perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id OPTIMASI KINERJA ... filePenulis menyadari bahwa dalam...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER (PRD)

DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK

TESIS

Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan

untuk Mencapai Derajat Magister

Program Studi Ilmu Fisika

Oleh

FAHRUDIN AHMAD

S911202004

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2014


commit to user

ii



TESIS

Oleh:

Fahrudin Ahmad

S911202004

Komisi

Pembimbing

Nama Tanda Tangan Tanggal

Pembimbing I

Drs. Harjana, M.Si., Ph.D

NIP. 19590725 198601 1 001

............................ .....................

Pembimbing II Dra. Suparmi, MA. Ph.D

NIP. 19520915 197603 2 003

............................... .......................

Telah dinyatakan memenuhi syarat

Pada tanggal ........Juli 2014

Ketua Program Studi Ilmu Fisika

Program Pasca Sarjana UNS

Drs. Cari, MA. M.Sc. Ph.D

NIP. 19610306 198503 1 002


commit to user

iii



TESIS

Oleh:

Fahrudin Ahmad

S911202004

Tim Penguji

Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal

Ketua Drs.Cari, M.Sc., M.A., Ph.D

NIP. 19610306 198503 1 002

………………….. Juli 2014

Juli 2014

Anggota Penguji Drs. Harjana, M.Si., Ph.D

NIP. 19590725 198601 1 001

…………………..

Dra. Suparmi, MA. Ph.D

NIP. 19520915 197603 2 003

………………….. Juli 2014

Telah dipertahankan di depan penguji

Dinyatakan memenuhi syarat

Pada tanggal 21 Juli 2014

Program Pascasarjana UNS Ketua Program Studi Ilmu Fisika

Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S Drs. Cari, M.Sc., M.A., Ph.D

NIP. 19610717198601 1 001 NIP : 19610306 198503 1 002


commit to user

iv

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa :

1. Tesis yang berjudul “OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT

DIFFUSER (PRD) DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR

JAMAK” ini adalah karya penelitian saya sendiri, tidak terdapat karya ilmiah

yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik,

serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan

oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah

dan disbutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila dikemudian

hari terbukti pernyataan saya ini tidak benar, maka saya bersedia menerima

sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No.

17, Tahun 2010)

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan dari isi tesis ini pada jurnal atau forum

ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan

PPs-UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu

semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi

dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka PPs-UNS berhak

mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu

Fisika PPs-UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan

publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang

berlaku.

Surakarta, Juli 2014

Mahasiswa

Fahrudin Ahmad

S911202004


commit to user

v

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahi robbil „alamin, syukur kepada Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

penelitian dan penulisan tesis dengan judul, “Optimasi Kinerja Primitive Root

Diffuser (PRD) dengan Teknik Sisipan Resonator Jamak” ini. Penyusunan tesis

ini bertujuan untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh gelar

Magister pada Program Studi Ilmu Fisika Program Pascasarjana Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

Penulis menyadari bahwa dalam penelitian dan penyusunan laporan tesis

ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan rasa tulus

ikhlas penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S, selaku Direktur Program Pascasarjana

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Drs.Cari, M.Sc., M.A., Ph.D, selaku Ketua Program Studi Ilmu Fisika

Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta, sekaligus sebagai Dosen

Pembimbing yang telah banyak memberikan banyak bimbingan dan arahan

serta motivasi kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan tesis ini.

3. Drs. Harjana, M.Si., Ph.D, selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar

membimbing dan mengajari penulis untuk dapat menyelesaikan tesis ini.

4. Dra. Suparmi, M.A., Ph.D, selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan

sabar membimbing dan mengajari penulis, serta memberikan semangat

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tesis ini.


commit to user

vi

5. Drs. Iwan Yahya, M.Si. , selaku Dosen Pembimbing laboratorium yang telah

membimbing dan mengajari penulis untuk dapat menyelesaikan penelitian ini.

6. Bapak/Ibu Dosen Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana Universitas

Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan banyak ilmu tentang fisika.

7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini.

Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan dan

bantuan yang telah diberikan. Semoga laporan penelitian ini dapat memberi

manfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surakarta, Juli 2014

Penulis


commit to user

vii

MOTTO

“Hanya Dengan Ilmu Kita Akan Dapat Menembus Seluruh Penjuru Langit

Dan Bumi”

(inspirasi dari QS. Ar Rahman :33)

“Keberhasilan Bukanlah kebalikan dari kegagalan. Seorang pelari tiba pada

nomor terakhir namun jika ia memecahkan rekor terbaiknya , berarti ia telah

berhasil”

(Robert Schuller, Motivator Multinasional AS)


commit to user

viii

PERSEMBAHAN

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan

limpahan rahmat dan karunia-Nya. Dengan kerendahan hati

kupersembahkan tesis ini kepada:

Ibu dan Bapakku tercinta, terimakasih telah

membesarkanku, mendidikku, mendoakanku, memberiku

semangat, cinta dan kasih sayang, serta mengajariku arti

hidup. Segala perjuangan dan pengorbanan yang telah

dilakukan semoga Allah SWT membalas semua jasamu.

Kakakku Luqman Hakim Sekeluarga, Khoniatul Hidayah

sekeluarga dan Erna Baroroh sekeuarga yang ku sayangi,

terimakasih atas segala motivasi, doa dan bantuannya.

Hadma Yuliani, terima kasih motivasi dan dukungannya

hingga sampai terselesaikannya tesis ini.

Guru-guruku yang saya hormati,


commit to user

ix

ABSTRAK

Fahrudin Ahmad. S911202004.“Optimasi Kinerja Primitive Root Diffuser

(PRD) dengan Teknik Sisipan Resonator Jamak”. Tesis: Program Pascasarjana

Ilmu Fisika Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pembimbing: (1). Drs. Harjana,

M.Si., Ph.D (2). Dra. Suparmi, M.A., Ph.D

Telah dilakukan analisis pengaruh sisipan resonator jamak terhadap perubahan

kinerja serapan, respon spasial difuser (PRD) dan kinerja serapan dari lebar

struktur permukaan pada difuser. Pengujian serapan elemen difuser dilakukan

dengan menggunakan teknik pengujian waktu dengung dan scanning, sementara

simulasi respon spasial dikerjakan dengan menggunakan perangkat lunak AFMG

Reflex pada kondisi sisipan berbeda. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sisipan

resonator jamak pada rancangan difuser modifikasi dapat memicu peningkatan

koefisien serapan yang bersifat akumulatif dan berdampak pada peningkatan

respon spasial omnidireksional pada bentang frekuensi 600Hz. Selain itu

penambahan rangkaian resonator jamak berhasil mengurangi nilai waktu dengung

rerata sebesar 0,78 dan 1,83 sekon berturut-turut untuk T30 dan T20 pada bentang

frekuensi rendah. Sifat yang demikian menunjukkan bahwa modifikasi difuser

dengan sisipan resonator jamak memiliki potensi yang sangat baik untuk aplikasi

pada ruangan dimana terdapat kebisingan yang bersumber dari mesin.

Kata kunci : Difuser, waktu dengung, scanning, resonator jamak, serapan, respon

spasial.


commit to user

x

ABSTRACT

Fahrudin Ahmad. S911202004.“ Optimization Performance Primitive Root

Diffuser (PRD) With Inserts Resonators technique”. Thesis: Physics Department,

Postgraduate Program Sebelas Maret University, Surakarta. Advisor: (1). Drs.

Harjana, M.Si., Ph.D (2). Dra. Suparmi, M.A., Ph.D

An analysis of the effect of resonators insertion on the change of absorbability,

diffuser (PRD) spatial response and absorbability of surface structure width

within diffuser. The sound absorption coefficient on the diffuser element was

conducted using a reverberation time and scanning technique. while the spatial

response simulation was carried out using AFMG Reflex software in different

conditions. The result of experiment showed that the resonators insertion into

modified diffuser design could trigger the accumulative improvement of

absorption coefficient and led to the improvement of omnidirectional spatial

response in frequency range of 600 Hz. Moreover, the addition of resonator

causes the decrease of reverberation time average value of 0.78 and 1.83 the T30

and T20 in the low frequency range. These properties indicated that the

modification of standard diffuser with resonators insertion had very good

potential to be applied to the room where the noise derived from machines.

Keywords: Diffuser, Reverberation time, Scanning, resonators, absorption,

spatial response.


commit to user

xi

DAFTAR ISI

halaman

HALAMANJUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ ii

PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................................ iv

KATA PENGANTAR .................................................................................... v

MOTTO ........................................................................................................... vii

PERSEMBAHAN ........................................................................................... viii

HALAMAN ABSTRAK ................................................................................. ix

DARTAR ISI ................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xvii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xviii

DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xix

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1

A. Latar Belakang... ........................................................................... 1

C. Rumusan Masalah ...................................................................... 4

D.Tujuan Penelitian ........................................................................... 4

B. Batasan Masalah ........................................................................... 4

E. Manfaat Penelitian ........................................................................ 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 7

A. Gelombang Bunyi ......................................................................... 7

B. Perambatan Gelombang Bunyi ..................................................... 7

C. Koefisien Refleksi dan Koefisien Transmisi Gelombang Bunyi . 9

D. Prinsip Serapan Bunyi .................................................................. 14

1. Pemantulan Bunyi …………………………………….... 14


commit to user

xii

2. Penyerapan Bunyi …………………………………….... 15

3. Difusi Bunyi……………………………………..…..…. 17

4. Difraksi Bunyi……………………………………..…... 18

5. Koefisien Hamburan (Scattering) ……………………. 19

F. Difuser………………………………………………………….. 20

1. Fungsi dan Aplikasi Difuser…….…………………….... 21

2. Difuser Schroeder…………………………………........ 22

G. Macam-Macam Difuser .............................................................. 25

1. Maximum Length Diffuser (MLD)…………………...... 24

2. Quadratic Residue Diffuser (QRD)……………………. 25

3. Primitive Root Diffuser (PRD)……………………….... 27

H. Medan Bunyi (Sound Field)……………………………………. 27

1. Near field …………………........................................... 28

2. Far field ………………………………………………. 28

I. Intensitas Bunyi……………………………………………….. 29

1. Pengukuran Intensitas Bunyi dengan Metode Scanning 30

2. Pengukuran koefisien serap dengan Metode Waktu

Dengung (Reverberation Time)……………………… 31

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 34

A. Waktu dan Tempat Penelitian....................................................... 34

B. Alat dan Bahan…………………………………………………. 34

C. Prosedur Penelitian……………………………………………... 36

1. Persiapan Alat dan Bahan……………………………… 38

2. Pembuatan Sampel……………………………………… 38

D. MetodePengujian……………………………………………….. 40

1. Metode Scanning ………………………………………. 40


commit to user

xiii

2. Metode Reverberation Time…………………………… 42

E. Display Grafik………………………………………………….. 43

F. Analisa………………………………………………………….. 44

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................. 46

A. Pengujian Scanning pada Permukaan Difuser ………………….. 46

B. Hasil Simulasi dengan menggunakan software AFMG

Reflex versi 10.4.290 RCB……………………………………... 53

C. Hasil Model modifikasi diffuser…………………………………. 54

D. Plot koefisien scattering dan normal difusi terhadap frekuensi… 55

E. Waktu dengung (Reverberation Time) terhadap koefisien Serapan. 59

BAB V PENUTUP ......................................................................................... 65

A. Kesimpulan .................................................................................. 65

B. Saran ............................................................................................ 65

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 66

LAMPIRAN .................................................................................................... 70


commit to user

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar (2.1). Sifat-sifat gelombang................................................................ 10

Gambar (2.2).Fenomena refleksi dan transmisi pada bidang batas dua

medium yang berbeda impedansi akustiknya............................ 12

Gambar (2.3). Peristiwa terhamburnya gelombang .......................................... 20

Gambar (2.4). Struktur Permukaan Difuser ..................................................... 21

Gambar (2.5). Penggunaan Difuser dalam Ruang Akustik............................. 22

Gambar (2.6). Maximum Length Diffuser………………………………………… 25

Gambar (2.7). Quadratic Residue Diffuser dilihat dari Samping…………….. 26

Gambar (2.8).Quadratic Residue Diffuser (QRD)………………………….... 26

Gambar (2.9).Medan Suara dalam Ruang…………………………................. 26

Gambar (2.10).Teknik Pengukuran Gradien tekanan………………………… 30

Gambar (3.1). Diagram Alur Penelitian……………………………………… 36

Gambar (3.2). Diagram Alur Penelitian……………………………………… 37

Gambar (3.3). Kedalaman Difuser Rangkaian Ukuran 5 x 8........................... 39

Gambar (3.4). Struktur difuser…………………………………………….... 40

Gambar (3.5). Difuser dengan sisipan resonator jamak………………………. 41

Gambar (3.6). Teknik Pengujian Sebaran Medan Bunyi dengan Metode

Scanning………………………………………………………. 42

Gambar (3.7). Skema Pengujian Koefisien Serapan Bunyi dengan Mengguna-

kan Metode Reverberation Time………………………………. 43

Gambar (4.1). Pengujian Scanning Difuser Standar pada Frekuensi 500 Hz.... 47

Gambar (4.2). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada Frekuensi

500 Hz……………………………………………………… 47

Gambar (4.3). Hasil Pengujian Scanning Difuser Standar pada Frekuensi


commit to user

xv

1000 Hz……………………………………………………… 48


1000 Hz…………………………………………………….. 49

Gambar (4.5). Hasil Pengujian Scanning pada Frekuensi 2000 Hz…………. 49


2000 Hz………………………………………………………. 50


4000 Hz……………………………………………………… 50


4000 Hz……………………………………………………… 51


6300 Hz……………………………………………………… 52

Gambar (4.10). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada frekuensi

6300 Hz………………………………………………………. 52

Gambar (4.11). Output model elemen difuser……………………………………. 54

Gambar (4.12). Kurva hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe

fisien difusi normal difuser standar pada orientasi

sudut 0° terhadap frekuensi dari perangkat lunak

AFMG Reflex ………………………………………….......... 55

Gambar (4.13). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe

fisien difusi normal difuser modifikasi pada orientasi



commit to user

xvi

AFMG Reflex………………………………………………. 56

Gambar (4.14). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe-



AFMG Reflex………………………………………………... 56

Gambar (4.15). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe-



AFMG Reflex………………………………………………... 57

Gambar (4.16). Grafik Hubungan 𝑇20 pada pengujian pada ruangan tanpa

difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada

orientasi 0°………………………………………………….. 60



orientasi 0°…………………………………………………… 61

Gambar (4.18). Grafik Hubungan 𝑇20 pada pengujian pada ruangan

tanpa difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada

orientasi 90°………………………………………………...... 62



orientasi 90°…………………………………………………… 63


commit to user

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kedalaman Quadratic Residue Diffuser ........................................ 23


commit to user

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN I. Penjabaran koefisien refleksi dan transmisi

LAMPIRAN II. Penurunan rumus koefisien hamburan

LAMPIRAN III. Penurunan rumus hubungan antara tekanan rata-rata dengan

kecepatan rata-rata terhadap Intensitas


commit to user

xix

DAFTAR SIMBOL

z = impedansi akustik

p = tekanan akustik

U = kecepatan volume

u = kecepatan partikel

A = luas penampang pipa

𝜌0 = kerapatan massa medium pada keadaan kesetimbangan

c = kecepatan bunyi pada medium

Z0 = impedansi pada posisi x = 0

j = bilangan imajiner

ω = frekuensi sudut (rad/s),

k = bilangan gelombang (=𝜔

𝑐)

𝑃𝑜𝑖 , 𝑃𝑜𝑟 = amplitudo tekanan akustik

𝑇𝑝 = koefisien transmisi tekanan

𝑅𝑝 = koefisien refleksi tekanan

𝑝𝑡 = tekanan gelombang transmisi

𝑝𝑟 = tekanan gelombang refleksi

𝑝𝑖 = tekanan gelombang datang

𝑇𝑖𝑛 = koefisien intensitas transmisi

𝐼𝑡 = intensitas gelombang trasmisi

𝑅𝑖𝑛 = koefisien intensitas refleksi

𝐼𝑟 = intensitas gelombang refleksi


commit to user

xx

𝑧1 = impedansi akustik fluida I

𝐼𝑖 = intensitas gelombang datang

𝑧2 = impedansi akustik fluida II

S = Koefisien hamburan

Espek, Etotal = energi bunyi yang terpantul secara spekular

s = koefisien serapan

spek = koefisien serapan spekular

λmin = panjang gelombang minimum

w = lebar sumur

f = frekuensi desain

𝑑𝑛= kedalaman untuk sumur ke-n

𝑎 =kecepatan partikel

𝐹 = gaya

𝑚 = Massa

RT = waktu dengung

V = volume ruang uji

𝐴1, 𝐴𝑛 = luas masing-masing permukaan

𝛴𝐴 = penyerapan ruang total

𝜍𝑛 adalah koefisien penyerapan masing – masing benda

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id OPTIMASI KINERJA ... filePenulis menyadari bahwa dalam...

Documents

Transcript of perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id OPTIMASI KINERJA ... filePenulis menyadari bahwa dalam...