Gelombang Bunyi

Bunyi merupakan suatu rangsangan yang di-rasakan alat pendengaran. Sedangkan Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang terjadi karena adanya rapatan dan renggangan medium baik gas, cair, maupun padat . Gelombang bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar sehingga menyebabkan gangguan kerapatan pada medium. Gangguan ini berlangsung melalui interaksi molekul- molekul medium sepanjang arah perambatan gelombang. Adapun molekul hanya bergetar ke depan atau ke belakang di sekitar posisi kesetimbangan, Tetapi, tidak semua getaran menghasilkan bunyi. Contohnya ketika kita menjatuhkan benda yang ringan, misalnya sesobek kertas di atas lantai.

B. SIFAT-SIFAT GELOMBANG BUNYI

     Bunyi sebagai gelombang mempunyai sifat-sifat sama dengan sifat-sifat dari gelombang. Dengan          demikian sifat- sifat bunyi yaitu:

   1.Dapat dipantulkan (refleksi)

       Bunyi dapat dipantulkan terjadi apabila bunyi mengenai permukaan benda yang keras, seperti permukaan dinding batu, semen, besi, kaca dan seng.

Contoh : Suara kita yang terdengar lebih keras di dalam gua akibat dari pemantulan bunyi yang mengenai dinding gua.

2.Dapat dibiaskan (refraksi)

     Refraksi adalah pembelokan arah lintasan gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda.

Contoh : Pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari karena pembiasan gelombang bunyi.

3.Dapat dipadukan (interferensi)

Interferensi adalah sampainya dua buah sumber bunyi yang koheren ke telinga kita.
Contoh : Dua pengeras suara yang dihubungkan pada sebuah generator sinyal (alat pembangkit frekuensi audio) dapat berfungsi sebagai dua sumber bunyi yang koheren.

4.Dapat dilenturkan (difraksi)

Difraksi adalah peristiwa pelenturan gelombang bunyi ketika melewati suatu celah sempit.

Contoh : Kita dapat mendengar suara orang diruangan berbeda dan tertutup, karena bunyi melewati celah-celah sempit yang bisa dilewati bunyi.

C. SYARAT- SYARAT TERDENGARNYA BUNYI

Bunyi terdengar, jika terpenuhi tiga syarat, yaitu:

1.Sumber bunyi
Sumber bunyi adalah semua benda yang bergetar dan menghasilkan suara merambat melalui medium atau zat perantara sampai ketelinga.

Contohnya berbagai alat musik, seperti gitar, biola, piano, drum, terompet, dan seruling.
Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. Hal-hal yang membuktikan bahwa bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar adalah : Ujung penggaris yang digetarkan menimbulkan bunyi.
Pada saat berteriak, jika leher kita dipegangi akan terasa bergetar.Dawai gitar yang dipetik akan bergetar dan menimbulkan bunyi.Kulit pada bedug atau gendang saat dipukul tampak bergetar.

2.Medium

Medium adalah zat perantara tempat merambatnya bunyi. Contohnya udara, air, dan kayu. Tanpa medium perantara bunyi tidak dapat merambat sehingga tidak akan terdengar. Berdasarkan penelitian, zat padat merupakan medium perambatan bunyi yang paling baik dibandingkan zat cair dan gas.

3.Pendengar

Berdasarkan frekuensinya, gelombang bunyi dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:
a. Gelombang infrasonik, yaitu gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi di bawah 20 Hz. Binatang yang bisa mendengar bunyi infrasonik diantaranya: anjing, jangkrik, angsa, dan kuda.
b. Gelombang audiosonik, yaitu gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi antara 20 Hz sampai 20.000 Hz. Yang bisa mendengar bunyi audiosonik diantaranya adalah manusia.
c. Gelombang ultrasonik, yaitu gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi diatas 20.000 Hz. Binatang yang bisa mendengar bunyi ultrasonik diantaranya adalah kelelawar dan lumba-lumba.

D. ISTILAH – ISTILAH DALAM BUNYI

1.Nada adalah bunyi yang frekuensinya teratur, misalnya bunyi berbagai alat musik.
2.Desah adalah bunyi yang frekuensinya tidak teratur, misalnya bunyi daun tertiup angin dan bunyi gemuruh ombak.
3.Warna bunyi (timbre) adalah Dua nada yang mempunyai frekuensi sama tetapi bunyinya berbeda, misalnya : nada yang dihasilkan oleh piano dan gitar, seruling dan terompet, atau suara laki-laki dan suara perempuan.
4.Dentum adalah bunyi yang berlangsung sangat singkat tetapi kadang-kadang sangat kuat, misalnya : bunyi meriam, senapan, dan bom.

E. CEPAT RAMBAT GELOMBANG BUNYI

Bunyi merambat dengan kecepatan berbeda, bergantung pada medium yang dilaluinya. Secara umum, gelombang bunyi dalam suatu medium menjalar dengan laju:

v= √((modulus kekenyalan medium)/(kerapatan medium))

a. Cepat Rambat Gelombang Bunyi pada Gas
Adapun pada medium gas misalnya udara, laju bunyi dirumuskan:

Keterangan:
v = laju gelombang bunyi (m/s)
γ = konstanta laplace
R = tetapan gas ideal (8,314 J/ mol. K)
T = suhu mutlak gas (K)
M = massa molar gas (untuk udara bernilai 29×103 kg/mol)

b. Cepat Rambat Gelombang Bunyi pada Fluida
Laju gelombang bunyi dalam fluida dirumuskan dengan:

Keterangan:
v = laju gelombang bunyi (m/s)
B = modulus Bulk (Pa)
ρ = massa jenis fluida (kg/ m3)

c. Cepat Rambat Gelombang Bunyi pada Zat Padat
Pada medium zat padat, misalnya besi, laju bunyi dirumuskan sebagi berikut:

F. EFEK DOPPLER

Istilah Efek Doppler diambil dari nama seorang fisikawan Austria, Christian Johanm Doppler. Efek Doppler adalah peristiwa berubahnya frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar karena adanya perubahan jarak (gerak relatif) antara sumber bunyi dan pendengar. Misalnya ketika Anda naik bis dan berpapasan dengan bis lain yang sedang membunyikan klakson, maka akan terdengar suara yang lebih tinggi, berarti frekuensinya lebih besar dan sebaliknya ketika bis menjauhi anda, bunyi klakson terdengar lebih rendah, karena frekuensi bunyi yang didengar berkurang.

Frekuensi bunyi yang diterima pendengar lebih besar dari pada frekuensi sumbernya jika jarak antara sumber dan pendengar semakin dekat. Sebaliknya, frekuensi bunyi yang diterima pendengar lebih kecil dari pada frekuensi sumbernya jika jarak antara sumber dan pendengar semakin jauh.
Secara matematis, frekuensi yang diterima pendengar memenuhi persamaan:

Keterangan:
fp = frekuensi bunyi yang diterima pendengar (Hz)
fs = frekuensi bunyi yang dipancarkan sumber (Hz)
V = cepat rambat bunyi (m/s)
Vp= kecepatan pendengar (m/s)
Vs = kecepatan sumber bunyi (m/s)

Dari persamaan tadi, Vp dan Vs dapat bernilai positif atau negatif dengan ketentuan sebagai berikut:
a.Jika sumber bunyi atau pendengar tidak bergerak (diam) nilai dan selalu sama dengan nol.
b.Nilai positif jika pengamat mendekati sumber. Sebaliknya, bernilai negatif jika pengamat menjauhi sumber.
c.Nilai positif jika sumber menjauhi pengamat. Sebaliknya, bernilai negatif jika sumber mendekati pengamat.

G. FENOMENA DAWAI DAN PIPA ORGANA

a. Dawai

Seutas dawai atau senar yang kedua ujungnya terikat jika digetarkan akan membentuk gelombang stasioner. Getaran ini akan menghasilkan bunyi dengan nada tertentu, bergantung pada jumlah gelombang yang terbentuk pada dawai tersebut. Pola gelombang stasioner ketika terjadi nada dasar (harmonik pertama), nada atas pertama ( harmonik kedua), dan nada atas kedua (harmonik ketiga) adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

Frekuensi nada yang dihasilkan bergantung pada pola gelombang yang terbentuk pada dawai. Berdasarkan gambar diatas, panjang gelombang nada dasar, nada dasar pertama, dan nada dasar kedua berturut- turut 2L, L, dan 2/3L. Secara umum, ketiga panjang gelombang tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan:

λn= 2L/(n+1)

Dengan demikian, frekuensi nada yang dihasilkan dawai memenuhi persamaan:

keterangan :
fn = frekuensi nada ke- n (Hz)
v = cepat rambat gelombang dalam dawai,
L = panjang dawai
Nilai n = 0, 1, 2, …, yaitu bilangan yang menyatakan nada dasar, nada atas pertama, nada atas kedua, dan seterusnya.
Kecepatan rambat gelombang pada tali (dawai) memenuhi persamaan:

Menurut Mersenne, frekuensi dawai yang bergetar bergantung pada beberapa faktor, yaitu:
a. Panjang dawai, semakin pendek dawai semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
b. Tegangan dawai, semakin tegang dawai, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
c. Massa jenis bahan dawai, semakin besar massa jenis bahan dawai, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.
d. Penampang dawai, semakin besar luas penampang dawai, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.

b. Pipa organa

Resonansi adalah bergetarnya suatu benda akibat benda lain yang bergetar. Contohnya peristiwa pada saat gitar dipetik, udara yang ada dalam ruangan pada bagian gitar tersebut turut bergetar dengan frekuensi uang sama dengan frekuensi getaran dawai. Resonansi menghasilkan pola gelombang stasioner yang terdiri atas perut dan simpul gelombang dengan panjang gelombang tertentu.
Contoh lain peristiwa resonansi adalah pada pipa organa. Ada dua jenis pipa organa, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup.

1) Pipa organa terbuka
Apabila pipa organa ditiup maka udara- udara dalam pipa akan bergetar sehingga menghasilkan bunyi. Gelombang yang terjadi merupakan gelombang longitudinal. Pola gelombang stasioner yang terjadi pada nada dasar, nada atas pertama, dan nada atas kedua adalah seperti pada gambar dibawah ini. (Prinsip)

Pola nada berikutnya merupakan penambahan setengah gelombang dari pola sebelumnya dengan panjang pipa tetap.
Dari gambar diatas, panjang gelombang nada dasar, nada atas pertama, dan nada atas kedua berturut- turut 2 L, L , dan 2/3 L. Sama dengan pada adawai, ketiga panjang gelombang ini dapat dinyatakan dengan persamaan:

λn= 2L /(n+1)

2) Pipa organa tertutup
Pola gelombang pada pipa organa tertutup adalah :

Dari gambar diatas. Panjang gelombang nada dasar, nada atas pertama dan nada atas kedua berturut- turut 4L, 4/3 L, dan 4/5 L. Secara umum diperoleh :

λn= 4L/(2n+1)

H. INTENSITAS DAN TARAF INTENSITAS

a.Intensitas bunyi

Intensitas bunyi adalah daya rata- rata per satuan luas yang datang tegak lurus arah rambatan. Gelombang merupakan rambatan energi getaran. Jika ada gelombang tali berarti energinya dirambatkan melalui tali tersebut. Bunyi di rambatkan dari sumber ke pendengar melalui udara. Yang menarik bahwa bunyi disebarkan dari sumber ke segala arah.
Jika seseorang berdiri berjarak R dari sumber akan mendengar bunyi maka bunyi itu telah tersebar membentuk luasan bola dengan jari- jari R. Berarti energi yang diterima pendengar itu tidak lagi sebesar sumbernya. Sehingga dapatlah dihitung besarnya intensitas bunyi tersebut. Secara matematis dapat dituliskan :

keterangan :
I = intensitas bunyi (W/ m2)
P = daya sumber bunyi (W)
A = luas (m2)

Jika sumber bunyi memancarkan bunyi secara isotropik (menyebar ke segala arah sama rata), luas yang dimaksud sama dengan luas permukaan bola, yaitu:

b.Taraf intesitas bunyi
Taraf intensitas bunyi adalah perbandingan logaritmik antara intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran.
Taraf intensitas bunyi dinyatakan dalam desibel (dB), secara matematis ditulis :

keterangan :
TI = taraf intensitas (dB)
I = intensitas (watt/m2)
Io = intensitas ambang pendengar (10-12 watt/m2)