Pendahuluan
Gelombang suara adalah salah satu bentuk gelombang mekanik yang terbentuk dari getaran dalam medium, seperti udara, air, atau benda padat. Gelombang suara sangat penting dalam kehidupan sehari-hari kita karena kita mengandalkan suara untuk berkomunikasi dan mendengarkan berbagai suara di sekitar kita. Artikel ini akan menjelaskan pengertian gelombang suara, karakteristiknya, serta memberikan beberapa contoh penerapan gelombang suara dalam kehidupan sehari-hari.
Pengertian Gelombang Suara
Gelombang suara adalah bentuk gelombang mekanik yang terbentuk ketika partikel-partikel dalam medium bergetar dan menghasilkan gelombang longitudinal. Gelombang suara membutuhkan medium untuk berpropagasi, seperti udara, air, atau benda padat. Ketika sumber suara bergetar, getaran tersebut merambat melalui medium dalam bentuk gelombang suara.
Karakteristik Gelombang Suara
Gelombang suara memiliki beberapa karakteristik penting, antara lain:
- Frekuensi: Frekuensi adalah jumlah siklus gelombang suara yang terjadi per detik dan diukur dalam hertz (Hz). Frekuensi gelombang suara menentukan tinggi rendahnya nada suara. Semakin tinggi frekuensi, semakin tinggi pula nada suara yang dihasilkan.
- Amplitudo: Amplitudo adalah besarnya getaran dalam gelombang suara. Amplitudo gelombang suara menentukan kekuatan atau volume suara. Semakin besar amplitudo, semakin keras suara yang dihasilkan.
- Kecepatan: Kecepatan gelombang suara tergantung pada medium yang dilaluinya. Biasanya, gelombang suara merambat lebih cepat dalam medium padat daripada dalam udara atau air.
- Panjang Gelombang: Panjang gelombang adalah jarak antara dua titik berurutan dalam gelombang suara yang berada pada fase yang sama. Panjang gelombang gelombang suara berbanding terbalik dengan frekuensinya. Semakin panjang gelombang, semakin rendah frekuensi dan nada suara yang dihasilkan.
Contoh Penerapan Gelombang Suara dalam Kehidupan Sehari-hari
Gelombang suara memiliki berbagai penerapan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut adalah beberapa contoh:
- Komunikasi Suara: Suara menjadi sarana utama komunikasi antarindividu. Telepon, radio, dan televisi adalah contoh perangkat yang memanfaatkan gelombang suara dalam mentransmisikan pesan suara.
- Peralatan Audio: Speaker, headphone, dan earphone adalah contoh peralatan audio yang mengubah gelombang suara menjadi suara yang dapat didengar manusia.
- Alat Musik: Instrumen musik seperti gitar, piano, dan drum menghasilkan suara melalui getaran yang menghasilkan gelombang suara. Gelombang suara inilah yang menciptakan musik.
- Ultrasonik: Gelombang suara ultrasonik digunakan dalam bidang medis, seperti untuk pencitraan ultrasonografi atau pemeriksaan kehamilan.
- Alarm dan Sirene: Alarm kebakaran, sirene mobil polisi, dan alarm keamanan adalah contoh penggunaan gelombang suara sebagai tanda peringatan atau alarm.
Kesimpulan
Gelombang suara adalah bentuk gelombang mekanik yang terbentuk dari getaran dalam medium. Gelombang suara memiliki karakteristik seperti frekuensi, amplitudo, kecepatan, dan panjang gelombang. Gelombang suara memiliki banyak penerapan dalam kehidupansehari-hari, termasuk dalam komunikasi suara, peralatan audio, alat musik, penggunaan ultrasonik dalam bidang medis, serta sebagai tanda peringatan atau alarm. Memahami gelombang suara membantu kita dalam memahami bagaimana suara berpropagasi dan dapat diaplikasikan dalam berbagai aspek kehidupan kita sehari-hari.
Dengan memanfaatkan gelombang suara, kita dapat berkomunikasi, mendengarkan musik, menggunakan perangkat audio, dan mengaplikasikan teknologi medis yang berguna. Gelombang suara juga memungkinkan kita untuk menerima peringatan dan alarm yang diperlukan dalam situasi darurat. Dalam keseluruhan, gelombang suara memainkan peran penting dalam kehidupan kita sehari-hari dan memungkinkan kita untuk terhubung dengan lingkungan sekitar.
Apa itu Gelombang Suara?
Suara adalah jenis gelombang mekanik atau osilasi materi. Gelombang adalah gangguan yang merambat dari satu lokasi ke lokasi lain dalam suatu medium. Kuncinya di sini adalah bahwa titik-titik dalam medium berosilasi pada tempatnya saat gangguan itu sendiri berjalan.
Misalnya, pertimbangkan gelombang yang dilakukan oleh orang banyak di pertandingan bola. Kipas di tempat duduk mereka berfungsi sebagai media gelombang. Secara individu, mereka berdiri, mengangkat tangan, lalu duduk kembali – mereka berayun di tempat. Gangguan, bagaimanapun, menyebar ke seluruh stadion.
Osilasi dalam medium cenderung datang dalam salah satu dari dua jenis: Gelombang transversal berosilasi pada sudut kanan ke arah perjalanan (seperti penonton di stadion, atau gelombang pada tali) dan gelombang longitudinal berosilasi sejajar dengan arah perjalanan .
Gelombang suara adalah gelombang longitudinal. Ketika gelombang suara merambat melalui media, seperti udara, ia melakukannya dengan menyebabkan molekul udara bergetar, yang menyebabkan perubahan tekanan udara, menghasilkan kompresi (daerah bertekanan tinggi) dan penghalusan (daerah bertekanan rendah) di udara saat gelombang merambat.
Pikirkan pegas mainan seperti Slinky yang direntangkan di atas meja dengan satu orang memegang kedua ujungnya. Jika satu orang menarik Slinky ke arah mereka sendiri, itu akan mengirimkan gelombang longitudinal ke Slinky. Anda akan melihat daerah gulungan Slinky yang jaraknya lebih rapat (kompresi) dan jaraknya lebih longgar (penghalusan). Setiap titik tertentu di Slinky berosilasi bolak-balik di tempatnya saat gangguan bergerak dari satu ujung ke ujung lainnya.
Sekali lagi, inilah yang terjadi dengan gelombang suara di udara, atau media lainnya, dalam hal ini.
Bagaimana Gelombang Suara Diciptakan?
Sama seperti gelombang lainnya, gelombang suara diciptakan oleh gangguan atau getaran awal. Garpu tala yang dipukul, misalnya, bergetar pada frekuensi tertentu. Saat bergerak, ia menabrak molekul udara di sekitarnya, secara berkala mengompresnya.
Daerah yang terkompresi mentransfer energi ini ke molekul udara tetangganya juga dan gangguan bergerak melalui udara hingga mencapai telinga Anda, di mana ia mentransfer energi ke gendang telinga Anda, yang akan bergetar pada frekuensi yang sama – dan ditafsirkan oleh otak Anda sebagai suara.
Saat Anda berbicara, Anda menggetarkan laring Anda (tabung berongga kecil di bagian atas tenggorokan Anda), yang pada gilirannya menggetarkan udara di sekitarnya, yang kemudian menyebarkan energi suara ke pendengar. Dengan mengencangkan dan memperluas jaringan di laring Anda serta memanipulasi artikulator di mulut Anda (bibir, lidah, dan struktur mulut lainnya), Anda dapat membuat suara yang berbeda.
Semua objek dapat menjadi sumber suara yang menghasilkan suara dengan cara yang sama – dengan menggetarkan dan mentransfer getaran tersebut ke media yang berdekatan, seperti udara.
Kecepatan Suara
Di udara kering, bunyi merambat dengan kecepatan
v = 331,4 + 0,6T_c
dimana Tc adalah suhu dalam Celcius. Pada hari standar 20 derajat Celcius (68 derajat Fahrenheit), suara bergerak dengan kecepatan sekitar 343,4 m/dtk. Itu sekitar 768 mil per jam!
Kecepatan suara berbeda di media yang berbeda. Misalnya, kecepatan gelombang suara merambat di air bisa lebih besar dari 1.437 m/dtk; di kayu 3.850 m/s; dan dalam aluminium, lebih dari 6.320 m/s!
Sebagai aturan umum, suara bergerak lebih cepat dalam material yang molekulnya lebih berdekatan. Ia bergerak tercepat dalam zat padat, tercepat kedua dalam cairan dan paling lambat dalam gas.
Eksperimen: Mengukur Kecepatan Suara
Anda dapat melakukan percobaan sederhana untuk mengukur kecepatan suara. Untuk melakukannya, Anda memerlukan sumber penghasil suara (bisa berupa garpu tala, tepukan tangan, atau suara Anda sendiri), dan permukaan pemantul yang jaraknya diketahui dari sumber (seperti dinding tebing kokoh beberapa meter di depan Anda, atau ujung tertutup dari tabung sederhana).
Asalkan Anda memiliki peralatan (dan/atau refleks yang cukup cepat) yang dapat mengukur selang waktu antara saat suara dipancarkan dan saat kembali ke lokasi sumber melalui gema dari permukaan pantulan, Anda akan memiliki informasi yang cukup untuk menentukan kecepatannya. .
Cukup ambil dua kali jarak dari sumber ke permukaan pemantul (karena suara bergerak dari sumber ke permukaan, dan kemudian kembali lagi) dan membaginya dengan waktu antara emisi suara dan gema.
Sebagai contoh, misalkan Anda berteriak ke ngarai sedalam 200 m dan menerima gema kembali dalam 1,14 detik. Kecepatan suara adalah 2 × 200 / 1,14 = 351 m/s.
Melebihi Kecepatan Suara
Anda mungkin sudah tidak asing lagi dengan fenomena pesawat tertentu yang menembus penghalang suara. Artinya, pesawat terbang lebih cepat dari kecepatan suara. Pada saat melebihi kecepatan ini, itu menciptakan dentuman sonik.
Sebuah pesawat terbang dengan kecepatan Mach 1 bergerak dengan kecepatan suara. Mach 2 adalah dua kali kecepatan suara dan seterusnya. Pesawat tercepat di dunia adalah North American X-15, yang mencapai kecepatan Mach 6,7 pada 3 Oktober 1967.
Di darat, kecepatan suara dipecahkan pada 15 Oktober 1997 oleh Andy Green yang melaju 763,035 mil per jam dengan mobil jet ThrustSSC di Gurun Black Rock di Nevada.
Frekuensi dan Panjang Gelombang
Frekuensi gelombang adalah jumlah osilasi yang terjadi pada titik tertentu dalam medium per detik. Itu diukur dalam satuan hertz (Hz) di mana 1 Hz = 1/s. Panjang gelombang gelombang suara adalah jarak antara dua daerah berturut-turut dari kompresi maksimum. Biasanya diukur dalam satuan meter (m).
Kecepatan gelombang suara, v , berhubungan langsung dengan frekuensi f panjang gelombang lambda melalui v = λf .
Kecepatan suara dalam media tertentu tidak bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang, melainkan konstanta dari media tersebut. Frekuensi gelombang bunyi akan selalu sama dengan frekuensi sumber bunyi, sehingga tidak tergantung pada medium atau kecepatan gelombang.
Oleh karena itu, dalam dua media yang berbeda, frekuensinya akan sama, sementara kecepatannya akan spesifik untuk media tersebut dan panjang gelombangnya akan bervariasi. (Frekuensi tinggi sesuai dengan panjang gelombang kecil, dan sebaliknya.)
Rentang frekuensi yang biasanya dapat dideteksi oleh telinga manusia berkisar dari 64 Hz hingga 23 kHz, meskipun orang cenderung kehilangan kemampuan untuk mendengar frekuensi yang lebih tinggi seiring bertambahnya usia. Sebaliknya, anjing dapat mendengar hingga sekitar 45 kHz (itulah sebabnya mereka merespons peluit anjing yang tidak terdengar oleh manusia), kucing dapat mendengar hingga 64 kHz dan lumba-lumba dapat mendengar hingga 150 kHz!
“Di Luar Angkasa, Tidak Ada Yang Dapat Mendengar Anda Berteriakâ€
Anda pasti menemukan kutipan ini dari film Alien tahun 1979 , dan memang benar: suara tidak bergerak dalam ruang hampa. Hal ini karena membutuhkan media. Harus ada beberapa bahan antara sumber suara dan Anda agar suara menyebar.
Jadi semua adegan pertempuran luar angkasa yang Anda lihat di film dengan ledakan keras? Benar-benar salah! Tidak akan ada suara karena tidak ada medium untuk dilaluinya.
Intensitas Suara dan Energi Suara
Intensitas bunyi, I , adalah daya bunyi per satuan luas. Satuan SI untuk intensitas bunyi adalah watt/m 2 di mana I 0 = 10 -12 W/m 2 dianggap sebagai ambang batas pendengaran manusia. Bahasa sehari-hari, intensitas suara adalah apa yang kami anggap sebagai “kenyaringan” suara.
Cara umum untuk menyajikan kenyaringan suara yang dirasakan adalah dengan menggunakan skala desibel (dB), di mana intensitas suara dalam desibel:
Skala ini berguna karena manusia tidak mempersepsikan kenyaringan secara linear. Artinya, suara dengan intensitas dua kali lipat bisa terdengar lebih dari dua kali lebih keras saat dimulai dengan tenang, dan kurang dari dua kali lebih keras jika sudah dimulai dengan agak keras. Skala desibel memberikan angka yang lebih konsisten dengan persepsi kita.
Suara nafas ringan sekitar 10 dB, sedangkan percakapan di restoran sekitar 60 dB. Sebuah flyover jet pada ketinggian 1.000 kaki adalah sekitar 100 dB. Petir yang menyakitkan di batas adalah 120 dB, dan gendang telinga Anda pecah pada 150 dB.
Energi dalam gelombang suara berhubungan langsung dengan intensitas. Satuan intensitas, W/m 2 , sama dengan J/(sm 2 ) atau energi dalam joule per detik per meter persegi.
Alat-alat musik
Ingatlah bahwa kecepatan suara hanya bergantung pada mediumnya, dan bukan pada frekuensi gelombangnya. Ini adalah hal yang baik karena jika tidak mendengarkan konser akan menjadi pengalaman yang mengerikan, dengan nada musik yang berbeda akan membuat Anda rusak.
Frekuensi suara yang berbeda sesuai dengan nada yang berbeda, atau not musik. Ketika seorang penyanyi bernyanyi, mereka menghasilkan frekuensi yang berbeda dengan mengubah ukuran dan bentuk laring mereka. Alat musik dirancang untuk menciptakan suara dengan nada murni biasanya dengan menciptakan gelombang berdiri, baik dalam tabung atau pipa, atau di sepanjang senar.
Pertimbangkan instrumen senar seperti gitar. Frekuensi di mana senar yang dipetik bergetar tergantung pada kerapatan massanya (berapa banyak massa per satuan panjang), tegangan pada senar (seberapa erat tali itu dipegang) dan panjangnya. Jika Anda melihat gitar, Anda akan melihat bahwa setiap senar memiliki ketebalan yang berbeda. Kenop penyetelan di ujung pegangan memungkinkan Anda menyesuaikan ketegangan senar, dan fret memberi Anda tempat untuk meletakkan jari Anda untuk mengubah panjang senar saat Anda bermain, memungkinkan Anda membuat banyak nada berbeda.
Woodwinds, sebaliknya, terdiri dari tabung berongga di mana gelombang berdiri dapat dibuat di kolom udara (seperti di laring Anda). Lubang nada yang berbeda pada instrumen semacam itu memungkinkan Anda mengubah jenis gelombang berdiri yang dapat terbentuk, dan karenanya mengubah nada yang dapat dimainkan.
Untuk instrumen seperti trombon, Anda juga dapat menyesuaikan panjang tabung dengan menggerakkan slide bolak-balik, memungkinkan gelombang berdiri dengan frekuensi yang berbeda, dan karenanya not yang berbeda akan dimainkan.
Instrumen perkusi, seperti drum, bergantung pada getaran membran (seperti kepala drum). Sama seperti memetik senar gitar, saat Anda memukul kepala drum di lokasi yang berbeda, gelombang berdiri terbentuk di membran, menghasilkan suara. Frekuensi dan kualitas suara tergantung pada ukuran membran, ketebalan dan tegangannya.
Pertanyaan Umum tentang Gelombang Suara
1. Apa itu gelombang suara?
Gelombang suara adalah getaran atau pergerakan energi mekanik yang merambat melalui medium, seperti udara, air, atau benda padat lainnya. Gelombang suara terbentuk ketika sumber suara bergetar dan menghasilkan perubahan tekanan yang merambat melalui medium.
2. Bagaimana gelombang suara merambat?
Gelombang suara merambat dengan cara partikel-partikel di dalam medium bergetar. Ketika sumber suara bergetar, ia menghasilkan perubahan tekanan yang menjalar melalui medium. Partikel-partikel di sekitar sumber suara akan bergerak maju-mundur, mentransmisikan energi mekanik dari satu partikel ke partikel lainnya. Proses ini berlanjut dengan membentuk gelombang suara yang merambat dari sumber suara ke pendengar.
3. Apa yang dimaksud dengan frekuensi dan amplitudo gelombang suara?
– Frekuensi gelombang suara adalah jumlah siklus atau getaran yang terjadi per detik. Frekuensi diukur dalam hertz (Hz) dan menentukan nada suara yang kita dengar. Gelombang suara dengan frekuensi tinggi memiliki nada yang lebih tinggi, sedangkan gelombang suara dengan frekuensi rendah memiliki nada yang lebih rendah.
– Amplitudo gelombang suara adalah ukuran dari kekuatan atau tinggi rendahnya suara. Amplitudo diukur dalam satuan desibel (dB) dan menentukan tingkat kebisingan suara yang kita dengar. Semakin besar amplitudo, semakin keras suara yang dihasilkan.
4. Bagaimana gelombang suara dapat memengaruhi pendengaran manusia?
Proses pendengaran manusia melibatkan telinga dan sistem pendengaran. Ketika gelombang suara masuk ke telinga, mereka menyebabkan getaran pada gendang telinga. Getaran ini kemudian diteruskan melalui tulang-tulang pendengaran ke koklea, yang merupakan bagian pendengaran dalam telinga.
Di dalam koklea, getaran tersebut merangsang sel-sel rambut khusus yang mengubah getaran menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik ini kemudian dikirim ke otak melalui saraf pendengaran, di mana otak menginterpretasikan sinyal tersebut sebagai suara yang kita dengar.
5. Apa yang mempengaruhi kecepatan rambat gelombang suara?
Kecepatan rambat gelombang suara dipengaruhi oleh beberapa faktor, termasuk:
- Medium perambat: Kecepatan suara berbeda tergantung pada jenis medium yang dilaluinya. Misalnya, suara merambat lebih cepat melalui benda padat daripada melalui udara.
- Suhu: Kecepatan suara cenderung meningkat dengan kenaikan suhu. Pada umumnya, suara merambat lebih cepat dalam udara yang hangat daripada udara yang dingin.
- Kelembaban: Kelembaban udara juga dapat mempengaruhi kecepatan suara. Suara merambat lebih cepat dalam udara yang kering daripada udara yang lembab.
Secara umum, kecepatan suara sekitar 343 meter per detik (m/s) dalam udara pada suhu 20 derajat Celsius. Namun, nilai ini dapat berbeda tergantung pada faktor-faktor di atas.
Topik terkait
10 Soal dan pembahasan gelombang piliham ganda
10 Soal dan pembahasan gelombang Bunyi pilihan ganda
5 Soal pembahasan getaran dan gelombang pilihan ganda
Interferensi dalam Fisika: Konsep, Penjelasan, dan Contoh
Difraksi Gelombang: Memahami Konsep dan Fenomena yang Terjadi