dasar dasar akustik

KONSEP DASAR GELOMBANG

DI SUSUN
OLEH:
Kelompok 2
Atik Hendika Lyusta 08091005018
Herni Tri Nopiyanti 08091005023
Jossia A.H. Sitinjak 08091005015
Rifki Pramada 08091005013
Sony Heron 08091005028

Dosen Pengampu : Dr. Fauziyah
PROGRAM STUDI ILMU KELAUTAN
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SRIWIJAYA
INDRALAYA
2011
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkatNyalah kami dapat menyelesaikan makalah ini yang berjudul Konsep Dasar Gelombang. Dimana sekarang ini gelombang, terutama gelombang suara sering menjadi faktor utama dalam mendukung perkembangan teknologi.
Gelombang adalah bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium. Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya. Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan bukit (gelombang tranversal) atau menhitung jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan (gelombang longitudinal).
Dengan mempelajari konsep dasar gelombang, yang termasuk di dalamnya proses pembentukan gelombang, persamaan gelombang, kecepatan suara, dispersi, superposisi dua gelombang, intensitas suara, dan tekanan suara, diharapkan mampu memahami apa gelomabang itu sendiri dan mampu mengaplikasikannya dalam bidang akustik. Oleh karena itu dengan adanya makalah ini diharapkan kita dapat lebih memahami bagaimana cara memahami karakteristik dan sifat-sifat gelombang sebagai langkah awal dalam mempelajari bidang ilmu akustik. Makalah ini tentunya jauh dari kesempurnaan maka dari itu apabila terdapat kesalahan kami mohon maaf dan semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi semua pembacanya.



Indralaya, Maret 2011


Tim Penulis






DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR …………………………………………........................................i
DAFTAR ISI ………………………………………………………..................................ii
BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................................1
1.1. Latar Belakang ................................................................................................1
1.2. Tujuan .............................................................................................................2
1.3. Manfaat ...........................................................................................................3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................4
2.1. Definisi Gelombang ........................................................................................4
2.2. Sifat Umum Gelombang .................................................................................6
2.3. Konsep Dasar Gelombang ..............................................................................7
2.3.1. Pembentukan Gelombang ............................................................................7
2.3.2. Persamaan Gelombang ................................................................................9
2.3.3. Kecepatan Suara, Dispersi, dan Superposisi Dua Gelombang ...................13
2.3.4. Tekanan Suara dan Intensitas Suara ...........................................................18
2.4. Aplikasi dan Pemanfaatan Gelombang Suara ...............................................23
BAB III. KESIMPULAN …………………………………………………………..…….26
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................27














BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi turut mendorong terciptanya alat pengirim dan penerima informasi yang mempunyai cara kerja dengan mengirim atau menerima gelombang. Tanpa disadari setiap makhluk hidup di bumi ini hidup dalam lautan gelombang. Sinar matahari, sinar kosmis yang setiap saat menghujani bumi, suara bising di jalan, sampai gelombang radio dari seluruh pemancar di seluruh dunia, berkelebatan tak henti – hentinya di sekitar makhluk hidup di bumi ini. Sayangnya hanya sedikit gelombang yang dapat terlihat oleh mata manusia secara langsung. Bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang merambat secara perapatan dan perenggangan terbentuk oleh partikel zat perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran. Apabila sebuat senar gitar kita petik maka akan terjadi getaran pada senar gitar yang menimbulkan bunyi. Jika senar dawai gitar tersebut kita pegang, maka getaran dan bunyi pada senar akan hilang.
Dalam sehari-hari Anda sering berhadapan dengan fenomena bunyi. Misalnya, Anda suka mendengar musik, Anda senang memperhatikan seseorang bermain gitar, seruling, terompet dan sebagainya. Peristiwa yang berkaitan dengan musik lainnya seperti Anda senang menonton konser. Ada kalanya Anda ketakutan terhadap bunyi, misalnya suara ledakan, pertir, dan sebagainya. Beberapa fenomena bunyi sering muncul pertanyaan-pertanyaan, misalnya, apakah bunyi terdengar paling bagus di ruang hampa? Di samping itu, kalau kita perhatikan di geung-gedung bioskop atau pada gedung konser, mengapa pada gedung tersebut dipasang peredam suara? Berkaitan dengan bunyi pula, mengapa kelelawar terbang malam tanpa menabrak? Mengapa bunyi petir pada malam hari terdengar lebih keras daripada siang hari?
Terhadap pertanyaan-pertanyaan tersebut orang sering menanggapi sebagai berikut. Kecepatan bunyi paling cepat adalah di ruang hampa karena tidak ada penghalang sehingga bunyi bebas saja lewat. Demikian pula terhadap pendengaran bunyi akan paling bagus pada ruang hampa karena tak ada penghalang. Pada gedung konser sering dipasang alat peredam suara dengan tujuan suara dari penyanyi agar merdu dan nyaring. Tehadap pertanyaan kelelawar yang terbang malam hari tak menabrak karena penglihatannya sangat tajam sehingga dapat melihat penghalang di depannya sangat cepat. Terhadap pertanyyan petir yang keras di malam hari karena pada waktu malam hari tidak ada aktivitas, suasana menjadi sepi sehingga kalau ada petir akan kedengaran sangat keras dibandingkan dengan siang hari.
Pikiran-pikiran atau tanggapan tersebut adalah miskonsepsi. Secara lebih rinci, berikut disajikan konsep ilmiah, konsep-konsep esensial dan strategis berkaitan dengan bunyi sebagai gelombang (Suwanto, 2008).
Pikirkan sejenak tentang partikel-partikel dari mana udara dibuat. Di mana partikel-partikel ini padat, tekanan udara bertambah, di mana partikel-partikel jarang, tekanan berkurang. Gejala yang disebarkan oleh perubahan tekanan ini disebut sebagai gelombang suara. Suatu gelombang suara memancar dengan kecepatan suara dengan gerakan seperti gelombang. Jarak antara dua titik geografis (yaitu dua titik di antara mana tekanan suara maksimum dari suatu suara murni dihasilkan) yang dipisahkan hanya oleh satu periode dan yang menunjukkan tekanan suara yang sama dinamakan "gelombang suara", yang dinyatakan sebagai (m). Gerakan gelombang transfer energi dari satu titik ke titik lainnya, seringkali tanpa perpindahan tetap partikel medium-yaitu, dengan sedikit atau tidak ada transportasi massal yang terkait. Salah satu jenis gelombang adalah gelombang mekanik, yang menyebar melalui media di mana substansi media ini cacat.
Dengan mengetahui segala aspek gelombang, baik itu proses pembentukannya, perambatannya, serta karakteristik gelombang suara, maka dengan mudahnya kita bisa mengaplikasikan dan mengimplementasikan seluruh aspek dan karaktersitik gelombang pada sistem akustik. Akustik pasti akan selalu beriringan dengan gelombang, tanpa gelombang akustik tidak bisa disebut akustik. Oleh karena itu, pengaruh gelombang sangat berarti dan mempunyai manfaat yang luar biasa dalam perkembangan dunia teknologi yang semakin mumpuni seperti sekarang ini. Selain itu, pengaruh gelombang dalam pendukung teknologi sangat berpengaruh besar. Tidaklah lengkap jika gelombang tidak dikaitkan dengan aspek teknologi. Oleh karena itu, sangat penting dalam mempelajari dan memahami konsep dasar gelombang (Hakim, 2009).

1.2 Tujuan
- Untuk mengetahui karakteristik gelombang, terutama gelombang suara dalam peranannya dalam bidang akustik.
- Memahami mekanisme kerja gelombang dan proses-proses terjadinya gelombang.
- Menginformasikan tentang konsep dasar gelombang.
- Mengetahui tentang kecepatan suara, dispersi, superposisi dua gelombang, tekanan udara, dan intensitas udara yang mempengaruhi suatu sistem akustik.
- Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum dan penerapannya dalam kehidupan sehari.

1.3 Manfaat
- Mampu mendeskripsikan konsep dasar gelombang beserta segala aspek-aspeknya.
- Mampu memahami karakteristik gelombang dan sifat-sifat gelombang sebagai dasar dalam mempelajari akustik.
- Mampu menjelaskan proses pembentukan gelombang, kecepatan suara, dispersi, superposisi dua gelombang, intensitas suara, dan tekanan suara.
- Mampu mendeskripsikan gejala gelombang dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.




















BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Gelombang
Gelombang adalah bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium. Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya. Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan bukit (gelombang tranversal) atau menhitung jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan (gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detik.
Gelombang adalah getaran yang merambat. Bentuk ideal dari suatu gelombang akan mengikuti gerak sinusoide. Selain radiasi elektromagnetik, dan mungkin radiasi gravitasional, yang bisa berjalan lewat vakum, gelombang juga terdapat pada medium (yang karena perubahan bentuk dapat menghasilkan gaya memulihkan yang lentur) di mana mereka dapat berjalan dan dapat memindahkan energi dari satu tempat kepada lain tanpa mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen; yaitu tidak ada perpindahan secara masal. Malahan, setiap titik khusus berosilasi di sekitar satu posisi tertentu (Hakim, 2009).
Pada penjelasan di atas, telah disebutkan beberapa contoh gelombang yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Walaupun terdapat banyak contoh gelombang dalam kehidupan kita, secara umum hanya terdapat dua jenis gelombang saja, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Pembagian jenis gelombang ini didasarkan pada medium perambatan gelombang.
1) Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang perantaranya butuh medium. Misalnya: gelombang air, gelombang bunyi, gelombang slinki, gelombang bunyi, gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali.
2) Gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang perambatannya tidak memerlukan medium. Misalnya gelombang cahaya, cahaya, sinar ultra violet, infra merah, gelombang radar, gelombang radio, gelombang TV, sinar – X, dan sinar gamma (γ).
Sedangkan berdasarkan arah rambatan dan getarannya, dibagi menjadi dua, yaitu :
1) Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan arah getarannya. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali. Ketika kita akan menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus
dengan arah gerak gelombang. Perhatikan Gambar di bawah ini.

Gambar 1.1 . Gelombang transversal pada tali
Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang. Bentuk gelombang transversal tampak seperti pada Gambar 1.2. (Hamid, 2011).

Gambar 1.2. Bentuk gelombang Tranversal pada tali

Pada Gambar 1.2, tampak bahwa gelombang merambat ke kanan pada bidang horisontal, sedangkan arah getaran naik-turun pada bidang vertikal. Garis putus-putus yang digambarkan di tengah sepanjang arah rambat gelombang menyatakan posisi setimbang medium (misalnya tali atau air). Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah disebut lembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau kedalaman maksimum lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada gelombang disebut panjang gelombang (disebut lambda – huruf Yunani). Panjang gelombang juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau jarak dari lembah ke lembah.
2) Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarannya (misalnya gelombang slinki). Gelombang yang terjadi pada slinki yang digetarkan, berupa rapatan dan regangan. Jarak dua rapatan yang berdekatan atau dua regangan yang berdekatan disebut satu gelombang (Hakim, 2009).
Contoh: getaran sinar gitar yang dipetik, getaran tali yang digoyang-goyangkan pada salah satu ujungnya. Perhatikan Gambar 1.3.

Gambar 1.3. Gelombang Longitudinal pada slinki
Pada Gambar 1.3, tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang. Serangkaian rapatan dan regangan merambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling menjahui. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan. Yang dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada rapatan atau regangan. Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat gelombang udara.

Gambar 1.5. panjang gelombang longitudinal
Pada gelombang longitudinal, satu gelombang (1λ) terdiri dari 1 rapatan dan 1 renggangan. Panjang gelombang didefinisikan sebagai sebagai jarak antara dua pusat rapatan yang berdekatan atau jarak antara dua pusat renggangan yang berdekatan.

2.2 Sifat Umum Gelombang
Gelombang mempunyai beberapa sifat umum, yaitu:
• Gelombang dapat mengalami pemantulan (refleksi)
Pada setiap pemantulan gelombang akan berlaku sudut datang gelombang sama dengan sudut pantulnya. Gelombang datang, garis normal dan gelombang pantul terletak pada satu bidang datar.
• Gelombang dapat mengalami pembiasan (refraksi)
Bila dalam perambatannya, sebuah gelombang melewati bidang batas dua medium, maka arah gelombang datang tersebut akan mengalami pembelokkan, arah pembelokkan gelombang ini disebut dengan pembiasan. Hukum Snellius menyebutkan,
“bila gelombang datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat maka
gelombang akan dibiaskan mendekati garis normal, dan sebaliknya”
Jadi dalam pembiasan gelombang besar kecepatan gelombang akan berubah, demikian juga panjang gelombangnya akan berubah, yang tetap adalah frekuensi gelombang.
• Gelombang dapat mengalami penggabungan (interferensi)
Apa yang terjadi bila dua buah gelombang atau lebih saling bertemu? Pada benda pertemuan akan menyebabkan terjadinya tumbukan, benda yang satu akan terpental dari benda yang lain. Tumbukan seperti itu tidak pernah terjadi pada gelombang, dua gelombang yang bertemu akan saling lewat begitu saja seakan – akan merambat sendiri – sendiri tanpa halangan. Perpaduan antara dua buah gelombang atau lebih pada suatu tempat pada saat yang bersamaan itulah yang di sebut interferensi.
• Gelombang dapat mengalami lenturan (difraksi)
Bila suatu gelombang melewati suatu penghalang yang mempunyai celah sempit, maka menurut Huygens, titik – titik pada celah yang sempit itu akan menjadi sumber gelombang yang baru dan meneruskan gelombang tersebut ke segala arah (Idris, 1996).

2.3 Konsep Dasar Gelombang
2.3.1 Pembentukan Gelombang
Dalam matematika dan sains, sebuah gelombang gangguan yang bergerak melalui ruang dan waktu , biasanya disertai dengan transfer energi. Gerakan gelombang transfer energi dari satu titik ke titik lainnya, seringkali tanpa perpindahan tetap partikel medium-yaitu, dengan sedikit atau tidak ada transportasi massal yang terkait. Salah satu jenis gelombang adalah gelombang mekanik, yang menyebar melalui media di mana substansi media ini cacat. Sebagai contoh, gelombang suara merambat melalui molekul udara menabrak tetangga mereka. Ini transfer beberapa energi untuk tetangga ini, yang akan menyebabkan kaskade tumbukan antara molekul tetangga. Ketika molekul udara berbenturan dengan tetangga mereka, mereka juga terpental jauh dari mereka (memulihkan kekuatan). Hal ini membuat molekul-molekul dari melanjutkan perjalanan ke arah gelombang yang akan diteruskan dan yang ditimbulkan dari sesuatu penghasil gelombang yang telah diterima oleh sensor atau elemen penerima (Hamid, 2011).
Untuk melihat bagaimana bunyi dihasilkan dan mengapa bunyi termasuk gelombang longitudinal, mari kita perhatikan getaran dari diafragma pengeras suara. Ketika diafragma bergerak radial keluar, diafragma ini memampatkan udara yang langsung ada di depannya, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.6. Pemampatan ini menyebabkan tekanan udara bertambah sedikit di atas tekanan normal. Daerah yang tekanan udaranya bertambah disebut rapatan. Rapatan ini bergerak menjauh dari pengeras suara pada kecepatan bunyi. Rapatan ini mirip dengan daerah rapatan pada kumparan-kumparan dalam gelombang longitudinal pada slinki. Setelah menghasilkan rapatan, diafragma membalik arah gerakannya menjadi radial ke dalam. Gerakan diafragma ke dalam menghasilkan suatu daerah yang dikenal sebagai renggangan. Renggangan ini menyebabkan tekanan udara sedikit lebih kecil daripada tekanan normal.

Gambar 1.6 Diafragma pengeras suara bergerak : (a) radial keluar, (b) radial ke dalam
Seperti telah disinggung di atas, bunyi memerlukan medium pada saat merambat. Medium tersebut dapat berupa zat padat, zat cair, maupun zat gas. Bunyi tak dapat merambat pada ruang hampa. Jika kita bercakap-cakap, maka bunyi yang kita dengar merambat dari pita suara yang berbicara menuju pendengar melalui medium udara (Rosyid, 2010).
Ada beberapa syarat bunyi dapat terdengar telinga kita. Pertama, adanya sumber bunyi. Misalnya, ada gitar yang dipetik, ada gong yang dipukul, ada yang bersuara dan ada suara kendaraan lewat. Kedua, ada mediumnya. Bunyi dapat merambat dalam medium udara (zat gas), air (zat cair) maupun zat padat. Ketiga, bunyi dapat didengar telinga bila memiliki frekuensi 20 - 20.000 Hz. Batas pendengaran manusia adalah pada frekuensi tersebut bahkan pada saat dewasa terjadi pengurangan interval tersebut karena faktor kebisingan atau sakit. Berdasarkan batasan pendengaran manusia itu gelombang dapat dibagi menjadi tiga yaitu audiosonik (20-20.000 Hz), infrasonik (di bawah 20 Hz) dan ultrasonik (di atas 20.000 Hz). Binatang-binatang banyak yang dapat mendengar di luar audio sonik. Contohnya jangkerik dapat mendengar infrasonik (di bawah 20 Hz), anjing dapat mendengar ultrasonik (hingga 25.000 Hz).
Suara adalah
• fenomena fisik yang dihasilkan oleh getaran benda
• getaran suatu benda yang berupa sinyal analog dengan amplitudo yang
berubah secara kontinyu terhadap waktu.




Suara berhubungan erat dengan rasa “mendengar”.
Suara/bunyi biasanya merambat melalui udara. Suara/bunyi tidak bisa
merambat melalui ruang hampa (Rosyid, 2010).
Contoh :
Jika kita mengeluarkan suara pada seember air, maka pada permukaan air akan terbentuk pola getaran atau gelombang, karena suara merupakan gelombang yang di hantarkan oleh perantara angin.
Jika kita berbicara pada suatu ruangan, maka suara kita tersebut akan terdengar oleh orang yang berada di luar ruangan, jika ruangan tersebut tidak dalam keadaan benar- benar tertutup.

2.3.2 Persamaan Gelombang
Gelombang mempunyai persamaan umum yang dapat di implementasikan dalam suatu kasus gelombang secara umum. Di bawah ini merupakan persamaan umum gelombang.
Jika cepat rambat gelombang v dan periode getarannya T, maka :




Dengan:
v = cepat rambat gelombang
λ = panjang gelombang
T = periode
f = frekuensi

Persamaan umum geombang berjalan dapat diketahui dari rumusan sebagai berikut :



Keterangan :
Y : simpangan
A : amplitude
w : kecepatan sudut
t : waktu
Persamaan gelombang jalan
Gelombang berdasarkan arah gerak dan perjalanannya dibedakan menjadi dua macam gelombang secara umum, sebagai berikut:

berjalan dari kiri ke kanan


berjalan dari kanan ke kiri



Secara umum :



Cepat rambat gelombang memenuhi hukum Melde :




Contoh Soal + jawaban
1. Gelombang air laut mendekati mercu suar dengan cepat rambat 7 m/s. Jarak antara dua dasar gelombang yang berdekatan 5 m. Tentukan:
(a) frekuensi,
(b) periode gelombang

Penyelesaian:
Perhatikan Gambar 1.6 Jarak antara dua dasar berdekatan sama dengan panjang gelombang. Jadi λ = 5 m.
(a) Frekuensi dapat dihitung dengan persamaan :
v = λf atau f = =

(b) Periode adalah kebalikan frekuensi:
T = =

2. Sebuah pemancar radio bekerja pada gelombang 1,5 m. Jika cepat rambat gelombang radio 3.108 m/s, pada frekuensi berapakah stasion radio tersebut bekerja!

Penyelesaian :
Diketahui : λ = 1,5 m, ¬¬¬¬¬ v = 3.108 m/s
Ditanya : f = ..?
Jawab : f = = = 2. 108 Hz = 200 MHz

3. Dawai sepanjang 60 cm memiliki massa 20 gr. Jika ujung-ujung dawai diikat sehingga memiliki tegangan 30 N. Tentukan :
a. panjang gelombang pada nada atas keduanya
b. frekuensi nada atas keduanya?

Penyelesaian
l = 60 cm = 0,6 m
m = 20 gr = 2.10-2 kg
F = 30 N
a) Nada atas kedua, n = 2
l2 = 3/2 λ
0,6 = 3/2. λ → λ = 0,4 m

b) Frekuensi nada atas kedua
Cepat rambat gelombang memenuhi hukum Melde :
v= =30 m/s
Berarti frekuensi nada atas kedua sebesar :
f2 = v/λ2= 30/0,4= 75 Hz
4. Suatu gelombang sinusoidal bergerak dalam arah x-positif, mempunyai amplitudo 15,0 cm, panjang gelombang 40,0 cm, dan frekuensi 8,0 Hz. Posisi vertikal dari elemen medium pada t = 0 dan x = 0 adalah 15,0 cm seperti pada gambar.
a). Tentukan bilangan gelombang, periode, kecepatan sudut, dan kecepatan gelombang tersebut.
b). Tentukan tetapan fasa dan tuliskan bentuk umum fungsi gelombang

Penyelesaian:
a). Bilangan gelombang, periode, kecepatan sudut, dan kecepatan gelombang tersebut.

b). Tetapan fasa dan tuliskan bentuk umum fungsi gelombang.
Karena A = 15,0 cm dan Y = 15,0 cm pada t = 0 dan x = 0, maka

Atau tetapan fasa, f = p/2 = 900

(Farida, 2010).

2.3.3 Kecepatan Suara dan Dispersi serta Superposisi Dua Gelombang
 Kecepatan Suara
Kecepatan suara adalah istilah yang digunakan untuk menyebut kecepatan gelombang suara yang melalui medium elastis. Kecepatan ini dapat berbeda tergantung medium yang dilewati (misalnya suara lebih cepat melalui udara daripada air), sifat-sifat medium tersebut, dan suhu. Namun, istilah ini lebih banyak dipakai untuk kecepatan suara di udara. Pada ketinggian air laut, dengan suhu 21 °C dan kondisi atmosfer normal, kecepatan suara adalah 344 m/detik (1238 km/jam).
Dalam dinamika fluida , kecepatan suara dalam medium fluida (gas atau cair) digunakan sebagai ukuran relatif dari kecepatan itu sendiri. Kecepatan (dalam jarak per waktu) dibagi dengan kecepatan suara dalam fluida disebut bilangan Mach .Benda bergerak dengan kecepatan lebih besar dari Mach 1 bepergian di supersonikkecepatan.
Kecepatan suara dalam gas ideal tidak bergantung pada frekuensi, tetapi lemah tergantung pada frekuensi untuk semua situasi fisik yang nyata. Ini adalah fungsi dari akar kuadrat dari temperatur, tetapi hampir independen dari tekanan ataukepadatan untuk gas yang diberikan. Untuk gas yang berbeda, kecepatan suara berbanding terbalik tergantung pada akar kuadrat dari mean berat molekul gas, dan terpengaruh untuk tingkat yang lebih rendah dengan jumlah cara di mana molekulgas dapat menyimpan panas dari kompresi , karena suara di gas adalah jenis kompresi. Meskipun, dalam kasus gas saja, kecepatan suara dapat dinyatakan dalam rasio dari kedua kerapatan dan tekanan, kuantitas ini tidak sepenuhnya independen satu sama lain, dan membatalkan kontribusi bersama mereka dari kondisi fisik, mengarah ke sebuah kecepatan ekspresi menggunakan variabel independen suhu, komposisi, dan kapasitas panas yang disebutkan di atas (Anonim, 2010).
Harga kecepatan suara untuk atmosfer standar berdasarkan U.S. Standard Atmosphere, 1962 dapat dilihat pada tabel berikut :
Ketinggian (km) Kecepatan suara (m/s)
0 340.294
1 336.435
2 332.532
3 328.583
4 324.589
5 320.543
6 316.452
7 312.306
8 308.105
9 303.848
10 299.532
11 295.154
12 295.069
13 295.069
14 295.069
15 295.069
16 295.069
17 295.069
18 295.069
19 295.069
20 295.069

Secara umum, kecepatan suara c diberikan oleh-Laplace persamaan Newton:



Dimana
C adalah koefisien kekakuan , pada modulus bulk (atau bulk modulus elastisitas untuk media gas),
ρ adalah densitas
Dengan demikian semakin meningkatnya kecepatan suara dengan kekakuan (perlawanan dari badan elastis terhadap deformasi oleh gaya yang diberikan) dari materi, dan menurun dengan kerapatan. Untuk persamaan umum negara, jika mekanika klasik yang digunakan, kecepatan suara c diberikan oleh




dimana diferensiasi diambil terhadap perubahan adiabatik.
di mana p adalah tekanan dan ρ adalah kerapatan
Jika relativistik efek yang penting, kecepatan suara dapat dihitung dari persamaan relativistik .

 Dispersi Gelombang
Ketika Anda menyentakkan ujung tali naik-turun (setengah getaran), sebuah pulsa transversal merambat melalui tali (tali sebagai medium). Sesungguhnya bentuk pulsa berubah ketika pulsa merambat sepanjang tali, pulsa tersebar atau mengalami dispersi (perhatikan Gambar 2.1). Jadi, dispersi gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika gelombang merambat suatu medium.

Gambar 2.1. Dalam suatu medium dispersi, bentuk gelombang
Kebanyakan medium nyata di mana gelombang merambat dapat kita dekati sebagai medium non dispersi. Dalam medium non dispersi, gelombang dapat mempertahankan bentuknya. Sebagai contoh medium non dispersi adalah udara sebagai medium perambatan dari gelombang bunyi. Dispersi : fenomena superposisi gelombang yang menghasilkan bentuk gelombang yang berbeda.
- Contoh medium Tak Dispersif : gelombang suara di udara,gelombang elektromagnetik pada medium. vakum.
- Contoh medium Dispersif : Gelombang laut, Gelombang cahaya
melewati pandu gelombang (Riyn, 2008).
 Superposisi Dua Gelombang
Superposisi Gelombang : penjumlahan dua gelombang atau lebih dapat melintasi ruang yang sama tanpa ada ketergantungan satu gelombang dengan yang lain. Elastisitas medium akan mempengaruhi bentuk gelombang yang dihasilkan. Prinsip superposisi dapat diterapkan ke gelombang setiap kali dua (atau lebih) gelombang perjalanan melalui media yang sama pada waktu yang sama. Gelombang melewati satu sama lain tanpa terganggu. Perpindahan bersih dari media pada setiap titik dalam ruang atau waktu, hanyalah jumlah dari perpindahan gelombang individu. Hal ini berlaku hingga gelombang yang panjang (pulsa gelombang) atau yang gelombang sinus kontinu.
Jika 2 gelombang merambat dan memiliki frekwensi, panjang gelombang dan amplitudo dapat ditunjukan fungsi masing2 gelombang tersebut.

Dimana dan adalah fase konstan.
Maka resultan fungsi y adalah

Penggabungan gelombang suara




Seperti gambar di samping suara dari loudspeaker S dikirim melalui tabung dari titik P yang merupakan simpangan T, separuh masing2 suara merambat melalui jalur yang berbeda. Maka penerima suara menerima melalui jalur sepanjang lintasan r , perbadaan panjang lintasan tersebut dinyatakan dengan dan n=0,1,2,3,…
Sehingga hubungan antara perbadaan panjang dan sudut phase adalah

Jika perbedaan panjang beragam dari berbagai , maka sudut fhase dan penggabungan tersebut adalah konstruktif, sedang untuk beda lintasan ganjil berbagai adalah dan penggabungan adalah destruktif.
Sehingga perbedaan lintasan tersebut adalah.
konstruktif dan konstruktif (Riyn, 2008).

Aplikasi Superposisi Dua Gelombang
• Dalam teknik elektro , dalam rangkaian linier , input (waktu diterapkan-bervariasi sinyal tegangan) adalah berkaitan dengan keluaran (arus atau tegangan di mana saja di sirkuit) oleh transformasi linear. Dengan demikian, superposisi (yaitu, jumlah) dari sinyal input akan menghasilkan superposisi dari respon. Penggunaan analisis Fourier atas dasar ini sangat umum. Untuk yang lain, teknik terkait dalam analisis rangkaian, lihat teorema Superposisi .
• Dalam fisika , 's persamaan Maxwell menyiratkan bahwa (mungkin waktu bervariasi) distribusi biaya dan arus yang berhubungan dengan listrik dan medan magnet oleh transformasi linear. Dengan demikian, prinsip superposisi dapat digunakan untuk menyederhanakan perhitungan bidang yang timbul dari biaya yang diberikan dan distribusi saat ini. Prinsip ini juga berlaku untuk persamaan diferensial linier lain yang timbul dalam fisika, seperti persamaan panas .
• Dalam teknik mesin , superposisi digunakan untuk memecahkan dan struktur defleksi balok beban gabungan ketika efek yang linier (yaitu, setiap beban tidak mempengaruhi hasil beban lain, dan pengaruh setiap beban tidak signifikan mengubah geometri sistem structural).
• Dalam hidrogeologi , prinsip superposisi diterapkan pada penarikan dari dua atau lebih air sumur pompa dalam yang ideal akuifer .
• Dalam pengendalian proses , prinsip superposisi digunakan dalam model kontrol prediktif .
• Prinsip superposisi dapat diterapkan ketika penyimpangan kecil dari solusi yang dikenal dengan sistem nonlinier dianalisis dengan linierisasi .
• Dalam musik , teori Yusuf Schillinger digunakan satu bentuk prinsip superposisi sebagai salah satu dasar Teori Rhythm dalam bukunya Sistem Schillinger Komposisi Musik (Riyn, 2008).

2.3.4 Tekanan Suara dan Intensitas Suara
 Tekanan Suara
Tingkat tekanan suara dapat dinyatakan sebagai nilai-nilai puncak dari perubahan-perubahan tekanan, atau sebagai perubahan-perubahan tekanan rata-rata di sekitar tingkat tekanan barometer. Tingkat tekanan ini dinyatakan dalam mikrobar (µbar) atau dalam newton per meter persegi, di mana 1 µbar = 0,1 N/m2. Bila menyatakan tingkat tekanan suara, biasanya disebut decibel (dB) di atas tingkat ambang pendengaran rata-rata. Tingkat tekanan suara berkisar di antara ambang pendengaran pada 2 x 10-4 µbar hingga jauh di atas ambang rasa sakit pada 120 dB (setara dengan 200 x 10-4 µbar). Daya yang dipancarkan oleh suatu gelombang suara adalah sebanding dengan kuadrat dari tekanan, perbandingan intensitas suara dalam dB adalah sama dengan tingkat tekanan suara dalam dB. Sebuah daftar dari tingkat tekanan suara dalam mikrobar, yang dibandingkan dengan tingkat dB yang setara dan tingkat intensitas yang setara pada telinga rata-rata disajikan dalam Gambar Pada daftar ini diperlihatkan tingkat–tingkat untuk beberapa suara yang khas.
Daya suara yang timbul oleh orkestra yang besar berkisar dari beberapa mikrowatt saja pada baris-baris yang paling lunak hingga beberapa watt pada baris–baris yang paling keras. Daya pembicaraan berkisar dari beberapa mikrowatt bila orang hanya berbisik hingga beberapa miliwatt bila berteriak. Tetapi, yang paling menentukan kekerasan (loudness) suara ialah intensitas suara di tempat pendengar (Anonim, 2010).
Setiap sumber suara akan menghasilkan instensitas suara yang berbeda-beda. Ilustrasi berikut dimaksudkan untuk memberikan gambaran, seberapa besar energi suara yang datang ke telinga kita apabila kita berada di dekat dan terpapar suara yang dihasilkan sumber. Penting untuk diketahui, supaya kita aware dalam menjaga telinga yang dititipkan kepada kita, serta tentunya aware terhadap telinga orang lain (apabila kita membunyikan suatu sumber suara). Tingkat tekanan suara (Sound Pressure Level) menunjukkan seberapa besar perubahan tekanan yang dialami oleh medium (pada umumnya udara) dari kondisi setimbangnya. Misalnya jika kita memberikan perubahan sebesar 20 mikro Pascal, maka telinga akan mempersepsinya sebagai suara dengan level 0 dB, sedangkan bila perubahannya sebesar 100 juta mikro Pascal, akan dipersepsi sebagai suara dengan level 140 dB.



 Intensitas Suara
Intensitas didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan tiap satuan luas tiap satuan waktu. Karena energi tiap satuan waktu kita ketahui sebagai pengertian daya, maka intensitas bisa dikatakan juga daya tiap satuan luas. Secara matematis :



Persamaan 3.21
Keterangan :
I : Intensitas bunyi (W/m2)
P : Energi tiap waktu atau daya (W)
A : Luas (m2)

Jika sumber bunyi memancarkan ke segala arah sama besar (isotropik), luas yang dimaksud sama dengan luas permukaan bola, yaitu :
(3.22)
Sehingga, persamaan (3.21) dapat kita modifikasi menjadi :
(3.23)
Persamaan 3.23 tersebut menunjukkan bahwa intensitas bunyi yang didengar di suatu titik (tempat) berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.
Intensitas bunyi terendah yang umumnya didengar manusia memiliki nilai 10-12 W/m2. Biasanya disebut sebagai intensitas ambang (I0). Jangkauan intensitas bunyi ini sangat lebar berkaitan dengan kuat bunyi, sehingga secara tidak langsung kuat bunyi sebanding dengan intensitasnya (Suwanto, 2008).
Berikut beberapa data intensitas dan tingkat intensitas bunyi dalam kehidupan sehari-hari…
Sumber bunyi Tingkat intensitas (dB) Keterangan
Ambang pendengaran 0 Ambang pendengaran
Bernapas normal, Gemerisik dedaunan 10 Nyaris tak terdengar
Bisikan (rata-rata) 20 Sangat tenang
Perpustakaan yang tenang, radio yang pelan 40 Tenang
Kantor yang tenang, mobil yang bunyinya tidak berisik 50
Pembicaraan biasa 65
Lalu lintas yang ramai 70
Kantor bising dengan mesin pabrik biasa 80 Bisa merusak pendengaran jika keseringan
Kereta api, truk berat 90
Kereta api (tua), sirine pada jarak 30 meter 100
Konser rock dalam ruangan, pesawat jet (jarak 60 meter). 120 Ambang rasa sakit
Senapan mesin 130

 Taraf Intensitas Suara
Hubungan antara kuat bunyi dan intensitas bunyi diberikan oleh Alexander Graham Bell dengan mendefiniskannya sebagai taraf intensitas bunyi. Taraf Intensitas Bunyi adalah logaritma perbandingan intensitas bunyi terhadap intensitas ambang. Secara matematis, taraf intensitas bunyi didefinisikan sebagai :
(3.24)
Keterangan :
TI : Taraf intensitas bunyi (desiBell disingkat dB)
I : Intensitas bunyi (W/m2)
I0 : Intensitas ambang pendengaran manusia (10-12 W/m2

Untuk n buah sumber bunyi identik, misalnya ada n sirine yang dinyalakan bersama-sama, maka besarnya taraf intensitas bunyi dinyatakan sebagai :
(3.25)
TI1 adalah taraf intensitas bunyi untuk satu buah sumber.
Jika didengar di dua titik yang jaraknya berbeda, besar intensitas bunyi di titik ke-2 bisa dinyatakan sebagai :
(3.26)

Batas intensitas bunyi yang bisa didengar telinga manusia normal antara lain sebagai berikut:
1) Intensitas terkecil yang masih dapat menimbulkan rangsangan pendengaran pada telinga manusia adalah sebesar 10-12Wm-2 pada frekuensi 1.000 Hz dan disebut intensitas ambang Pendengaran.
2) Intensitas terbesar yang masih dapat diterima telinga manusia tanpa rasa sakit adalah sebesar 1 Wm-2. Jadi, batasan pendengaran terendah pada manusia adalah 10-12 Wm-2 dan batasan pendengaran tertinggi pada manusia adalah 1 Wm-2 (Farida, 2010).
Perbandingan tingkat tekanan suara dengan skala tingkat intensitas suara
Telinga manusia termasuk sensor yang sangat peka, dapat mendeteksi intensitas suara dalam orde 10-13 W/m2. Nilai ini adalah setara dengan selaput telinga sebesar 10-12 m, suatu jarak yang sama dengan seperseratus diameter suatu molekul hidrogen. Pendengaran tidak sama pekanya pada semua frekuensi. Intensitas suara minimum yang masih dapat didengar dinamakan ambang pendengaran.
• Taraf intensitas bunyi dinyatakan sebagai logaritma perbandingan intensitas gelombang dan intensitas ambang, yaitu:


• Taraf intensitas, lebih umum dinyatakan dalam satuan desibel (dB) yaitu:



Contoh Soal + jawaban
1) Seorang anak berteriak di tanah lapang, dan menghasilkan taraf intensitas 60 dB, diukur dari jarak 10 meter. Jika ada 10 orang anak berteriak dengan intensitas bunyi yang sama dan di ukur dari dan diukur dari jarak 10 meter, hitunglah taraf intensitas anak-anak tersebut.
Penyelesaian:
TIn = TI1 + 10 log n
= 60 dB +(10 log 10) dB
= 60 dB + 10 dB
= 70 dB.


2) Taraf intensitas bunyi sebuah air dari jarak 1 meter adalah 60 dB. Tentukan taraf intensitasnya jika diamati dari jarak 10 meter.
Penyelesaian:
Diketahui: TI1 = 60 dB; r1 = 1 m; r2 = 10 m
TI2¬ = TI1 – 20 log r1/r2
= (60 dB) – 20 log (10 m/1 m) dB = (60 dB) - (20 dB)
= 40 dB.

2.4 Aplikasi dan Pemanfaatan Gelombang Suara
(1) Aplikasi Ultrasonik. Gelombang ultrasonik dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan antara lain:
a. kacamata tunanetra, dilengkapi dengan alat pengirim dan penerima ultrasonik memanfaatkan pengiriman dan penerimaan ultrasonik. Perhatikan bentuk kaca tuna netra pada gambar berikut.

b. mengukur kedalaman laut, untuk menentukan kedalaman laut (d) jika diketahui cepat rambat bunyi (v) dan selang waktu (t), pengiriman dan penerimaan pulsa adalah :


c. alat kedokteran, misalnya pada pemeriksaan USG (ultrasonografi). Sebagai contoh, scaning ultrasonic dilakukan dengan menggerak-gerakan probe di sekitar kulit perut ibu yang hamil akan menampilkan gambar sebuah janin di layar monitor. Dengan mengamati gambar janin, dokter dapat memonitor pertumbuhan, perkembangan, dan kesehatan janin. Tidak seperti pemeriksaan dengan sinar X, pemeriksaan ultrasonik adalah aman (tak berisiko), baik bagi ibu maupun janinnya karena pemerikasaan atau pengujian dengan ultrasonic tidak merusak material yang dilewati, maka disebutlah pengujian ultrasonic adalah pengujian tak merusak (non destructive testing, disingkat NDT). Tehnik scanning ultrasonic juga digunakan untuk memeriksa hati (apakah ada indikasi kanker hati atau tidak) dan otak.

(2) Manfaat cepat rambat bunyi dalam kehidupan sehari-hari yaitu:
a) Cepat rambat gelombang bunyi juga dimanfaatkan oleh para nelayan untuk mengetahui siang dan malam.
b) Pada malam hari kita mendengar suara lebih jelas daripada siang hari karena kerapatan udara pada malam hari lebih rapat dibandingkan dengan siang hari.

(3) Resonansi sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari.
- Pemanfaatan resonansi pada alat musik seperti seruling, kendang, beduk dan lainnya.
(4) Manfaat pemantulan bunyi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:
a) menentukan kedalaman laut
Pada dinding kapal bagian bawah dipasang sebuah sumber getaran (osilator). Di dekat osilator dipasang alat penerima getaran (hidrofon). Jika waktu getaran (bunyi) merambat (t) sekonuntuk menempuh jarak bolak-balik yaiu 2 L meter, maka cepat rambat dapat dihitung sebagai berikut.

Di mana:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
L = dalamnya laut (m)
t = waktu (t)
b) melakukan survei geofisika
Mendeteksi, menentukan lokasi dan mengklasifikasikan gangguan di bumi atau untuk menginformasikan struktur bumi, mendeteksi lapisan batuan yang mengandung endapan minyak
c) prinsip pemantulan ultrasonik dapat digunakan untuk mengukur ketebalan pelat logam, pipa dan pembungkus logam yang mudah korosi (karat).
d) Mendeteksi retak-retak pada struktur logam
Untuk mendeteksi retak dalam struktur logam atau beton digunakan scanning ultrasonic inilah yang digunakan untuk memeriksa retak-retak tersembunyi pada bagian-bagian pesawat terbang, yang nanti bisa membahayakan penerbangan pesawat. Dalam pemerikasaan rutin, bagian-bagian penting dari pesawat di-scaning secara ultrasonic. Jika ada retakan dalam logam, pantulan ultrasonic dari retakan akan dapat dideteksi. Retakan ini kemudian diperiksa dan segera diatasi sebelum pesawat diperkenankan terbang (Rosyid, 2010).













BAB III
KESIMPULAN
Dari makalah di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Gelombang adalah bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium. Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya.
2. Gerakan gelombang transfer energi dari satu titik ke titik lainnya, seringkali tanpa perpindahan tetap partikel medium-yaitu, dengan sedikit atau tidak ada transportasi massal yang terkait.
3. Ada beberapa syarat bunyi dapat terdengar telinga kita. Pertama, adanya sumber bunyi. Kedua, ada mediumnya. Bunyi dapat merambat dalam medium. Ketiga, bunyi dapat didengar telinga.
4. Kecepatan suara adalah istilah yang digunakan untuk menyebut kecepatan gelombang suara yang melalui medium elastis.
5. Dispersi gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika gelombang merambat suatu medium.
6. Superposisi Gelombang adalah penjumlahan dua gelombang atau lebih dapat melintasi ruang yang sama tanpa ada ketergantungan satu gelombang dengan yang lain.
7. Tingkat tekanan suara dapat dinyatakan sebagai nilai-nilai puncak dari perubahan-perubahan tekanan, atau sebagai perubahan-perubahan tekanan rata-rata di sekitar tingkat tekanan barometer.
8. Intensitas didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan tiap satuan luas tiap satuan waktu.









DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2010. Bunyi. http://id.wikipedia.org/wiki/Bunyi. Diakses tanggal 12/03/2011 pukul 20.00 WIB.
Farida, Meity. 2010. Persamaan Gelombang Berjalan. http://meityfarida.wordpress.com/ 2010/07/23/persamaan-gelombang-berjalan/. Diakses tanggal 12/03/2011 pukul 20.00 WIB.
Hakim, Rachman. 2009. Teori Gelombang. http://rachman.blog.uns.ac.id/2009/09/05/teori-gelombang/. Diakses tanggal 12/03/2011 pukul 20.00 WIB.
Hamid, A. Mustofa. 2011. Konsep Umum Dasar Gelombang. http://mustofaabi hamid.blogspot.com/2011/02/konsep-umum-dasar-gelombang.html. Diakses tanggal 12/03/2011 pukul 20.00 WIB.
Idris. 1996. Spektrum Gelombang Suara. http://shatomedia.com/2008/12/spektrum-gelombang-suara/. Diakses tanggal 12/03/2011 pukul 20.00 WIB.
Riyn. 2008. Superposisi dan Dispersi Gelombang. http://riyn.multiply.com/journal/ superposisi-dispersi-gelombang/item/47. Diakses tanggal 12/03/2011 pukul 20.00 WIB.
Rosyid. 2010. Konsep Gelombang Suara. http://rosyid.blog.uns.ac.id/2010/04/05/konsep-gelombang-suara/. Diakses tanggal 12/03/2011 pukul 20.00 WIB.
Suwanto, Darma. 2008. Gelombang Bunyi. http://fisikon.com/kelas3/gelombang-bunyi. Diakses tanggal 12/03/2011 pukul 20.00 WIB.