MAKALAH FISIKA KELAS 12 : GELOMBANG BUNYI

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Gelombang adalah getaran yang merambat, baik melalui medium ataupun tidak melalui medium. Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti gelombang tali melalui tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium yang berarti bahwa gelombang tersebut dapat merambat melalui vakum ( hampa udara ) , seperti gelombang listrik magnet dapat merambat dalam vakum. Perambatan gelombang dalam medium tidak diikuti oleh perambatan media, tapi partikel-partikel mediumnya akan bergetar. Perumusan matematika suatu gelombang dapat diturunkan dengan peninjauan penjalaran suatu pulsa. Dilihat dari ketentuan pengulangan bentuk, gelombang dibagi atas gelombang periodik dan gelombang non periodik.

Berdasarkan sumber getarnya, tanpa disertai dengan medium perantaranya, gelombang dapat diklasifikasikan dalam dua kategori, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Bunyi merupakan gelombang mekanik yang dalam perambatannya arahnya sejajar dengan arah getarnya (gelombang longitudinal).

Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanis longitudinal. Hal ini berarti bahwa bunyi memerlukan medium untuk merambat. Medium perambatan bunyi dapat berupa zat padat ataupun fluida (zat alir, meliputi zat cair dan gas). Partikel-partikel bahan yang mentransmisikan sebuah gelombang seperti itu berosilasi di dalam arah penjalaran gelombang itu sendiri.

Ada suatu jangkauan frekuensi yang besar dimana dapat dihasilkan gelombang mekanis longitudinal dan gelombang bunyi adalah dibatasi oleh jangkauan frekuensi yang dapat merangsang telinga dan otak manusia kepada sensasi pendengaran. Jangkauan ini adalah kira- kira 20 siklus/ detik ( atau 20 Hz) sampai kira- kira 20.000 Hz dan dinamakan jangkauan suara yang dapat didengar (audible range).Persepsi manusia terhadap bunyi terkait dengan karakteristik bunyi yang dapat dirasakan. Secara umum ada dua karakteristik bunyi yang mampu dirasakan oleh manusia, yaitu keras–lemahnya bunyi dan tinggi rendahnya bunyi. keras–lemahnya bunyi terkait dengan amplitude dan energi gelombang bunyi tersebut.

1.2     Rumusan Masalah

1. Apa saja sifat-sifat bunyi?
2. Apa yang dimaksud dengan spektrum bunyi: fundamental dan harmonik?
3. Apa yang dimaksud dengan catatan irama?
4. Apa yang dimaksud dengan reproduksi bunyi dan kebisingan?

1.2     Tujuan Penulisan

Mengetahui pengertian tentang gelombang bunyi, sifat bunyi, dan spektrum bunyi dan penjelasannya.

1.3     Manfaat Penulisan

Menambah pengetahuan tentang ilmu fisika gelombang dan optik, khususnya mengenai gelombang bunyi yang diharapkan dapat mempermudah proses perkuliahan.

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1       Pengertian Gelombang Bunyi

Bunyi atau suara adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui medium, yang dihasilkan oleh getaran mekanis dan merupakan hasil perambatan energi. Sumber bunyi sebagai sumber getar memancarkan gelombang gelombang longitudinal ke segala arah.

Gelombang bunyi terdiri dari molekul-molekul udara yang tidak pernah merambat melainkan bergetar maju-mundur. Tiap saat, molekul-molekul itu berdesakan di beberapa tempat, sehingga menghasilkan wilayah tekanan tinggi, tapi di tempat lain merenggang, sehingga menghasilkan wilayah tekanan rendah. Gelombang bertekanan tinggi dan rendah secara bergantian bergerak di udara, menyebar dari sumber bunyi. Itulah alasannya mengapa Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal. Bunyi mengalami gejala gelombang seperti  interferensi, pemantulan, pembiasan dan difraksi. Bunyi merupakan gelombang mekanik karena hanya dapat merambat melalui medium (zat padat, cair atau gas) dan tidak dapat merambat dalam vakum.

Bunyi merambat di udara dengan kecepatan 1.224 km/jam. Bunyi akan merambat lebih lambat jika suhu dan tekanan udara lebih rendah. Di udara tipis dan dingin pada ketinggian lebih dari 11 km, kecepatan bunyi 1.000 km/jam. Di air, kecepatannya 5.400 km/jam,  jauh lebih cepat daripada di udara.

Adakalanya frekuensi yang didengar oleh pengamat mengalami perubahan sacara tiba-tiba manakala sumber bunyi (misal klakson mobil) bergerak mendekati atau menjauhi menurut pengamat yang diam. Fenomena ini dikenal sebagai Efek Doppler, yaitu perbedaan frekuensi yang diterima oleh pendengar dengan frekuensi asli sumber getarnya relatif antara  pendengar dan sumber bunyi. Bila kedudukan antara pengamat dan sumber saling mendekat, maka pengamat mendengar frekuensi yang lebih tinggi, dan bila kedudukannya saling menjauh maka pengamat mendengar frekuensi yang lebih rendah. Dan fenomena ini berhasil dijelaskan oleh fisikawan Christian Johann Doppler (1803-1855) pada tahun 1842.

2.2       Sifat Bunyi

Sebuah nada yang bercabang menghasilkan bunyi yang lemah dan tidak menarik. Hal ini dikarenakan cabang  tersebut bergetar seperti alat penghasil perubahan arus  listrik, menghasilkan gelombang sinus sederhana. Bunyi di buat oleh manusia dan alat musik yang lebih rumit, kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi atau puncak yang sama, tetapi bunyinya sangat berbeda. Gelombang yang rumit adalah gelombang yang dihasilkan dengan menggunakan prinsip darisuperposisi yang gelombang dari tambahan berbagai frekuensi.

Bentuk dari gelombang tergatung dari amplitude nisbi yang frekuensinya banyak. dalam istilah komidi musik , berbeda antara 2 gelombang yang disebut warna nada, corak nada, atau sifat nada

Sifat-sifat bunyi meliputi :

• Merambat membutuhkan medium
• Merupakan gelombang longitudinal
• Dapat dipantulkan

Karakteristik Bunyi ada beberapa macam antara lain  :

• Nada adalah bunyi yang frekuensinya teratur.
• Desah adalah bunyi yang frekuensinya tidak teratur.
• Warna bunyi adalah bunyi yang frekuensinya sama tetapi terdengar berbeda.
• Dentum adalah bunyi yang amplitudonya sangat besar dan terdengar mendadak.

Cepat rambat bunyi

Karena bunyi merupakan gelombang  maka bunyi mempunyai cepat rambat yang dipengaruhi oleh 2 faktor yaitu :

1. Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan partikel medium maka semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi merambat paling cepat pada zat padat.
2. Suhu medium, semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat bunyi merambat. Hubungan ini dapat dirumuskan kedalam persamaan matematis (v = v0 + 0,6.t) dimana v0 adalah cepat rambat pada suhu nol derajat dan t adalah suhu medium.

BUNYI PANTUL

Bunyi pantul dibedakan menjadi 3 macam yaitu :

1. Bunyi pantul memperkuat bunyi asli yaitu bunyi pantul yang dapat memperkuat bunyi asli. Biasanya terjadi pada keadaan antara sumber bunyi dan dinding pantul jaraknya tidak begitu jauh (kurang dari 10 meter).
2. Gaung adalah bunyi pantul yang terdengar hampir bersamaan dengan bunyi asli. Biasanya terjadi pada jarak antara 10 sampai 20 meter.
3. Gema adalah bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli. Biasanya terjadi pada jarak lebih dari 20 meter

Perbedaan antara Nada dengan Desah, Nada adalah bunyi yang mempunyai frekuensi teratur sedangkan Desah adalah bunyi yang mempunyai frekuensi tidak teratur.

2.3       Macam-Macam Gelombang Bunyi

Menurut Ruwanto(2007)menuyimpulkan bahwa,”gelombang bunyi dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu gelombang infrasonik, gelombang audio (audiosonik) dan gelombang ultrasonik”.

1. Gelombang Infrasonik

Gelombang infrasonik adalah gelombang bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz. Gelombang ini tak dapat dideteksi oleh telinga manusia. sebagai contoh sumber-sumber gelombang infrasonic yaitu gempa bumi ( aktivitas seismik ) dan aktivitas gunung berapi (aktivitas vulkanik ). Gelombang infrasonik dari aktivitas seismik ataupun vulkanik juga mampu dideteksi oleh binatang – binatang di sekitarnya. Oleh karena itu biasanya sebelum terjadinya bencana berupa gunung meletus ataupun gempa bumi, binatang-binatang itu lebih dulu bermigrasi atau berpindah dari lokasi tersebut. Meskipun tak mampu mendeteksinya, ternyata manusia memiliki reaksi tertentu terhadap adanya gelombang infrasonic. Beberapa penelitian para ahli menunjukkan bahwa seseorang yang berada di sekitar gelombang infrasonik akan cenderung merasa cemas, gelisah, ngeri dan merasakan sesuatu keanehan emosi.

Contoh Soal :

Sebuah gelombang pada permukaan air dihasilkan dari suatu getaran yang frekuensinya 30 Hz. Jika jarak antara puncak dan lembah gelombang yang berturutan adalah 50 cm, hitunglah cepat rambat gelombang tersebut!

Penyelesaian :

Diketahui : f = 30 Hz , ½ λ = 50 cm

λ = 100 cm = 1 m

Ditanya : v = ..?

Jawab : v = λ.f = 1.30 = 30 m/s

2. Gelombang audio

Gelombang audio merupakan gelombang bunyi yang frekuensinya 20 Hz hingga 20.000 Hz. Gelombang audio ini misalnya dihasilkan oleh alat musik, percakapan, tumbukan antar benda, serta semua getaran bunyi yang bunyinya mampu didengar manusia.

3. Gelombang ultrasonik

Gelombang ultrasonik merupakan gelombang bunyi dengan frekuensi diatas 20.000 Hz. Gelombang bunyi ini juga tak mampu terdengar oleh manusia. Beberapa binatang mampu mendeteksi gelombang ultrasonic ini, seperti, anjing, tikus, lumba-lumba dan kelelawar. Ada banyak manfaat gelombang ultrasonic misalnya di bidang medis dan industry. Di bidang medis gelombang ini dapat digunakan untuk mencitrakan janin yaitu dengan ultrasonografi (USG ) dan juga untuk membersihkan gigi. Di bidang industri , gelombang ini dapat digunakan untuk melakukan uji tak rusak atau Non Destructive Testing (NDT)

2.4       Layangan Bunyi

Efek layangan yaitu fenomena yang terjadi jika dua gelombang itu mempunyai amplitude yang sama tetapi frekuensinya berbeda sedikit. Hal ini misalnya terjadi pada dua garpu tala yang frekuensinya sedikit berbeda yang dibunyikan bersama-sama. Dan apabila dua deretan gelombang yang frekuensinya sama berjalan sepanjang garis yang sama di dalam arah-arah yang berlawanan maka gelombang tegak akan dibentuk sesuai dengan prinsip superposisi.

Prinsip superposisi yang sama akan memimpin kita ke suatu jenis interferensi yang lain, yang dapat kita namakan interferensi di dalam waktu. Interferensi seperti ini terjadi bila dua deret gelombang yang frekuensinya berbeda sedikit berjalan di dalam arah yang sama. Dengan bunyi maka kondisi seperti itu terdapat bila, misalnya dua kunci piano yang berdekatan dipukul pada waktu bersamaan.

2.5       Sumber Gelombang Bunyi

Sumber gelombang bunyi adalah sesuatu yang bergetar. Hampir semua benda yang bergetar menimbulkan bunyi. Misalnya dawai gitar atau biola tampak bergetar sewaktu dibunyikan. Bunyi yang dihasilkan oleh getaran dawai menyerupai superposisi dari gelombang- gelombang sinusoidal berjalan. Gelombang berdiri pada dawai dan gelombang bunyi yang merambat di udara mempunyai kandungan harmonik (tingkatan di mana terdapat frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi dasar) yang serupa. Kandungan harmonik bergantung pada cara dawai itu digetarkan.

2.6       Resonansi

Resonansi merupakan keadaan yang terjadi pada suatu benda ketika pada benda itu datang gaya periodik yang frekuensinya sama dengan frekuensi alamiah benda tersebut. Akibat keadaan resonansi, benda akan bergetar dengan amplitudo terbesar yang mungkin dapat terjadi karena gaya periodik itu. Resonansi dapat juga berarti bergetarnya suatu benda karena getaran benda lain. Fenomena resonansi dapat juga ditunjukkan dengan gelombang longitudinal (bunyi) dapat ditimbulkan oleh garpu tala. Resonansi memegang peranan penting dalam instrument musik. Dawai tidak dapat menghasilkan nada yang nyaring jika tidak dilengkapi dengan ruang resonansi. Ruang resonansi ini dapat beresonansi dengan dawai yang bergetar di dekatnya. Tanpa ruang resonansi, gitar dan biola tidak akan menghasilkan nada yang nyaring dan merdu.

Sumber pada terompet adalah getaran bibir peniupnya. Jika terompet tidak dilengkapi dengan ruang resonansi yang berupa pipa dengan bentuk tertentu, getaran bibir saja tidak akan menghasilkan nada yang nyaring dan merdu. Instrumen musik gamelan juga menggunakan ruang resonansi yang terletak di bagian bawah. Demikian juga angklung bambu yang sangat terkenal dari jawa barat.

2.7       Efek Doppler pada Bunyi

Bila seorang pendengar bergerak menuju sebuah sumber bunyi yang stasioner, maka titi nada (frekuensi) bunyi yang terdengar adalah lebih tinggi daripada bila pendengar tersebut berada di dalam keadaan diam. Bila pendengar bergerak menjauhi sumber stationer tersebut, maka dia akan mendengarkan titi nada yang lebih rendah daripada bila pendengar tersebut berada di dalam keadaan diam. Doppler (1842) menyatakan bahwa “sumber dan pengamat bergerak sepanjang garis yang menghubungkan sumber dan pengamat medium melalui dimana bunyi berjalan. Untuk menganalisis Efek Doppler pada gelombang bunyi, kita perlu menentukan hubungan antara pergeseran frekuensi, kecepatan sumber dan kecepatan pendengar relatif terhadap medium (biasanya udara) yang dilalui gelombang bunyi tersebut. Dengan demikian seorang pengamat yang bergerak menuju sumber bunyi yang diam akan mendengar frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi sumber bunyi yang sebenarnya Sebaliknya seseorang pengamat yang bergerak menjauhi sumber bunyi akan mendengar frrekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi sumber bunyi yang sebenarnya.

Efek Doppler adalah efek yang penting di dalam cahaya. Laju cahaya begitu besar sehingga hanya sumber astronomik atau sumber atomik , yang mempunyai kecepatan- kecepatan tinggi dibandingkan dengan sumber makroskopik bumi, yang memperlihatkan efek Doppler yang sangat nyata. Efek astronomik terdiri dari pergeseran panjang gelombang yang diamati dari cahaya yang dipancarkan oleh elemen-elemen yang ada pada elemen astronomik yang bergerak dibandingkan terhadap panjang gelombang yang diamati dari elemen- elemen yang sama ini di bumi.

Konsekuensi dari efek Doppler yang mudah diamati adalah pelebaran (penyebaran frekuensi) radiasi yang dipancarkan dari gas-gas yang panas. Pelebaran ini berasal dari kenyataan bahwa atom-atom atau molekul-molekul yang memancarkan cahaya bergerak di dalam semua arah dan laju yang berbeda-beda relatif terhadap alat pengamat sehingga penyebaran frekuensi akan dideteksi

2.8       Pemanfaatan Gelombang Bunyi

Beberapa pemanfaatan gelombang bunyi:

1. Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut serta lokasi dan jarak objek dalam air gelombang Bunyi yang digunakan adalah ultrasonik.
2. Digunakan untuk mendeteksi janin dalam rahim, biasanyamenggunakan bunyi infrasonik.
3. Digunakan mendeteksi keretakan suatu logam dan lain-lain.
4. Diciptakannya Pengeras Suara termasuk manfaat dari bunyi audiosonik.
5. Digunakan utuk kita mendengar suara, musik dan untukmemperlancar komunikasi.
6. Menentukan jarak dari sesuatu tempat.
7. Pemecahan batu karang dalam usus

Manfaat gelombang bunyi (gelombang ultrasonic)

1. Pemanfaatan untuk Sonar (Sound Navigation Ranging)

Sonar merupakan suatu teknik yang digunakan untuk menentukan letak benda di bawah laut dengan menggunakan metode pantulan gelombang. Pantulan gelombang oleh suatu permukaan atau benda sehingga jenis gelombang yang lebih lemah terdeteksi tidak lama setelah gelombang asal disebut gema. Gema merupakan bunyi yang terdengar tidak lama setelah bunyi asli. Perlambatan antara kedua gelombang menunjukkan jarak permukaan pemantul.

Penduga gema (echo sounder) ialah peralatan yang digunakan untuk menentukan kedalaman air di bawah kapal. Kapal mengirimkan suatu gelombang bunyi dan mengukur waktu yang dibutuhkan gema untuk kembali, setelah pemantulan oleh dasar laut. Selain kedalaman laut, metode ini juga dapat digunakan untuk mengetahui lokasi karang, kapal karam, kapal selam, atau sekelompok ikan.

2. Pencitraan Medis

Bunyi ultrasonik digunakan dalam bidang kedokteran dengan menggunakan teknik pulsa-gema. Teknik ini hampir sama dengan sonar. Pulsa bunyi dengan frekuensi tinggi diarahkan ke tubuh, dan pantulannya dari batas atau pertemuan antara organ-organ dan struktur lainnya dan luka dalam tubuh kemudian dideteksi. Dengan menggunakan teknik ini, tumor dan pertumbuhan abnormal lainnya, atau gumpalan fluida dapat dilihat. Selain itu juga dapat digunakan untuk memeriksa kerja katup jantung dan perkembangan janin dalam kandungan. Informasi mengenai berbagai organ tubuh seperti otot, jantung, hati, dan ginjal bisa diketahui.

Frekuensi yang digunakan pada diagnosis dengan gelombang ultrasonik antara 1 sampai 10 MHz, laju gelombang bunyi pada jaringan tubuh manusia sekitar 1.540 m/s, sehingga panjang gelombangnya adalah:

λ = v/f = (1.540 m/s) / (10⁶ s^-1) = 1,5 × 10^-3 = 1,5 mm.

Panjang gelombang ini merupakan batas benda yang paling kecil yang dapat dideteksi. Makin tinggi frekuensi, makin banyak gelombang yang diserap tubuh, dan pantulan dari bagian yang lebih dalam dari tubuh akan hilang.

Pencitraan medis dengan menggunakan bunyi ultrasonik merupakan kemajuan yang penting dalam dunia kedokteran. Metode ini dapat menggantikan prosedur lain yang berisiko, menyakitkan, dan mahal. Cara ini dianggap tidak berbahaya.

3. Terapi Medis menggunakan Bunyi Ultrasonik

Dalam dunia kedokteran, gelombang ultrasonik digunakan dalam diagnosa dan pengobatan. Diagnosa dengan menggunakan gelombang ultrasonik berupa USG (ultrasonografi), dapat digunakan untuk mengetahui janin di dalam kandungan. Pengobatan meliputi penghancuran jaringan yang tidak diinginkan dalam tubuh, misalnya batu ginjal atau tumor, dengan menggunakan gelombang ultrasonik berintensitas tinggi (setinggi 107 W/m²) yang kemudian difokuskan pada jaringan yang tidak diinginkan tersebut. Selain itu bunyi ultrasonik juga digunakan untuk terapi fisik, yaitu dengan memberikan pemanasan lokal pada otot yang cedera.

4. Penerapan dalam Bidang Industri

Dalam dunia industri, dengan menggunakan bor-bor ultrasonik dapat dibuat berbagai bentuk atau ukuran lubang pada gelas dan baja.

5. Mengetahui Keadaan Bagian dalam Bumi

Pergeseran tiba-tiba segmen-segmen kerak bumi yang dibatasi zona patahan dapat menghasilkan gelombang seismik. Ini memungkinkan para ahli geologi dan geofisika untuk memperoleh pengetahuan tentang keadaan bagian dalam Bumi dan membantu mencari sumber bahan bakar fosil baru. Ada empat tipe gelombang seismik, yaitu gelombang badan P, gelombang badan S, gelombang permukaan Love, dan gelombang permukaan Rayleigh.

Alat yang digunakan untuk mendeteksi gelombang-gelombang ini disebut seismograf, yang biasanya digunakan untuk mendeteksi adanya gempa bumi. Seperti semua gelombang, laju gelombang seismik bergantung pada sifat medium, rigiditas, ketegaran, dan kerapatan medium. Grafik waktu perjalanan dapat digunakan untuk menentukan jarak stasiun seismograf dari episenter gempa bumi.

BAB 3

PENUTUP

3.1.    Kesimpulan

Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik longitudinal. Gelombang bunyi dikelompokkan menjadi 3, yaitu gelombang infrasonik, gelombang audio dan gelombang ultrasonik. Gelombang infrasonic adalah gelombang yang frekuensinya kurang dari 20 Hz. Gelombang ini tidak dapat didengar oleh manusia. Gelombang audio adalah gelombang yang dapat didengar oleh manusia. Gelombang ini memiliki frekuensi antara 20 Hz hingga 20 KHz. Gelombang ultrasonic adalah gelombang yang berfrekuensi lebih dari 20 KHz. gelombang ini tak dapat didengar manusia.

Karakteristik bunyi dicirikan oleh keras dan tingginya bunyi. Keras lemahnya bunyi tergantung pada besar kecilnya amplitude gelombang bunyi itu. Gelombang bunyi dapat dipantulkan (mengalami refleksi),dibiaskan, dilenturkandan diserap. Seperti gelombang pada umumnya , gelombang bunyi juga mengalami interferensi. Layangan bunyi terjadi jika dua bunyi beramplitudo sama dan hampir sama frekuensinya bergabung, satu layangan didefinisikan sebagai dua bunyi lemah atau dua bunyi kuat. Efek Doppler pada gelombang bunyi terjadi jika ada gerak relative antara pendengar dan sumber bunyi.

3.2.       Saran

1. Untuk pembaca dapat menambah dapat menambah wawasan dan bisa memberikan kritik membangun bagi penulis.
2. Untuk lembaga pendidikan diharap agar bisa menerapkan dalam pembelajaran.
3. Untuk lembaga penelitian diharapkan bisa menghasilkan penemuan yang lebih baik

Bagikan Artikel ini