PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS AKUSTIK, fileProgram Studi Pendidikan Fisika Oleh: Fransisca Felbi...

PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS AKUSTIK,

Cd, Cr, DAN CR PADA PIPA SILINDER TERBUKA

BERBANTUAN SOFTWARE LOGGERPRO

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

Fransisca Felbi Helvina Gea

NIM: 111424021

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS AKUSTIK,

Cd, Cr, DAN CR PADA PIPA SILINDER TERBUKA

BERBANTUAN SOFTWARE LOGGERPRO

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

Fransisca Felbi Helvina Gea

NIM: 111424021

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015


iv

HALAMAN PERSEMBAHAN

Lebih Baik Mengerti Sedikit Daripada Salah Mengerti

H.E. Fosdick

Suatu Garis Pemisah Antara Sukses Dan Kegagalan Dapat

Dinyatakan Dalam Empat Kata Saja,Yaitu “Saya Tidak

Mempunyai Waktu”

***

Skripsi ini kupersembahkan kepada:

Ayah dan Ibu tercinta

Aloysius Toto Nafo Gea

Cicilia Sri Minarni

Saudari-saudariku tersayang

Natalia Dessy Renata Gea

Yudita Delta Hendriana Gea

Hedwigis Aprilin Cahyani Gea

Prodi Pendidikan Fisika


vii

ABSTRAK

Fransisca Felbi Helvina Gea. 2015. Pengukuran Nilai Faktor Kualitas akustik

Akustik, Cd, Cr, dan CR pada Pipa Silinder Terbuka Berbantuan Software

LoggerPro.Skripsi. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Fakultas Keguruan dan Ilmu

Pendidikan, Universitas Sanata Dharma, Yogyakata.

Telah dilakukan penelitian mengenai faktor kualitas akustik Q pada pipa

silinder terbuka menggunakan software LoggerPro.Q merupakan kemampuan

benda untuk mempertahankan energi pada peristiwa peluruhan osilasi. Pada

penelitian ini juga dipelajari pengaruh diameter dan panjang pipa terhadap faktor

kualitas akustik tersebut, dan ditentukan nilai Cd, Cr, CR. Penelitian dilakukan

dengan membuat rangkaian yang terdiri atas sistem sumber bunyi, pipa resonator,

sensor bunyi, dan komputer dengan software LoggerPro. Bunyi dengan frekuensi

tertentu keluar dari speaker masuk menuju pipa resonator. Udara di dalam pipa

mengalami osilasi paksa dan membentuk gelombang berdiri sehingga muncul

gelombang bunyi tanggapan. Gelombang bunyi tanggapan tersebut dianalisis

menggunakan software LoggerPro dengan mencari amplitudo tertinggi pada

grafik FFT yang tampil pada komputer.Saat frekuensi sumber bunyi divariasi,

nilai amplitudo tertinggi yang diperoleh juga bervariasi.Dari data tersebut, kurva

resonansi dapat dibuat.Kemudian nilai frekuensi saat nilai amplitudo maksimum

dan frekuensi pada saat nilai amplitudo 0,707 amplitudo maksimum diukur. Nilai-

nilai frekuensi tersebut digunakan untuk menghitung faktor kualitas.Nilai Q

diukur untuk diameter pipa dan panjang pipa yang berbeda.Hasil penelitian

menunjukkan bahwa nilai Q yang diperoleh >10. Pada panjang pipa yang sama,

semakin besar diameter pipa nilai Q membesar hingga nilai tertentu, kemudian

nilai Q menurun. Pada diameter pipa yang sama, semakin panjang pipa resonator,

nilai Qnya semakin besar. Untuk panjang pipa 160 cm diperoleh nilai koefisien

yang menyatakan kebergantungan Qd terhadap diameter (Cd) sebesar 5,74 cm-1

dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan Qr terhadap diameter (Cr)

sebesar 3382 cm2. Sedangkan untuk panjang pipa 180 cm diperoleh nilai Cd

sebesar 6,46 cm-1

dan Cr sebesar 3417 cm2. Untuk diameter 3,97 cm diperoleh

nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan Qr terhadap panjang pipa CR

sebesar 3,207 x 10-3

cm-2

. Untuk diameter 5,79 cm diperoleh nilai CR sebesar

4,044 x 10-3

cm-2

.

Kata kunci: Faktor kualitas akustik, resonansi, diameter, panjang pipa, software

LoggerPro, Cd, Cr, CR


viii

ABSTRACT

Fransisca Felbi Helvina Gea. 2015. Acoustic Quality Factor Value, Cd, Cr,

and CR Measurement on An Open Cylinder Pipe Using LoggerPro Software.

Thesis.Physics Education Study Program, Department Matematics and

Science Education, Faculty of Teacher Training and Education, Sanata

Dharma University, Yogyakarta.

The research about the acoustic quality factor Q of an open cylinder pipe

using LoggerPro has been perform. The quality factor is an object’s ability to

maintain energy at decay oscillation phenomenon. The research also studied the

effect of the pipes’ diameter and length on Q value, and Cd, Cr, CR values was

determined. The research was done by making a circuit consists of a sound source

system, a resonator pipe, a sound censor, and a computer with LoggerPro

software. A sound with certain frequency came out from the speaker to the

resonator pipe. The air in the pipe experienced a forced oscillation and formed a

standing wave. The standing wave produces sound wave response. The sound

wave response was analyzed with LoggerPro software by determined the highest

amplitude at FFT. When the frequency of the sound source was varied, the highest

amplitude were differs. Using those data, a resonance curve was made. Then the

frequency of maxium amplitude and the frequencies where the resonance curve’s

amplitude is 0,707 of the maximum were measured to determined Q values. Q

values was determined by the variation of pipes’ diameter and pipes’ length. The

result of this research shows that Q values were more than 10.At the same length

of pipes, Q values for bigger pipes’ diameter increase until certain values, then

decrease. At the same pipes’ diameter, the longer resonator pipes, Q values

increase. When pipe’s length was 160 cm, the coefficiant that states Qd toward

pipe’s diameter (Cd) was 5,74 cm-1

. The coefficiant that states Qr toward pipe’s

diameter (Cr) was 3382 cm2. On pipe’s length was 180 cm, Cd was 6,46 cm

-1 and

Cr was 3417 cm2. On pipe’s diameter was 3,79 cm, The coefficiant that states Qr

toward pipe’s length (CR) was 3,207 x 10-3cm-2. On pipe’s diameter was 5,97 cm

CR) was 4,044 x 10-3cm-2.

Key words: Acoustic quality factor, resonance, diameter, pipe length, LoggerPro

software, Cd, Cr, CR


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat penyertaan-Nya,

sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi berjudul

“PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS, Cd, Cr, CR PADA PIPA

SILINDER TERBUKA BERBANTUAN SOFTWARE LOGGERPRO”

dengan baik. Penulisan skripsi ini dilakukan sebagai syarat untuk memperoleh

gelar sarjana pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan dan

Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma.

Keberhasilan dari penulisan skripsi ini bukan semata-mata perjuangan penulis

pribadi, melainkan juga perjuangan dari penulis dan pihak-pihak yang membantu

penulis baik dalam tenaga, pikiran maupun dukungan moral kepada penulis. Oleh

sebab itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah

membimbing penulis dari awal perencanaan skripsi hingga penulisan skripsi

ini selesai.

2. Bapak Petrus Ngadiono selaku laboran Laboratorium Pendidikan Fisika yang

telah membantu penulis menyiapkan alat-alat eksperimen.

3. Bapak dan Ibu, Aloysius Toto Nafo Gea dan Cicilia Sri Minarni, serta

saudari-saudariku tersayang Natalia Dessy Renata Gea, Yudita Delta

Hendriana Gea dan Hedwigis Aprilin Cahyani Gea yang selalu menjadi

semangat bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.


x

4. Ibu Sri Agustini, Pak Pras, Mas Agus Bekti, Mbak Dian, serta teman-teman

seperjuanganku dalam menulis skripsi: mbak Hari, kak El, kak Sandra, Siska

dan Heri yang telah menjadi tempat bertukar pikiran saat penulis mengalami

kesulitan.

5. Sahabat-sahabatku Alvaris Chrisna Adi Unmehopa, Veronika Niken

Widowati dan Tammy Leskona yang selalu ada untuk memberikan dukungan

kepada penulis.

6. Om priyo PBI 2009, Albert Ade, Stefanus Raka, Ignatius Mayo Aquino Pang,

Perry Surya Atmaja dan Brigita Budi Wuryandari yang telah membantu

penulis selama penulisan skripsi ini.

7. Teman-teman Program Studi Pendidikan Fisika angkatan 2011 yang telah

memberikan keceriaan kepada penulis selama masa kuliah dan penulisan

skripsi.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini belum sempurna.Oleh sebab

itu, penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun untuk

peyempurnaan tulisan ini.Penulis juga berharap agar tulisan ini bermanfaat bagi

pembaca.

Yogyakarta, 27 Agustus 2015

Penulis


xi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ....................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN................................................................... iii

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS.................. v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN...................................... vi

ABSTRAK ................................................................................................ vii

ABSTRACT ................................................................................................ viii

HALAMAN KATA PENGANTAR ......................................................... ix

HALAMAN DAFTAR ISI ....................................................................... xi

HALAMAN DAFTAR TABEL ............................................................... xiii

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

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

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

B. Rumusan Masalah ......................................................... 4

C. Batasan Masalah ............................................................ 5

D. Tujuan Penelitian ........................................................... 5

E. Manfaat Penelitian ......................................................... 6

F. Sistematika Penulisan .................................................... 6

BAB II. KAJIAN PUSTAKA ................................................................... 8

A. Gelombang Berdiri pada Kolom Udara ........................ 8

B. Osilasi Teredam dan Faktor Kualitas ........................... 10

C. Osilasi Terpaksa dan Resonansi ................................... 12

D. Faktor Kualitas Akustik yang Dipengaruhi oleh

Efek Dinding dan Radiasi Bunyi .................................. 15


xii

BAB III. METODOLOGI PENELIITIAN ............................................... 17

A. Rangkaian Alat .............................................................. 17

B. Pengambilan Data .......................................................... 20

C. Analisis Data ................................................................. 23

1. Nilai Faktor Akustik Kualitas pada Pipa Silinder

Terbuka .................................................................... 24

2.Pengaruh Diameter Pipa terhadap Faktor

Kualitas Pipa Silinder Terbuka serta nilai Cd dan

nilai Cr ...................................................................... 27

3. Pengaruh Panjang Pipa terhadap Faktor Kualitas

Pipa Silinder Terbuka dan nilai CR .......................... 29

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEM BAHASAN ........................ 31

A. Hasil Penelitian ............................................................. 31

1. Nilai Faktor Kualitas Akustik pada Pipa Silinder

Terbuka .................................................................... 31

2.Pengaruh Diameter Pipa terhadap Faktor

Kualitas Pipa Silinder Terbuka serta nilai Cd dan

nilai Cr ...................................................................... 34

3. Pengaruh Panjang Pipa terhadap Faktor Kualitas

Pipa Silinder Terbuka dan nilai CR .......................... 37

B. Pembahasan ................................................................... 40

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN................................................... 48

A. Kesimpulan ................................................................... 48

B. Saran .............................................................................. 49

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 50

LAMPIRAN


xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1. Spesifikasi speaker ......................................................................... 19

Tabel 3.2. Spesifikasi pipa .............................................................................. 19

Tabel 3.3. Jarak lantai terhadap pusat speaker dan pipa yang dihitung

dari bagian bawah speaker dan pipa ................................................ 20

Tabel 3.4. Kolom data frekuensi bunyi dan amplitudo tanggapan ................. 23

Tabel 3.5.Kolom analisis data frekuensi bunyi dan amplitudo

tanggapan ......................................................................................... 26

Tabel 4.1. Data frekuensi sumber bunyi dan amplitudo tanggapan

pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm ................... 33

Tabel 4.2. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap diameter pipa

pada panjang pipa 160 cm ............................................................... 35


pada panjang pipa 180 cm ............................................................... 35

Tabel 4.4. Nilai faktor kualitas akustik (Q) untuk setiap panjang pipa

pada diameter pipa 3,97 cm ............................................................. 37


pada dan diameter pipa 5,79 cm ...................................................... 38

Tabel 4.6. Perbandingan nilai Cd dan Cr milik Moloney dan hasil

penelitian ......................................................................................... 44

Tabel 4.7. Perbandingan nilai frekuensi resonansi berdasarkan teori dan

percobaan pada rsonansi pertama ................................................... 47


xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Gelombang berdiri pada kolom udara dalam pipa dengan

kedua ujung terbuka teredam ...................................................... 9

Gambar 2.2. Grafik hubungan simpangan terhadap waktu untuk

osilator teredam .......................................................................... 11

Gambar 2.3. Grafik amplitudo tanggapan sebuah osilator terhadap

frekuensi penggerak .................................................................... 13

Gambar 2.4. f0, f1, f2 pada grafik hubungan amplitudo tanggapan

terhadap gaya penggerak untuk sistem yang berosilasi .............. 14

Gambar 3.1. Rangkaian alat ........................................................................... 18

Gambar 3.2.Tampilan Logger Pro yang terhubung dengan sensor

bunyi ........................................................................................... 21

Gambar 3.3. Tampilan grafik FFT tanpa data ................................................. 21

Gambar 3.4 Kolom untuk mengatur waktu pengambilan data dan

jumlah sampel ............................................................................. 22

Gambar 3.5. Tampilan grafik FFT setelah data diperoleh .............................. 22

Gambar 3.6. Tampilan awal LoggerPro pada saat tidak terhubung

dengan sensor bunyi .................................................................... 24

Gambar 3.7. Kolom pengisian nama variabel ................................................ 24

Gambar 3.8. Kolom penentuan jumlah desimal ............................................. 25

Gambar 3.9. Kolom perhitungan .................................................................... 25

Gambar 3.10. Tampilan awal pada bagian fitting data..................................... 28

Gambar3.11. Kolom pengisian persamaan yang digunakan pada

penelitian .................................................................................. 29


xv

Gambar 4.1. Grafik FFT untuk panjang pipa 180 cm dan diameter

pipa 3,97 cm pada frekuensi bunyi 65 Hz .................................. 32

Gambar 4.2. Kurva resonansi pada panjang pipa 180 cm dan diameter

pipa 3,97 c m ............................................................................... 33

Gambar 4.3.Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap

diameter pipa pada panjang pipa 160 cm .................................... 36

Gambar 4.4.Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap

diameter pipa pada panjang pipa 180 cm .................................... 36

Gambar 4.5.Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang

pipa pada diameter pipa 3,97 cm ................................................ 38

Gambar 4.6.Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang

pipa pada dan diameter pipa 5,79 cm ......................................... 39


1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Dalam pembelajaran gelombang bunyi di sekolah, dipelajari materi

mengenai gelombang berdiri pada tali dan pipa, serta menyebutkan bahwa

ada fenomena resonansi dalam hal tersebut, tetapi jarang sekali disinggung

mengenai faktor kualitas akustik. Praktikum resonansi di sekolah biasanya

dilakukan dengan memukul garpu tala di atas pipa yang diisi air, kemudian

kolom udara di dalam pipa dinaikkan atau diturunkan hingga ditemukan

peristiwa resonansi [Haryanto,2014], Tujuan praktikum tersebut adalah

menentukan nilai kecepatan bunyi di udara dan menunjukkan peristiwa

resonansi berupa bunyi yang keras saat praktikan menaikkan atau

menurunkan kolom udara dalam pipa. Praktikum tersebut biasanya dapat

menunjukkan peristiwa resonansi pertama, kedua, dan ketiga tetapi sulit

untuk menunjukkan peristiwa resonansi ke empat dan seterusnya karena

dibatasi oleh panjang pipa.Meskipun dapat menunjukkan peristiwa resonansi,

praktikum tersebut belum dapat digunakan untuk memperoleh kurva

resonansi dan menentukan nilai faktor kualitas akustik.

Faktor kualitas akustik merupakan kemampuan benda mempertahankan

energi dalam peristiwa peluruhan osilasi. Penelitian mengenai faktor kualitas

akustik telah dilakukan dengan membuat rangkaian alat yang terdiri dari

[

T

y

p

e

a

q

u

o

t

e

f

r

o

m

t

h

e

d

o

c

u

m

e

n

t

o

r

t

h

e

s


2

sumber bunyi, pipa resonator yang di dalamnya diberi microphone kecil

untuk menangkap bunyi tanggapan di dalam pipa, dan sistem analisis data

berupa oskiloskop. Data bunyi tanggapan berupa amplitudo digunakan untuk

membuat kurva resonansi dan menentukan nilai faktor kualitas. Dalam

penelitian tersebut digunakan 10 pipa dengan diameter yang berbeda sehingga

diperoleh hubungan diameter pipa dengan faktor kualitas akustik. Pada

penelitian tersebut juga dibuktikan bahwa nilai faktor kualitas akustik pipa

dipengaruhi oleh efek dinding dan radiasi bunyi [Moloney, 2001].

Penelitian faktor kualitas akustik dengan rangkaian yang hampir sama

dilakukan menggunakan 2 pipa dengan bahan yang berbeda. Penelitian

tersebut juga dilakukan untuk pipa dengan kedua ujung terbuka dan pipa

dengan ujung terbuka tertutup [Gluck, 2006]. Penggunaan oskiloskop untuk

menentukan nilai amplitudo memerlukan waktu yang cukup lama dan sulit

mendapatkan nilai amplitudo secara tepat.

Penelitian sejenis juga pernah dilakukan dengan rangkaian yang hampir

sama tetapi analisis data dilakukan menggunakaan perangkat lunak

Oscilloscope 2.51 dan Curveexpert1.3. Dengan menggunakan perangkat

lunak tersebut, sinyal tanggapan berupa grafik hubungan amplitudo terhadap

waktu diubah menjadi grafik FFT (Fast Fourier Transform) berupa grafik

hubungan amplitudo terhadap frekuensi.Oleh karena itu, nilai amplitudo

dapat diperoleh dengan tepat [Setiawan, 2009].Akan tetapi perangkat lunak

Curveexpert 1.3 hanya bisa dioperasikan menggunakan

WindowsXP.Sedangkan pada saat ini WindowsXP sudah jarang digunakan.


3

Permasalahan yang ada pada penelitian menggunakan perangkat lunak

Oscilloscope 2.51 dan Curveexpert1.3 membuat penelitian faktor kualitas

sulit dilakukan. Akan tetapi ide analisa data menggunakan grafik FFT dapat

digunakan.FFT (Fast Fourier Transform) merupakan suatu algoritma untuk

menghitung transformasi Fourier diskrit dengan cepat dan efisien.FFT

diterapkan dalam berbagai bidang, mulai dari pengolahan sinyal digital,

pemecahan masalah persamaan diferensial parsial, dan algoritma untuk

mengalikan bilangan bulat besar [NN, 2013].Salah satu fungsi FFT adalah

untuk mentransformasi sinyal dalam domain waktu menjadi sinyal dalam

domain frekuensi, artinya sinyal disimpan dalam bentuk digital berupa

gelombang spectrum yang berbasis frekuensi, sehingga sinyal lebih mudah

untuk dianalisis [Sipasulta, 2014].

Pada saat ini komputer tidak menjadi sesuatu yang asing bagi para

pelajar.Pada pembelajaran fisika, eksperimen berbasis komputer sudah mulai

diterapkan.Dengan penggunaan perangkat berbasis komputer tersebut,

eksperimen untuk pembelajaran dapat berjalan dengan lebih baik.Hal tersebut

dikarenakan penjelasan materi dapat dilakukan bersamaan dengan

eksperimen.Software LoggerPro adalah software yang dapat digunakan pada

eksperimen berbasis komputer. Dengan menggunakan software tersebut,

proses pengukuran, perhitungan data, pembuatan grafik, dan fitting data

dapat dilakukan dengan mudah [Santosa, 2014].

Pada penelitian ini digunakan rangkaian alat yang terdiri dari sistem

bunyi, resonator, sistem deteksi dan sistem pengolahan data.Bunyi tanggapan


4

yang dihasilkan pada pipa resonator ditangkap oleh sensor bunyi dan data

dianalisis menggunakan software LoggerPro.Dengan bantuan sensor bunyi

dan software tersebut, dalam penelitian ini diperoleh grafik FFT sehingga

nilai amplitudo dapat ditentukan dengan tepat, kurva resonansi dapat dibuat,

nilai frekuensi puncak dan lebar resonansi juga dapat ditentukan.Selain itu

dapat dilakukan fitting data sesuai persamaan dalam teori.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas, maka

permasalahan yang akan dikaji adalah:

1. Bagaimanakah menentukan nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder

terbuka?

2. Bagaimana pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa

silinder terbuka?

3. Berapakah nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter

pipa Cd, dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter

pipa Cr?

4. Bagaimana pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa

silinder terbuka?


5

5. Berapakah nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa

CR?

C. Batasan Masalah

Penelitian ini dibatasi pada:

1. Pipa PVC kedua ujung terbuka dengan diameter dalam pipa 2,24 cm; 2,83

cm; 3,97 cm; 4,64 cm; 5,79 cm; 8,72 cm dan panjang pipa 80 cm; 100

cm; 120 cm; 140 cm; 160 cm; 180 cm.

2. Sistem merupakan gelombang bunyi yang merambat pada udara di dalam

pipa silinder.

3. Nilai Cr, Cd, dan CR dianggap tetap.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Menentukan nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka.

2. Mengetahui pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas pipa silinder

terbuka.

3. Menentukan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter

pipa Cd, dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter

pipa Cr


6

4. Mengetahui pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa

silinder terbuka.

5. Menentukan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa

CR.

E. Manfaat penelitian

1. Bagi Peneliti

a. Meningkatkan kemampuan menggunakan software LoggerPro untuk

melakukan eksperimen

b. Mendapatkan informasi mengenai faktor kualitas akustik pipa silinder

terbuka.

2. Bagi Pembaca

a. Mengenal software LoggerPro untuk melakukan eksperimen.

b. Mengetahui informasi mengenai faktor kualitas akustik pipa silinder

terbuka.

F. Sistematika Penulisan

1. BAB I Pendahuluan

Bab I berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah,

tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.


7

2. BAB II Kajian Teori

Bab II berisi teori mengenai gelombang berdiri pada kolom udara, osilasi

teredam dan faktor kualitas akustik, osilasi terpaksa dan resonansi, faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding dan radiasi bunyi.

3. BAB III Metodologi Penelitian

Bab III berisi rangkaian alat, prosedur pengambilan data, dan analisis data

4. BAB IV Hasil dan Pembahasan

Bab IV berisi data, hasil pengolahan data dan pembahasan hasil

eksperimen yang diperoleh.

5. BAB V Penutup

Bab V berisi kesimpulan dan saran.


8

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

A. Gelombang Berdiri pada Kolom Udara

Gelombang longitudinal yang merambat pada suatu fluida di dalam pipa

dengan panjang yang berhingga akan dipantulkan oleh ujung-ujung pipa.

Perpaduan antara gelombang datang dan gelombang pantul yang berjalan

dalam arah yang berlawanan membentuk gelombang berdiri dalam

pipa.Hubungan fase antara gelombang datang dan gelombang pantul dari

salah satu ujung pipa bergantung pada apakah ujung tersebut terbuka atau

tertutup. Ujung terbuka dari sebuah kolom udara merupakan titik perut

simpangan, sedangkan ujung tertutup merupakan titik simpul simpangan

[Serway,2009].

Ujung pipa berupa titik perut dan titik simpul menghasilkan sejumlah

pola osilasi yang membentuk sebuah deret harmonik. Tiga harmonik pertama

dari sebuah pipa ujung terbuka ditunjukkan pada gambar 2.1.Huruf

Pmenunjukkan titik perut sedangkan huruf S menunjukkan titik simpul.Dari

gambar tersebut tampak bahwa kedua ujung merupakan titik perut. Harmonik

pertama terjadi saat panjang pipa merupakan 1/2 panjang gelombang.

Dengan kata lain panjang gelombang sama dengan dua kali panjang pipa. Hal

tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1(a). Harmonik kedua terjadi saat


9

panjang pipa sama dengan panjang gelombang. Hal tersebut dapat dilihat

pada gambar 2.1(b). Harmonik ketiga terjadi saat panjang pipa merupakan 3/2


10

panjang gelombang. Dengan kata lain panjang gelombang sama dengan 2/3

kali panjang pipa. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1(c).

Gambar 2.1. Gelombang berdiri pada kolom udara dalam pipa

dengan kedua ujung terbuka

Pada kondisi tersebut diketahui bahwa untuk setiap harmonik dari sebuah

pipa kedua ujung terbuka, panjang pipa L merupakan kelipatan dari setengah

panjang gelombang mengikuti persamaan (1) [Young, 2003].

2

nnL

atau n

Ln

2 (n = 1,2,3,.....) (1)

dengan nadalah panjang gelombang ke n.

Pada gambar 2.1 dapat dilihat bahwa titik-titik perut yang berdekatan

selalu sama dengan 1/2 panjang gelombang. Keadaan tersebut sama dengan

panjang pipa pada harmonik pertama. Nilai frekuensi harmonik pada

harmonik pertama mengikuti hubungan pada persamaan (2)

0

1

vf atau

L

vf

21 (2)

dimana f 1 adalah frekuensi pada harmonik pertama. v adalah kecepatan

bunyi. 0 adalahh panjang gelombang pada harmonik pertama. Untuk

harmonik selanjutnya, frekuensi harmoniknya membentuk suatu deret yang

merupakan kelipatan dari frekuensi harmonik pertama, mengikuti persamaan

(3)


11

L

vnfn

2 (n = 1,2,3,.....) (3)

dengan fn adalah frekuensi harmonik ke n.

B. Osilasi Teredam dan Faktor Kualitas Akustik

Dalam sistem osilasi, gaya nonkonservatif seperti gaya gesek akan

memperlambat gerak sehingga energi mekanik sistem akan berkurang seiring

berjalannya waktu, dan gerakan sistem dikatakan mengalami redaman atau

teredam. Pada sistem teredam, amplitudo menurun seiring berjalannya waktu

hingga pada akhirnya gerakkannya terhenti.Saat amplitudo berkurang

terhadap waktu, energi pada sistem juga berkurang karena energi sebuah

osilator berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo [Tipler,

1998)].Hubungan amplitudo dan energi tersebut dapat dilihat pada persamaan

(4) untuk gerak harmonik sederhana.

2

21 kAE (4)

dengan E adalahh energi total pada osilasi, k adalah konstanta, dan A adalah

amplitudo osilasi.

Pada kasus redaman, baik amplitudo maupun energi osilasi berkurang

seiring berjalannya waktu.Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2.


12

Gambar 2.2. Grafik hubungan simpangan terhadap waktu untuk osilasi teredam

Penurunan tersebut mengikuti persamaan (5) berikut

)cos()( 10 teAty t (5)

dengan, y(t) adalah simpangan pada waktu t, A0 adalah simpangan awal,

adalah koefisien redaman, dan 1 adalah frekuensi sudut dari osilator teredam.

Frekuensi sudut 1 dari osilator teredam dinyatakan dalam persamaan (6)

22

01 )( (6)

dengan 0 adalah frekuensi tak teredam.

Peredaman dari osilator biasanya dinyatakan dengan suatu besaran tak

berdimensi Q yang disebut faktor kualitas akustik atau faktor Q [Tipler,

1998]. Jika E adalah energi total dan E menyatakan kehilangan energi dalam

satu periode, faktor Q dinyatakan dalam persamaan (7)

E

EQ

2 (7)

Persamaan (7) di atas dapat diartikan bahwa jika energi yang hilang dalam

satu periode besar maka nilai faktor kualitas akustiknya kecil, demikian juga


13

sebaliknya, jika energi yang hilang dalam satu periode kecil maka nilai faktor

kualitas akustik besar.Dari penjelasan di atas diperoleh pemahaman mengenai

faktor kualitas akustik dimana faktor kualitas akustik merupakan kemampuan

benda untuk mempertahankan energi pada peristiwa peluruhan osilasi.

C. Osilasi Terpaksa dan Resonansi

Dalam osilasi teredam, telah diketahui bahwa energi osilasi

menurun.Untuk mempertahankan suatu sistem teredam agar tetap berosilasi,

energi harus diberikan ke dalam sistem.Bila hal tersebut dilakukan, osilator

dikatakan digerakkan atau dipaksa. Saat gaya penggerak mulai bekerja pada

sistem yang tidak bergerak, amplitudo osilasi akan meningkat. Setelah

melalui waktu yang cukup dimana energi per siklus dari gaya penggerak sama

energi osilasi sistem, maka kondisi tunakpun tercapai dan osilasi akan

berlangsung dengan amplitudo konstan [Serway, 2009].

Saat sebuah gaya bekerja pada sistem yang memiliki satu harmonik atau

lebih, amplitudo dari gerakkan yang terbentuk maksimum ketika frekuensi

dari gaya yang berkerja sama dengan frekuensi alamiah sistem. Amplitudo

maksimum dibatasi oleh gesekkan di dalam sistem. Jika sebuah gaya

penggerak bekerja pada sebuah sistem yang awalnya diam, energi yang

masuk digunakan untuk meningkatkan amplitudo osilasi dan melawan gaya

gesek. Pada saat amplitudo maksimum tercapai, usaha yang dilakukan oleh

gaya penggerak digunakan hanya untuk menggantikan energi mekanik yang

hilang akibat gesekan [Serway, 2009].


14

Gambar 2.3 adalah kurva resonansi yang menggambarkan tanggapan

dari sebuah sistem yang berosilasi terhadap frekuensi penggerak. Pada

gambar tersebut, frekuensi resonansi dari sistem dilambangkan dengan

dengan f0. Frekuensi sudut sebanding dengan frekuensi linear f seperti

yang terlihat pada persamaan (8)

f 2 (8)

Oleh sebab itu, pada pembahasan selanjutnya, frekuensi yang digunakan

adalah frekuensi linear

Gambar 2.3. Grafik amplitudo tanggapan sebuah osilator terhadap frekuensi penggerak

Pada gambar 2.3 dapat dilihat bahwa amplitudo osilasi sistem maksimum

ketika frekuensi gaya penggerak sama dengan frekuensi resonansi. Pada

redaman kecil, osilator akan menyerap lebih banyak energi dari gaya paksa

pada frekuensi resonansi daripada yang diserap pada frekuensi lain. Lebar

kurva resonansi untuk redaman kecil adalah sempit dan dapat dikatakan

bahwa resonansinya tajam.Bila redaman besar, maka kurva resonansi lebar.


15

Rasio frekuensi resonansi f0terhadap lebar resonansi f dapat ditunjukkan

dengan faktor kualitas akustik [Tipler, 1998] dalam persamaan (9).

12

00

ff

f

f

fQ

(9)

dengan Q adalah faktor kualitas akustik, f0 adalah frekuensi resonansi sistem,

dan adalah f1 dan f2 adalah frekuensi saat nilai amplitudo 2

1 amplitudo

maksimum.

Dari grafik pada gambar 2.3 dapat ditentukan nilai f0, f1, f2 seperti gambar 2.4

Gambar 2.4 f0, f1, f2 pada grafik hubungan amplitudo tanggapan

terhadap gaya penggerak untuk sistem yang berosilasi


16

D. Faktor Kualitas Akustik yang Dipengaruhi Oleh Efek Dinding dan

Radiasi Bunyi

Terdapat dua faktor yang mempengaruhi faktor kualitas akustik pada

silinder yaitu dari efek dinding dan radiasi bunyi [Moloney,2001]. Faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding berasal dari efek termal

dan viskositas di dekat dinding pipa silinder dengan diameter pipa D

mengikuti persamaan (10) berikut

X

C

C

DQ

V

p

d

112

(10)

dengan Qd adalah faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding,

δ adalah kedalaman penetrasi viskos, D adalah diameter dalam pipa, X adalah

konduktivitas termometrik, ʋ adalah viskositas kinematik, Cp adalah kapasitas

panas pada tekanan tetap, dan Cv adalah kapasitas panas pada volume tetap.

Sedangkan faktor kualitas akibat radiasi bunyi berbanding terbalik dengan

kuadrat diameter bagian dalam pipa seperti pada persamaan (11) berikut

fD

vLQr

..

.42

(11)

dengan Qr adalah faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi,

L adalah panjang pipa, v adalah kecepatan bunyi, dan f adalah frekuensi

resonansi. Bila nilai frekuensi resonansi diganti dengan persamaan (3), maka

persamaan (11) menjadi

2

2

..

.8

Dn

LQr

(12)


17

Faktor kualitas akustik (Q) yang dipengaruhi oleh efek dinding dan radiasi

bunyi diperoleh dari hubungan

rd QQQ

111 (13)


17

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan faktor kualitas akustik pada pipa

silinder terbuka, mengetahui pengaruh diameter terhadap faktor kualitas akustik

pipa silinder terbuka, mengetahui pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas

akustik pipa silinder terbuka, menentukan nilai koefisien yang menyatakan

kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding

terhadap diameter pipa Cd, dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan

faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter pipa

Cr, dan menentukan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor

kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa CR.

Tujuan penelitian ini dicapai dengan melakukan eksperimen mengikuti tahap-

tahap merangkaialat, pengambilan data dan analisis data. Rangkaian alat diatur

sesuai dengan kebutuhan penelitian. Pengambilan data dan analisis data

menggunakan sensor bunyi dan software LoggerPro.

A. Rangkaian Alat

Rangkaian alat yang digunakan pada penelitian seperti gambar 3.1 berikut


18

Gambar 3.1. Rangkaian alat

Rangkaian alat pada gambar 3.1 dibagi menjadi empat bagian, yaitu sistem

sumber bunyi, resonator, sistem deteksi, dan sistem pengolahan data.

1. Sistem sumber bunyi

a. Audio Frekuensi Generator

AFG digunakan sebagai pembangkit sumber bunyi dan mengatur fungsi

gelombang bunyi. Model AFG yang digunakan pada eksperimen ini

adalah GFG-8016G yang memiliki counter untuk menampilkan nilai

frekuensi. Oleh sebab itu, nilai frekuensi sumber bunyi dapat

ditentukan dengan tepat.

b. Amplifier digunakan sebagai penguat bunyi. Amplifier yang digunakan

adalah model ZA-1025.

c. Speaker digunakan sebagai sumber bunyi keluaran. Spesifikasi speaker

yang digunakan sebagai berikut


19

Tabel 3.1. Spesifikasi speaker

Merk Speaker Diameter Dalam (cm) Diameter luar (cm)

1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata

JD 8-WCF

(175 watt-

8 ohms)

3,83 3,88 3,86 3,86 3,96 3,99 3,97 3,97

Diameter dalam dan diameter luar speaker diukur sebanyak tiga kali,

kemudian dirata-ratakan.Nilai rata-rata diameter tersebut yang digunakan

dalam penelitian.

2. Resonator

Pipa PVC (polyvinyl chloride) sebagai resonator silindris yang diameter

dan panjangnya divariasi. Tabel 3.2 menunjukkan spesifikasi pipa PVC

yang digunakan

Tabel 3.2. Spesifikasi pipa

No Merk

Pipa

Diameter Dalam (cm) Diameter luar (cm)

1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata

1 Pipaku

AW ¾ in

2,26 2,23 2,23 2,24 2,60 2,58 2,56 2,58

2 Pipaku

AW 1 in

2,83 2,82 2,85 2,83 3,22 3,18 3,21 3,20

3 Pipaku

C 1¼ in

3,98 3,98 3,94 3.97 4,18 4,12 4,12 4,14

4 Pipaku

C 1½ in

4,65 4,66 4,60 4,64 4,83 4,84 4,85 4,84

5 Pipaku

C 2 in

5,76 5,80 5,80 5,79 6,03 5,93 5,93 5,96

6 Pipaku

C 3 in

8,82 8,70 8,65 8,72 8,83 8,79 8,98 8,87

Diameter dalam dan diameter luar pipa diukur sebanyak tiga kali,

kemudian dirata-ratakan.Nilai rata-rata diameter tersebut yang digunakan

dalam penelitian. Panjang pipa PVC divariasikan dengan panjang 80 cm;

100 cm; 120 cm; 140 cm; 160 cm; 180 cm.


20

3. Sistem deteksi

a. Sensor bunyi untuk mendeteksi tanggapan bunyi yang dihasilkan pada

pipa silinder.

b. Interface sebagai penghubung sensor bunyi dan komputer. Interface

yang digunakan bermerk Vernier LabPro

4. Sistem pengolah data

Bunyi yang telah dideteksi dianalisis menggunakan komputer dengan

software LoggerPro.

B. Pengambilan Data

Sebelum pengambilan data, ada beberapa variabel kontrol yang dibuat

sama. Variabel kontrol tersebut meliputi

1. Fungsi gelombang AFG : Sinusoidal

2. Amplifier : Tone: 0 AUX: 0

3. Jarak speaker-pipa : 0 cm

4. Jarak lantai-pusat speaker : 80 cm

5. Jarak lantai-pusat pipa : 80 cm

Diameter pipa yang digunakan berbeda, sehingga jarak lantai ke bagian bawah

pipa juga berbeda seperti tabel 3.3 berikut

Tabel 3.3. Jarak lantai terhadap pusat speaker dan

yang dihitung dari bagian bawah speaker dan pipa Benda Diameter luar benda

(cm)

Jarak lantai – pusat

speaker/pipa

(cm)

Jarak lantai-bagian

bawah speaker/pipa

(cm)

Speaker 3,97 80 78,02

Pipa 1 2,58 80 78,71

Pipa 2 3,20 80 78,40

Pipa 3 4,14 80 77,80

Pipa 4 4,84 80 77,76

Pipa 5 5,96 80 77,02

Pipa 6 8,87 80 75,57


21

Setelah rangkaian alat tersusun dengan benar. Pengambilan data dilakukan

sesuai dengan langkah-langkah berikut

1. Aplikasi LoggerPro dibuka sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.2

Gambar 3.2. Tampilan LoggerPro yang terhubung dengan sensor bunyi

Gambar interface yang muncul pada tampilan di atas menandakan bahwa

sensor bunyi sudah terhubung dengan komputer.

2. Grafik FFT berupa grafik hubungan amplitudo terhadap frekuensi

didapatkan dengan mengklik menu insert – additional graphs- FFT graph

sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.3

Gambar 3.3. Tampilan grafik FFT tanpa data


22

Pada gambar 3.3 di atas terdapat grafik FFT tanpa data dan tabel sebagai

tempat data frekuensi tanggapan dan amplitudo.

3. Waktu pengambilan data dan jumlah sampel diatur dengan mengklik ikon

data collection sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.4

Gambar 3.4. Kolom untuk mengatur waktu pengambilan data dan jumlah sampel

4. Setelah frekuensi bunyi diatur pada nilai tertentu, data diambil dengan

mengklik ikon collect, sehingga setelah beberapa saat sesuai dengan waktu

yang telah diatur, muncul grafik seperti gambar 3.5

Gambar 3.5. Tampilan grafik FFT setelah data diperoleh

5. Dari grafik FFT yang diperoleh pada langkah B.4, nilai frekuensi dan

amplitudo tanggapan dicatat. Nilai tersebut diperoleh dengan bantuan ikon


23

examine. Amplitudo tanggapan yang dimaksud adalah amplitudo tertinggi

pada grafik FFT. Untuk setiap nilai frekuensi bunyi, nilai frekuensi dan

amplitudo tanggapan diambil sebanyak dua kali. Data yang diperoleh

dimasukkan dalam tabel 3.4 berikut

Tabel 3.4. Kolom data frekuensi bunyi, frekuensi dan amplitudo tanggapan

fb

(Hz)

1 2

f (Hz) A (cm) f (Hz) A (cm)

Setiap data diambil sebanyak dua kali dengan fb adalah frekuensi sumber

bunyi, A adalah amplitudo tanggapan, f adalah frekuensi, 1 dan 2 adalah

pengambilan pertama dan kedua.

6. Langkah B.1 – B.5 dilakukan untuk pipa dengan diameter pipa yang

berbeda dan panjang pipa yang berbeda.

C. Analisis Data

Data frekuensi dan amplitudo tanggapan pada tabel 3.4 digunakan dalam

analisis data untuk memperoleh nilai faktor kualitas akustik.Karena

amplitudo tanggapan diukur dua kali maka amplitudo tanggapan tersebut

dirata-ratakan, kemudian amplitudo tanggapan rata-rata tersebut dikurangi

dengan amplitudo tanggapan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Hal tersebut

dilakukan saat komputer tidak terhubung dengan sensor bunyi. Analisis data

dibagi dalam tiga bagian yaitu nilai faktor kualitas akustik pipa silinder

terbuka, pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik pada pipa


24

silinder terbuka serta nilai Cd dan Cr, dan pengaruh panjang pipa terhadap

faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka dan nilai CR.

1. Nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka

a. Aplikasi LoggerPro dibuka, sehingga muncul tampilan seperti gambar

3.6

Gambar 3.6. Tampilan awal LoggerPro

pada saat tidak terhubung dengan sensor bunyi

b. Kolom data pada tabel yang tersedia ditambah dengan mengklik Data

– New Manual Column. Pada bagian ini dibutuhkan 3 kolom data

untuk data frekuensi sumber bunyi, amplitudo tanggapan pertama dan

amplitudo tanggapan kedua. Nama variabel dan satuan pada kolom

data diganti dengan mengklik nama variabel sebanyak dua kali

sehingga muncul kolom pengisian nama variabel seperti gambar 3.7

Gambar 3.7. Kolom pengisian nama variabel


25

Saat muncul tampilan seperti di atas, nama variabel dan satuan dapat

diganti sesuai kebutuhan kemudian klik Done untuk menyimpan nama

variabel yang telah dibuat. Jumlah desimal diatur dengan mengklik

Options sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.8

Gambar 3.8. Kolom penentuan jumlah desimal

c. Data diinput pada kolom data (f, A). Kemudian data amplitudo

tanggapan dirata-ratakan dengan mengklik Data–New Calculated

Column sehingga muncul tampilan seperti gambar 3.9

Gambar 3.9. Kolom perhitungan

Cara di atas dapat digunakan untuk perhitungan dengan persamaan

yang dibutuhkan dalam penelitian, dimana persamaan tersebut dapat

dituliskan pada kolom Equation. Dari gambar 3.9 saat Done


26

diklikmaka muncul kolom baru pada tabel berupa kolom amplitudo

tanggapan rata-rata. Amplitudo tanggapan rata-rata tersebut dikurangi

dengan amplitudo tanggapan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Cara

yang digunakan sama seperti saat menghitung amplitudo tanggapan

rata-rata. Jika data di atas dirapikan dan ditambah dengan nilai

frekuensi, maka data tersaji seperti tabel 3.5

Tabel 3.5. Kolom analisis data frekuensi bunyi , frekuensi dan amplitudo tanggapan fb

(Hz)

1 2 Art-rt

(cm)

Ap

(Hz

f (Hz) A (cm) f (Hz) A (cm)

Art-rt adalah amplitudo tanggapan rata-rata, dan Apadalah amplitudo

tanggapan rata-rata yang telah dikurangi dengan amplitudo tanggapan

saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Amplitudo tanggapan yang

digunakan untuk analisis selanjutnya adalah Ap.

d. Setelah data diinput pada kolom data dan nilai Aptelah dihitung.

Kurva resonansi berupa grafik hubungan amplitudo tanggapan

terhadap frekuensi diperoleh dengan mengklik menu Insert - Graph

sehingga muncul grafik seperti gambar 2.4

e. Dari grafik yang diperoleh pada langkah C.1.d, nilai frekuensi puncak

dan lebar kurva resonansi didapatkan dengan mengklik menu analyze-

interpolate dengan f0 adalah frekuensi pada nilai amplitudo

maksimum, f1 dan f2 adalah frekuensi bunyi saat nilai amplitudo

21 dari amplitudo maksimum.


27

f. Nilai f0, f1, dan f2 digunakan untuk menghitung nilai faktor kualitas

akustik menggunakan cara yang sama seperti langkah C.1.b – C.1.c.

Persamaan yang digunakan untuk menghitung nilai faktor kualitas

adalah persamaan (9).

g. Langkah C.1.a – C.1.f dilakukan untuk setiap pipa dengan diameter

pipa dan panjang pipa yang berbeda.

2. Pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik silinder

terbuka serta nilai Cd dan nilai Cr.

Persamaan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding

dan radiasi bunyi pada persamaan (13) dapat digunakan untuk

memperoleh persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap

diameter. Hal tersebut dilakukan dengan menyederhanakan persamaan

(10) berupa persamaan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek

dinding menjadi persamaan (14) berikut

DCQ dd . (14)

Dimana

X

C

CC

V

p

d

112

1

Cd merupakan suatu koefisien yang menyatakan kebergantungan Qd

terhadap D. Kemudian, persamaan (12) berupa persamaan faktor kualitas

akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi, disederhanakan menjadi

persamaan (15) berikut

2D

CQ r

r (15)


28

dimanan

LCr

.

.8 2

Cr merupakan koefisien yang menyatakan kebergantungan Qr terhadap D.

Setelah itu, persamaan (14) dan (15) dimasukkan ke dalam persamaan

(13). Sehingga diperoleh persamaan hubungan faktor kualitas akustik

terhadap diameter seperti persamaan (16)

2

2

.

)/(.

C

CDC

DCDCQ

rd

rd

(16)

Persamaan (16) berlaku untuk pipa dengan diameter pipa yang berbeda

tetapi memiliki panjang yang sama.

a. Data diameter pipa dan nilai faktor kualitas diinput ke dalamkolm

data. Kemudian grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap

diameter pipa diperoleh dengan mengklik menu insert-Graph.

b. Setelah grafik pada langkah 2.a diperoleh, dilakukan fitting data.fitting

data dilakukan dengan mengklik menu Analyze - Curve fit sehingga

muncul tampilan seperti gambar 3.10

Gambar 3.10. Tampilan awal pada bagian fitting data

Persamaan yang digunakan untuk fitting data ditulis pada kolom Define

Function.


29

Gambar 3.11. Kolom pengisian persamaan yang digunakan pada penelitian

Persamaan yang digunakan adalah persamaan hubungan faktor kualitas

akustik terhadap diameter pada persamaan (16).

3. Pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder

dan nilai CR.

Jika dilihat dari persamaan (10) berupa persamaan faktor kualitas

akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding dan persamaan (12) berupa

persamaan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi,

panjang pipa hanya berpengaruh pada faktor kualitas akustik yang

dipengaruhi oleh radiasi bunyi. Oleh sebab itu, persamaan (12) dapat

disederhanakan menjadi

2.LCQ Rr

(17)

dimana2..

8

DnCR

dengan CR adalah koefisien yang menyatakan kebergantungan Qr terhadap

L2.

Saat persamaan (17) dimasukkan ke dalam persamaan (13), maka

diperoleh persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang

pipa seperti persamaan (18)


30

2

2

.

..

LCQ

LCQQ

Rd

Rd

(18)

Persamaan (18) berlaku untuk pipa dengan panjang yang berbeda tetapi

memiliki diameter yang sama.

Grafik dan fitting data untuk hubungan faktor kualitas akustik

panjang pipa silinder diperoleh dengan cara yang sama seperti langkah

C.2.a – C.2.b. Tetapi data yang diinput pada kolom data adalah data

panjang pipa dan nilai faktor kualitas akustik. Persamaan yang digunakan

dalam fitting data adalah persamaan (18).


31

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

Berdasarkan tujuan penelitian yang terdapat pada bab 1, maka hasil

penelitian dibagi menjadi tiga bagian yaitu nilai faktor kualitas akustik pada

pipa silinder terbuka, pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik

pipa silinder terbuka serta nilai Cd dan Cr, dan pengaruh panjang pipa

terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder terbuka dan nilai CR.

1. Nilai faktor kualitas akustik pada pipa silinder terbuka.

Pada penelitian ini setiap rangkaian alat berlaku untuk pengambilan

satu set data berupa frekuensi sumber bunyi, frekuensi dan amplitudo

tanggapan pada satu diameter pipa dan panjang pipa. Setelah rangkaian

alat terpasang, nilai frekuensi sumber bunyi diatur pada nilai tertentu.

Sebagai contoh pada rangkaian alat dengan pipa berdiameter 3,97 cm dan

panjang 180 cm, frekuensi bunyi diatur pada nilai 65 Hz. Kemudian

dilakukan proses pengambilan data, sehingga dihasilkan grafik FFT

berupa grafik hubungan amplitudo terhadap frekuensi dari tanggapan

bunyi, yang diperlihatkan pada gambar 4.1. Dari grafik tersebut, diambil

data nilai frekuensi sebesar 60,06 Hz dan amplitudo tertinggi sebesar

0,031 cm. Pengambilan data kembali dilakukan sehingga diperoleh nilai

frekuensi dan nilai amplitudo tertinggi untuk pengambilan data kedua


32

sebesar 65,06 Hz dan 0,032 cm. Setelah itu, dilakukan pengambilan

data untuk nilai frekuensi sumber bunyi yang lain.

Gambar 4.1. Grafik FFT untuk panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm

pada frekuensi sumber bunyi 65 Hz

Pada satu nilai frekuensi sumber bunyi, amplitudo tanggapan diukur

sebanyak dua kali dengan cara yang sama. Akan tetapi sebelum data

diambil untuk nilai frekuensi sumber bunyi tertentu, terlebih dahulu

pengambilan data dilakukan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Pada saat

frekuensi sumber bunyi 0 Hz diperoleh nilai amplitudo tanggapan sebesar

0,022 cm. Setelah data diperoleh, nilai amplitudo dirata-ratakan,

kemudian amplitudo tanggapan rata-rata tersebut dikurangi dengan

amplitudo tanggapan saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Tabel 4.1

memperlihatkan data lengkap yang diperoleh pada panjang pipa 180

cm dan diameter pipa 3,97 cm.


33

Tabel 4.1. Data frekuensi sumber bunyi, frekuensi dan amplitudo tanggapan

pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm.

fb

(Hz)

1 2 Art-rt

(cm)

Ap

(cm) f (Hz) A (cm) f(Hz) A (cm)

65 65,06 0,031 65,06 0,032 0,031 0,009

70 69,70 0,043 69,70 0,041 0,042 0,020

75 74,95 0,059 74,95 0,059 0,059 0,037

80 79,47 0,092 79,47 0,091 0,091 0,069

85 84,72 0,152 84,72 0,152 0,152 0,130

90 89,84 0,342 89,84 0,343 0,343 0,320

95 94,97 1,110 94,97 1,120 1,115 1,093

100 100,10 0,307 100,10 0,302 0,305 0,282

105 104,76 0,244 104,76 0,244 0,244 0,222

110 110,35 0,166 110,35 0,165 0,166 0,143

115 114,99 0,137 114,99 0,143 0,140 0,118

120 119,38 0,124 119,38 0,122 0,123 0,101

125 125,12 0,110 125,12 0,112 0,111 0,089

Data frekuensi dan amplitudo tanggapan (Ap)digunakan untuk

membuat kurva resonansi sehingga diperoleh kurva resonansi pada

panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm seperti gambar 4.2.

Gambar 4.2. Kurva resonansi

pada panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm.


34

Kurva resonansi pada gambar 4.2 digunakan untuk mencari nilai f0,

f1, dan f2 seperti gambar 2.4 dan diperoleh nilai f0, f1, dan f2 secara

berturut-turut sebesar 94,97 Hz; 92,93 Hz; dan 96,98 Hz. Nilai-niai

tersebut digunakan untuk menentukan nilai Q menggunakan persamaan

(9)

12

0

ff

fQ

HzHz

HzQ

93,9298,96

97,94

45,23Q

Dari hasil perhitungan tersebut diperoleh nilai faktor kualitas akustik

untuk panjang pipa 180 cm dan diameter pipa 3,97 cm sebesar 23,45.

Pola data dan bentuk grafik untuk pengambilan data pada pipa yang lain

sama seperti pada tabel 4.1 dan gambar 4.2 yang dapat dilihat pada

lampiran. Nilai Q diperoleh dengan cara yang sama untuk setiap diameter

pipa dan panjang pipa yang berbeda.

2. Pengaruh diameter pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa

silinder terbuka serta nilai Cd dan nilai Cr

Setelah dilakukan pengambilan data dan analisis data, diperoleh nilai

Q untuk pipa dengan diameter yang berbeda pada panjang pipa 160 cm

dan 180 cm yang disajikan dalam tabel 4.2 dan 4.3. Dalam tabel tersebut

disajikan nilai f0, f1, dan f2.


35


pada panjang pipa 160 cm.



Dari nilai diameter pipa dan nilai faktor kualitas akustik pada tabel

4.2 dan 4.3 dibuat grafik hubungan antara faktor kualitas akustik

terhadap diameter pipa berserta fitting data sehingga diperoleh grafik

pada gambar 4.3 dan 4.4.

N o Diameter

(cm)

f0

(Hz)

f1

(Hz)

f2

(Hz)

Q

1 2,24 104,98 102,57 111,57 11,67

2 2,83 105,10 102,64 109,42 15,50

3 3,97 104,86 102,89 107,90 20,93

4 4,64 104,86 103,03 107,59 23,10

5 5,79 104,98 103,16 107,37 24,94

6 8,72 104,86 103,04 107,53 23,35

N o Diameter

(cm)

f0

(Hz)

f1

(Hz)

f2

(Hz)

Q

1 2,24 95,09 93,02 100,65 12,46

2 2,83 95,97 92,95 98,22 16,49

3 3,97 94,97 92,93 96,98 23,45

4 4,64 95,21 93,17 96,84 25,94

5 5,79 94,73 93,30 96,74 27,54

6 8,72 95,21 92,90 96,82 24,28


36

Gambar 4.3. Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa

pada panjang pipa 160 cm

g Gambar 4.4. Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa


Grafik pada gambar 4.3 dan 4.4 difit menggunakan persamaan(16)

berupa persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap

diameter.Bila ditinjau dari persamaan (16) dan menyesuaikan satuan dari

diameter yang digunakan, nilai koefisien yang menyatakan

kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh efek

dinding terhadap diameter Cd memiliki satuan cm-1

.Dalam fitting data Cd


37

dinyatakan dalam huruf a. Sedangkan, nilai koefisien yang menyatakan

kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi

bunyi terhadap diameter Cr memiliki satuan cm2. Dalam fitting data Cr

dinyatakan dalam huruf b. Dari fitting data pada gambar 4.3 dan 4.4,

untuk panjang 160 cm diperoleh nilai Cd sebesar 5,74 cm-1

dan Cr sebesar

3382 cm2. Sedangkan untuk panjang pipa 180 cm diperoleh nilai Cd

sebesar 6,46 cm-1

dan Cr sebesar 3417 cm2.

3. Pengaruh panjang pipa terhadap faktor kualitas akustik pipa silinder

terbuka dan nilai CR.

Dari pengambilan data dan analisis data, diperoleh juga nilai Q untuk

panjang pipa yang berbeda pada diameter pipa 3,97 cm dan 5,79 cm yang

disajikan dalam tabel 4.4 dan 4.5. Dalam tabel tersebut disajikan nilai f0,

f1, dan f2.


pada diameter pipa 3,97 cm.

N o Panjang pipa

(cm)

f0

(Hz)

f1

(Hz)

f2

(Hz)

Q

1 80 209,96 201,32 218,07 12,53

2 100 169,92 163,76 175,03 15,08

3 120 140,14 137,97 145,78 17,94

4 140 120,24 118,02 124,17 19,55

5 160 104,86 102,89 107,90 20,93

6 180 94,97 92,93 96,98 23,45


38



Dari nilai panjang pipa dan nilai faktor kualitas pada gambar 4.4 dan

4.5 dibuat grafik hubungan antara faktor kualitas akustik terhadap

panjang pipa berserta fitting data pada aplikasi LoggerPro sehingga

diperoleh grafik pada gambar 4.5 dan 4.6.

Gambar 4.5. Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa


N o Panjang Pipa

(cm)

f0

(Hz)

f1

(Hz)

f2

(Hz)

Q

1 80 209,94 202,51 216,39 15,12

2 100 169,92 167,55 176,74 18,49

3 120 140,38 136,84 143,43 21,30

4 140 120,12 117,87 123,02 23,32

5 160 104,98 103,16 107,37 24,94

6 180 94,73 93,30 96,74 27,54


39

Gambar 4.6. Grafik hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa


Grafik pada gambar 4.5 dan 4.6 difit dengan persamaan (18) berupa

persaman hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang

pipa.Ditinjau dari persamaan (18) dan menyesuaikan satuan dari panjang

pipa yang digunakan, nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan

faktor kualitas akustik yang dipengaruhi radiasi bunyi terhadap panjang

pipa CR memiliki satuan cm-2

. Dalam fitting data CR dinyatakan dalam

huruf c. Qd yang merupakan faktor kualitas akkustik yang dipengaruhi

oleh efek dinding tidak memiliki satuan. Dalam fitting data Qd dinyatakan

dalam huruf d. Dari hasil fitting data pada gambar 4.5 dan 4.6, untuk

diameter 3,97 cm diperoleh nilai CR sebesar 3,207 x 10-3

cm-2

, dan nilai

Qd sebesar 28,81. Untuk diameter 5,79 cm diperoleh nilai CR sebesar

4,044 x 10-3

cm-2

, dan nilai Qd sebesar 33,11.


40

B. Pembahasan

Rangkaian alat yang ada pada gambar 3.1 terdiri dari sumber bunyi

berupa dari AFG, amplifier, dan speaker. Frekuensi bunyi yang keluar dari

speaker diatur menggunakan AFG, AFG yang digunakan memiliki counter

yang dapat meminimalisir kesalahan dalam menentukan nilai frekuensi

sumber bunyi, karena nilai frekuensi yang diinginkan terlihat pada counter.

Frekuensi bunyi tersebut diperkuat oleh amplifier dan keluar dari speaker

dalam bentuk bunyi.Gelombang bunyi yang keluar dari speaker masuk ke

dalam pipa PVC.Pipa PVC dalam penelitian ini berperan sebagai resonator

silindris.Gelombang bunyi yang merupakan gelombang longitudinal tersebut

dipantulkan dari ujung-ujung pipa dan membentuk gelombang

berdiri.Gelombang tersebut dinamakan gelombang bunyi tanggapan.

Gelombang bunyi tanggapan ini di tangkap oleh sensor bunyi kemudian

dianalisis menggunakan software Logger Pro dengan mengikuti langkah-

langkah pada metodologi penelitian.

Pada sistem, udara di dalam pipa mengalami osilasi terpaksa.Bunyi yang

keluar dari speaker dan masuk dalam pipa diberi energi secara terus

menerus.Pemberian energi ini ditunjukkan dengan menyalakan sumber bunyi

pada frekuensi tertentu selama pengambilan data.Frekuensi bunyi tersebut

dinamakan frekuensi penggerak.

Pada proses pengambilan data, gelombang bunyi yang ditangkap oleh

sensor bunyi ditampilkan dalam grafik FFT. Grafik FFT tersebut berupa

frekuensi dan amplitudo tanggapan. Nilai frekuensi yang tampil pada pada


41

grafik FFT tersebut adalah frekuensi sumber bunyi. Pada saat sumber bunyi

diatur pada AFG, nilai frekuensi yang muncul pada counter masih memiliki

ketidakpastian sebesar ± 1 Hz. Nilai frekuensi sumber bunyi secara tepat

ditampilkan pada grafik FFT.

Data yang diperoleh disajikan pada tabel data frekuensi sumber bunyi,

frekuensi dan amplitudo tanggapan pada tabel 4.1.Dari tabel tersebut dapat

dilihat bahwa data diambil pada frekuensi sumber bunyi yang berselang 5 Hz

agar data yang diperoleh lebih akurat.Selain itu, dari tabel 4.1 juga tampak

data bunyi tanggapan berupa frekuensi dan amplitudo diambil sebanyak dua

kali. Pengambilan data frekuensi dan amplitudo tanggapan dilakukan

sebanyak dua kali agar hasil yang di peroleh lebih presisi. Kemudian

amplitudo tanggapan dirata-ratakan dan dikurangi dengan amplitudo pada

saat frekuensi sumber bunyi 0 Hz. Hal ini dilakukan karena sebelum

pengambilan data sudah ada noise yang berasal dari lingkungan sekitar,

sehingga untuk memperoleh amplitudo tanggapan yang sesungguhnya,

amplitudo yang diperoleh harus dikurangi dengan amplitudo dari noise

sekitar.

Saat nilai frekuensi bunyi dan amplitudo tanggapan pada tabel 4.1

diperhatikan lebih teliti, terdapat suatu pola dimana semakin besar frekuensi,

nilai amplitudo tanggapan naik hingga mencapai puncak pada frekuensi 94,97

Hz dan kemudian nilainya menurun. Pada saat amplitudo tanggapan

mencapai nilai maksimum itulah peristiwa resonansi terjadi. Dari penjelasan

diatas dapat dikatakan bahwa pada tabel 4.1, pipa dengan diameter 3,97 cm


42

dan panjang 180 cm peristiwa resonansi terjadi pada frekuensi 94,97 Hz. Data

yang lain memiliki pola yang sama dengan tabel 4.1.

Peristiwa resonansi yang digunakan pada penelitian ini adalah peristiwa

resonansi pertama. Hal ini diketahui pada saat eksperimen pendahuluan telah

dicoba pengambilan data dari frekuensi terkecil yaitu 0 Hz, 5 Hz, 10 Hz dan

seterusnya hingga ditemukan nilai amplitudo tertinggi untuk pertama kali,

dan nilai amplitudo tertinggi tersebut ditetapkan sebagai resonansi pertama.

Jika nilai frekuensi bunyi terus diperbesar, maka akan ditemukan resonansi

kedua, ketiga dan seterusnya, tetapi yang digunakan dalam penelitian ini

adalah resonansi pertama dengan memperhitungkan waktu yang tersedia

untuk pengambilan data singkat.

Dari data frekuensi dan amplitudo tanggapan dibuat kurva resonansi pada

gambar 4.2. Kurva resonansi tersebut memiliki pola data yang sama seperti

tabel 4.1. Dari kurva tersebut dicari nilai f0, f1, dan f2 yang digunakan untuk

menghitung nilai faktor kualitas akustik. Nilai faktor kualitas akustik yang

diperoleh, disajikan dalam tabel hubungan faktor kualitas akustik terhadap

diameter yang ada pada tabel 4.2 dan 4.3, serta tabel hubungan faktor kualitas

akustik terhadap panjang pipa pada tabel 4.4 ddan 4.5. Dari tabel-tabel

tersebut dapat dilihat bahwa nilai faktor kualitas akustik yang diperoleh

>10.Hal tersebut menandakan bahwa sistem mengalami redaman kecil

[Moloney, 2001].


43

Hubungan faktor kualitas akustik terhadap diameter pipa dapat dilihat

pada tabel nilai faktor kualitas akustik untuk setiap diameter pipa dalam tabel

4.2 dan 4.3. Dari kedua tabel tersebut tampak bahwa untuk panjang pipa yang

sama, semakin besar diameter pipa nilai faktor kualitas akustiknya membesar

hingga mencapai maksimum pada diameter pipa tertentu kemudian kembali

menurun. Hal tersebut tersebut juga terlihat pada grafik hubungan faktor

kualitas akustik terhadap diameter di gambar 4.3 dan 4.4. Pola tersebut sesuai

dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Moloney, dimana pada diameter

yang kecil, pertambahan nilai faktor kualitas hampir linear, kemudian

mencapai maksimun, dan kembali menurun secara kasar mengikuti 1/ pada

diameter pipa yang besar.

Hasil fitting data yang telihat pada gambar 4.3 dan 4.4 menandakan

bahwa pola data yang terjadi mengikuti persamaan (16) berupa persamaan

hubungan faktor kualitas terhadap diameter. Dari persamaan (16), untuk nilai

D kecil, nilai 2DCr jauh lebih besar daripada nilai Cd.D, sehingga nilai

penyebutnya menjadi hampir sama dengan 2DCr . Oleh sebab itu, pada D

yang kecil, nilai Q mendekati nilai Cd.D. Untuk nilai D yang besar, nilai

Cd.D jauh lebih besar daripada 2DCr sehingga nilai penyebutnya menjadi

hampir sama dengan nilai Cd.D. Oleh sebab itu, pada D yang besar nilai Q

mendekati 2DCr . Hal di atas sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan

Moloney dimana pada diameter yang kecil, nilai faktor kualitas akustik lebih


44

dipengaruhi oleh efek dinding.Pada diameter yang besar, nilai faktor kualitas

lebih dipengaruhi oleh radiasi bunyi.

Dari hasil fitting data pada gambar 4.3 dan 4.4, untuk panjang 160 cm

diperoleh nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas

akustik yang dipengaruhi oleh efek dinding terhadap diameter Cd sebesar 5,74

cm-1

dan nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas

akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter Cr sebesar

3382 cm2. Sedangkan untuk panjang pipa 180 cm diperoleh nilai Cd sebesar

6,46 cm-1

dan Cr sebesar 3417 cm2. Nilai Cd dan Cr yang diperoleh tidak jauh

berbeda dengan hasil penelitian Moloney.Hal tersebut dapat dilihat pada tabel

4.6. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa nilai Cd hasil penelitian berbeda 1

orde dari hasil penelitian milik Moloney. Sedangkan, nilai Cr hasil penelitian

memiliki orde yang sama dengan hasil penelitian milik Moloney. Perbedaan

terjadi karena diameter pipa dan panjang pipa yang digunakan pada penelitian

ini berbeda dengan milik Moloney.

Tabel 4.6. Perbandingan nilai Cd dan Cr milik Moloney

dan hasil penelitian

Moloney Hasil percobaan

Panjang pipa 160

cm

Panjang pipa 180

cm

Cd 20,1 cm-1

5,74 cm-1

6,46 cm-1

Cr 4000 cm2

3382 cm2

3417 cm2

Hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa dapat dilihat

pada tabel nilai faktor kualitas akustik untuk setiap panjang pipa dalam tabel

4.4 dan 4.5.Dari kedua tabel tersebut nampak bahwa semakin panjang pipa


45

silinder maka semakin besar pula nilai faktor kualitasnya. Hal tersebut juga

terlihat pada grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa di gambar

4.5 dan 4.6 Hasil fitting data yang terlihat pada gambar 4.5 dan 4.6

menandakan bahwa pola data yang terjadi mengikuti persamaan (18) berupa

persamaan hubungan faktor kualitas akustik terhadap panjang pipa.

Dari persamaan (18) dapat diketahui bahwa semakin panjang pipa, nilai

faktor kualitas semakin membesar, hingga pada nilai L yang besar, nilai

penyebut hampir sama dengan nilai CR.L2, sehingga nilai Q hampir

mendekati Qd. Pola data hubungan Q terhadap L pada gambar 4.5 dan 4.6

tidak menunjukkan pola nilai Q yang hampir mendatar. Hal tersebut

menandakan bahwa pipa yang digunakan tidak terlalu panjang.

Dari hasil fitting data pada gambar 4.5 dan 4.6, untuk diameter 3,97 cm

diperoleh nilai koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas

akustik yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap panjang pipa CR sebesar

3,207 x 10-3

cm-2

, dan nilai faktor kualitas akustik yang dipengaruhi efek

dinding Qd sebesar 28,81. Untuk diameter 5,79 cm diperoleh nilai CR sebesar

4,044 x 10-3

cm-2

, dan nilai Qd sebesar 33,11.

Jika dilihat kembali tabel nilai faktor kualitas akustik untuk setiap

diameter pipa yang berbeda pada tabel 4.2 dan 4.3, dapat dilihat bahwa untuk

panjang pipa yang sama, semakin besar diameter pipa, nilai frekuensi

resonansi relatif sama. Sebagai contoh dapat dilihat pada tabel 4.2 dimana

saat diameter pipa membesar dengan nilai 3,97 cm; 4,64 cm; 5,79 cm; 8,72

cm nilai frekuensi resonansi relatif sama ±105 Hz. Tabel 4.4 dan 4.5 berupa


46

tabel nilai faktor kualitas untuk setiap panjang pipa yang berbeda

menunjukkan bahwa untuk diameter yang sama, semakin panjang pipa

silinder nilai frekuensi resonansi semakin kecil. Sebagai contoh dapat dilihat

pada tabel 4.4 dimana saat panjang pipa membesar dengan nilai 80 cm, 100

cm, 120 cm, 160 cm, 180 cm, nilai frekuensi resonansi menurun secara

berturut-turut 209,96 Hz, 169,92 Hz, 140,14 Hz, 120,24 Hz, 104,86 Hz, 94,97

Hz.

Tabel 4.7 memperlihatkan perbandingan nilai frekuensi resonansi

berdasarkan percobaan dan teori pada resonansi pertama. Nilai frekuensi

resonansi berdasarkan teori diperoleh dari persamaan (3) dengan nilai

kecepatan bunyi sebesar 340 m/s. Nilai frekuensi resonansi berdasarkan

percobaan didapatkan dari nilai frekuensi saat terjadi peristiwa resonansi

dimana nilai amplitudo tanggapan mencapai nilai tertinggi. Oleh karena itu

nilai frekuensi resonansi dari percobaan dapat dilihat pada frekuensi

penggerak saat amplitudo tanggapan mencapai nilai tertinggi. Nilai frekuensi

resonansi diambil dari tabel 4.4 yang merupakan tabel hubungan faktor

kualitas terhadap panjang pipa untuk diameter pipa 3,97 cm. Dari tabel 4.6

dapat dilihat bahwa nilai frekuensi resonansi berdasarkan percobaan hampir

sama dengan nilai frekuensi resonansi berdasarkan teori. Hal tersebut

menandakan bahwa nilai frekuensi resonansi yang diperoleh sesuai dengan

teori.


47

Tabel 4.7. Perbandingan nilai frekuensi resonansi berdasarkan percobaan dan teori

No Panjang pipa

(cm)

Frekuensi resonansi

berdasarkan percobaan (Hz)

Frekuensi resonansi

berdasarkan teori (Hz)

1 80 209,96 212,5

2 100 169,92 170

3 120 140,14 141,67

4 140 120,24 121,43

5 160 104,86 106,25

6 180 94,97 94,44

Pembahasan di atas membuktikan bahwa nilai frekuensi tidak dipengaruhi

oleh diameter pipa tetapi dipengaruhi oleh panjang pipa.Nilai frekuensi

resonansi berbanding terbalik dengan panjang pipa.

Penelitian faktor kualitas akustik dapat dilakukan dengan mudah

menggunakan software LoggerPro.Dalam penelitian ini software LoggerPro

digunakan untuk pengambilan data, perhitungan data, pembuatan grafik dan

fitting data. Pada proses pengambilan data, software LoggerPro menampilkan

grafik FFT sehingga diperoleh nilai frekuensi dan amplitudo secara tepat.

Pada proses perhitungan data. Software LoggerPro menyediakan kolom untuk

menginput data dan melakukan perhitungan data. Kemudian software

LoggerPro juga digunakan untuk menampilkan grafik kurva resonansi.

Dengan software tersebut, nilai f0, f1, f2 pada kurva resonansi yang digunakan

untuk menentukan nilai faktor kualitas dapat diproleh.Software LoggerPro

juga digunakan untuk fitting data pada grafik hubungan faktor kualitas

akustik terhadap diameter dan grafik hubungan faktor kualitas akustik

terhadap panjang pipa. Fungsi fitting data adalah untuk mencocokkan data

yang diperoleh dengan teori yang ada.Penggunaan software LoggerPro yang

mudah, sangat cocok digunakan dalam pembelajaran di sekolah menengah

maupun universitas.


48

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan

sebagai berikut

1. Faktor kualitas akustik dapat ditentukan dengan membuat kurva

resonansi. Hal tersebut dapat dicapai dengan melakukan eksperimen

menggunakan software Logger Pro. Nilai faktor kualitas akustik yang

diperoleh >10 yang menandakan bahwa sistem mengalami redaman

kecil.

2. Pada panjang pipa yang sama, semakin besar diameter pipa nilai

faktor kualitas akustik membesar hingga nilai tertentu, kemudian nilai

faktor kualitas akustik menurun. Untuk panjang pipa 160 cm pada

diameter 2,24 cm; 2,83 cm; 3,97 cm; 4,64 cm; 5,79 cm; dan 8,72 cm

diperoleh nilai faktor kualitas akustik secara berturut-turut sebesar

11,67; 15,50; 20,93; 23,10; 24,94; dan 23,35.

3. Untuk panjang pipa 160 cm diperoleh nilai koefisien yang

menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi

oleh efek dinding terhadap diameter Cd sebesar 5,74 cm-1

dan nilai

koefisien yang menyatakan kebergantungan faktor kualitas akustik

yang dipengaruhi oleh radiasi bunyi terhadap diameter Cr sebesar

48


49

3382 cm2. Sedangkan untuk panjang pipa 180 cm diperoleh nilai Cd

sebesar 6,46 cm-1

dan Cr sebesar 3417 cm2

4. Pada diameter pipa yang sama, semakin panjang pipa resonator, nilai

faktor kualitas akustiknya semakin besar. Untuk diameter pipa 3,97

cm pada panjang pipa 80 cm, 100 cm, 120 cm, 140 cm, 160 cm dan

180 cm diperoleh niai faktor kualitas akustik secara berturut-turut

sebesar 12,53; 15,08; 17,94; 19,55; 20,93 dan 23,45.

5. Untuk diameter 3,97 cm diperoleh nilai koefisien yang menyatakan

kebergantungan faktor kualitas akustik yang dipengaruhi oleh radiasi

bunyi terhadap panjang pipa CR sebesar 3,207 x 10-3

cm-2

. Untuk

diameter 5,79 cm diperoleh nilai CR sebesar 4,044 x 10-3

cm-2

.

B. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan penulis memberi saran

untuk:

1. Melakukan percobaan faktor kualitas akustik menggunakan software

LoggerPro di sekolah menengah atas atau di universitas.

2. Melakukan percobaan faktor kualitas akustik dengan pipa yang lebih

panjang.


50

DAFTAR PUSTAKA

Gluck, Paul, Sarit Ben-Sultan dan Tamar Dinur. 2006. “Resonance in Flasks and

Pipes”. The Physics Teacher. Vol. 44: 10-15.

Haryanto, Antonius dan Linus Karyanto . 2014. Work Book for XII Sciensce.

Yogyakarta: Stella Duce.

Moloney, Michael J dan Daniel L. Hatten. 2001. “Acoustic Quality Factor and

Energy Losses in Cylindrical Pipes”. American Journal of Physics. Vol.69,

No.3: 311-314.

NN, 2013. “Transformasi Fourier Cepat”.

https://id.wikipedia.org/wiki/Transformasi_Fourier_cepat. Diakses tanggal

23 Agustus 205.

Santosa, Edi. 2014. Eksperimen Berbasis Komputer. Yogyakarta: Universitas

Sanata Dharma.

Serway, Raymond A dan John W. Jewett. 2009. Fisika untuk Sains dan Teknik.

Jakarta: Salemba Teknika.

Setiawan, Ikhsan dan Agung B.S. Utomo. 2009. “Pemanfaatan Perangkat Lunak

Oscilloscope 2.51 dan Curveexpert 1.3 dalam Pengukuran Faktor Kuaitas

Akustik Resonator”. http://setiawan.synthasite.com/resources/Ikhsan-2009-

(4).pdf . Diakses tanggal 2 Februari 2015.

Sipasulta, Reonaldo Y, Arie A.M.L dan Sherwin R.U.A.S. 2014.“Simulasi Sistem

Pengacak Sinyal dengan Metode FFT (Fast Fourier

Transform).http://ejournal.unsrat.ac.id/index.php/elekdankom/article/viewF

ile/4448/3976. Diakses tanggal 19 Agustus 2015.

Tipler, Paul A(terjemahan). 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik (jilid 1). Jakarta:

Erlangga

Young, Hugh D, Roger A. Freedman, dan A. Lewis Ford (terjemahan). 2003.

Fisika Universitas (jilid 2). Jakarta: Erlangga.


https://id.wikipedia.org/wiki/Transformasi_Fourier_cepat

http://setiawan.synthasite.com/resources/Ikhsan-2009-(4).pdf

http://setiawan.synthasite.com/resources/Ikhsan-2009-(4).pdf

http://ejournal.unsrat.ac.id/index.php/elekdankom/article/viewFile/4448/3976



51

LAMPIRAN

Tabel Data dan Kurva Resonansi dari Percobaan

Catatan: Amplitudo rata-rata background adalah amplitudo saat nilai frekuensi sumber bunyi 0 Hz

Tabel L.1. Tabel data dan kurva resonansi untuk diameter yang berbeda pada panjang pipa 160 cm

No Diameter Pipa (cm) Tabel data Kurva resonansi

1 2,24


52

2 2,83

3 3,97


53

4 4,64

5 5,79


54

6 8,72

Tabel L.2. Tabel dan grafik hubungan faktor kualitas terhadap diameter pipa pada panjang pipa 160 cm

Tabel hubungan diameter pipa terhadap faktor kualitas Grafik hubungan faktor kualitas terhadap diameter pipa


55

Tabel L.3. Tabel data dan kurva resonansi untuk diameter yang berbeda pada panjang pipa 180 cm

No Diameter Pipa (cm) Tabel data Kurva resonansi

1 2,24


56

2 2,83

3 3,97


57

4 4,64

5 5,79


58

6 8,72

Tabel L.4. Tabel dan grafik hubungan faktor kualitas terhadap diameter pipa pada panjang pipa 180 cm

Tabel hubungan diameter pipa terhadap faktor kualitas Grafik hubungan faktor kualitas terhadap diameter pipa


59

Tabel L.5. Tabel data dan kurva resonansi untuk panjang pipa yang berbeda pada diameter pipa 3,97 cm

No Panjang Pipa

(cm)

Tabel data Kurva resonansi

1 80


60

2 100

3 120


61

4 140

5 160


62

6 180

Tabel L.6. Tabel dan grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa pada diameter pipa 3,97 cm

Tabel hubungan panjang pipa terhadap faktor kualitas Grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa


63

Tabel L.7. Tabel data dan kurva resonansi untuk panjang pipa yang berbeda pada diameter pipa 5,79 cm

No Panjang Pipa

(cm)

Tabel data Kurva resonansi

1 80


64

2 100

3 120


65

4 140

5 160


66

6 180

Tabel L.8. Tabel dan grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa pada diameter pipa 5,79 cm

Tabel hubungan panjang pipa terhadap faktor kualitas Grafik hubungan faktor kualitas terhadap panjang pipa


67


PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS AKUSTIK, fileProgram Studi Pendidikan Fisika Oleh: Fransisca Felbi...

Documents

Transcript of PENGUKURAN NILAI FAKTOR KUALITAS AKUSTIK, fileProgram Studi Pendidikan Fisika Oleh: Fransisca Felbi...