GELOMBANG AKUSTIK

1
GELOMBANG AKUSTIK

• ANALOGI ELEKTROMAGNETIK-AKUSTIK
• REFLEKSI DAN TRANSMISI
• REFRAKSI (PEMBIASAN)
• TRANSMISI MELALUI TIGA MEDIUM
• JALA-JALA TRANSMISI AKUSTIK
• ATENUASI GELOMBANG

2

• ANALOGI ELEKTROMAGNETIK -AKUSTIK

ELEKTROMAGNETIK ELEKTROMAGNETIK AKUSTIK AKUSTIK
Medan Listrik V/m E p Tekanan Akustik Pa
Medan Magnetik A/m H u Kecepatan Partikel m/s
Impedansi Intrinsik Ohm ? Z Impedansi Akustik Rayls
Gelombang Elektromagnetik
3
Gelombang Akustik di dalam gas
c Kecepatan gelombang longitudinal m/s
P Tekanan Pa
? Rapat massa kg/m3
? Perbandingan panas jenis cP/cV
4
Gelombang Akustik di dalam cairan
c Kecepatan gelombang longitudinal m/s
B Modulus bulk Pa
? Rapat massa kesetimbangan kg/m3
? Kompresibilitas m2/N
5
Gelombang Akustik di dalam padatan
VT Kecepatan gelombang transversal m/s
VL Kecepatan gelombang longitudinalm/s
G Modulus geser m/s
E Modulus Young Pa
? Rapat massa kesetimbangan kg/m3
? Perbandingan Poisson
6

• REFLEKSI DAN TRANSMISI

Impedansi Akustik
Faktor refleksi R dan Faktor transmisi T
7
Intensitas Akustik
Koefisien refleksi daya ?R dan koefisien
transmisi daya ?T
8
Contoh Soal 4.1 Sebuah pesawat jet terbang
rendah di atas laut (?udara 1,21 kg/m3, cudara
343 m/s). Seorang pengamat yang sedang berada
di atas perahu mengukur tingkat tekanan suaranya
menggunakan Sound Pressure Level Meter (SPL
Meter) dan alat ini menunjukkan 100 dB (re 20
?Pa). Seorang pengamat lain yaitu seorang
penyelam yang berada di dalam laut (?air laut
998 kg/m3, cair laut 1480 m/s) juga mengukur
tingkat tekanan suaranya menggunakan SPL Meter
khusus untuk medium air (re 0,1 Pa). Berapa dB
yang akan ditunjukkan oleh SPL Meter yang dibawa
oleh penyelam ? 
9
Jawab
Pi
Udara
Air
Pt
10
Pi
Pr
Udara
Air
Pt
11
Pi
Pr
Ii
Ir
Pt
It
12

• REFRAKSI (PEMBIASAN )

y

pr
pt
?r
?t
x
?i
pi
Medium 1 Z1
Z2 Medium 2
x 0
13
Syarat batas pada x 0 ? tekanan akustik
kontinyu
Hukum Snellius
14
Syarat batas pada x 0 ? Kecepatan partikel
normal
15
(No Transcript)
16
Hal khusus 1 ? c1 gt c2
Mendekati normal
17
Hal khusus 2 ? c1 lt c2
Menjauhi normal
90o
Sudut kritis
Pemantulan sempurna
18
Contoh Soal 4.2 Suatu gelombang akustik menjalar
melalui tiga medium, yaitu plastik (?plastik
1180 kg/m3, cplastik 2670 m/s), baja (?baja
7800 kg/m3, cbaja 5850 m/s) dan air (?air 998
kg/m3, cair 1481 m/s). Bila sudut datang pada
bidang batas plastik-baja adalah 20o

1. Hitung sudut bias pada bidang batas baja-air.
2. Hitung persentase intensitas yang diteruskan ke
   air

19
Plastik c1 2670 m/s
20o
baja c2 5850 m/s
48,6o
48,6o
air c3 1481 m/s
11o
20
(No Transcript)
21
PEMANDU GELOMBANG
n2
n1
n2
Pemantulan sempurna
22
SERAT OPTIK
n2
n1
n3 1
n2
NA Numerical Aperture
23
Contoh Soal 4.3 Ditengah-tengah suatu deep sound
channel setebal 40 m diledakan sebuah dinamit
yang menghasilkan sound pressure level (SPL)
sebesar 100 dB. Kecepatan gelombang akustik di
dalamnya adalah 1460 m/s sedangkan koefisien
atenuasinya adalah 0,001 dB/km. Kecepatan
gelombang di sekitarnya adalah 1480 m/s.
Gelombang akustik yang ditimbulkan akan menyebar
ke segala arah. Bila perangkat akustik di stasiun
penerima sanggup mendeteksi SPL sebesar 40 dB,
hitung jangkauan maksimumnya untuk a).
Gelombang yang menyebar dengan sudut kritis b).
Gelombang yang menyebar dengan setengah sudut
kritis
24
Jawab
c2 1480 m/s
?i
c1 1460 m/s
100 dB
Deep Sound Channel
40 m
dinamit
SPL 40 dB
c2 1480 m/s
Pemantulan sempurna
Jangkauan maksimum ?
?i ?k
?i 0,5 ?k
Jangkauan maksimum ?
25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28

• TRANSMISI MELALUI TIGA MEDIUM

Pi
Pt
Pa
Pr
Pb
Z2
Z1
Z3
x 0 x L
Koefisien transmisi daya
Syarat batas di x0 dan xL
Eliminasi B1, A2 dan B2
29
Pada x 0
Pada x L
30
(No Transcript)
31
Contoh soal 4.4 Di atas pasir di dasar laut (?
1700 kg/m3, c 1600 m/s) terdapat lumpur (?
2000 kg/m3, c 1000 m/s) setebal 5 cm. Suatu
gelombang akustik berfrekuensi 10 kHz yang datang
tegak lurus dari air laut di atasnya (? 998
kg/m3, c 1481 m/s) mempunyai amplituda tekanan
akustik sebesar 100 Pa. Tentukan intensitas
gelombang yang dipantulkan
Jawab
32
(No Transcript)
33
JALA-JALA TRANSMISI AKUSTIK
?1
?2
Zi
ZL
Zo
x - d x 0
34
IMPEDANSI INPUT
35
Lapisan setengah panjang gelombang
Lapisan seperempat panjang gelombang
Medium 2 Lapisan penyesuai impedansi
36
Contoh Soal 4.5 Suatu gelombang akustik
berfrekuensi 20 kHz akan ditransmisikan dari air
(?air 998 kg/m3, cair 1480 m/s) ke dalam baja
(?baja 7800 kg/m3, cbaja 5064 m/s). Hitung
koefisien transmisi dayanya. Bila diinginkan agar
gelombang akustik ini dapat ditransmisikan tanpa
refleksi (? 1), berapa tebal dan kecepatan dari
suatu lapisan plastik (?plastik 1500 kg/m3)
yang harus disisipkan diantara air dan
baja tersebut ?
Jawab
37
Contoh Soal 4.6Persoalan utama yang harus
ditanggulangi pada saat merancang suatu
transduser ultrasonik yang digunakan pada bidang
kedokteran adalah terlalu besarnya perbedaan
impedansi akustik antara bahan transduser (33
Mrayl) dan jaringan tubuh (1,63 Mrayl). Salah
satu cara untuk menanggulangi persoalan matching
impedance ini adalah dengan memasang suatu
lapisan penyesuai impedansi diantara transduser
dan jaringan tubuh. Idealnya diinginkan agar
semua daya dapat ditransmisikan tanpa ada
refleksi dan hal ini dapat dicapai bila lapisan
tersebut memenuhi persyaratan tertentu, baik
tebalnya maupun impedansi akustiknya. Persoalan
yang muncul adalah tidak tersedianya bahan yang
mempunyai impedansi akustik yang tepat sebesar
yang dipersyaratkan. Biasanya harus dipilih salah
satu dari berbagai bahan yang mempunyai impedansi
akustik diantara 1,63 Mrayl dan 33 Mrayl,
misalnya empat jenis bahan di bawah ini.
Pilih salah satu bahan yang akan memberikan
koefisien transmisi daya yang paling besar
38
Zo 33 Mrayl ZL 1,63 MRayl
39
Contoh Soal 4.7 Biasanya koefisien transmisi daya
menggunakan satu lapisan penyesuai impedansi ini
masih terlalu kecil dan untuk memperbesarnya
dapat digunakan dua lapisan penyesuai impedansi.
Pilih kombinasi dua bahan yang akan memberikan
koefisien transmisi daya yang paling besar.
40
(No Transcript)
41
(No Transcript)
42
Contoh Soal 4.8 Sebuah transduser ultrasonik yang
dipakai dalam bidang kedokteran menggunakan bahan
keramik barium titanate dengan impedansi sebesar
25,8 Mrayls. Untuk mempertinggi koefisien
transmisi dayanya, permukaan transduser ini
dilapisi oleh dua lapisan masing-masing terbuat
dari bahan kuarsa (? 2650 kg/m3, c 5750 m/s)
dan bahan karet (? 1100 kg/m3, c 2400 m/s)
yang bertindak sebagai transformator seperempat
gelombang. Hitung koefisien transmisi dayanya.
Jawab
43
(No Transcript)
44
Contoh Soal 4.9 Karena sering dipakai, maka tebal
lapisan paling luar (karet) berkurang 20 . Bila
impedansi jaringan tubuh rata-rata adalah 1,63
Mrayls, hitung berapa dB penurunan level
intensitas akibat pengurangan tebal ini.
45
(No Transcript)
46
ATENUASI GELOMBANG

• Penyebaran gelombang
• Akibat ukuran berkas gelombang berubah
• Pola berkas gelombang tergantung pada
  perbandingan antara diameter sumber gelombang dan
  panjang gelombang medium
• Gelombang bidang datar
• Gelombang bola
• Absorbsi gelombang
• Akibat penyerapan energi selama menjalar di dalam
  medium (penurunan intensitas
• Tergantung pada jenis medium

47
Penyebaran gelombang bidang datar (D gtgt ?)
 
                   
48
Penyebaran gelombang bola
49
Absorbsi Gelombang
     
50
Contoh Soal 4.10 Sebuah grup musik sedang
melakukan pertunjukan di atas panggung. Seseorang
yang menonton pada jarak 10 m mendengarnya dengan
tingkat tekanan suara sebesar 90 dB. Karena suara
yang didengarnya dianggap terlalu keras, maka ia
mundur sampai jaraknya menjadi 50 m dari
panggung. Tetapi ternyata suara musik yang
didengarnya sekarang menjadi terlalu lemah, yaitu
sebesar 65 dB. Pada jarak berapa dari panggung ia
harus menonton agar suara yang didengarnya
mempunyai tingkat tekanan sebesar 75 dB ?. Pada
suatu saat ia harus pergi meninggalkan panggung
karena ada keperluan lain yang harus dilakukan.
Pada jarak berapa dari panggung ia mulai tidak
mendengar suara musik tersebut ?
51
Jawab
52
Jawab
53
Soal Latihan 4.1 Sebuah silinder yang
dinding-dindingnya terbuat dari membran tipis
berisi suatu gas oksigen ( c1 400 m/s).
Silinder ini berada di dalam silinder membran
tipis yang lebih besar seperti terlihat pada
gambar di bawah ini yang berisi gas hidrogen (c2
1200 m/s). Suatu gelombang akustik datang dari
udara (c3 343 m/s) membentuk sudut ? terhadap
normal dari permukaan atas silinder. Agar terjadi
pemantulan sempurna pada dinding membran yang
lebih kecil, berapa harga minimum dari sudut ?
dinyatakan dalam c1, c2 dan c3.
54
Soal Latihan 4.2 Suatu gelombang akustik
berfrekuensi 20 kHz akan ditransmisikan dari air
(?air 998 kg/m3, cair 1480 m/s) ke dalam baja
(?baja 7800 kg/m3, cbaja 5064 m/s).
a). Agar gelombang akustik ini dapat
ditransmisikan tanpa refleksi (?T 1), berapa
tebal dan kecepatan dari suatu lapisan plastik
(?plastik 1500 kg/m3) yang harus disisipkan
diantara air dan baja tersebut ? b). Bila yang
akan ditransmisikan adalah gelombang akustik
dengan frekuensi sebesar 8 kHz, berapa koefisien
transmisi dayanya sekarang ?
Soal Latihan 4.3 Suatu lapisan karet (? 950
kg/m3, Y 5 MPa) setebal 5 mm mengambang di atas
air (? 998 kg/m3, c 1481 m/s). Suatu
gelombang suara yang datang dari udara (? 1,21
kg/m3, c 343 m/s) diatasnya mempunyai tingkat
tekanan suara sebesar 100 dB re 20 ?Pa. Hitung
tingkat tekanan suara dari gelombang yang
ditransmisikan ke dalam air (re 0,1 Pa).
55
Soal Latihan 4.4 Sebuah perangkat SONAR (SOund
NAvigation and Ranging) yang dipasang di bawah
kapal laut digunakan untuk mengukur kedalaman
laut. Perangkat SONAR ini terdiri dari sebuah
pemancar yang dapat memancarkan gelombang akustik
berfrekuensi 54 kHZ sebesar 80 dB ke dalam laut
dan sebuah penerima yang mampu mendeteksi
simpangan sebesar 88 pm dari gelombang akustik
yang dipantulkan oleh dasar laut. Air laut
mempunyai rapat massa 998 kg/m3 dan kecepatan
1481 m/s sedangkan pasir di dasar laut mempunyai
rapat massa 1700 kg/m3 dan kecepatan 1600 m/s.
Tekanan acuan untuk akustik bawah air (Underwater
Acoustic) adalah 0,1 Pa. Bila air laut mempunyai
atenuasi sebesar 0,05 dB/m tentukan kedalaman
laut maksimum yang masih dapat diukur oleh
perangkat SONAR ini. (Abaikan atenuasi akibat
penyebaran gelombang)