Bunyi
Sumber bunyi adalah semua benda yang bergetar dan menghasilkan bunyi yang merambat melalui medium atau zat perantara. Gelombang bunyi terdiri dari molekul-molekul yang bergetar merambat ke segala arah, molekul-molekul itu berdesakan dibeberapa tempat, sehingga menghasilkan wilayah tekanan tinggi atau perapatan ( compression ), tapi ditempat lain merenggang ( rarefaction ), sehingga menghasilkan wilayah tekanan rendah. Gelombang bertekanan tinggi dan rendah secara bergantian bergerak melalui medium atau zat penghantar berupa udara, gas, zat cair dan zat padat. Dengan prinsip tersebut gelombang ini termasuk gelombang longitudinal. (Tipler, Paul A. 1998).
Gambar diatas merupakan ilustrasi dari proses perambatan gelombang bunyi melalui medium udara. Sumber bunyi dihasilkan oleh sumber suara yaitu speaker yang berfungsi sebagai osilator (penghasil getaran). Pada medium udara terjadi proses peregangan dan perapatan pada partikel-partikel dimedia udara, proses itu terjadi dengan sangat cepat dan semakin lama bunyi dari sumber akan diterima oleh pendengar dengan menggetarkan membran yang ada pada telinga manusia.
Laju Bunyi
Laju dari sembarang gelombang mekanik (transversal dan longitudinal), bergantung pada sifat-sifat inersial medium (yang menyimpan energi kinetik) dan sifat-sifat elastik medium (yang menyimpan energi potensial) yang diformulasikan secara matematis :
Persamaan 2-1
dimana (untuk gelombang transversal) τ adalah tegangan dalam dawai dan μ adalah kerapatan linear dawai. Jika medium adalah udara dan gelombang adalah longitudinal, kita dapat menebak bahwa sifat inersial, berkaitan dengan μ , adalah kerapatan volume ρ udara.
Ketika gelombang melewati udara, energi potensial berkaitan dengan perapatan ( compression ) dan perenggangan ( rarefaction ) volume elemen molekul-molekul udara. Sifat-sifat yang menentukan kelanjutan dimana suatu elemen medium berubah volumenya ketika tekanan (gaya per satuan luas) pada elemen tersebut berubah disebut modulus Bulk ( B ) dengan satuan Pascal ( Pa ).
Persamaan 2-2
Di sini ΔV/V adalah perubahan fraksi dalam volume yang dihasilkan oleh perubahan Δp . Satuan SI untuk tekanan adalah N/ 2 , yang diberi nama khusus, Pascal (Pa). Dari persamaan 2-2 dapat kita lihat bahwa satuan untuk modulus Bulk ( B ) juga Pascal ( Pa ). Tanda Δp dan ΔV selalu berlawanan. Ketika kita meningkatkan tekanan pada elemen ( Δp positif), volumenya menurun ( ΔV negatif). Kita menyertakan tanda negatif dalam persamaan 2-2 sehingga B selalu bilangan positif. Sekarang gantikan B untuk τ dan ρ untuk μ dalam persamaan 2-1, maka menghasilkan.
Persamaan 2-3
dimana :
-
v = kecepatan atau laju bunyi di udara ( m/s )
-
B = modulus Bulk ( Pa )
-
ρ = densitas ( kg/m3 )
Setiap zat penghantar gelombang bunyi memiliki laju perambatan yang berbeda-beda bergantung pada sifat zat tersebut (Halliday, D. resnick, R. walker, J. 2010). Dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
| Medium |
Laju Bunyi |
| Udara |
340 |
| Udara (0 ºC) |
331 |
| Helium |
1.005 |
| Hidrogen |
1.300 |
| Air |
1.440 |
| Air laut |
1.560 |
| Besi |
5.000 |
| Gelas |
4.500 |
| Plastik |
2.680 |
| Aluminium |
5.100 |
| Kayu keras |
4.000 |
Spektrum Bunyi
Frekuensi audio ( audio frequency ) merujuk sebagai getaran periodik yang frekuensinya dapat didengar oleh rata-rata manusia. Frekuensi-frekuensi yang dapat didengar oleh manusia disebut audio atau sonik. Range frekuensi yang umumnya dapat didengar berkisar dari 20 Hz sampai 20.000 Hz. Frekuensi-frekuensi di atas 20.000 Hz sampai 20 MHz disebut ultrasonik ( ultrasonic ) gelombang ini sering digunakan untuk pemeriksaan kualitas produksi di dalam industri. Di bidang kedokteran, gelombang ini digunakan untuk diagnosis dan pengobatan, karena mempunyai daya tembus jaringan yang sangat kuat. sedangkan frekuensi-frekuensi di bawah 20 Hz disebut infrasonik ( infrasonic ). Perhatikan gambar spektrum bunyi dibawah ini :
Penting untuk diingat bahwa kata “bunyi” ( sound ) mengacu kepada sebuah fenomena perambatan gelombang pada sebuah medium, sedangkan kata “suara” ( voice ) mengacu kepada bunyi yang dihasilkan dari organ tubuh manusia, yaitu membran getar pada organ-organ bicara manusia. Kata “audio”, “sonik", “audiosonik”, dan “akustik” secara umum diartikan sebagai jangkah frekuensi ( frequency range ) dari spektrum bunyi yang dapat dideteksi / didengar oleh manusia, walaupun sebenarnya kata “akustik” ( acoustic ) sendiri merupakan suatu inter-disiplin ilmu yang mempelajari bunyi. (Tipler, Paul A. 1998).
Pitch
Pitch berhubungan dengan sensasi perubahan frekuensi pada bunyi oleh pendengar (manusia) pitch sangat dekat hubungannya dengan frekuensi, tetapi keduanya sebenarnya berbeda. Frekuensi ialah sebuah objek, suatu konsep ilmiah, sedangkan pitch subjektif. Pitch hanya sebuah persepsi subjektif pendengar (manusia) yang menyatakan suatu bunyi itu tinggi atau rendah. Makin tinggi frekuensi (dalam besaran fisika), maka manusia akan menyatakan bahwa pitch dari bunyi tersebut makin tinggi, terkadang juga dinyatakan bahwa bunyi itu semakin melengking. Gelombang bunyi sendiri tidak mempunyai pitch .
Istilah pitch hanya dipakai bila gelombang bunyi yang didengar hanya terdiri dari satu buah frekuensi tunggal. Jika istilah pitch dipakai dalam sebuah sumber bunyi dengan frekuensi tidak tunggal (seperti alat musik dan suara manusia), maka istilah pitch mengacu pada perubahan frekuensi dasarnya (frekuensi fundamental).
Frekuensi ( f ) gelombang bunyi menyatakan berapa banyaknya osilasi yang terjadi selama waktu tertentu, biasanya dalam satu detik. Frekuensi diekspresikan dalam banyaknya siklus per detik dengan satuan ukur dalam Hertz (Hz). Lima Hz diartikan sebagai osilasi lima siklus penuh (sempurna) per-detik. Kebalikan dari frekuensi, yaitu periode ( T ). Periode suatu gelombang diartikan sebagai berapa lamanya waktu yang dibutuhkan untuk melakukan sebuah osilasi sempurna.
Persamaan 2-4
dimana f ialah frekuensi dalam Hz dan T ialah periode dalam detik. (Raymond A. Serway dan John W. Jewett, Jr. 2011).
Terdapat hubungan matematis sederhana antara panjang gelombang ( λ ), periode ( T ), dan frekuensi ( f ), yaitu kecepatan atau laju ( v ). Karena kecepatan ialah jarak dibagi oleh waktu, maka dapat kita turunkan suatu persamaan :
Persamaan 2-5
atau dengan mengganti T dengan f , maka didapat :
Persamaan 2-6
dimana : v = kecepatan atau laju gelombang (m/s)
λ = panjang gelombang (m)
T = periode gelombang (s)
f = frekuensi gelombang (Hz)
Loudness
Loudness berhubungan dengan sensasi perubahan amplitudo pada bunyi oleh si pendengar (manusia). Loudness sangat dekat hubungannya dengan intensitas bunyi ( I ), tetapi keduanya sebenarnya berbeda. Intensitas ialah sebuah objek, suatu konsep ilmiah, sedangkan loudness subjektif. Loudness hanya sebuah persepsi subjektif pendengar (manusia) yang menyatakan suatu bunyi itu besar atau kecil. Makin besar intensitas (dalam besaran fisika), maka manusia akan menyatakan bahwa loudness dari bunyi tersebut makin besar, terkadang juga dinyatakan bahwa bunyi itu semakin bising.
Berdasarkan teori gelombang, amplitudo ( ym ) dari suatu gelombang adalah besar dari perpindahan maksimum elemen-elemen dari posisi kesetimbangannya ketika gelombang melewati posisi tersebut. Pada ym , Subskrip m menandakan maksimum. Karena ym adalah magnitudo, maka ym selalu kuantitas positif, Amplitudo gelombang tidak mempengaruhi laju ( v ) gelombang, yang berarti juga tidak mempengaruhi frekuensi ( f ) dan panjang gelombang ( λ ). (Raymond A. Serway dan John W. Jewett, Jr.2011).
Hydrophone
Hydrophone adalah perangkat elektronika yang digunakan untuk menangkap bunyi di bawah air. Bunyi yang dihasilkan berbentuk gelombang suara kemudian diubah menjadi sinyal audio yang diterjemahkan dalam bentuk data yang terukur. Komponen utama dari hydrophone ini adalah piezoelektrik yang berfungsi sebagai pengubah gelombang suara menjadi sinyal audio.
Transduser yang digunakan memiliki jangkauan frekuensi dari audiosonik sampai ultrasonik yaitu 20 Hz sampai 50 kHz. menggunakan kabel penghubung yang rendah noise dan bebas oksigen dengan panjang 10 meter sangat memungkinkan kabel ini menjadi media yang tepat sebagai konduktor untuk penunjang teknologi tranduser dari perangkat hydrophone tersebut. Data yang didapat dari tranduser akan di simpan oleh handy recorder dengan menggunakan micro memory card (MMC) .
Gambar diatas merupakan spesifikasi dari hydrophone yang akan digunakan dalam proses pengambilan contoh suara. Mempunyai spesifikasi yang tinggi sehingga memungkinkan untuk melakukan pemrosesan suara dengan baik. Tedapat banyak jenis hydrophone yang diproduksi oleh Cetacean Research Technology salah satunya jenis transduser SQ26 yang digunakan dalam penelitian ini. Sedangkan H1 adalah jenis handy recorder yang diproduksi oleh perusahaan tersebut.
Handy recorder merupakan alat perekam dari pengaplikasian piezoelektrik SQ26 yang dirancang khusus untuk pendukung perangkat piezoelektrik tersebut. Fitur-fitur yang tersedia pada handy recorder adalah prosedur standar untuk melakukan proses perekaman seperti tombol power (on/off), record (start/stop), volume (+,-), speaker internal, low cut (on/off), screen indicator dan lain-lain. Setelah data diterima dan direkam oleh handy record , data tersebuat akan tersimpan pada micro memory card (MMC). (Cetacean Research Technology).
