Halo, sobat belajar! Mungkin kalian tidak asing dengan kata "bunyi" ya. Tapi, pernahkah timbul pertanyaan mengapa bunyi bisa terdengar oleh kita? Mengapa suara kita lebih nyaring saat menggunakan mikrofon? Mengapa suara orang yang berteriak di ruangan kosong terdengar menggema? Mengapa suara azan dapat terdengar dalam jarak yang jauh? Dan banyak lagi pertanyaan-pertanyaan serupa. Jadi sebenarnya apa sih bunyi itu?
Bunyi adalah gelombang merambat yang dihasilkan oleh benda yang bergetar sebagai sumber bunyinya. Sedangkan Gelombang Bunyi adalah gelombang yang merambat melalui medium tertentu. Gelombang Bunyi merupakan gelombang mekanik yang digolongkan sebagai gelombang longitudinal.
Mengapa gelombang longitudinal? Karena arah rambat bunyi itu searah. Lalu mengapa dikatakan sebagai gelombang mekanik? Karena bunyi membutuhkan medium untuk merambat. Untuk materi lebih lengkapnya, simak penjelasan di bawah ini ya!
Bunyi Berdasarkan Frekuensinya
Dalam kehidupan
sehari-hari, manusia dapat mendengarkan musik, mendengarkan suara ayam berkokok
dan burung berkicau. Namun, ada bunyi-bunyi yang tidak dapat didengar oleh
manusia. Lebih tepatnya tidak mampu. Mengapa? Nah, ini ada hubungannya dengan
pembahasan kali ini yaitu bunyi berdasarkan frekuensinya.
Sebelum membahas lebih
jauh, kita perlu tahu apa itu frekuensi. Frekuensi adalah banyaknya gelombang
yang melewati satu titik pada satu satuan waktu. Atau dapat dikatakan banyanya
getaran per detik. Secara matematis dapat ditulis,
Frekuensi
dalam fenomena fisisnya menunjukan tinggi rendahnya suatu bunyi. Semakin tinggi
frekuensi maka semakin tinggi nada yang dihasilkan. Sebaliknya semakin rendah
frekuesni maka semakin rendah nada yang dihasilkan. Berdasarkan frekuensinya,
bunyi dapat dibagi menjadi tiga yaitu:
1. Infrasonik
Frekuensi yang dimiliki oleh bunyi infrasonik ini
kurang dari 20 Hz. Pada frekuensi ini bunyi tidak dapat didengar oleh telinga
manusia. Bunyi ini energinya dapat merambat dari jarak yang sangat jauh. Bunyi
infrasonik mampu menembus suatu hambatan tanpa mengurangi besarnya frekuensi
yang dihasilkan. Bunyi dari getaran gempa dan aktivitas gunung berapi merupakan
salah satu contoh dari bunyi ini. Maka, seismograf adalah teknologi yang
digunakan untuk mengetahui kekuatan dan arah gempa juga aktivitas gunung
berapi. Mahluk hidup yang mendengar bunyi ini adalah anjing, burung merpati,
jangkrik, dan serangga.
Seismograf
(sumber: nalar.id)
2.2. Audiosonik
Bunyi audiosonik adalah bunyi yang dapat didengar oleh
telinga manusia dengan rentang frekuensi 20 Hz sampai 20.000 Hz.
sumber: sarangsains.com
3.3. Ultrasonik
Frekuensi yang dimiliki oleh bunyi ini lebih besar dari 20
KHz. Telinga manusia tidak mampu untuk menangkap bunyi ini. Berbeda dengan
infrasonik, bunyi ultrasonik sulit untuk menembus hambatan dengan struktur yang
padat.keras. Jadi, bunyi ini hanya dapat dipantulkan. Penggunaan bunyi
ultrasonik ini banyak digunakan di dunia kedokteran seperti USG
(Ultrasonografi) untuk mendiagnosa janin dalam kandungan dan SONAR dalam kapal selam. Makhluk hidup yang
dapat mendengar bunyi ini adalah kelelawar, lumba-lumba, anjing, kucing, tikus,
dan lain-lain.
sumber: www.elangsakti.com
Agar pemahaman sobat belajar lebih sempurna, sobat belajar bisa melakukan simulasi terkait frekuensi ini pada link berikut (klik disini)
Cepat Rambat Gelombang Bunyi
Bunyi dapat
merambat pada berbagai media, asalkan ada sesuatu yang merambatkannya yaitu
molekul. Bunyi merambat melalui getaran-getaran molekul yang merambat secara terus
menerus hingga terdengar oleh telinga kita.
Cepat rambat
gelombang adalah perbandingan besar jarak yang ditempuh oleh suatu gelombang
per satu detik. Cepat rambat bunyi tergantung pada sifat-sifat medium
rambatnya, sehingga cepat rambat bunyi dipengaruhi oleh dua faktor yaitu
kerapatan yang dilalui bunyi. Semakin rapat mediumnya maka semakin cepat bunyi
merambat contohnya pada zat padat. Yang kedua adalah suhu medium, semakin suhu
mediumnya maka semakin cepat cepat rambat bunyinya. Maka, cepat rambat bunyi
dapat dihitung menggunakan persamaan,
Cepat rambat
bunyi akan berbeda nilainya di berbagai medium. Bunyi akan lebih cepat merambat
pada medium zat padat karena molekul penyusun zat padat rapat dan bunyi akan
mempunyai nilai cepat rambat yang kecil jika merambat pada medium zat gas
karena molekul yang tersusun sangat jarang.
1.1. Medium Zat Padat
Pada Medium zat padat, cepat rambat bunyi tegantung pada modulus
young dan massa jenis benda.
2.Medium
Zat Cair
Pada
medium zat cair, cepat rambat bunyi tergantung pada modulus bulk dan massa
jenis benda.
3. Medium
Zat Gas
Pada
medium zat gas, cepat rambat bunyi tergantung pada konstanta laplace, suhu mutlak,
tetapan gas, dan massa molekul relatif.
Lihat video berikut, agar pemahamanmu lebih baik!
sumber: Fuseschool
Gejala Gelombang Bunyi
1. Efek Doppler
Halo, sobat belajar! Pernahkah kalian mendengar suara sirine ambulans? Ketika ambulans mendekat ke arah kita, bunyi sirine akan terdengar semakin keras dan jelas. Namun, ketika ambulans tersebut menjauh, bunyi sirine semakin kecil bahkan sampai tidak terdengar lagi. Apa sih penyebabnya? Apakah sopir ambulans tersebut menaik-turunkan volume bunyi sirinenya? Perhatikan ilustrasi berikut ini ya!!!.
(Gambar a)
(Gambar b)
Pada gambar (a) terlihat sebuah mobil ambulans dan seorang anak laki-laki yang sama-sama dalam kondisi diam (tidak bergerak). Saat kondisi tersebut, frekuensi bunyi yang dihasilkan oleh sirine ambulans akan sama dengan frekuensi bunyi yang ditangkap oleh anak tersebut. Berbeda dengan gambar (b), terlihat bahwa mobil ambulans bergerak mendekati anak tersebut dengan kecepatan 10 m/s, sedangkan anak tersebut tetap dalam kondisi diam. Saat kondisi ini, frekuensi bunyi yang didengar oleh anak tersebut berbeda dengan frekuensi bunyi yang dihasilkan sirine ambulans. Begitupun jika mobil ambulans dan anak tersebut sama-sama bergerak. Kira-kira kenapa ya, sobat belajar? Apakah benar pertanyaan di awal bahwa sopir ambulans tersebut yang menaik-turunkan volume sirinenya?
Tentu tidak ya, sobat belajar! Itulah yang dinamakan efek Doppler. Jadi apa sih efek Doppler itu? Simak penjelasan berikut ini ya!
Pengertian Efek Doppler
(Christian J. Doppler)
sumber: geniuses.club
Sebelum membahas lebih jauh mengenai efek Doppler, mari kita kenali dulu siapa penemu efek Doppler. Efek Doppler ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Austria yang bernama Christian Johann Doppler pada tahun 1942. Doppler menemukan adanya perubahan frekuensi yang diterima pendengar dibandingkan dengan frekuensi sumbernya akibar gerak relatif pendengar dan sumber. Teori Doppler kemudian dibuktikan secara eksperimen oleh Buys Ballot pada tahun 1945. Wahhh, hebat bukan???
Lalu, apa sebenarnya efek Doppler itu? Efek Doppler adalah peristiwa
terjadinya perubahan frekuensi bunyi
yang diterima oleh pendengar akan
berubah jika terjadi gerakan relatif antara
sumber bunyi dan pendengar. Ini berarti bahwa frekuensi gelombang bunyi yang diterima oleh pendengar akan mengalami perubahan ketika sumber bunyi bergerak mendekat atau menjauh.
Menurut Doppler, perubahan frekuensi bunyi itu memenuhi hubungan: kecepatan relatifnya sebanding dengan frekuensi. Secara matematis, dapat dirumuskan sebagai berikut.
Δvp adalah kecepatan relatif bunyi terhadap pandangan. Nilainya dapat dituliskan juga Δvp = v ± vp. Ini juga berlaku untuk Δvs yaitu Δvs = v ± vs. Berdasarkan hubungan tersebut, didapatkan persamaan efek Doppler sebagai berikut.
Tanda ± menunjukkan operasi kecepatan relatif sumber bunyi ataupun pendengar. Adapun aturan yang telah disepakati dalam penulisan kecepatan relatif ini adalah sebagai berikut. vp bernilai positif (+) jika pendengar bergerak mendekati sumber bunyi vp bernilai negatif (-)jika pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi. vs bernilai positif (+) jika sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar vs bernilai negatif (-) jika sumber bunyi bergerak mendekati pendengar.
Untuk memahami materi efek doppler lebih baik, sobat belajar dapat mengeksplor simulasi terkait efek doppler pada simulasi berikut (klik disini)
2. Pelayangan
Pelayangan Bunyi adalah
interferensi dua bunyi beramplitudo sama namun nilai frekuensi berbeda sedikit. Pelayangan adalah peristiwa
perubahan frekuensi bunyi yang berubah dengan tajam karena ada dua sumber bunyi
dengan perbedaa frekuensi bunyi yang sedikit. Fenomena ini menerapkan prinsip
interferensi gelombang. Gambar dapat dilihat sebagai berikut:
Gambar
yang kedua menunjukkan pergeseran yang
dihasilkan sebuah titik di dalam ruang di mana rambatan gelombang terjadi, dengan dua gelombang secara terpisah sebagai sebuah fungsi dari waktu. Kita anggap
kedua gelombang tersebut mempunyai amplitudo sama. Pada gambar pertama menunjukkan
resultan getaran di titik tersebut sebagai fungsi dari waktu.
Jika
ada dua gelombang dengan frekuensi yang
berbeda sedikit dibunyikan secara bersamaan dan terjadi peningkatan atau
penurunan kenyaringan bunyi secara berkala disebut pelayangan. Gelombang akan
saling memperkuat dan memperlemah satu sama lain bergerak di dalam atau di luar
dari fasenya. Banyaknya peningkatan atau penurunan kenyaringan bunyi
yang terjadi dalam satu detik disebut frekuensi layangan bunyi yang besarnya sama dengan selisih antara dua
gelombang bunyi yang berinterferensi tersebut. Besarnya frekuensi layangan bunyidapat dinyatakan dalam persamaan :
Sobat Belajar dapat melakukan simulai pelayangan bunyi pada link berikut (klik disini)
3. Interferensi Gelombang Bunyi
sumber: commons.wikimedia.org
Interferensi Gelombang adalah perpaduan dua buah gelombang yang menghasilkan pola-pola tertentu. Interferensi dua buah gelombang bunyi koheren akan menghasilkan pola terang-gelap yang merupakan pola interferensi konstruktif-destruktif. Interferensi terjadi saat amplitudo, panjang gelombang, dan frekuensi gelombang bunyi sama dengan perbedaan lintasan.
Saat perbedaan lintasan 0, λ, 2λ, 3λ, ... terjadi interferensi maksimum atau interferensi konstruktif, dengan persamaan:
Saat perbedaan lintasan λ/2, λ/3, λ/4, ... terjadi interferensi minimum atau interferensi destruktif, dengan persamaan:
Untuk lebih memahami materi interferensi gelombang bunyi, sobat belajar dapat mengeksplorasi simulasi interferensi gelombang bunyi di PhET (klik disini)
4. Pemantulan Gelombang Bunyi
Pernahkah kamu pergi ke alam terbuka, seperti puncak gunung atau goa? Cobalah kamu berteriak dan amati fenomena apa yang terjadi! Apakah bunyi yang dihasilkan terdengar memantul? Mengapa hal tersebut dapat terjadi? Simak penjelasan berikut ini ya!
sumber: kapanlagi.com
Pemantulan Bunyiadalah suatu fenomena ketika gelombang bunyi yang datang mengenai suatu medium atau penghalang maka gelombang akan dipantulkan ke medium asalnya dengan sudut yang sama dengan sudut datangnya. Pada peristiwa pemantulan bunyi, kita mengenal istilah gema, gaung, dan sonar.
Gaung adalah peristiwa pemantulan bunyi dimana bunyi yang terdengar hanya sebagian dan hampir bersamaan dengan bunyi asli, yang menyebabkan bunyi aslinya menjadi tidak jelas. Untuk mengatasi gaung ini, biasanya di studio musik dipasang peredam suara seperti wol, kapas, karton, busa, atau karet agar suara yang dihasilkan tidak mengalami gaung. Sedangkan gema adalah peristiwa pemantulan bunyi yang terdengar saat bunyi asli selesai diucapkan. Gema biasanya dimanfaatkan untuk mengukur jarak dalam alat SONAR atau bisa dimanfaatkan dalam teknologi USG.
Untuk memahami perbedaan gaung dan gema, sobat belajar dapat menonton video berikut. (sumber: Dian Ayu Merdekawati)
Gimana sobat belajar? Sudah paham perbedaan gaung dan gema? Selanjutnya kita akan membahasSONAR. SONAR (Sound Navigation of Ranging) adalah sebuah sistem perangkat yang digunakan untuk mendeteksi serta menentukan jarak benda yang berada di bawah laut. Sistem SONAR bekerja dengan menggunakan gelombang suara ultrasonik. Gelombang suara ultrasonik memiliki frekuensi lebih dari 20.000 Hz serta dapat merambat dan menjalar jauh ke dalam air laur dibandingkan gelombang suara lainnya.
Tranduser sonar adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sinyal listrik menjadi gelombang suara di dalam air. Selanjutnya, gelombang suara akan merambar dan mengenai objek sasaran, misalnya batu karang, ikan, dan benda lainnya yang ada di bawah laut. Gelombang suara yang telah terkena objek selanjutnya terpantul menghasilkan efek gema atau echo. Sinyal pantulan tersebut langsung diterima oleh detektor dan kemudian dianalisis pada sebuah monitor untuk mengetahui arah, cepat rambat gelombang, dan waktu yang nantinya berguna untuk mengukur kedalaman laut.
Intensitas Gelombang Bunyi
Pernahkah kamu berpikir mengapa pembawa acara membacakan protokol upacara menggunakan mikrofon? Apakah mereka menggunakan mikrofon hanya untuk bergaya saja? Tentu tidak. Mikrofon tersebut digunakan agar suara pembawa acara terdengar jelas oleh seluruh peserta upacara. Ini dikarenakan intensitas bunyi yang dihasilkan ketika pembawa acara menggunakan mikrofon lebih besar daripada ketika tidak menggunakan mikrofon. Apa itu intensitas? Simak penjelasan berikut ini ya!
sumber: romadecade.org
Intensitas Bunyi adalah besaran untuk mengukur kenyaringan bunyi. Intensitas bunyi yaitu energi bunyi tiap detik (daya bunyi) yang menembus bidang setiap satuan lus permukaan secara tegak lurus. Rumus intensitas bunyi di suatu titik oleh beberapa sumber bunyi adalah sebagai berikut.
Intensitas gelombang bunyi pada suatu titik berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dari sumber bunyi, sehingga perbandingan intensitas bunyi di dua tempat yang berbeda jaraknya terhadap sumber bunyi adalah:
Ternyata, kuat bunyi yang terdengar oleh telinga kita tidak berbanding lurus dengan besarnya intensitas bunyi. Misalnya, jika intensitas awal 10^5 W/m^2 dan dinaikkan menjadi 2 x 10^-5 W/m^2, ternyata telinga kita tidak mendengar bunyi dua kali lebih kuat. Bahkan, telinga merasa mendengar bunyi yang hampir sama kuatnya. Karena jangkauan intensitas bunyi yang dapat didengar manusia sangat besar, maka dibuatkan suatu besaran yang menyatakan intensitas dalam bilangan yang lebih kecil. Besaran ini dinamakan taraf intensitas bunyi.
Taraf Intensitas Bunyi adalah logaritma perbandingan antara intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran. Rumus taraf intensitas bunyi adalah:
Keterangan:
TI = taraf intensitas bunyi (dB)
I = intensitas bunyi (W/m^2)
Io = intensitas ambang pendengaran (10^-12 W/m^2)
Jika terdapat beberapa sumber bunyi yang identik, maka taraf intensitasnya menjadi:
Keterangan:
n = jumlah sumber bunyi
Gelombang Bunyi pada Dawai
Pernahkah kamu bermain alat musik gitar? Gitar adalah alat musik yang menggunakan dawai sebagai sumber bunyinya. Gitar dapat menghasilkan nada-nada yang berbeda dengan cara menekan bagian tertentu pada senar saat dipetik. Nada yang dihasilkan dengan pola yang paling sederhana disebut nada dasar, kemudian secara berturut-turut pola gelombang yang terbentuk menghasilkan nada atas ke 1, nada atas ke 2, nada atas ke 3 dan seterusnya.
sumber: rumahinspirasi.com
Nada Dasar
Nada dasar terjadi jika sepanjang dawai terbentuk 1/2 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Tali dengan panjang L membentuk 1/2λ sehingga L = 1/2λ, maka λ = 2L. Frekuensi nada dasar adalah:
Nada Atas ke 1
Nada atas ke 1 terjadi jika sepanjang dawai terbentuk 1 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Tali dengan panjang L membentuk 1λ sehingga L = 1λ, maka λ = L. Frekuensi nada atas ke 1 adalah:
Nada Atas ke 2
Nada atas ke 2 terjadi jika sepanjang dawai terbentuk 3/2 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Tali dengan panjang L membentuk 3/2L sehingga L = 3/2λ, maka λ = 2/3L. Frekuensi nada atas ke 2 adalah:
Nada Atas ke n
Ketiga nada di atas membentuk pola, sehingga nada atas ke n dapat ditulis:
Frekuensi-frekuensi dan seterusnya disebut frekuensi alami atau frekuensi resonansi.
Perbandingan frekuensi-frekuensi di atas, yaitu:
Gelombang Bunyi pada Pipa Organa
Pernahkah kalian bermain terompet atau seruling? Terompet dan seruling adalah alat musik yang menggunakan kolom udara sebagai sumber getarnya, atau disebut juga pipa organa. Pipa organa terbagi menjadi dua, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup.
sumber: tribunnews.com
Pipa Organa Terbuka
Nada Dasar
Nada dasar terjadi jika sepanjang pipa organa terbentuk 1/2 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Pipa organa dengan panjang L membentuk 1/2λ sehingga L = 1/2λ, maka λ = 2L. Frekuensi nada dasar adalah:
Nada Atas ke 1
Nada atas ke 1 terjadi jika sepanjang pipa organa terbentuk 1 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Pipa organa dengan panjang L membentuk 1λ sehingga L = 1λ, maka λ = L. Frekuensi nada atas ke 1 adalah:
Nada Atas ke 2
Nada atas ke 2 terjadi jika sepanjang pipa organa terbentuk 3/2 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Pipa organa dengan panjang L membentuk 3/2L sehingga L = 3/2λ, maka λ = 2/3L. Maka frekuensi nada atas ke 2 adalah:
Nada Atas ke n
Ketiga nada di atas membentuk pola, sehingga nada atas ke n dapat ditulis:
Perbandingan frekuensi-frekuensi di atas, yaitu:
Pipa Organa Tertutup
Nada Dasar
Nada dasar terjadi jika sepanjang pipa organa terbentuk 1/4 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Pipa organa dengan panjang L membentuk 1/4λ sehingga L = 1/4λ, maka λ = 4L. Frekuensi nada dasar adalah:
Nada Atas ke 1
Nada atas ke 1 terjadi jika sepanjang pipa organa terbentuk 3/4 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Pipa organa dengan panjang L membentuk 3/4λ sehingga L = 3/4λ, maka λ = 4/3L. Frekuensi nada atas ke 1 adalah:
Nada Atas ke 2
Nada atas ke 2 terjadi jika sepanjang pipa organa terbentuk 5/4 gelombang seperti pada gambar.
sumber: gangfisika.blogspot.com
Pipa organa dengan panjang L membentuk 5/4λ sehingga L = 5/4λ, maka λ = 4/5L. Frekuensi nada atas ke 2 adalah:
Nada Atas ke n
Ketiga nada di atas membentuk pola, sehingga nada atas ke n dapat ditulis:
Christian Doppler adalah seorang fisikawan dan matematikawan adalah Austria yang terkenal atas kontribusinya dalam menyusun sebuah fenomena yang dinamakan "Efek Doppler"
