Bunyi

Pengukuran bunyi
Pengukuran bunyi
Karakteristik	Simbol
Tekanan bunyi	p, SPL,LPA
Kecepatan partikel	v, SVL
Perpindahan partikel	δ
Intensitas bunyi	I, SIL
Kekuatan bunyi	P, SWL, LWA
Energi bunyi	W
Kepadatan energi bunyi	w
Paparan bunyi	E, SEL
Impedansi akustik	Z
Frekuensi audio	AF
Kehilangan transmisi	TL
	l; b; s;

Bunyi memiliki pengertian yang bervariasi menurut bidang ilmunya. Dalam ilmu fisika, bunyi adalah suatu getaran yang merambat sebagai gelombang akustik melalui media transmisi seperti gas, cairan, atau benda padat. Sementara dalam ilmu fisiologi dan psikologi manusia, bunyi adalah penangkapan gelombang akustik oleh telinga dan pemersepsian gelombang tersebut oleh otak.

Gelombang akustik yang mampu mengaktifkan persepsi pada pendengaran manusia adalah gelombang yang memiliki frekuensi antara 20 Hz dan 20 kHz, yang termasuk dalam rentang frekuensi audio. Di udara bertekanan atmosfer normal, frekuensi tersebut mewakili gelombang bunyi dengan panjang gelombang 17 meter hingga 1,7 sentimeter. Gelombang bunyi berfrekuensi di atas 20 kHz disebut ultrabunyi, sementara gelombang bunyi di bawah 20 Hz disebut infrabunyi. Keduanya jenis tersebut tidak dapat terdengar oleh manusia. Berbagai jenis spesies hewan yang berbeda memiliki rentang pendengaran yang bervariasi.

Akustika

Akustika adalah ilmu interdisipliner yang berkaitan dengan studi tentang gelombang mekanik dalam gas, cairan, dan padatan termasuk getaran, bunyi, ultrabunyi, dan infrabunyi. Seorang ilmuwan yang bekerja di bidang akustika adalah seorang ahli akustika, sementara seseorang yang bekerja di bidang teknik akustik dapat disebut insinyur akustika.^[1] Seorang insinyur audio, di sisi lain, berkaitan dengan perekaman, manipulasi, pencampuran, dan reproduksi bunyi.

Aplikasi akustika ditemukan di hampir semua aspek masyarakat modern, subdisiplin termasuk aeroakustika, pemrosesan sinyal audio, akustika arsitektur, bioakustika, elektroakustika, kebisingan lingkungan, akustika musik, pengontrol kebisingan, psikokustika, percakapan, ultrasonografi, akustika bawah air, dan getaran.^[2]

Definisi

Bunyi didefinisikan sebagai "(a) Osilasi dalam tekanan, tegangan, perpindahan partikel, kecepatan partikel, dll., Disebarkan dalam medium dengan kekuatan internal (misalnya, elastis atau kental), atau superposisi dari osilasi yang diperbanyak. (B) Perabaan pendengaran yang ditimbulkan oleh osilasi yang dijelaskan dalam (a)."^[3] Bunyi dapat dilihat sebagai gerakan gelombang di udara atau media elastis lainnya. Dalam hal ini, bunyi adalah stimulus. Bunyi juga dapat dilihat sebagai eksitasi dari mekanisme pendengaran yang menghasilkan persepsi bunyi. Dalam hal ini, bunyi adalah perabaan.

Fisika

Percobaan menggunakan dua garpu tala berosilasi biasanya pada frekuensi yang sama. Salah satu garpu sedang dipukul dengan palu karet. Meskipun hanya garpu tala pertama yang dipukul, garpu kedua terlihat bersemangat karena osilasi yang disebabkan oleh perubahan berkala dalam tekanan dan kepadatan udara dengan memukul garpu lain, menciptakan resonansi akustik antara garpu. Namun, jika kita meletakkan sepotong logam di atas dahan, kita melihat bahwa efeknya berkurang, dan kegembiraan menjadi semakin berkurang karena resonansi tidak tercapai secara efektif.

Bunyi dapat merambat melalui media seperti udara, air dan padatan sebagai gelombang longitudinal dan juga sebagai gelombang transversal dalam padatan (lihat Gelombang longitudinal dan transversal, di bawah). Gelombang bunyi dihasilkan oleh sumber bunyi, seperti diafragma bergetar dari speaker stereo. Sumber bunyi menciptakan getaran di media sekitarnya. Ketika sumber terus bergetar media, getaran merambat menjauh dari sumber dengan laju bunyi, sehingga membentuk gelombang bunyi. Pada jarak tetap dari sumber, tekanan, kecepatan, dan perpindahan media bervariasi dalam waktu. Pada saat instan, tekanan, kecepatan, dan perpindahan bervariasi dalam ruang. Perhatikan bahwa partikel media tidak bepergian dengan gelombang bunyi. Ini secara intuitif jelas untuk zat padat, dan hal yang sama berlaku untuk cairan dan gas (yaitu, getaran partikel dalam gas atau cairan mengangkut getaran, sementara posisi rata-rata partikel dari waktu ke waktu tidak berubah). Selama propagasi, gelombang dapat dipantulkan, dibiaskan, atau dilemahkan oleh medium.^[4]

Gelombang longitudinal dan transversal

Bunyi ditransmisikan melalui gas, plasma, dan cairan sebagai gelombang longitudinal, juga disebut gelombang kompresi. Dibutuhkan media untuk disebarkan. Namun, melalui padatan, ia dapat ditransmisikan sebagai gelombang longitudinal dan gelombang transversal. Gelombang bunyi longitudinal adalah gelombang deviasi tekanan bolak-balik dari tekanan kesetimbangan, yang menyebabkan daerah kompresi dan penghalusan lokal, sedangkan gelombang transversal (dalam padatan) adalah gelombang tegangan geser bolak-balik pada sudut kanan ke arah propagasi.

Gelombang bunyi dapat "dilihat" menggunakan cermin parabola dan objek yang menghasilkan bunyi.^[5]

Energi yang dibawa oleh gelombang bunyi berosilasi mengubah bolak-balik antara energi potensial dari kompresi tambahan (dalam kasus gelombang longitudinal) atau regangan perpindahan lateral (dalam kasus gelombang transversal) dari materi, dan energi kinetik dari kecepatan perpindahan. partikel medium.

Gelombang bidang longitudinal.

Gelombang bidang transversal.

Gelombang bidang longitudinal dan transversal.

Sifat dan karakteristik gelombang bunyi

Meskipun ada banyak kerumitan yang berkaitan dengan transmisi bunyi, pada titik penerimaan (yaitu telinga), bunyi siap dibagi menjadi dua elemen sederhana: tekanan dan waktu. Elemen-elemen mendasar ini membentuk dasar dari semua gelombang bunyi. Mereka dapat digunakan untuk menggambarkan, secara absolut, setiap bunyi yang kita dengar.

Untuk memahami bunyi lebih lengkap, gelombang kompleks seperti yang ditunjukkan dalam latar belakang biru di sebelah kanan teks ini, biasanya dipisahkan menjadi bagian-bagian komponennya, yang merupakan kombinasi dari berbagai frekuensi gelombang bunyi (dan kebisingan).^[6]^[7]^[8]

Gelombang bunyi sering disederhanakan menjadi deskripsi dalam hal gelombang bidang sinusoidal, yang ditandai dengan sifat-sifat umum ini:

Frekuensi, atau kebalikannya, panjang gelombang.
Amplitudo, tekanan bunyi atau Intensitas
Laju bunyi
Arah

Bunyi yang dapat dilihat oleh manusia memiliki frekuensi dari sekitar 20 Hz hingga 20.000 Hz. Di udara pada suhu dan tekanan standar, panjang gelombang gelombang bunyi yang sesuai berkisar dari 17 m (56 kaki) hingga 17 mm (0,67 in). Terkadang kecepatan dan arah digabungkan sebagai vektor kecepatan; jumlah dan arah gelombang digabungkan sebagai vektor gelombang.

Gelombang transversal, juga dikenal sebagai gelombang geser, memiliki sifat tambahan, polarisasi, dan bukan merupakan karakteristik gelombang bunyi.

Laju bunyi

Kecepatan bunyi tergantung pada medium yang dilewati gelombang, dan merupakan sifat dasar material. Upaya signifikan pertama menuju pengukuran laju bunyi dilakukan oleh Isaac Newton. Dia percaya bahwa laju bunyi dalam suatu zat tertentu sama dengan akar kuadrat dari tekanan yang bekerja padanya dibagi dengan kepadatannya:

c={\sqrt {\frac {p}{\rho }}}.

Ini kemudian terbukti salah ketika ditemukan salah mendapatkan kecepatan. Ahli matematika Prancis Laplace mengoreksi formula dengan menyimpulkan bahwa fenomena perambatan bunyi bukan isotermal, seperti yang diyakini oleh Newton, tetapi adiabatik. Dia menambahkan faktor lain ke persamaan — gamma — dan dikalikan ${\sqrt {\gamma }}$ oleh ${\sqrt {p/\rho }}$ , dengan demikian muncul dengan persamaan $c={\sqrt {\gamma \cdot p/\rho }}$ . Sejak $K=\gamma \cdot p$ , persamaan terakhir muncul menjadi $c={\sqrt {K/\rho }}$ , yang juga dikenal sebagai persamaan Newton-Laplace. Dalam persamaan ini, K adalah modulus curah elastis, c adalah laju bunyi, dan $\rho$ adalah kepadatannya. Dengan demikian, laju bunyi sebanding dengan akar kuadrat dari rasio modulus massa medium terhadap densitasnya.

Sifat-sifat fisik dan laju bunyi berubah dengan kondisi sekitar. Misalnya, laju bunyi dalam gas tergantung pada suhu. Dalam 20 °C (68 °F) udara di permukaan laut, laju bunyi sekitar 343 m / s (1.230 km / jam; 767 mph) menggunakan rumus v [m / s] = 331 + 0.6T [°C ] Di air tawar, juga pada 20 °C, laju bunyi sekitar 1.482 m/s (5.335 km / jam; 3.315 mph). Dalam baja, laju bunyi sekitar 5.960 m / s (21.460 km / jam; 13.330 mph). Kecepatan bunyi juga sedikit sensitif, yang tunduk pada efek anharmonik orde dua, terhadap amplitudo bunyi, yang berarti ada efek perambatan non-linear, seperti produksi harmonik dan nada campuran yang tidak ada dalam bunyi asli.

Jika efek relativistik penting, laju bunyi dihitung dari persamaan Euler relativistik.

Tingkat tekanan bunyi

Tekanan bunyi adalah perbedaan, dalam media yang diberikan, antara tekanan lokal rata-rata dan tekanan dalam gelombang bunyi. Kuadrat dari perbedaan ini (mis., Kuadrat deviasi dari tekanan kesetimbangan) biasanya dirata-ratakan dari waktu ke waktu dan / atau ruang, dan akar kuadrat dari rata-rata ini memberikan nilai akar purata kuadrat (RMS). Misalnya, tekanan bunyi 1 Pa RMS (94 dBSPL) di udara atmosfer menyiratkan bahwa tekanan aktual dalam gelombang bunyi berosilasi antara (1 atm $-{\sqrt {2}}$ Pa) dan (1 atm $+{\sqrt {2}}$ Pa), yaitu antara 101323,6 dan 101326,4 Pa. Karena telinga manusia dapat mendeteksi bunyi dengan berbagai amplitudo, tekanan bunyi sering diukur sebagai level pada skala desibel logaritmik. Tingkat tekanan bunyi (SPL) atau L_p didefinisikan sebagai

L_{\mathrm {p} }=10\,\log _{10}\left({\frac {{p}^{2}}{{p_{\mathrm {ref} }}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p}{p_{\mathrm {ref} }}}\right){\mbox{ dB}}\,

Dimana p adalah tekanan bunyi root-mean-square dan

p_{\mathrm {ref} }

adalah tekanan bunyi referensi. Tekanan bunyi referensi yang umum digunakan, didefinisikan dalam standar ANSI S1.1-1994, adalah 20 µPa di udara dan 1 µPa dalam air. Tanpa tekanan bunyi referensi yang ditentukan, nilai yang dinyatakan dalam desibel tidak dapat mewakili tingkat tekanan bunyi.

Karena telinga manusia tidak memiliki respons spektral datar, tekanan bunyi sering kali ditimbang frekuensi sehingga tingkat yang diukur cocok dengan tingkat yang dipersepsikan lebih dekat. Itu Komisi Electronik Internasional (IEC) telah menetapkan beberapa skema pembobotan. Upaya pembobotan A untuk mencocokkan respons telinga manusia terhadap kebisingan dan tingkat tekanan bunyi berbobot A diberi label dBA. Pembobotan C digunakan untuk mengukur tingkat puncak.

Frekuensi

Infrabunyi

Infrabunyi adalah gelombang bunyi dengan frekuensi lebih rendah dari 20 Hz. Meskipun bunyi dengan frekuensi rendah seperti itu terlalu rendah untuk didengar manusia, paus, gajah, dan hewan lain dapat mendeteksi infrabunyi dan menggunakannya untuk berkomunikasi. Itu dapat digunakan untuk mendeteksi letusan gunung berapi dan digunakan dalam beberapa jenis musik.^[10]

Audiobunyi

Audiobunyi adalah gelombang bunyi dengan frekuensi 20 hingga 20.000 Hz. Gelombang dalam rentang ini dapat didengar oleh manusia.

Ultrabunyi

Perkiraan rentang frekuensi yang sesuai dengan Ultrasonografi, dengan panduan sulit beberapa aplikasi

Ultrabunyi adalah gelombang bunyi dengan frekuensi lebih tinggi dari 20.000 Hz. Gelombang ultrabunyi tidak dapat didengar oleh manusia, tetapi gelombang ini umum digunakan dalam dunia kedokteran dengan melakukan pencitraan gelombang yang disebut "ultrasonografi".

Referensi

^ ANSI S1.1-1994. American National Standard: Acoustic Terminology. Sec 3.03.
^ "PACS 2010 Regular Edition—Acoustics Appendix". web.archive.org. 2013-05-14. Archived from the original on 2013-05-14. Diakses tanggal 2020-06-04. Pemeliharaan CS1: Url tak layak (link)
^ ANSI/ASA S1.1-2013
^ "The Propagation of sound". Diarsipkan dari versi asli tanggal 30 April 2015. Diakses tanggal 26 June 2015.
^ "What Does Sound Look Like?". NPR. YouTube. Diarsipkan dari versi asli tanggal 10 April 2014. Diakses tanggal 9 April 2014.
^ Handel, S. (1995). Timbre perception and auditory object identification. Hearing, 425–461.
^ Kendall, R.A. (1986). The role of acoustic signal partitions in listener categorization of musical phrases. Music Perception, 185–213.
^ Matthews, M. (1999). Introduction to timbre. In P.R. Cook (Ed.), Music, cognition, and computerized sound: An introduction to psychoacoustic (pp. 79–88). Cambridge, Massachusetts: The MIT press.
^ Nemiroff, R.; Bonnell, J., ed. (19 August 2007). "A Sonic Boom". Astronomy Picture of the Day. NASA. Diakses tanggal 26 June 2015.
^ Leventhall, Geoff (2007-01-01). "What is infrasound?". Progress in Biophysics and Molecular Biology. Effects of ultrasound and infrasound relevant to human health (dalam bahasa Inggris). 93 (1): 130–137. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2006.07.006. ISSN 0079-6107.

Lihat pula

Bacaan rujukan

Simon Adams, dkk. Ensiklopedia Populer Anak. PT. Ichtiar Baru Van Hoeve, 1998.
Kanginan, Marthen (2004). Sains Fisika SMP Untuk Kelas VIII Semester 1. Jakarta: Erlangga. ISBN 979-688-350-3. (Indonesia)