Bunyi

Drum menghasilkan suara melalui membran bergetar.

Dalam fisika, bunyi atau suara adalah adalah getaran yang merambat sebagai gelombang akustik, melalui media transmisi seperti gas, cairan atau padat.

Dalam fisiologi dan psikologi manusia, suara adalah penerimaan gelombang dan persepsi mereka oleh otak. Hanya gelombang akustik yang memiliki frekuensi antara 20 Hz dan 20 kHz, rentang frekuensi audio, yang menimbulkan persepsi pendengaran pada manusia. Di udara pada tekanan atmosfer, ini mewakili gelombang suara dengan panjang gelombang 17 meter (56 kaki) hingga 1,7 sentimeter (0,67 in). Gelombang suara di atas 20 kHz dikenal sebagai USG dan tidak terdengar oleh manusia. Gelombang suara di bawah 20 Hz dikenal sebagai infrasonik. Spesies hewan yang berbeda memiliki rentang pendengaran yang bervariasi.

Akustik

Akustik adalah ilmu interdisipliner yang berkaitan dengan studi tentang gelombang mekanik dalam gas, cairan, dan padatan termasuk getaran, suara, ultrasonik, dan infrasonik. Seorang ilmuwan yang bekerja di bidang akustik adalah seorang akustikan, sementara seseorang yang bekerja di bidang teknik akustik dapat disebut insinyur akustik. Seorang insinyur audio, di sisi lain, berkaitan dengan perekaman, manipulasi, pencampuran, dan reproduksi suara.

Aplikasi akustik ditemukan di hampir semua aspek masyarakat modern, subdisiplin termasuk aeroacoustics, pemrosesan sinyal audio, akustik arsitektur, bioacoustics, akustik-elektro, kebisingan lingkungan, akustik musik, pengontrol kebisingan, psikoacoustics, percakapan, ultrasound, akustik bawah air, dan getaran.

Definisi

Suara didefinisikan sebagai "(a) Osilasi dalam tekanan, tegangan, perpindahan partikel, kecepatan partikel, dll., Disebarkan dalam medium dengan kekuatan internal (misalnya, elastis atau kental), atau superposisi dari osilasi yang diperbanyak. (B) Perabaan pendengaran yang ditimbulkan oleh osilasi yang dijelaskan dalam (a)." Suara dapat dilihat sebagai gerakan gelombang di udara atau media elastis lainnya. Dalam hal ini, suara adalah stimulus. Suara juga dapat dilihat sebagai eksitasi dari mekanisme pendengaran yang menghasilkan persepsi suara. Dalam hal ini, suara adalah perabaan.

Fisika dari suara

Percobaan menggunakan dua garpu tala berosilasi biasanya pada frekuensi yang sama. Salah satu garpu sedang dipukul dengan palu karet. Meskipun hanya garpu tala pertama yang dipukul, garpu kedua terlihat bersemangat karena osilasi yang disebabkan oleh perubahan berkala dalam tekanan dan kepadatan udara dengan memukul garpu lain, menciptakan resonansi akustik antara garpu. Namun, jika kita meletakkan sepotong logam di atas dahan, kita melihat bahwa efeknya berkurang, dan kegembiraan menjadi semakin berkurang karena resonansi tidak tercapai secara efektif.

Suara dapat merambat melalui media seperti udara, air dan padatan sebagai gelombang longitudinal dan juga sebagai gelombang transversal dalam padatan (lihat Gelombang longitudinal dan transversal, dibawah). Gelombang suara dihasilkan oleh sumber suara, seperti diafragma bergetar dari speaker stereo. Sumber suara menciptakan getaran di media sekitarnya. Ketika sumber terus bergetar media, getaran merambat menjauh dari sumber dengan kecepatan suara, sehingga membentuk gelombang suara. Pada jarak tetap dari sumber, tekanan, kecepatan, dan perpindahan media bervariasi dalam waktu. Pada saat instan, tekanan, kecepatan, dan perpindahan bervariasi dalam ruang. Perhatikan bahwa partikel media tidak bepergian dengan gelombang suara. Ini secara intuitif jelas untuk zat padat, dan hal yang sama berlaku untuk cairan dan gas (yaitu, getaran partikel dalam gas atau cairan mengangkut getaran, sementara posisi rata-rata partikel dari waktu ke waktu tidak berubah). Selama propagasi, gelombang dapat dipantulkan, dibiaskan, atau dilemahkan oleh medium.

Gelombang longitudinal dan transversal

Suara ditransmisikan melalui gas, plasma, dan cairan sebagai gelombang longitudinal, juga disebut gelombang kompresi. Dibutuhkan media untuk disebarkan. Namun, melalui padatan, ia dapat ditransmisikan sebagai gelombang longitudinal dan gelombang transversal. Gelombang suara longitudinal adalah gelombang deviasi tekanan bolak-balik dari tekanan kesetimbangan, yang menyebabkan daerah kompresi dan penghalusan lokal, sedangkan gelombang transversal (dalam padatan) adalah gelombang tegangan geser bolak-balik pada sudut kanan ke arah propagasi.

Gelombang suara dapat "dilihat" menggunakan cermin parabola dan objek yang menghasilkan suara.

Energi yang dibawa oleh gelombang suara berosilasi mengubah bolak-balik antara energi potensial dari kompresi tambahan (dalam kasus gelombang longitudinal) atau regangan perpindahan lateral (dalam kasus gelombang transversal) dari materi, dan energi kinetik dari kecepatan perpindahan. partikel medium.

Gelombang bidang longitudinal.

Gelombang bidang transversal.

Gelombang bidang longitudinal dan transversal.

Sifat dan karakteristik gelombang bunyi

Grafik 'tekanan dari waktu ke waktu' dari rekaman 20 ms dari nada klarinet menunjukkan dua elemen dasar suara: Tekanan dan Waktu.

Suara dapat direpresentasikan sebagai campuran dari gelombang sinusoidal komponen mereka dari frekuensi yang berbeda. Gelombang bawah memiliki frekuensi lebih tinggi daripada yang di atas. Sumbu horizontal mewakili waktu.

Meskipun ada banyak kerumitan yang berkaitan dengan transmisi suara, pada titik penerimaan (yaitu telinga), suara siap dibagi menjadi dua elemen sederhana: tekanan dan waktu. Elemen-elemen mendasar ini membentuk dasar dari semua gelombang suara. Mereka dapat digunakan untuk menggambarkan, secara absolut, setiap suara yang kita dengar.

Untuk memahami suara lebih lengkap, gelombang kompleks seperti yang ditunjukkan dalam latar belakang biru di sebelah kanan teks ini, biasanya dipisahkan menjadi bagian-bagian komponennya, yang merupakan kombinasi dari berbagai frekuensi gelombang suara (dan kebisingan).

Gelombang suara sering disederhanakan menjadi deskripsi dalam hal gelombang bidang sinusoidal, yang ditandai dengan sifat-sifat umum ini:

• Frekuensi, atau kebalikannya, panjang gelombang.
• Amplitudo, tekanan suara atau Intensitas
• Kecepatan suara
• Arah

Suara yang dapat dilihat oleh manusia memiliki frekuensi dari sekitar 20 Hz hingga 20.000 Hz. Di udara pada suhu dan tekanan standar, panjang gelombang gelombang suara yang sesuai berkisar dari 17 m (56 kaki) hingga 17 mm (0,67 in). Terkadang kecepatan dan arah digabungkan sebagai vektor kecepatan; jumlah dan arah gelombang digabungkan sebagai vektor gelombang.

Gelombang transversal, juga dikenal sebagai gelombang geser, memiliki sifat tambahan, polarisasi, dan bukan merupakan karakteristik gelombang suara.

Kecepatan suara

Angkatan Laut AS F / A-18 mendekati kecepatan suara. Lingkaran putih terbentuk oleh tetesan air yang diduga berasal dari penurunan tekanan udara di sekitar pesawat (lihat singularitas Prandtl – Glauert).

Kecepatan suara tergantung pada medium yang dilewati gelombang, dan merupakan sifat dasar material. Upaya signifikan pertama menuju pengukuran kecepatan suara dilakukan oleh Isaac Newton.Dia percaya kecepatan suara dalam suatu zat tertentu sama dengan akar kuadrat dari tekanan yang bekerja padanya dibagi dengan kepadatannya:

$c={\sqrt {\frac {p}{\rho }}}.$

Ini kemudian terbukti salah ketika ditemukan salah mendapatkan kecepatan. Ahli matematika Prancis Laplace mengoreksi formula dengan menyimpulkan bahwa fenomena perjalanan suara bukan isotermal, seperti yang diyakini oleh Newton, tetapi adiabatik. Dia menambahkan faktor lain ke persamaan — gamma — dan dikalikan ${\sqrt {\gamma }}$ oleh ${\sqrt {p/\rho }}$, dengan demikian muncul dengan persamaan $c={\sqrt {\gamma \cdot p/\rho }}$. Sejak $K=\gamma \cdot p$, persamaan terakhir muncul menjadi $c={\sqrt {K/\rho }}$, yang juga dikenal sebagai persamaan Newton-Laplace. Dalam persamaan ini, K adalah modulus curah elastis, c adalah kecepatan suara, dan $\rho$ adalah kepadatannya. Dengan demikian, kecepatan suara sebanding dengan akar kuadrat dari rasio modulus massa medium terhadap densitasnya.

Sifat-sifat fisik dan kecepatan suara berubah dengan kondisi sekitar. Misalnya, kecepatan suara dalam gas tergantung pada suhu. Dalam 20 °C (68 °F) udara di permukaan laut, kecepatan suara sekitar 343 m / s (1.230 km / jam; 767 mph) menggunakan rumus v [m / s] = 331 + 0.6T [°C ] Di air tawar, juga pada 20 °C, kecepatan suara sekitar 1.482 m/s (5.335 km / jam; 3.315 mph). Dalam baja, kecepatan suara sekitar 5.960 m / s (21.460 km / jam; 13.330 mph). Kecepatan suara juga sedikit sensitif, yang tunduk pada efek anharmonik orde dua, terhadap amplitudo suara, yang berarti ada efek perambatan non-linear, seperti produksi harmonik dan nada campuran yang tidak ada dalam suara asli ( lihat array parametrik).

Jika efek relativistik penting, kecepatan suara dihitung dari persamaan Euler relativistik.

Tingkat tekanan suara

Pengukuran bunyi
Karakteristik	Simbol
Tekanan bunyi	p, SPL,LPA
Kecepatan partikel	v, SVL
Perpindahan partikel	δ
Intensitas bunyi	I, SIL
Kekuatan bunyi	P, SWL, LWA
Energi bunyi	W
Kepadatan energi bunyi	w
Paparan bunyi	E, SEL
Impedansi akustik	Z
Frekuensi audio	AF
Kehilangan transmisi	TL

Tekanan suara adalah perbedaan, dalam media yang diberikan, antara tekanan lokal rata-rata dan tekanan dalam gelombang suara. Kuadrat dari perbedaan ini (mis., Kuadrat deviasi dari tekanan kesetimbangan) biasanya dirata-ratakan dari waktu ke waktu dan / atau ruang, dan akar kuadrat dari rata-rata ini memberikan nilai root mean square (RMS). Misalnya, tekanan suara 1 Pa RMS (94 dBSPL) di udara atmosfer menyiratkan bahwa tekanan aktual dalam gelombang suara berosilasi antara (1 atm $-{\sqrt {2}}$ Pa) dan (1 atm $+{\sqrt {2}}$ Pa), yaitu antara 101323,6 dan 101326,4 Pa. Karena telinga manusia dapat mendeteksi suara dengan berbagai amplitudo, tekanan suara sering diukur sebagai level pada skala desibel logaritmik. Tingkat tekanan suara (SPL) atau L_p didefinisikan sebagai

$L_{\mathrm {p} }=10\,\log _{10}\left({\frac {{p}^{2}}{{p_{\mathrm {ref} }}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p}{p_{\mathrm {ref} }}}\right){\mbox{ dB}}\,$

Dimana p adalah tekanan suara root-mean-square dan $p_{\mathrm {ref} }$ adalah tekanan suara referensi. Tekanan suara referensi yang umum digunakan, didefinisikan dalam standar ANSI S1.1-1994, adalah 20 µPa di udara dan 1 µPa dalam air. Tanpa tekanan suara referensi yang ditentukan, nilai yang dinyatakan dalam desibel tidak dapat mewakili tingkat tekanan suara.

Karena telinga manusia tidak memiliki respons spektral datar, tekanan suara sering kali ditimbang frekuensi sehingga tingkat yang diukur cocok dengan tingkat yang dipersepsikan lebih dekat. Itu Komisi Electronik Internasional (IEC) telah menetapkan beberapa skema pembobotan. Upaya pembobotan A untuk mencocokkan respon telinga manusia terhadap kebisingan dan tingkat tekanan suara berbobot A diberi label dBA. Pembobotan C digunakan untuk mengukur tingkat puncak.

Ultrasonografi

Perkiraan rentang frekuensi yang sesuai dengan Ultrasonografi, dengan panduan sulit beberapa aplikasi

Ultrasonografi adalah gelombang suara dengan frekuensi lebih tinggi dari 20.000 Hz (atau 20 kHz). Ultrasonografi tidak berbeda dari suara "normal" (terdengar) dalam sifat fisiknya, kecuali bahwa manusia tidak dapat mendengarnya. Perangkat ultrasonik beroperasi dengan frekuensi dari 20 kHz hingga beberapa gigahertz.

Ultrasonografi biasanya digunakan untuk diagnosa medis seperti sonogram.

Infrasonik

Infrasonik adalah gelombang suara dengan frekuensi lebih rendah dari 20 Hz. Meskipun suara dengan frekuensi rendah seperti itu terlalu rendah untuk didengar manusia, paus, gajah, dan hewan lain dapat mendeteksi infrasonik dan menggunakannya untuk berkomunikasi. Itu dapat digunakan untuk mendeteksi letusan gunung berapi dan digunakan dalam beberapa jenis musik.

Lihat pula

• Akustik Ruang
• Daftar suara yang tak bisa dibeberkan

Bacaan rujukan

• Simon Adams, dkk. Ensiklopedia Populer Anak. PT. Ichtiar Baru Van Hoeve, 1998.
• Kanginan, Marthen (2004). Sains Fisika SMP Untuk Kelas VIII Semester 1. Jakarta: Erlangga. ISBN 979-688-350-3.  (Indonesia)

Pranala luar

• Sounds Amazing; sumber belajar KS3 / 4 untuk suara dan gelombang
• HyperPhysics: Suara dan Pendengaran
• Pengantar Fisika Suara
• Kurva pendengaran dan tes pendengaran online
• Audio untuk abad ke-21
• Konversi unit dan level suara
• Perhitungan suara
• Audio Check: koleksi tes audio dan nada uji yang dapat dimainkan secara online
• More Sounds Amazing; sumber belajar bentuk keenam tentang gelombang suara