Bunyi

Gelombang longitudinal dan transversal

Bunyi 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 bunyi 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 bunyi dapat "dilihat" menggunakan cermin parabola dan objek yang menghasilkan bunyi.^[5]

Energi yang dibawa oleh gelombang bunyi 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

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

Untuk memahami bunyi 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 bunyi (dan kebisingan).^[6][7][8]

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

• Frekuensi, atau kebalikannya, panjang gelombang.
• Amplitudo, tekanan bunyi atau Intensitas
• Laju bunyi
• Arah

Bunyi 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 bunyi 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 bunyi.

Laju bunyi

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

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

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

Sifat-sifat fisik dan laju bunyi berubah dengan kondisi sekitar. Misalnya, laju bunyi dalam gas tergantung pada suhu. Dalam 20 °C (68 °F) udara di permukaan laut, laju bunyi 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, laju bunyi sekitar 1.482 m/s (5.335 km / jam; 3.315 mph). Dalam baja, laju bunyi sekitar 5.960 m / s (21.460 km / jam; 13.330 mph). Kecepatan bunyi juga sedikit sensitif, yang tunduk pada efek anharmonik orde dua, terhadap amplitudo bunyi, yang berarti ada efek perambatan non-linear, seperti produksi harmonik dan nada campuran yang tidak ada dalam bunyi asli.

Jika efek relativistik penting, laju bunyi dihitung dari persamaan Euler relativistik.

Tingkat tekanan bunyi

Tekanan bunyi adalah perbedaan, dalam media yang diberikan, antara tekanan lokal rata-rata dan tekanan dalam gelombang bunyi. 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 akar purata kuadrat (RMS). Misalnya, tekanan bunyi 1 Pa RMS (94 dBSPL) di udara atmosfer menyiratkan bahwa tekanan aktual dalam gelombang bunyi berosilasi antara (1 atm ${\displaystyle -{\sqrt {2}}}$ Pa) dan (1 atm ${\displaystyle +{\sqrt {2}}}$ Pa), yaitu antara 101323,6 dan 101326,4 Pa. Karena telinga manusia dapat mendeteksi bunyi dengan berbagai amplitudo, tekanan bunyi sering diukur sebagai level pada skala desibel logaritmik. Tingkat tekanan bunyi (SPL) atau L_p didefinisikan sebagai

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

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

Karena telinga manusia tidak memiliki respons spektral datar, tekanan bunyi 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 respons telinga manusia terhadap kebisingan dan tingkat tekanan bunyi berbobot A diberi label dBA. Pembobotan C digunakan untuk mengukur tingkat puncak.

Infrabunyi

Infrabunyi adalah gelombang bunyi dengan frekuensi lebih rendah dari 20 Hz. Meskipun bunyi dengan frekuensi rendah seperti itu terlalu rendah untuk didengar manusia, paus, gajah, dan hewan lain dapat mendeteksi infrabunyi dan menggunakannya untuk berkomunikasi. Itu dapat digunakan untuk mendeteksi letusan gunung berapi dan digunakan dalam beberapa jenis musik.^[10]

Audiobunyi

Audiobunyi adalah gelombang bunyi dengan frekuensi 20 hingga 20.000 Hz. Gelombang dalam rentang ini dapat didengar oleh manusia.

Ultrabunyi

Ultrabunyi adalah gelombang bunyi dengan frekuensi lebih tinggi dari 20.000 Hz. Gelombang ultrabunyi tidak dapat didengar oleh manusia, tetapi gelombang ini umum digunakan dalam dunia kedokteran dengan melakukan pencitraan gelombang yang disebut "ultrasonografi".