Download gelombang bunyi PDF

Titlegelombang bunyi
File Size527.8 KB
Total Pages20
Document Text Contents
Page 1

C
o

u
rs

e
O

u
tl
in

e


B5.1

BAB 5



Gelombang Bunyi dan
Terapannya



5.1 Gelombang Bunyi


Bunyi yang kita dengar dalam kehidupan sehari-hari adalah berasal dari suatu getaran (vibrasi) benda

atau materi. Getaran merupakan suatu gerak bolak-balik. Apabila ujung suatu garpu tala digetarkan, dengan
memukulkan ujungnya, maka bunyi akan dihasilkan. Bila tali senar gitar digetarkan (dipetik), maka kita mendengar
bunyi yang dihasilkan. Getaran atau gerak bolak-balik tersebut, dari sisi analisis ilmiah, menghasilkan apa yang
disebut dengan gelombang, yaitu gelombang yang dapat menghantarkan energi bunyi. Dengan demikian, fenomena
di atas disebut sebagai gelombang bunyi.


Gelombang bunyi adalah gelombang mekanis yang merambat secara lungitudinal. Lungitudinal artinya,

arah gerak materi media penghantar (materi yang bergetar tersebut) untuk merambatkan energi gelombang, paralel
dengan arah rambat gelombangnya. Gelombang bunyi hanya dapat merambat bila ada media rambatnya.
Gelombang bunyi dapat merambat pada benda padat, benda cair, dan gas (udara). Materi penyusun media rambat
bergerak berosilasi untuk merambatkan gelombang itu. Pada gambar 5.1 ditunjukkan bagaimana materi udara
bergerak bolak-balik (kekiri dan kekanan) untuk merambatkan suatu gelombang bunyi.





This document can be used only for educational purposes
Corresponding author : [email protected]
Phone : (022) 6624781 or 081321266714

Dr. Horasdia SARAGIH
Physics in Biology and Medicine

A P P L I E D
P H Y S I C S
S C I E N C E

Gambar 5.1. Partikel-partikel udara yang bergerak memadat dan
merenggang (berosilasi) kekiri dan kekanan untuk merambatkan
gelombang bunyi. Gelombang bunyi merambat dari kiri ke kanan
pembaca.



Gelombang bunyi akan merambat ke

segala arah di dalam medium (media). Jika
seseorang berteriak, gelombang bunyi yang
dihasilkan akan merambat ke segala arah di
medium udara, sehingga semua orang yang ada di
sekitarnya mendengar bunyi yang dirambatkan itu.
Partikel-partikel penyusun udara bergerak

berosilasi (bolak-balik) untuk merambatkan gelombang bunyi itu.

Semua gelombang, termasuk gelombang bunyi, memiliki parameter khas, yaitu : frekuensi (f), amplitudo

(A), panjang gelombang ( ), periode (T), dan kecepatan rambat (v). Ke empat parameter ini akan mencirikan setiap
gelombang sehingga membedakan efek yang ditimbulkannya. Gelombang bunyi yang dihasilkan oleh seorang
penyanyi berbeda dengan gelombang bunyi yang dihasilkan oleh pesawat terbang. Frekuensi atau amplitudo kedua
jenis gelombang bunyi tersebut berbeda sehingga efek bunyi yang kita dengar dari kedua sumber itu menjadi
berbeda.

Page 2

C
o

u
rs

e
O

u
tl
in

e


B5.2

Gelombang bunyi memiliki kecepatan rambat tertentu pada media tertentu. Nilai kecepatan rambat
gelombang bunyi pada berbagai jenis media didaftarkan pada tabel 1.




Tabel 1. Nilai kecepatan rambat gelombang bunyi pada berbagai jenis medium.


Jenis Medium Kecepatan Rambat (m/dtk)
Udara (air)
Air (water)
Otak (brain)
Otot (muscle)
Lemak (fat)
Tulang (bone)

3,31 x 102
14,80 x 102
15,30 x 102
15,80 x 102
14,50 x 102
40,40 x 102




Memperhatikan gambar 5.1, jarak yang dihasilkan oleh sepasang bagian udara yang renggang dan padat

dinyatakan sebagai satu panjang gelombang, yaitu: satu panjang gelombang bunyi. Panjang gelombang
disimbolkan dengan (lamda). Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai jarak sejauh disebut sebagai periode T.
Sementara 1/T didefenisikan sebagai frekuensi (f). Jadi, frekuensi adalah banyaknya gelombang bunyi yang terjadi
dalam selang waktu satu detik. Mengacu pada besaran-besaran tersebut di atas, maka kecepatan rambat
gelombang bunyi pada suatu medium dapat dirumuskan sebagai berikut :

v f (1)

dan persamaan gelombangnya dinyatakan sebagai:

2
cos

vt
y t A atau

cos 2y t A ft (2)

dengan y(t) adalah besar pergeseran bolak-balik (kekiri dan kanan) partikel-partikel udara setelah waktu t dan 2 ft
adalah fase gelombangnya.


Amplitudo gelombang (A) memberikan efek kuat lemahnya suara yang kita dengar. Apabila suara yang
terdengar agak nge-BAS, itu artinya frekuensinya kecil, sebaliknya apabila suara yang terdengar agak men-denging,
berarti frekuensinya meninggi.


Gelombang bunyi memiliki energi. Apabila gelombang bunyi merambat pada suatu medium, itu artinya

gelombang tersebut merambatkan suatu energi, yaitu: energi bunyi. Itulah sebabnya apabila sebuah pesawat
tempur dengan kecepatan tinggi terbang rendah mendekati sebuah rumah yang memiliki jendela kaca, kaca
jendelanya bisa jadi pecah. Energi bunyi yang dihasilkan oleh pesawat tersebut memiliki frekuensi yang cukup tinggi
sehingga menghasilkan energi yang sangat tinggi yang cukup untuk memecahkan kaca jendela tersebut.


Energi yang dibawa oleh gelombang bunyi lebih sering dinyatakan dalam bentuk intensitas (I). Intensitas

gelombang (I) adalah jumlah energi yang dirambatkan oleh gelombang per satuan waktu melalui satu satuan luas
yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang tersebut. Secara matematis I dirumuskan sebagai berikut :

221 2
2

I vA f (3)

di mana adalah kerapatan medium tempat gelombang merambat, dan bernilai 3,14. Dr. Horasdia SARAGIH
Physics in Biology and Medicine

A P P L I E D
P H Y S I C S
S C I E N C E

This document can be used only for educational purposes
Corresponding author : [email protected]
Phone : (022) 6624781 or 081321266714

Page 10

C
o

u
rs

e
O

u
tl
in

e


B5.10

Persepsi Terhadap Intensitas

Kata yang digunakan untuk membedakan intensitas bunyi disebut : LOUDNESS, yaitu tingkat keras

lemahnya suatu bunyi. Loudness (tingkat bunyi, sound level) memiliki satuan Bel, namun umumnya digunakan
decibel (dB) karena Bel terlalu besar (1 Bel = 10 dB). Satuan ini dibuat sebagai penghargaan terhadap Alexander
Graham Bell sebagai penemu telepon.


Dalam satuan dB kita tidak mengukur loudness secara mutlak akan tetapi yang diukur adalah besar

kekerasan suara dibandingkan dengan kekerasan suara minimum yang dapat didengar oleh telinga manusia
normal. Intensitas minimum suara yang dapat didengar oleh telinga manusia normal dinyatakan sebesar 0 dB. Perlu
diketahui bahwa ada intensitas bunyi minimum sebesar 10-12 watt/m2 (pada frekuensi 1000 Hz) yang masih dapat
didengar oleh telinga normal. Oleh Abraham Bell, intensitas sebesar itu didefenisikan sama dengan 0 dB. Bel
menyatakan bahwa apabila terjadi perubahan intensitas suatu bunyi sebesar 10 kali lipat dari nilai awal 10-12
watt/m2, maka perubahan itu dinyatakan sama dengan 10 dB.























Gambar 5.7. Sensitifitas dengar telinga normal manusia. Garis tidak putus-putus (garis threshold) menunjukkan batas bawah tingkat bunyi
(sound level atau loudness) yang dapat didengar oleh manusia muda. Garis putus-putus (garis avarage) adalah batas bawah rata-rata bagi
lansia.



Gambar 5.7 menunjukkan batas bawah dan batas atas loudness (sound level, tingkat bunyi) yang dapat

dan nyaman untuk didengar. Garis tidak putus-putus (garis threshold) menunjukkan batas bawah tingkat bunyi
(sound level atau loudness) yang dapat didengar oleh manusia muda. Garis putus-putus (garis avarage) adalah
batas bawah rata-rata bagi lansia. Daerah yang diarsir di bagian atas adalah daerah dimana kita tidak nyaman lagi
(discomfort) mendengarkannya. Di atas daerah discomfort ada daerah pain yang menyatakan bahwa sound level
yang kita dengar telah dapat mengakibatkan organ telinga kita menjadi rusak (sakit).




5.6. Ketulian (Hearing Loss)

Ketulian (hearing loss) dapat disebabkan oleh banyak hal, terutama adalah umur. Ada 2 tipe ketulian,

pertama : conductive hearing loss, dan kedua : neural hearing loss.
Dr. Horasdia SARAGIH

Physics in Biology and Medicine Conductive hearing loss disebabkan oleh kerusakan di dalam struktur organ telinga yang membawa
gelombang bunyi masuk ke dalam bagian dalam telinga (inner ear). Neural hearing loss disebabkan oleh akibat A P P L I E D

P H Y S I C S
S C I E N C E

This document can be used only for educational purposes
Corresponding author : [email protected]
Phone : (022) 6624781 or 081321266714

Page 11

C
o

u
rs

e
O

u
tl
in

e


B5.11

kerusakan organ cochlea khususnya neuron-neuronnya (saraf yang ada di cochlea) yang berfungsi untuk mengirim
informasi bunyi ke otak. Tipe neural hearing loss sulit untuk disembuhkan.

Menguji Pendengaran


Uji pendengaran sangat dibutuhkan, yaitu untuk mengetahui apakah kemampuan dengar, normal atau

tidak sehingga secara dini dapat diambil tindakan medis yang diperlukan.

Uji pendengaran dilakukan di suatu ruangan soundproof. Suatu sumber bunyi yang dapat diatur tingkat

bunyinya (sound level), digunakan. Pertama-tama tingkat bunyi yang diberikan adalah yang terendah, kemudian
dinaikkan ketingkat yang lebih tinggi. Batas bawah dan batas atas kemampuan dengar, kemudian ditetapkan.





















Gambar 5.8. Batas-batas pendengaran pada telinga normal yang dihasilkan dari uji pendengaran. Tanda bulatan kosong menunjukkan batas
bawah pendengaran telinga kanan dan tanda silang menunjukkan batas pendengaran bawah telinga kiri.



Frekuensi gelombang bunyi yang digunakan dalam uji pendengaran adalah dari 250 Hz sampai 8000 Hz.
Pada setiap frekuensi, operator akan menaik-turunkan intensitas bunyi (sound levelnya) untuk mendapatkan batas
bawah dan batas atas pendengaran. Batas-batas pendengaran untuk setiap frekuensi tersebut diplot ke dalam
suatu kertas grafik. Kemudian hasilnya dibandingkan dengan batas-batas pendengaran untuk telinga normal. Pada
gambar 5.8 ditunjukkan hasil pengukuran untuk telinga normal.


5.7. Gelombang Ultrasonic


Seperti telah diterangkan sebelumnya bahwa telinga manusia normal hanya dapat mendeteksi
(mendengarkan) suatu bunyi dengan frkeuensi minimum 20 Hz dan maksimum 20.000 Hz. Bunyi yang memiliki
frekuensi di atas 20.000 Hz tidak lagi dapat didengar oleh telinga normal. Namun, walaupun demikian tidak berarti
bahwa gelombang bunyi berfrekuensi di atas 20.000 Hz tidak berguna. Dengan frekuensinya yang sangat tinggi,
maka dapat digunakan untuk merekayasa suatu peralatan medis akustik beresolusi tinggi.


Sifat unik gelombang bunyi yang dapat direfleksikan oleh bidang medium yang berbeda, digunakan untuk

menciptakan peralatan medis yang berfungsi memotret organ-organ bagian dalam tubuh, seperti jantung dan bayi di
dalam kandungan.

Sumber Gelombang Ultrasonic


Gelombang ultrasonic adalah gelombang bunyi yang frekuensinya di atas 20.000 Hz yang dihasilkan oleh

suatu getaran kristal dari material piezoelectric, yaitu suatu material yang berfase kristal dan memiliki sifat
ferroelektrik. Suatu material disebut kristal apabila atom-atom penyusunnya tersusun secara teratur. Dan disebut

Dr. Horasdia SARAGIH
Physics in Biology and Medicine

A P P L I E D
P H Y S I C S
S C I E N C E

This document can be used only for educational purposes
Corresponding author : [email protected]
Phone : (022) 6624781 or 081321266714

Page 19

C
o

u
rs

e
O

u
tl
in

e


B5.19

B-Scan

Untuk beberapa tujuan klinis, metode A-Scan tidak memberikan informasi yang lengkap. Oleh karena itu dibutuhkan
metode lain, yaitu : B-Scan. B-Scan adalah suatu metode scan yang dapat menghasilkan gambar dua dimensi dari
organ yang dideteksi. Untuk menghasilkan gambar dua dimensi bayi di dalam rahim, metode B-Scan dilakukan.
Pengukurannya sebenarnya sama dengan A-Scan, hanya pada B-Scan transdusernya digerakkan pada luasan
tertentu. Setiap refleksi gelombang pada luasan tertentu tadi akan ditangkap oleh transduser itu. Besar kecilnya
intensitas gelombang refleksi, akan menentukan hitam-putihnya warna yang ditunjukkan pada layar alat ukur.
Setelah B-scan secara sempurna telah dilakukan, suatu gambar akan terlihat pada layar alat ukur. Gambar 5.13c
adalah hasil potret yang didapatkan dengan metode B-Scan.


M-Scan


M-Scan atau motion scan adalah metode scan yang digunakan untuk mengukur pergerakan suatu objek

yang akan diukur di dalam tubuh, seperti aliran darah dan detak jantung bayi. Pada metode ini, efek Doppler
digunakan.


Lihat gambar 5.17. Gelombang ultrasonic yang ditransmisikan akan mencapai sel darah merah yang

mengalir pada pembuluh darah. Karena darah mengalir menjauhi alat ukur, maka frekuensi gelombang hasil refleksi
(fd) akan lebih kecil dari frekuensi awal (fo) sebagaimana diuraikan pada bahasan efek Doppler. Apabila sel-sel
darah menerima gelombang ultrasonic pada sudut tertentu (seperti ditunjukkan pada gambar 5.17) maka
frekuensi gelombang refleksi yang diterima oleh transducer adalah :


2

cosod
f V

f
v

(9)


dimana V adalah kecepatan alir sel-sel darah pada pembuluh darah. Dengan mengetahui nilai fd dan dari hasil
pengukuran maka nilai kecepatan aliran darah V dapat diketahui karena fo dan v telah diketahui. Untuk kasus
pengukuran kecepatan detak jantung bayi, harga adalah nol.





















Gambar 5.17. Skema pengukuran aliran darah yang menggunakan peralatan ultrasonic dengan menggunakan konsep efek Doppler.





Dr. Horasdia SARAGIH
Physics in Biology and Medicine


A P P L I E D

P H Y S I C S
S C I E N C E

This document can be used only for educational purposes
Corresponding author : [email protected]
Phone : (022) 6624781 or 081321266714

Page 20

C
o

u
rs

e
O

u
tl
in

e


B5.20 This document can be used only for educational purposes
Corresponding author : [email protected]
Phone : (022) 6624781 or 081321266714

Dr. Horasdia SARAGIH
Physics in Biology and Medicine

A P P L I E D
P H Y S I C S
S C I E N C E

DAFTAR PUSTAKA

1. Hill, C.R. (Physics Department, Institute of Cancer Research, UK), Physical Principles of Medical

Ultrasonics, 2nd Edition, John Wiley & Sons Ltd., UK, 2004.
2. Davidovits, P. (Boston College Massachusetts, USA), Physics in Biology and Medicine, Second Edition,

Elsevier Science, Academic Press, USA, 2001.
3. Aston, R. (Pennsylvania State University, USA), Principles of Biomedical Instrumentation and

Measurement, Macmillan Publ. Company, USA, 1990.
4. Urone, P.P. (California State University, USA), Physics With Health Science Applications, John Wiley &

Sons, Inc. USA, 1986.
5. Cameron, J.R. (University of Wisconsin, USA), Medical Physics, John Wiley & Sons, Inc. USA, 1976.

Similer Documents