perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id OPTIMASI KINERJA ... filePenulis menyadari bahwa dalam...
Transcript of 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER (PRD)
DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
OPTIMASI KINERJA PRIMITIVE ROOT DIFFUSER (PRD)
DENGAN TEKNIK SISIPAN RESONATOR JAMAK
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
1000 Hz……………………………………………………… 48
Gambar (4.4). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada Frekuensi
1000 Hz…………………………………………………….. 49
Gambar (4.5). Hasil Pengujian Scanning pada Frekuensi 2000 Hz…………. 49
Gambar (4.6). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada Frekuensi
2000 Hz………………………………………………………. 50
Gambar (4.7). Hasil Pengujian Scanning Difuser Standar pada Frekuensi
4000 Hz……………………………………………………… 50
Gambar (4.8). Hasil Pengujian Scanning Difuser modifikasi pada Frekuensi
4000 Hz……………………………………………………… 51
Gambar (4.9). Hasil Pengujian Scanning Difuser Standar pada Frekuensi
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
sudut 0° terhadap frekuensi dari perangkat lunak
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvi
AFMG Reflex………………………………………………. 56
Gambar (4.14). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe-
fisien difusi normal difuser standar pada orientasi
sudut 90° terhadap frekuensi dari perangkat lunak
AFMG Reflex………………………………………………... 56
Gambar (4.15). Grafik hubungan antara nilai koefisien scattering dan koe-
fisien difusi normal difuser standar pada orientasi
sudut 90° terhadap frekuensi dari perangkat lunak
AFMG Reflex………………………………………………... 57
Gambar (4.16). Grafik Hubungan 𝑇20 pada pengujian pada ruangan tanpa
difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada
orientasi 0°………………………………………………….. 60
Gambar (4.17). Grafik Hubungan 𝑇30 pada pengujian pada ruangan tanpa
difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada
orientasi 0°…………………………………………………… 61
Gambar (4.18). Grafik Hubungan 𝑇20 pada pengujian pada ruangan
tanpa difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada
orientasi 90°………………………………………………...... 62
Gambar (4.19). Grafik Hubungan 𝑇30 pada pengujian pada ruangan tanpa
difuser,difuser standar, dan difuser modifikasi pada
orientasi 90°…………………………………………………… 63
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kedalaman Quadratic Residue Diffuser ........................................ 23
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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