SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara)

sriratih's blog | SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara)
Copyright Sri Ratih Deswati [email protected]
http://sriratih.staff.ipb.ac.id/2011/01/14/sound-propagation-perambatan-suara/
SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara)
SOUND PROPAGATION
(Perambatan Suara)
Reflection and Refraction
Ketika gelombang suara merambat dalam medium, terjadi sebuah pertemuan
antara kedua medium dengan kepadatan atau kecepatan suara yang berbeda,
bagian dari insiden suara akan dipantulkan (reflected) kembali ke dalam medium
pertama dan sebagian akan diteruskan (transmitted) ke dalam medium kedua.
Jika medium kedua memiliki suara yang berbeda kecepatan daripada yang
pertama, arah propagasi akan berubah sebagai gelombang suara yang kedua;
fenomena ini disebut pembiasan (refraction). Bias juga dapat terjadi dalam satu
medium bila mengalami gradien spasial kecepatan suara.
Bias suara yang dihasilkan dari variasi spasial dalam kecepatan suara adalah salah
satu fenomena penting yang mempengaruhi propagasi (propagation) suara di air.
Kecepatan suara di laut terutama tergantung pada tekanan hidrostatik (yaitu,
kedalaman) dan suhu. Kecepatan suara meningkat dengan baik terhadap tekanan
hidrostatik dan suhu. Dalam air laut, suhu berpengaruh penting pada kecepatan
suara pada kedalaman kurang dari 300 m. Di bawah 1500 m, tekanan hidrostatik
merupakan faktor dominan karena suhu air relatif konstan. Variasi kecepatan suara
dengan kedalaman di laut disebut profil kecepatan suara (sound speed profile).
Walaupun sebenarnya variasi kecepatan suara kecil, adanya gradien kecepatan
suara di laut berdampak besar pada propagasi suara di laut dalam.
Diffraction, Scattering, and Reverberation
Prinsip difraksi gelombang suara dalam banyak cara sama seperti gelombang
cahaya. Mungkin Difraksi dianggap sebagai gelombang yang lentur dari gelombang
page 1 / 5
sriratih's blog | SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara)
Copyright Sri Ratih Deswati [email protected]
http://sriratih.staff.ipb.ac.id/2011/01/14/sound-propagation-perambatan-suara/
suara di sekitar hambatan. Contoh umum termasuk mendengar suara dari sumber
di sudut atas bangunan dan suara merambat melalui celah kecil di pintu atau
jendela yang tertutup .
Sebuah kendala atau inhomogeneity (misalnya, asap, partikel, atau gelembung
gas) dalam perjalanan gelombang suara menyebabkan hamburan (scattering) jika
suara sekunder menyebar keluar dari berbagai arah (Pierce, 1989). Hamburan mirip
dengan difraksi. Difraksi (diffraction) Biasanya digunakan untuk menggambarkan
suara membungkuk atau hamburan dari satu objek dan hamburan terjadi bila ada
beberapa objek.
Reverberation (gema) mengacu pada perpanjangan suara yang terjadi ketika
gelombang suara dalam ruang tertutup berulang kali tercermin (reflected) dari
batas-batas ruang, bahkan setelah sumber telah berhenti memancarkan.
Sound Attenuation and Transmission Loss
Sebagai gelombang suara yang melewati medium, intensitas menurun terhadap
jarak dari sumber suara. Fenomena ini dikenal sebagai atenuasi (attenuation) atau
rugi propagasi (propagation loss). Efek suara atenuasi bisa digambarkan dengan
menggunakan transmission loss (TL), yang didefinisikan sebagai:
(1)
di mana P (1) adalah tekanan suara pada jarak 1 m dari sumber dan P (r) adalah
suara tekanan pada jarak r (Kinsler et al, 1982.). Satuan propagation loss dB. P
ropagation loss berhubungan dengan source level (SL), didefinisikan sebagai SPL
yang dihasilkan oleh sumber suara pada jarak 1 m, dan tingkat menerima/ received
level (RL) di lokasi tertentu:
(2)
page 2 / 5
sriratih's blog | SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara)
Copyright Sri Ratih Deswati [email protected]
http://sriratih.staff.ipb.ac.id/2011/01/14/sound-propagation-perambatan-suara/
Pengaruh utama attenuation suara adalah:
- geometris penyebaran atau perbedaan dari gelombang suara yang merambat
jauh dari sumber,
- penyerapan suara (konversi energi suara menjadi panas),
- hamburan (scattering), difraksi (diffraction), interferensi multipath (multipath
interference), efek batas (boundary effects), dan lainnya nongeometrical efek
(Kinsler et al, 1982;. Urick, 1983).
Spreading Loss
Spreading loss atau divergence loss adalah efek geometri yang mewakili
melemahnya gelombang suara yang menyebar keluar dari sumber (Urick, 1983).
Penyebaran menggambarkan pengurangan tekanan suara yang disebabkan oleh
peningkatan luas permukaan sebagai meningkatnya jarak dari sumber suara.
Penyebaran Bola dan silinder adalah jenis umum spreading loss.
Sebuah titik sumber suara dalam medium, medium tanpa batas akan
memancarkan bola gelombang energi akustik yang menyebar keluar dari
sumbernya dalam bentuk bulat. Sebagai jarak dari peningkatan sumber,
meningkatkan luas permukaan energy akustik. Jika daya suara adalah tetap,
intensitas suara menurun terhadap jarak dari sumber (intensitas daya per satuan
luas). Luas permukaan bola adalah 4πr2, dimana r adalah jari-jari bola, sehingga
perubahan intensitas sebanding dengan kuadrat jari-jari. Untuk gelombang bulat, I
= P 2 / ρc
Sehingga tekanan berkurang sebagai kebalikan jarak. Prediksi ini dikenal sebagai
spherical spreading law. Transmission loss untuk spherical spreading adalah:
(3)
dimana r adalah jarak dari sumber. Hal ini setara dengan pengurangan 6 dB di SPL (
sound pressure level) untuk setiap dua kali lipat jarak dari sumber suara.
page 3 / 5
sriratih's blog | SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara)
Copyright Sri Ratih Deswati [email protected]
http://sriratih.staff.ipb.ac.id/2011/01/14/sound-propagation-perambatan-suara/
Dalam cylindrical spreading, gelombang bulat meluas dari sumber yang dibatasi
oleh batas atas dan batas yang lebih rendah dan berbentuk silinder. Dalam hal ini
gelombang suara mengembang berbentuk silinder dan transmission loss adalah:
(4)
Cylindrical spreading adalah pendekatan untuk propagasi gelombang pada suatu
saluran air yang diisi jauh lebih besar daripada kedalaman dimensi horizontal.
Cylindrical spreading memprediksi penurunan 3dB SPL untuk setiap dua kali lipat
jarak dari sumber.
Surface and Bottom Effects
Karena reflects dan scatters sound, permukaan laut memiliki pengaruh besar pada
propagasi suara bawah air, di mana baik sumber atau penerima berada di
kedalaman dangkal. Jika permukaan laut halus, tekanan suara yang dipantulkan
hampir sama dengan tekanan suara insiden. Namun, jika permukaan laut kasar,
amplitudo gelombang suara yang dipantulkan akan berkurang.
Untuk sumber suara tertentu, hubungan antara gelombang suara, yang menyebar
langsung dari sumber ke penerima, dan reflected wave tergantung pada kedalaman
sumber dan jarak ke penerima. Pada beberapa jarak reflected wave akan inphase
dengan gelombang langsung (bentuk gelombang digabungkan) dan pada jarak lain
dua gelombang akan keluar-dari-fase. Hal ini menghasilkan konstruktif dan
destruktif interferensi antara permukaan reflected wave suara dan menghasilkan
pola interferensi suara di bidang bawah air. Fenomena ini disebut Lloyd mirror
effect dan contohnya multipath propagation loss. Dalam hal ini bidang suara yang
dihasilkan berisi rangkaian bolak-balik maxima dan minima tekanan suara.
Bagian bawah permukaan laut adalah reflecting dan scattering surface, mirip
dengan permukaan laut. Interaksi suara dengan bagian bawah laut lebih kompleks,
terutama karena sifat akustik dasar laut lebih variabel dan bagian bawah sering
berlapis dan memiliki kepadatan kecepatan suara yang berbeda. Lloyd mirror effect
juga dapat diamati dari sumber suara yang terletak di dekat dasar laut. Untuk dasar
page 4 / 5
sriratih's blog | SOUND PROPAGATION (Perambatan Suara)
Copyright Sri Ratih Deswati [email protected]
http://sriratih.staff.ipb.ac.id/2011/01/14/sound-propagation-perambatan-suara/
yang "keras"seperti batu, gelombang akan tercermin sekitar fase gelombang
insiden. Dengan demikian, dekat dasar laut, insiden dan merefleksikan gabungan
tekanan suara, yang mengakibatkan tekanan suara meningkat dekat dasar laut.
page 5 / 5