Suara Lagi

1. A. Pendahuluan

Bila suatu gas, cairan, atau benda padat secara mekanis diganggu, maka gelombang bunyi seringkali dihasilkan. Di dalam gelombang ini, molekul-molekul zat itu bergetar dan bertumbukkan satu sama lain tetapi selalu mempertahankan kedudukan rata-rata yang sama. Akan tetapi karena gerakannya adalah terkoordinasi, maka sebuah gelombang dihasilkan dan energi ditransmisikan, walaupun tidak terjadi pergeseran netto dari pertikel.

Laju bunyi bergantung pada sifat-sifat fisika dari zat di mana bunyi itu merambat. Bila bunyi menemui sebuah batas di antara zat-zat di dalam mana laju bunyi berbeda, maka sejumlah energi ditransmisikan dan sejumlah energi direfleksikan. Jadi, suatu pengkajian mengenai karakteristik dari hasil tersebut, penjalaran, deteksi, dan kegunaan bunyi adalah perlu sebagai pengkajian dari perpindahan energi mekanis.

Hewan menggunakan bunyi untuk pertukaran informasi dan untuk deteksi letaknya benda-benda. Beberapa kelelawar dan ikan lumba-lumba menggunakan bunyi untuk navigasi dan untuk menentukan letak makanan di mana hadir cahaya yang tak memadai untuk penglihatan. Manusia juga menggunakan bunyi sebagai alat pengganti cahaya dan malah untuk sinar X pun. Sonar digunakan untuk navigasi dan pengamatan bawah air, dan bunyi ultra sonik atau bunyi berfrekuensi tinggi sekarang lazim digunakan untuk diagnosis pengobatan dan perawatan. Bunyi yang frekuensinya sangat rendah juga digunakan dalam pengkajian geofisika.

1. B. Pembahasan

Jika sebuah pohon tumbang ditengah hutan yang lebat sejauh ratusan mil dari tempat dimana kita tinggal, adakah bunyi atau suaranya? Orang yang berbeda akan menjawab dengan pendapat yang berbeda. Sebagian orang akan menjawab tidak, karena menurut pendapat mereka bunyi atau suara merupakan sesuatu yang subjektif dan membutuhkan pendengar. Jika tidak ada pendengar, maka bunyi tidak ada. Sebagian lagi akan akan menjawab iya, bunyi atau suara bukanlah sesuatu yang berada di kepala seseorang. Mereka berpendapat bahwa bunyi atau suara adalah sesuatu yang objektif.

Diskusi mengenai hal seperti diatas merupakan diskusi yang sering kali sulit untuk mendapatkan kata sepakat. Peserta diskusi tidak menyadari bahwa mereka sebenarnya hanya mendebatkan mengenai definisi dari sebuah kata bukan mendiskusikan bunyi dalam dalam esensinya atau sejatinya. Pada satu sisi pendapat tersebut tetap bisa dibenarkan, tergantung dari sisi mana pendapat tersebut dipandang dan dalam konteks yang bagaimana definisi tersebut diletakkan. Namun penelitian dalam sains hanya dapat dimulai jika sebuah definisi dari sesuatu telah disepakati. . para ahli fisika seringkali mengambil posisi yang objektif dan mendefinisikan suara atau bunyi sebagai bentuk dari energi yang tetap ada meskiput terdengar ataupun tidak.

1. 1. The Origin of Sound

Pada waktu bicara, sentuhlah leher masing-masing, apa yang dapat teman-teman rasakan rasakan ? Apa pula yang teman-teman rasakan saat teman-teman menyentuh sound tape yang sedang berbunyi ? Dari dua peristiwa di atas, dapat disimpulkan bahwa bunyi ditimbulkan oleh benda yang bergetar.

Semua bunyi atau suara merupakan gelombang yang dihasilkan dari getaran objek materi. Pada gitar suara dihasilkan dari getaran senar, dan pada klarinet, bunyi dihasilkan dari getaran buluh. Suara manusia dihasilkan dari getaran pita suara. Pada setiap peristiwa ini, sumber getaran mengirimkan sinyal melalui sekeliling medium dalam bentuk gelombang longitudinal. Frekuensi dari gelombang suara identik dari frekuensi dari sumber getar.

Bunyi adalah energi gelombang bunyi yang berasal dari sumber bunyi, yaitu benda yang bergetar. Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang dapat merambat melalui medium padat, cair, dan gas. Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal sehingga mempunyai sifat-sifat dapat dipantulkan (reflection), dapat dibiaskan (refraction), dapat dilenturkan (difraction), dan dapat diganggu (interferention).

Gelombang bunyi adalah gelombang mekanis longitudinal. Gelombang bunyi tersebut dapat dijalarkan di dalam benda padat, benda cair, dan gas. Partikel-partikel bahan yang mentransmisikan sebuah gelombang seperti itu berosilasi di dalam arah perjalaran gelombang itu sendiri. Ada suatu jangkauan frekuensi yang besar di mana dapat dihasilkan gelombang mekanis longitudinal. Telinga manusia bisa mendengar secara normal dibatasi oleh jangkauan frekuensi yang dapat merangsang telinga dan otak manusia kepada sensasi pendengaran. Jangkauan ini adalah dari kira-kira 16 Hz sampai dengan kira-kira 20.000 Hz dan dinamakan jangkaun suara yang dapt didengar atau audible range. Sebuah gelombang mekanis longitudinal yang frekuensinya berada di bawah jangkauan yang terdengar tersebut dinamakan gelombang bunyi infrasonic (infrasonic wave)dan gelombang yang frekuensinya berada di atas jangkauan yang terdengar dinamakan gelombang bunyi ultrasonic (ultrasonic wave). Manusia tidak bisa mendengar suara infrasonik dan ultrasonik.

Gelombang bunyi yang dihasilkan dari benda-benda yang bergetar tidak semuanya dapat terdengar oleh telinga manusia. Tetapi beberapa makhluk tertentu dapat mendengar gelombang bunyi yang tidak dapat diterima oleh terlinga manusia.. Jangkrik dan anjing mampu menangkap gelombang dengan frekuensi dibawah 20 Hz, sedangkan kelelawar mampu menangkap gelombang bunyi dengan frekuensi di atas 20.000 Hz. Telinga kita hanya mampu menangkap gelombang dengan frekuensi gelombang diantara 20 Hz sampai 20.000 Hz.

Pada kelelawar rentang gelombang suara yang bisa didengar adalah gelombang suara ultrasonic. Seekor kelelawar memanfaatkan gelombang bunyi yang frekuensinya begitu tinggi dan yang panjang gelombangnya begitu pendek. Hal ini adalah karena sebuah gelombang bisa diganggu hanya oleh benda-benda yang dapat dibandingkan kepada panjang gelombang itu atau yang lebih besar dari panjang itu, gelombang itu akan melewati benda yang lebih kecil dengan efek yang kecil. Untunk menghindari rintangan dan mencari makan kelelawar memanfaatkan sifat dari gelombang bunyi yang bisa dipantulkan. Kelelawar memancarkan sederatan cicit berfrekuensi tinggi dan mengindera waktu yang diperlukan oleh gelombang itu untuk kembali setelah direfleksikan oleh sebuah benda. Panjang gelombang itu harus cukup pendek supaya refleksi dapat terjadi dari benda kecil.

Ikan lumba-lumba adalah sensitif terhadap frekuensi sampai dengan  dan menggunakan sebuah sistem yang serupa untuk navigasi di bawah air dan untuk menentukan tempat di bawah air.

1. 2. Sifat Alami Suara di Udara

Ketika kita menepukkan tangan kita, maka kita akan menghasilkan gelombang bunyi yang bergerak keluar ke segala arah. Sebagai gelombang longitudinal, medium gelombang bunyi yang bergetar adalah udara. Dengan cara yang sama sebuah sebuah gelombang bunyi  bisa menggetarkan gulungan per. Setiap partikel bergerak bolak balik sepanjang arah bidang gelombang.

Peristiwa ketika seseorang membuka jendela yang bertirai/gorden pada satu sisi ruangan, dan seseorang lainnya membuka pintu di sisi ruangan lainnya. Ketika orang tersebut membuka pintu, kita bisa membayangkan pintu tersebut mendorong molekul-molekul udara yang berdekatan dengan pintu menjauh dari posisi awalnya. Molekul-molekul ini menabrak molekul-molekul disebelahnya, sehingga molekul-molekul tersebut ikut begerak menumbuk molekul-molekul yang lain sampai seterusnya, hingga tirai/gorden yang ada pada jendela di ujung terbang keluar jendela. Sebuah getaran dari udara yang ditekan bergerak dari pintu menuju gorden. Getaran dari udara yang ditekan inilah yang dinamakan condensation. Tiap-tiap molekul udara memiliki kekuatan untuk bergerak menjauh dari pintu dan kemudian setelah menekan dan menumbuk molekul udara disebelahnya dia akan kembali ke arah mendekati pintu. Molekul-molekul udara ini dapat bergetar layaknya kawat pada gulungan per.

Ketika kita menutup pintu kembali, pintu akan menekan molekul-molekul udara yang berdekatan yang berada diluar ruangan, sehingga menyebabkan zona dibelakang pintu memiliki tekanan udara yang rendah. Molekul-molekul udara disekitarnya akan bergerak menuju zona tersebut meninggalkan zona dengan tekanan udara yang rendah pula dibelakangnya. Molekul-molekul udara yang lain yang berjauhan dari pintu pada gilirannya juga akan bergerak menuju wilayah yang tekanan udaranya renggang dan sekali lagi akan menimbulkan gerakan melintasi ruangan sebagai bukti gorden pada jendela akan terbang menuju ke dalam ruangan. Pada peristiwa inilah dinamakan sebagai rarefaction.

1. 3. Cepat Rambat Bunyi

Petiklah gitar maka teman-teman akan mendengar bunyi yang dihasilkan dari gitar tersebut. Bagaimana bunyi itu dapat sampai ke telinga kita ?

Dalam perambatannya, getaran itu membutuhkan medium tertentu agar dapat sampai ke telinga teman-teman. Bunyi gitar menuju telinga dihantarkan oleh partikel-partikel udara. Getaran yang dihasilkan dari senar gitar menumbuh partikel udara sekitarnya dan diteruskan ke partikel udara berikutnya, hingga ke telinga kita. Dengan demikian, udara yang berperan sebagai mediumnya. Penjalaran gelombang bunyi hampir sama dengan gelombang longitudinal, yaitu berupa tekanan yang lebih tinggi (rapatan) dan tekanan yang lebih rendah (renggangan) pada molekul-molekul udara yang ada disekitar sumber bunyi yaitu senar gitar dengan pola yang teratur.

Melihat dari peristiwa-peristiwa terjadinya bunyi, maka dapat dilihat tiga faktor yang menentukan bunyi dapat didengar, yaitu adanya sumber bunyi, zat antara dan pendengar.

Peristiwa lain tentang bunyi adalah ketika kita melihat seseorang memotong  atau memaku kayu dari jarak yang jauh, kita biasa melihat bahwa peristiwa pukulan saat paku atau alat pemotong menyentuh kayu tersebut terjadi beberapa saat sebelum suaranya sampai ke telinga kita, juga sewaktu kita melihat petir, kita akan melihat terlebih dahulu cahaya, dari pada bunyi yang dihasilkan. Hal ini menunjukkan bahwa gelombang bunyi dalam merambatnya membutuhkan waktu. Dengan demikian, jarak yang ditempuh gelombang bunyi dari sumber bunyi hingga ke pendengar dalam selang waktu tertentu disebut cepat rambat bunyi. Cepat rambat bunyi pada suatu tempat ternyata dapat kita hitung.

Apabila cepat rambat bunyi dinyatakan dengan v, jarak dengan s dalam meter, dan waktu dengan t dalam sekon, maka dapat kita tulis:

atau

Cepat rambat bunyi juga dapat dicari dengan rumus :

v = f . l

dengan v : cepat rambat bunyi (m/s), f : frekuensi bunyi (Hz), l : panjang gelombang bunyi (m).

Berdasarkan hukum Boyle dan Laplace, cepat rambat bunyi dalam gas memenuhi persamaan :

dengan v : cepat rambat bunyi dalam gas (m/s), g : tetapan Laplace (c_p/c_v), R : tetapan gas umum (8317 J/kmolK), T : suhu mutlak (K), M : massa 1 kmol gas (kg/kmol).

Cepat rambat bunyi dalam zat cair memenuhi persamaan :

dengan v : cepat rambat bunyi dalam zat cair (m/s), B : modulus Bulk zat cair (N/m²), r : masa jenis zat cair (kg/m³).

Cepat rambat bunyi dalam zat padat memenuhi persamaan :

dengan v : cepat rambat bunyi dalam zat padat (m/s), E : modulus Young (N/m²), r : massa jenis zat padat (kg/m²).

Cepat rambat suara atau bunyi ini bergantung  pada beberapa faktor, seperti kondisi angin, temperatur dan kelembaban, namun tidak bergantung pada frekuensi dari suara itu sendiri. Hal ini dibuktikan bahwa semua nada dengan frekuensi yang berbeda-beda akan merambat atau bergerak dengan kecepatan yang sama.

Cepat rambat suara pada udara yang kering pada suhu 0ºC berkisar antara 330 meter/menit, hampir mendekati 1200 km/jam. Uap air di udara dapat sedikit meningkatkan cepat rambat suara. Bunyi bergerak lebih cepat jika melewati udara yang panas menuju udara yang dingin. Dengan ini diharapkan, pada udara yang panas, molekul-molekul udara bergerak lebih cepat, sehingga akan menggeser molekul-molekul udara yang alin lebih sering dan oleh karena itu bisa mengirimkan sebuah getaran bunyi dalam waktu yang relatif lebih singkat.

Untuk setiap kenaikan derajat pada suhu di atas 0ºC kecepatan suara atau bunyi di udara meningkat hingga 0,6 meter/sekon. Di air cepat rambat bunyi kira-kira empat kali lebih cepat dibanding cepat rambat bunyi di udara. Pada baja cepat rambat bunyi diperkirakan 15 kali lebih cepat dibanding di udara.

Speed of Sound in Various Materials
Solids	v (m/s)		Liquids	v (m/s)
Aluminium	6420		alcohol, ethyl	1207
Beryllium	12,890		alcohol, methyl	1103
Brass	4700		Mercury	1450
Brick	3650		water, distilled	1497
Copper	4760		water, sea	1531
Cork	500
glass, crown	5100
glass, flint	3980		gases (STP)	v (m/s)
glass, pyrex	5640		air, 000 °C	331
Gold	3240		air, 020 °C	343
Granite	5950		Argon	319
Iron	5950		carbon dioxide	259
Lead	2160		Helium	965
Lucite	2680		hydrogen (H2)	1284
Marble	3810		Neon	435
rubber, butyl	1830		Nitrogen	334
rubber, vulcanized	54		nitrous oxide	263
Silver	3650		oxygen (O2)	316
steel, mild	5960		water vapor, 134 °C	494
steel, stainless	5790
Titanium	6070		biological materials	v (m/s)
Wood, ash	4670		soft tissues	1540
Wood, elm	4120
Wood, maple	4110
Wood, oak	3850
Sources: Unknown, but probably an old version of the CRC

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).

1. 4. Refraction of Sound (Pembengkokan Gelombang Bunyi)

Dalam medium homogen seperti udara dengan kerapatan konstan, gelombang akan menjalar dengan garis lurus searah berkas. Pada jarak yang sangat jauh dari sumber titik, suatu bagian kecil muka gelombang dapat didekati dengan suatu bidang, dan berkas-berkas hampair merupakan garis-garis paralel gelombang demikian disebut gelombang bidang.

Bila suatu gelombang datang pada suatu permukaan batas yang meisahkan dua daerah dengan laju gelombang yang berbeda maka sebagian gelombang akan dapantulkan dan sebagian yang lain akan ditransmisikan. Ini terjadi misalnya ketika suatu gelombang bunyi di udara menumbuk suatu permukaan padat atau cair. Berkas yang terpantul membentuk sudut dengan garis normal permukaan yang besarnya sama dengan sudut berkas datang, sebaliknya berkas yang ditransmisikan akan dibelokkan atau menjauh dari garis normal bergantung pada apakah laju gelombang dalam medium kedua lebih kecil atau lebih besar daripada laju gelombang dalam medium datang. Pembelakokan berkas yang ditransmisikan disebut refraksi atau pembiasan.

Gelombang bunyi atau suara menjadi bengkok ketika bagian dari bidang gelombang bergerak pada kecepatan yang tidak sama. Ini terjadi pada angin yang tidak rata atau ketika bunyi bergerak melewati udara yang temperaturnya tidak rata.  Pembengkokan bunyi atau suara ini dinamakan refraksi.

Sebagai contoh, pada hari yang panas udara diatas tanah terasa lebih panas dibanding udara yang berada jauh diatasnya, sehingga cepat rambat bunyi pada area yang berdekatan dengan tanah akan meningkat. Oleh karena itu gelombang suara akan cenderung membelokkan arahnya dari tanah, sehingga suara tidak tampak begitu jelas.

Pada hari yang dingin atau pada malam hari ketika lapisan udara yang dekat dengan tanah lebih dingin dari lapisan udara diatasnya, cepat rambat bunyi di dekat tanah akan berkurang. Cepat rambat gelombang bunyi yang lebih tinggi di lapisan udara atas menyebabkan pembengkokan dari bunyi ke arah tanah. Hal ini menyebabkan bunyi dapat didengar sangat jelas walaupun pada jarak yang lebih jauh.

1. 5. Refleksi (Pemantulan Bunyi)

Ketika teman-teman berdiri di dekat lereng pegunungan atau di sebuah bangunan / gedung kemudian berteriak atau tepuk tangan, maka bunyi akan memantul kembali atau bergaung dari bunyi teriakan atau tepuk tangan. Semakin teman-teman mendekati tebing pegunungan atau mendekati dinding gedung suara pantul atau gaung teman-teman tidak akan bergema lagi. Hal ini disebabkan pantulan gelombang dengan segera atau cepat diterima oleh telinga.

Pemantulan suatu bunyi dapat dibedakan jadi dua yaitu gaung / kerdam dan gema. Gaung dapat memperlemah bunyi asli karena bunyi pantul sebagian terdengar bersama-sama bunyi aslinya. Gaung dapat disebabkan oleh pemantulan bunyi pada bidang yang tidak merata sehingga bunyi pantul saling bertumpuk dengan bunyi pantul yang lain. Pantulan bunyi yang terdengar setelah bunyi asli selesai diucapkan disebut gema. Gema sering terjadi di lereng atau hutan yang sunyi.

Waktu yang dibutuhkan tentu saja bergantung pada jarak dan permukaan pantul.  Jika bidang pantul berjarak 170 meter jauhnya, suara harus bergerak 170 meter dan kembali dengan jarak yang sama, sehingga jarak yang ditempuh menjadi 340 meter. Karena pada suhu normal bunyi bergerak dengan kecepatan kira-kira 340 meter tiap sekonnya, maka gema bisa didengar setelah satu sekon.

Terdapat hukum pemantulan bunyi yaitu:

1. Bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu bidang datar.
2. Sudut datang sama dengan sudut pantul

Pemanfaatan pantulan gelombang dapat juga untuk mengukur kedalaman suatu lautan. Untuk mengukur kedalaman laut digunakan dua alat, yaitu Osilatot dan hidrofon. Osilator merupakan alat untuk memancarkan gelombang ke dasar laut, sedangkan hidrofon merupakan alat penerima gema. Pemantulan kecepatan rambat gelombang dan waktu penerimaan gelombang kembali oleh hidrofon menentukan berapa besar kedalaman sebenarnya dari suatu wilayah di lautan.

Gelombang tali dan gelombang permukan air dapat memantul apabila mengenai suatu penghalang. Demikian juga gelombang bunyi apabila mengenai penghalang akan mengalami pemantulan pula. Pemantulan bunyi kelihatan nyata, apabila berada pada gedung atau lereng suatu puncak.

Terkadang ada lebih dari satu permukaan pantul dan kita bisa mendengar gema berseri. Sebagai contoh ketika kita menembakkan sebuah pistol ke jurang. Suara pertama dipantulkan dari satu permukaan dan diteruskan oleh permukaan yang lain. Pemantulan suara semakin lama mencapai telinga kita melalui banyak jalan, sehingga menyerupai gemuruh panjang. Hal ini juga terjadi pada bunyi halilintar. Perpanjangan bunyi  karena pemantulan yang terjadi berkali-kali dinamakan reverberation.

Pemantulan yang berulangkali dari gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan oleh para ahli fisika sebagai tehnik yang lebih aman untuk penyinaran untuk mendeteksi tubuh dibandingkan sinar x. Ketika bunyi ultrasonik  masuk kedalam tubuh, akan dipantulkan lebih kuat oleh bagian organ luar disusul oleh bagian dalam organ, sehingga gambar/ sketsa dari keadaan organ dapat diperoleh. Ketika bunyi ultrasonik ini terjadi pada benda yang bergerak, pemantulan suara memiliki frekuensi yang sedikit berbeda. Dengan mengunakan prinsip Effect Doppler, seorang ahli bisa mendengarkan detak jantungdari fetus berumur 11 minggu yang berada dalam kandungan.

1. 6. Energi pada Gelombang Bunyi

Gerakan gelombang dari segala macam bentuk gelombang memiliki energi yang bermacam-macam tingkatannya. Sinar x memiliki tingkat energi yang besar, disusul oleh sinar ultraviolet, dan pada cahaya matahari yang tampak tingkat energinya lebih kecil.

Menurut perbandingan, bunyi memiliki energi yang sangat kecil, karena hanya dibutuhkan energi dalam jumlah kecil untuk menghasilkan bunyi atau suara. Sebagai contoh, sebanyak 10.000.000  orang berbicara pada waktu yang sama akan menghasilkan bunyi yang energinya sebanding atau sama dengan energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan cahaya kilat/halilintar. Proses mendengar memungkinkan hanya jika telinga kita memiliki sensitifitas terhadap sensasi bunyi.

Jumlah energi bunyi yang dipantulkan dari permukaan tergantung pada permukaan. Dinding, lantai, dan langit-langit datar dapat menjadi pemantul yang baik, sebaliknya bahan-bahan yang kurang tegar dan berpori seperti kain tirai dan taplak akan menyenyap bunyi datang. Refleksi (pemantulan) gelombang bunyi memainkan peran penting dalam perancangan ruang perkuliahan, perpustakaan, atau auditorium musik. Dalam ruang perkuliahan dengan pemukaan pemantul datar, pembicaraan sulit dimengerti karena banyak gaung yang tiba pada waktu yang berbeda pada telinga pendengar. Bahan penyerap sering ditempatkan pada dinding dan langit-langit untuk mengurangi pemantulan-pemantulan tersebut. Dalam ruang konser suatu lapisan pemantul ditempatkan di belakang orkestra dan panel-panel pemantul digantung di langit-langit untuk memantulkan dan mengarahkan bunyi kembali menuju pendengar.

Tinggi rendahnya bunyi ditentukan oleh frekuensi sedangkan intensitas atau kuat lemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudo. Intensitas bunyi dinyatakan dengan persamaan :

dengan :

P =  daya bunyi (watt)

A =  luas bidang yang ditembus gelombang bunyi (m²) ® A = 4pr²

I =  intensitas bunyi (watt/m²)

Batas intensitas bunyi yang dapat didengar oleh manusia adalah antara 1 watt/m² sampai dengan 10^-12 watt/m². Intensitas terkecil ini disebut intensitas ambang pendengaran. Taraf intensitas bunyi (TI) dinyatakan dengan persamaan :

dengan :

I =  intensitas bunyi (watt/m²)

I₀ =  intensitas ambang bunyi (10^-12 watt/m²)

TI = taraf intensitas bunyi (deciBell atau dB)

1. 7. Gaya Getar

Jika kita membunyikan sebuah garputala, suara yang dihasilkan kemungkinan akan lebih lemah dibandingkan jika kita menumbukkan garputala yang sama pada sebuah meja dengan kekuatan atau gaya yang sama besar. Ini disebabkan karena meja dipaksa untuk bergetar, dan karena permukaan meja yang lebih luas akan mengakibatkan udara yang bergerak lebih banyak. Meja akan mengeluarkan gaya untuk bergetar disebabkan tumbukan garputala dengan frekuensi tertentu. Inilah yang dinamakan gaya getar. Getaran dari lantai pabrik disebabkan akibat mesin-mesin berat yang dijalankan juga merupakan contoh dari gaya getar.

1. 8. Resonansi

Suara kilat yang menggelegar dapat membuat getaran pada kaca atau benda-benda lainnya yang mudah bergetar. Saat membunyikan radio dengan volume suara yang yang sangat tinggi, dinding-dinding rumah (papan atau triplek) juga ikut bergetar. Air yang tenang apabila menerima bunyi yang keras juga dapat ikut bergetar. Bergetarnya kaca, dinding-dinding, dan air yang tenang saat menerima bunyi yang keras merupakan fenomena fisika tentang resonansi. Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda kerena benda lain digetarkan disebut resonansi.

Resonansi adalah  ikut bergetarnya molekul udara dalam kolom udara akibat getaran benda, dalam beberapa alat musik akan menimbulkan efek bunyi yang merdu. Pada alat musik berbentuk pipa organa tertutup, yaitu salah satu atau kedua ujung pipanya tertutup, resonansi terjadi jika : l = ¼ l, l, l, dst……, dengan l adalah panjang pipa dan l adalah panjang gelombang bunyi.

Alat-alat musik, pada umumnya menggunakan prinsip resonansi, misalnya gamelan, alat musik tiup dan alat musik petik/gesek. Gamelan apabila dimainkan, getarannya menyebabkan udara yang ada dibawahnya ikut bergetar atau beresonansi sehingga menghasilkan nada yang lebih tinggi. Gendang termasuk alat musik yang dipukul. Sisi dibagian bawahnya diberi lubang agar udara dibawahnya bebas bergetar, apabila gendang dipukul. Demikian juga yang dialami oleh alat musik lain seperti biola.

Dua sumber bunyi dari dua pengeras suara yang berasal dari sebuah audio generator akan menghasilkan gelombang-gelombang bunyi yang koheren, yaitu dua gelombang dengan frekuensi sama, amplitudo sama, dan beda fase tetap. Jika rapatan bertemu rapatan atau regangan bertemu regangan maka terjadi penguatan bunyi (konstruktif) sehingga bunyi terdengar semakin keras. Jika regangan bertemu rapatan maka terjadi pelemahan bunyi (destruktif) sehingga bunyi terdengar semakin lemah.

1. 9. Interferensi

Dua gelombang identik dari dua sumber titik berbeda memiliki perbedaan fase pada sembarang titik yang bergantung pada perbedaan panjang lintasan. Dua sumber yang sefase atau mempunyai beda fase konstan bersifat koheren. Interferensi dapat diamati hanya untuk gelombang-gelombang dari sumber-sumber koheren. Gelombang-gelombang dari sumber tidak koheren mempunyai beda fase yang berubah-ubah secara acak sepanjang waktu, sehingga interferensi pada suatu titik tertentu berubah-ubah bolak-balik dari konstruktif ke destruktif dan tidak ada pola interferensi yang teramati. Biasanya, penyebab beda fase antara dua gelombang adalah perbedaan panjang lintasan yang dilalui oleh gelombang.

Beberapa alat musik berbentuk pipa organa, misalnya seruling, terompet, drum, gitar akustik, dan lain-lain. Pipa organa adalah sebuah pipa yang berisi kolom udara. Terdapat dua jenis pipa organa yang masing-masing menimbulkan pola interferensi gelombang bunyi yang berbeda.

Dua gelombang bunyi dengan frekuensi yang berbeda tapi dekat menghasilkan pelayangan yang terdengar. Layangan (beats) merupakan akibat interferensi dua gelombang yang mempunyai sedikit perbedaan frekuensi. Frekuensi layangan sama dengan beda frekuensi kedua gelombang

Efek layangan adalah interferensi dua getaran harmonis yang sama arah getarnya, tetapi mempunyai perbedaan frekwensi sedikit sekali. Misalnya dua getaran A dan N berturut-turut mempunyai frekwensi f₁ = 4 Hz dan f₂ = 6 Hz

Mula-mula kedua sumber getar bergetar dengan fase sama, jadi superposisi gelombang saling memperkuat atau terjadi penguatan. Setelah beberapa saat getaran B mendahului getaran dari pada A, sehingga fasenya berlawanan, jadi saat ini superposisi saling menghapus. Beberapa saat kemudian B bergetar satu getaran lebih dahulu dari A, maka saat ini fase A dan B sama lagi dan terjadi superposisi saling memperkuat lagi, artinya terjadi terjadi penguatan lagi dan seterusnya.

Pada saat terjadi amplitudo maksimum, maka interferensi mencapai terkuat atau terjadi penguatan dan pada saat amplitudo minimum terjadi interferensi pelemahan. Yang dimaksud dengan satu layangan ialah bunyi yang terdengar keras- lemah – keras atau lemah – keras – lemah.

10. Efek Doppler

Efek Doppler adalah perbedaan frekuensi yang diterima oleh pendengar dengan frekuensi asli sumber getarnya relatif antara  pendengar dan sumber bunyi.

Bila kedudukan antara pengamat dan sumber mendekat, maka pengamat mengamati frekuensi yang lebih tinggi dan bila kedudukan menjauh maka pengamat mengamati lebih rendah. Secara matematik dirumus- kan :

¦p = frekuensi yang diterima pendengar ¦s = frekuensi sumber bunyi V   = kecepatan bunyi di udara Vp             = kecepatan pandangan Vs = kecepatan sumber bunyi

V + Vp      = pendengar mendekati sumber bunyi V – Vp = pendengar menjauhi sumber bunyi V + Vs = sumber bunyi menjauhi pendengar V – Vs = sumber bunyi mendekati pandangan

Ada tiga kemungkinan hubungan  dan  :

-          =  (jika jarak antara sumber dan pendengar tetap)

-          <  (jika jarak antara sumber dan pendengar selalu menjauh)

-          >  (jika jarak antara sumber dan pendengar selalu memendek)

Jika pengaruh angin terhadap cepat rambat gelombang suara diperhitungkan maka rumusnya dapat ditulis :

V_a = laju angin (bertanda positif jika searah dengan datangnya gelombang bunyi ke pendengar = arah angin dari pihak sumber bunyi ke pendengar) dan sebaliknya.

Jika sumber bunyi relatif mendekati pendengar, frekuensi bunyi yang didengar lebih tinggi daripada frekuensi sumber  bunyi sebenarnya. Sebaliknya jika sumber bunyi relatif menjauhi pendengar maka frekuensi bunyi yang didengar lebih rendah.

Perbedaan frekuensi bunyi akibat pergerakan sumber bunyi atau pendengar ini disebut efek doppler yang diamati oleh fisikawan Australia bernama Christian Johann Doppler (1803-1855), yang dapt dituliskan dengan persamaan :

dengan :

f_p = frekuensi sumber bunyi yang didengar oleh pendengar (Hz)

f_s = frekuensi sumber bunyi sebenarnya (Hz)

v = kecepatan gelombang bunyi di udara (m/s)

v_p =  kecepatan gerak pendengar (m/s)

v_s =  kecepatan gerak sumber bunyi (m/s)

Tanda v_p dan v_s :

Jika P adalah pendengar dan S adalah sumber bunyi.

1. P bergerak mendekati S, maka v_p diberi tanda (+) sehingga f_p > f_s.
2. P bergerak menjauhi S, maka v_p diberi tanda (-) sehingga f_p < f_s.
3. S bergerak mendekati P, maka v_s diberi tanda (+) sehingga f_p > f_s.
4. S bergerak menjauhi P, maka v_s diberi tanda (-) sehingga f_p < f_s.
5. P dan S diam, maka v_p = v_s = 0 sehingga f_p = f_s.

11. Gelombang Kejut

Sonic boom adalah istilah bagi gelombang kejut di udara yang dapat ditangkap telinga manusia. Istilah ini umumnya digunakan untuk merujuk kepada kejutan yang disebabkan pesawat-pesawat supersonik.

Saat pesawat terbang melebihi kecepatan suara, muncullah gelombang kejut pada bagian tertentu pesawat. Gelombang kejut adalah daerah di udara dimana terjadi perubahan (tekanan udara, temperatur, densitas) secara dadakan. Gelombang kejut ini merambat dalam bentuk kerucut dan bisa sampai ke permukaan tanah, membuat pekak dan memecahkan kaca-kaca. Karena itu pesawat supersonik biasanya tidak terbang supersonik di atas daerah berpenduduk.

Supersonik adalah kecepatan di atas kecepatan suara, yang kira-kira adalah 343 m/d (1.087 kaki/detik, 761 mpj, 1.225 km/j, di udara pada permukaan laut. Kecepatan lima kali di atas kecepatan suara disebut hipersonik.

Pecahan supersonik adalah gerakan retak lebih cepat dari kecepatan cahaya di bahan rapuh. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh ilmuwan dari Institut Max Planck untuk Riset Logam di Stuttgart (Markus J. Buehler dan Huajian Gao) dan IBM Almaden Research Center di San Jose, California (Farid F. Abraham).

Banyak pesawat tempur modern adalah supersonik. Concorde dan Tupolev Tu-144 adalah pesawat penumpang supersonik. Tetapi, semenjak Concorde berhenti melayani penerbangan pada 26 November 2003, tidak ada lagi pesawat penumpang supersonik dalam pelayanan.

Munisi senjata api adalah supersonik, dengan projektil senapan seringkali memiliki kecepatan mendekati Mach 3.

Pada 1942 Menteri Penerbangan Kerajaan Bersatu memulai proyek sangat rahasia dengan Miles Aircraft untuk mengembangkan pesawat pertama untuk menembus hambatan suara. Proyek ini menghasilkan prototipe pesawat Miles M.52, yang dirancang untuk mencapai 1000 mpj (1600 km/j) pada ketinggian 36.000 kaki (11 km) dalam 1 menit 30 detik.

Rancangan pesawat tersebut sangat revolusioner memperkenalkan banyak inovasi yang masih digunakan oleh pesawat supersonik sekarang ini. Pengembangan utama paling penting adalah ekor pesawat gerak-seluruh yang memungkinkan kontrol dalam kecepatan supersonik. Proyek ini dibatalkan oleh Direktur Riset Saintifik, Sir Ben Lockspeiser, sebelum penerbangan berawak dilakukan. Setelah itu, atas perintah pemerintah, semua data rancangan dan riset mengenai Miles M.52 dikirim ke Bell Aircraft Corporation di Amerika Serikat. Ada persetujuan pertukaran data oleh kedua pihak, “allegedly”, setelah menerima data Britania, pemerintah Amerika memblokir persetujuan tersebut. Eksperimen berikutnya membuktikan bahwa rancangan Miles M.52 tersebut dapat menembus hambatan suara, dengan menggunakan replika skala 3/10 tak berawak pesawat ini mampu mencapai Mach 1,5 pada Oktober 1948.

Chuck Yeager merupakan orang pertama yang berhasil menembus hambatan suarat dalam penerbangan pada 14 Oktober 1947, menerbangkan pesawat eksperimen Bell X-1 pada Mach 1 dengan ketinggian 45.000 kaki (13,7 km).

Hans Guido Mutke mengklaim bahwa dia telah menembus hambatan suara sebelum Yeager, pada 9 April 1945 dengan pesawat Messerschmitt Me 262. Namun, klaim ini diragukan umum.

Sebuah tim yang dipimpin oleh Richard Noble dan pengemudi Andy Green menjadi yang pertama menembus hambatan suara dalam kendaraan darat, disebut Thrust SuperSonicCar pada 15 Oktober 1997, hampir 50 tahun setelah penerbangan Yeager.

1. C. Penutup

Gelombang bunyi adalah akibat dari ganguan mekanis di dalam bahan. Laju bunyi bergantung pada berapa banyak perubahan tekanan yang perlu untuk menghasilkan suatu perubahan kerapatan tertentu. Hubungan ini bergantung pada sifat-sifat molecular dari bahan tersebut.

Gelombang bunyi berdiri seringkali dihasilkan di dalam geometri tertentu dan memainkan suatu peranan penting di dalam produksi dan deteksi bunyi. Di dalam sumber-sumber bunyi, sebuah struktur resonan akan menentukan gelombang berdiri yang mana yang dihasilkan, yang mengamplifikasi frekuensi tertentu dan menekan (atau menghilangkan) frekuansi lainnya. Sebuah penerima bunyi mempunyai karakteristik yang serupa.

Intensitas bunyi, yakni daya yang diangkut per satuan luas, adalah sebanding dengan kuadrat dari amplitude perubahan tekanan di dalam gelombang tersebut. Sewaktu gelombang bunyi menyebar keluar dari sebuah sumber, intensitasnya di sembarang titik pada gelombang tersebut akan berkurang dengan kuadrat jarak dari sumber.

Tingkat intensitas bunyi di dalam decibel seringkali digunakan bila kita membicarakan tanggapan pendengar. Decibel atau skala logaritma ini digunakan karena jangkauan yang besar dari sensitivitas telinga manusia dan binatang lainnya.

1. Daftar Pustaka

Hewitt, Paul G. 1981. Conceptual Physics … a new intruduction to your environment. Boston: Little, Brown and Company.

Halliday, David. And Resnick, Robert. 1992. Fisika. Ed. III. Jil. 2. Jakarta: Erlangga.

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika. Ed. 5. Jakarta: Erlangga.