2πf) √(I/2ρV)
1
1012W / m2
11
ym 

3.1
10
m/ s
3
 1000Hz 1.29kg / m 343m / s
Dari persamaan (02) :
pm = k  V2 ym = m
12
Bina Nusantara
pm  2Vym f  2 1.29kg / m3 343m / s 1.1 1011 m 1000 / s
= 3.1 10-5 Pa
Contoh soal 3 :
Dua orang pengamat A dan B , masing membawa sumber bunyi yang berfrekuensi 500 Hz .Apabila
pengamat B bergerak dengan kecepatan 3.6 km/jam menjauhi pengamat A yang tidak bergerak
Berapa layangankah yang akan terdengar oleh A dan B, bila lecepatan bunyi di udara V = 350 m/s
Jawaban :
(1). Kasus pertama , andaikan A sebagai sumber bunyi dan B
pendengar, VP = 3,6 km/jam = 1 m/s
fS = 500 Hz , maka
13
Bina Nusantara
(350  1) m
V  VP
s 500 Hz
fP 
fS  fP 
V
350 m
s
Jumlah layangan yang terdengar oleh B adalah :
500 Hz 
(350  1) m
350 m
s 500 Hz = 1.43
s
(2). Kasus ke dua : B sebagai sumber bunyi , A sebagai pendengar .
Berarti sumber bunyi bergerak menjauhi pengdengar yang diam.
350 m
V
s 500 Hz
fP 
fS  fP 
V  VS
(350  1) m
s
Jumlah layangan yang terdengar oleh A adalah
14
Bina Nusantara
350 m
s 500 Hz  1.424
(350  1) m
s
Jadi layangan yang terdengar oleh A adalah 1.424
f S  f P  500 Hz 
Soal latihan :
1. Sebuah kapal bergerak dengan kecepatan konstan kearah tebing
pantai sambil membunyikan sirene setiap menit . Pantulan bunyi
dari sirene pertama terdengar setelah 20 sekon kemudian dan
bunyi sirene yang ke dua setelah 16.5 sekon kemudian .Hitunglah
jarak kapal sebenarnya dari tebing beserta kecepatannya .
{Jawaban : Jarak kapal – tebing = 3605.2 m ,
kecepatan kapal = 10.52 m/s}
15
Bina Nusantara
2. Sebuah pengeras suara menghasilkan bunyi berfrekuensi 2000Hz
dan pada jarak 6.1 m dari pengeras suara intensitasnya
9.6 x 10 - 4 W/m2 pada jarak 6.1 m . Kalau pengaruh pantulan
bunyi tidak ada dan bunyi merambat ke segala arak
a). Berapa intensitas bunyi pada jarak 30 m dari pengeras suara .
b). Berapakah amplitudo simpangan di tempat yang berjarak
6.10 m dari pengeras suara tersebut dan.
c). Berapa amplitudo tekananya
[Jawaban : a). 4.0 x 10 - 5 W/m2 , b). 1.7 x 10 - 7 m , c). 0.88 Pa]
16
Bina Nusantara
17
Bina Nusantara