Fenomena gelombang

Gelombang Mekanik

Gelombang adalah suatu fenomena perambatan gangguan (energi dan momentum).

Pada penjalarannya memerlukan suatu materi yang disebut medium ( zat padat maupun alir )

Terjadi interaksi di dalam medium (satu bagian medium mengganggu bagian medium di sekitarnya

Tidak terjadi pemindahan massa

Tipe Gelombang

Gelombang Longitudinal

Gelombang Transversal

Tipe Gelombang

Gelombang Air

Cahaya Tampak

• Cahaya tampak (sering disebut cahaya) adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Berdasarkan dari urutan frekuensi terkecil, ia memiliki cahaya Merah, Jingga, Kuning, Hijau , Biru, Nila dan Ungu ( Me Ji Ku Hi Bi Ni U)

BUNYI

Istilah dan terminologiSumber titik (Point source): ukuran sumber emisi kecil dibandingkan jarak antara sumber dan pengamat.

Muka gelombang (Wave front): permukaan dengan fasa sama.

Sinar (Rays): tegak lurus terhadap wave front, arah penjalaran.

Pada radius besar (jauh dari sumber titik):

Muka gelombang sferis muka gelombang planar

Fungsi Gelombang y(x,t) = ymsin(kx-t)

Gelombang Transversal

Fungsi sin dan cos identik untuk fungsi gelombang, berbeda hanya pada konstanta fasa. Kita menggunakan cos untuk perpindahan.

sin(+90˚)=cos

s(x,t) = smcos(kx-t)

s: perpindahan (displacement) dari posisi setimbang

Gelombang Longitudinal

Contoh gelombang menjalar

Amplitudo Tekanan

∆p(x,t) = ∆pmsin(kx-t)

∆p: perubahan tekanan dalam medium karena kompresi (∆p >0) atau ekspansi (∆p <0)

∆p(x,t) dan s(x,t) berbeda fasa 90˚

Artinya jika s maksimum, p adalah 0

Laju Gelombang

Gelombang Bunyi (Longitudinal):

v B

Modulus Bulk

Densitas Volume

elastik

inersial

VV

PB

/

Modulus Bulk

Tegangan

Densitas Linier

elastisitas

inersialF

v

Gelombang Transversal (Tali):

v B

M

TRv

T = Suhu Mutlak (K)

R = Konstanta gas

R = 8,314 J/mol. K

M = massa molar gas

M(gas) = 29 x 10-3 kg/mol

= konstanta

gas = 1,4

• Mengapa suara yang didengar pada malam hari lebih jelas dibandingkan dengan siang hari?

IntensitasGelombang Transversal (Tali):

P 1

2v 2ym

2

Gelombang Bunyi (Longitudinal):

I P

A

1

2v 2sm

2

Hubungan Tekanan dan Amplitudo Perpindahan ∆pm = ()Sm

Intensitas Bunnyi Sumber TitikLuas Wavefront pada jarak r dari sumber:

A = 4r2

I Ps

A

Ps

4r2

Skala Decibel

Level bunyi dapat berubah beberapa besaran orde (orders of magnitude).

Karena iti, tingkat bunyi didefinisikan sebagai:

10dB logI

I0

decibel

10-12 W/m2, ambang pendengaran manusia

Bagaimana mengukur ke-nyaring-an bunyi?

Catatan: Jika I berubah jadi 10 kali, bertambah 1.

• Apa perbedaan tinggi rendahnya bunyi dengan kuat lemahnya bunyi?

• Tinggi rendah bunyi bergantung pada frekuensi getaran sumber bunyi

• Kuat bunyi bergantung pada besarnya amplitudo

• Faktor-faktor yang memengaruhi frekuensi nada alamiah sebuah senar atau dawai menurut Marsenne adalah sebagai berikut.

1) Panjang senar, semakin panjang senar semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.

2) Luas penampang, semakin besar luas penampang senar, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.

3) Tegangan senar, semakin besar tegangan senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.

4) Massa jenis senar, semakin kecil massa jenis senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.

• Faktor-faktor yang memengaruhi kuat bunyi adalah:

1) amplitudo,

2) jarak sumber bunyi dari pendengar,

3) jenis medium.

Efek Doppler

Efek Doppler: perubahan frekuensi (bertambah atau berkurang) yang disebabkan oleh gerak dari sumber dan/atau detektor

Untuk pembahasan berikut, laju diukur relatif terhadap udara, medium tempat menjalarnya gelombang bunyi

Efek Doppler terjadi saat terdapat gerak relatif antara sumber dan detektor/pengamat.

Klakson mobil:

Detektor Bergerak, Sumber Diam

Contoh: Dua mobil bergerak dengan laju v1 dan v2

Bagi orang yang duduk di mobil 1, dia melihat laju mobil 2 relatif terhadapnya v2 - v1.

Frekuensi yang terdeteksi oleh telinga adalah frekuensi (rate) detektor mengintercept gelombang. Frekuensi (rate) tersebut berubah jika detektor bergerak relatif terhadap sumber.

Secara umum

f

v vD v vS f

+: menjauhi D-: mendekati D

+ : mendekati S -: menjauhi S

Semua laju diukur relatif terhadap medium propagasi: udara

Efek Doppler secara umum

f v

v vS f

Jika vS>v, persamaan Doppler tidak lagi berlaku: Laju Supersonik

Gelombang Kejut (Shock Wave) akan dihasilkan: perubahan besar (abrupt) dari tekanan udara

Wavefront berbentuk Kerucut Mach (Mach Cone)

Laju Supersonik

Supersonik

Laju sumber > Laju bunyi(Mach 1.4 - supersonik )

Laju sumber = Laju bunyi(Mach 1 - sound barrier )

Peluru dengan Mach 1.01

Menembus Sound Barrier

F-18 – tepat saat mencapai supersonik

Peluru (Mach 2.45)

Gelombang Kejut

Sonic Boom:

T-38 Talon twin-engine, high-altitude, supersonic jet trainer

Gelombang Kejut dan Sonic Boom

Mechanics of hearing

•

Mekanisme pendengaran

• Terdiri dari 3 bagian: telinga luar (daun telinga sampai membran timpani) meneruskan gelombang ke telinga tengah

• Telinga tengah: membran timpani (yang melekat pada 3 tulang kecil sampai membrana ovale) getaran diteruskan

• Telinga dalam: tube berspiral seperti rumah siput berisi cairan cairan bervibrasi stimulasi rambut sel impuls syaraf otak

Noise

What is noise?

Definisi: • Suara-suara yang tidak dikehendaki (for Who?

Why?)• Suara: sensasi yang diterima telinga sebagai

akibat fluktuasi tekanan udara terhadap tekanan udara yang stabil.

• Telinga akan merespons fluktuasi-fluktuasi kecil tersebut dengan sensitivitas yang sangat besar.

Properties of noise?

Karakteristik bising1. Intensitas/tekanan (sound pressure/intensity)Semakin keras suara, semakin tinggi intensitasnya

2. Frekuensi Frekuensi tinggi lebih berbahaya terhadap kemampuan

dengar. Telinga manusia lebih sensitif terhadap frekuensi tinggi

3. Durasi eksposur terhadap bising

Semakin lama durasi eksposur semakin besar kerusakan pada mekanisme pendengaran

JENIS BISINGJenis kebisingan berdasarkan sifat dan spektrum bunyi1.Bising yang kontinyu: bising dimana fluktuasi dari intensitasnya tidak lebih dari 6 dB dan tidak putus-putus.

a. Wide Spectrum  adalah bising dengan spektrum frekuensi yang luas. bising ini relatif tetap dalam batas kurang dari 5 dB untuk periode 0.5 detik berturut-turut, seperti suara kipas angin, suara mesin tenun.

b. Norrow Spectrum adalah bising ini juga relatif tetap, akan tetapi hanya mempunyai frekuensi tertentu saja (frekuensi 500, 1000, 4000) misalnya gergaji sirkuler, katup gas.

2. Bising terputus-putus: bising jenis ini sering disebut juga intermittent noise, yaitu bising yang berlangsung secar tidak terus-menerus, melainkan ada periode relatif tenang, misalnya lalu lintas, kendaraan, kapal terbang, kereta api

3. Bising impulsif: bising jenis ini memiliki perubahan intensitas suara melebihi 40 dB dalam waktu sangat cepat dan biasanya mengejutkan pendengarnya seperti suara tembakan, suara ledakan mercon, meriam.

4. Bising impulsif berulang: sama dengan bising impulsif, hanya bising ini terjadi berulang-ulang, misalnya mesin tempa

Berdasarkan pengaruhnya pada manusia, bising dapat dibagi atas ,1.Bising yang mengganggu (Irritating noise). Merupakan bising yang mempunyai intensitas tidak terlalu keras, misalnya mendengkur.2.Bising yang menutupi (Masking noise). Merupakan bunyi yang menutupi pendengaran yang jelas, secara tidak langsung bunyi ini akan membahayakan kesehatan dan keselamatan tenaga kerja , karena teriakan atau isyarat tanda bahaya tenggelam dalam bising dari sumber lain3.Bising yang merusak (damaging/ injurious noise). Merupakan bunyi yang intensitasnya melampui nilai ambang batas. Bunyi jenis ini akan merusak atau menurunkan fungsi pendengaran

Contoh…

Tekanan = Sound Pressure

Manusia dapat mendengar suara pada tekanan antara 0,0002 dynes/cm2 (ambang dengar/threshold of hearing) sampai 2000 dynes/cm2 range besar sehingga satuan yang dipakai dB (decibel): logaritmik

Dinyatakan dalam decibel (dB) yang dilengkapi skala A, B, dan C sesuai dengan berbagai kegunaan

Skala A digunakan karena merupakan response yang paling cocok dengan telinga manusia (peka terhadap frekuensi tinggi)

Skala B dan C untuk evaluasi kebisingan mesin, dan cocok untuk kebisingan frekuensi rendah

Intensitas

• Laju aliran energi tiap satuan luas yang dinyatakan dalam desibell (dB) – Alexander Graham Bell-

• dB adalah merupakan satuan yang dihasilkan dari perhitungan yang membandingkan suatu tekanan suara yang terukur terhadap suatu tekanan acuan (sebesar 0,0002 dyne/cm2).

• B = log (int.terukur/int.acuan) untuk mendapatkan angka yang lebih akurat ditentukan dengan angka kelipatan 10 (desi)

• Intensity level dB=10 Log (I/I0)• Sound pressure level (tekanan bunyi) = 20 log (I/I0),

karena intensitas sebanding dengan kuadrat tekanan bunyi.

The decibel

• dB = 10 log (I1/I0) I = Intensitas

dB = 20 log (P1/P0) P= Tekanan = 0,0002

dynes/cm2

SP (microbar) SPL (dB) Ratio Intensitas

0,0002 0 100

0,002 20 102

Jadi bila SP berubah 10x, maka dB bertambah ? x

PressurePa Bel (B) Decibel (dB)

Threshold of hearing 0,00002 0 0Quiet office 0,002 4 40Ringing alarm clock at 1 m 0,2 8 80Ship's engine room 20 12 120Turbo jet engine 2000 16 160

Sound intensities

Frekuensi

• Adalah jumlah getaran dalam tekanan suara per satuan waktu (Hertz atau cycle per detik), frekuensi dipengaruhi ukuran, bentuk dan pergerakan sumber, pendengaran normal orang dewasa dapat menangkap bunyi dengan frekuensi 20-20.000 Hz.

Frekuensi

Dibagi dalam 8 octaf (octave bands), 37.5, 75, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 Hz

Telinga manusia bereaksi beda terhadap berbagai frekuensi

Kebisingan ‘rata-rata’ mencakup seluruh taraf kebisingan dari setiap frekuensi dihitung LeqLeq = ekuivalen noise level/ekuivalen energi levelLeq = 10 log (Σ 10 Lpi/10)

Satuan (Konversi)

1bar=105Pa=105N/m2

=105.105dyne/104cm2

=106dyne/cm2 atau

1microbar = 1 dyne/cm2

Pengukuran kebisingan

• Mengukur overall level sound level meter (satuan dBA)

• Mengukur kebisingan pada setiap level frekuensi SLM dengan frequency analyzer

• Penentuan eksposur kebisingan padapekerja noise dosimeter (satuan dBA)

Alat ukur

• Sound level meter, mencatat keseluruhan suara yang dihasilkan tanpa memperhatikan frekuensi yang berhubungan dengan bising total (30-130 d) – (20-20.000Hz)

• Sound level meter dengan octave band analyzer, mengukur level bising pada berbagai batas oktaf di atas range pendengaran manusia dengan mempergunakan filter menurut oktaf yang diinginkan (narrow band analyzers untuk spektrum sempit 2-200 Hz)

NOISE KALIBRATOR

SOUND LEVEL METER

NOISE MEASUREMENT KIT

NOISE DOSIMETER

PENGUKURAN PADA PEKERJA

DOSEBADGER

Ketulian

= berkurangnya ketajaman pendengarandibanding/terhadap orang normal (15 dB)/ gol usia

• Ada 2 macam: - permanen: karena penyakit, usia tua, obat, trauma, dankebisingan- temporer: akibat ekposur bising, dapat pulih setelahistirahat beberapa saat tergantung keparahan

• Ketulian temporer akan menjadi permanen bila terusterekpos bising (dari rumah, tempat umum, rekreasi, musik, industri, dll.)

• Secara mekanisme: ketulian ada 2:- konduktif: peralatan konduksi suara rusak akibattrauma atau sakit- sensorinueral: akibat persyarafan pendengaran rusak

Audiometric test

•

Audiometric test

•

Audiometric test

Current OSHA Standards •1926.52 Occupational Noise Exposure

•TABLE D-2 - PERMISSIBLE NOISE EXPOSURES

Duration per day, hoursSound Level dBA slow response

8 90

6 92

4 95

3 97

2 100

1 1/2 102

1 105

1/2 110

1/4 or less 115

FIGURE 1. Audiogram findings in the patient in case 1.

The area below the curves represents sound levels that the patient could still hear. (X = left ear; O = right ear)

Case Study 2 Factory Worker Age 55

Carpenter Hearing Losses by Age

Pengendalian kebisingan

Pengendalian dilakukan di 3 bagian: SUMBER, RUANG ANTARA sumber dan penerima/pekerja, pada PENERIMA/PEKERJA

Urutan pengendalian paling efektif:

• Kurangi/hilangkan sumber bising

• Pengendalian pathway: jarak diperjauh dengan perisai/isolator/automatisasi

• Perlindungan penerima dari bising (APD)

SUMBER PATHWAY/MEDIA PENERIMA/RECEIVER

•Cara teknis:

APDPerpanjang jarak

Reduksi waktuPerisaiInsulasi sumber

Isolasi pekerjaAbsorpsi/dampingSubstitusi

PENERIMAPATHWAYSUMBER

•Cara medis:Pemeriksaan ketajaman pendengaran secara periodikPenempatan pekerja sesuai dengan kepekaan thd bisingMonitor ketulian temporer

•Cara manajemen:Reduksi waktu eksposurDiklat pemakaian dan pemeliharaan APD