Suara ada di sekitar kita. Kami menggunakan indera suara kami untuk menavigasi lingkungan kami, untuk berkomunikasi dan menikmati musik. Tapi apa itu suara? Bagaimana itu dibuat dan bagaimana mengirimkannya dari satu lokasi ke lokasi lain?
Apa Itu Gelombang Suara?
Suara adalah jenis gelombang mekanik atau osilasi materi. Gelombang adalah gangguan yang merambat dari satu tempat ke tempat lain dalam suatu medium. Kuncinya di sini adalah bahwa titik-titik dalam medium berosilasi di tempatnya sementara gangguan itu sendiri bergerak.
Misalnya, perhatikan gelombang yang dilakukan oleh orang banyak pada permainan bola. Para penggemar di kursi mereka berfungsi sebagai media gelombang. Secara individual, mereka berdiri, mengangkat tangan mereka dan kemudian duduk kembali – mereka berosilasi di tempat. Gangguan, bagaimanapun, perjalanan sepanjang jalan di sekitar stadion.
Osilasi dalam medium cenderung datang dalam salah satu dari dua jenis: Gelombang transversal berosilasi di sudut kanan ke arah perjalanan (seperti dengan penonton di stadion, atau gelombang pada string) dan gelombang longitudinal berosilasi sejajar dengan arah perjalanan.
Gelombang bunyi 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 sebagai gelombang perjalanan.
Pikirkan pegas mainan seperti Slinky yang direntangkan di atas meja dengan satu orang memegang kedua ujungnya. Jika satu orang memetik Slinky ke arah mereka sendiri, itu akan mengirimkan gelombang longitudinal ke bawah Slinky. Anda akan melihat daerah kumparan Slinky yang lebih dekat spasi (kompresi) dan lebih longgar (rarefactions). Setiap titik tertentu dalam Slinky berosilasi bolak-balik di tempat 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 terkompresi mentransfer energi ini ke molekul udara tetangga mereka juga dan gangguan bergerak melalui udara hingga mencapai telinga Anda, pada titik mana ia mentransfer energi ke gendang telinga Anda, yang akan bergetar pada frekuensi yang sama – dan ditafsirkan oleh otak Anda sebagai suara.
Ketika 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 mengontrak dan memperluas jaringan di laring Anda serta memanipulasi artikulator di mulut Anda (bibir, lidah, dan struktur mulut lainnya), Anda dapat menciptakan 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, suara merambat dengan kecepatan
v = 331.4 + 0.6T_c
dimanaTcadalah suhu dalam Celcius. Pada hari standar 20 derajat Celcius (68 derajat Fahrenheit), suara bergerak dengan kecepatan sekitar 343,4 m/s. Itu sekitar 768 mil per jam!
Kecepatan suara berbeda di media yang berbeda. Misalnya, laju gelombang suara yang merambat di air bisa lebih besar dari 1.437 m/s; di kayu adalah 3.850 m/s; dan dalam aluminium, lebih dari 6.320 m/s!
Sebagai aturan umum, suara bergerak lebih cepat dalam bahan di mana molekul-molekulnya lebih dekat satu sama lain. Ia bergerak paling cepat dalam zat padat, tercepat kedua dalam zat cair, dan paling lambat dalam gas.
Percobaan: Mengukur Kecepatan Suara
Anda dapat melakukan percobaan sederhana untuk mengukur kecepatan suara. Untuk melakukan ini, Anda memerlukan sumber pemancar suara (yang bisa berupa garpu tala, tepukan tangan, atau suara Anda sendiri), dan cermin pantul. permukaan jarak yang diketahui dari sumber (seperti dinding tebing kokoh beberapa meter di depan Anda, atau ujung tertutup sederhana tabung).
Asalkan Anda memiliki peralatan (dan/atau refleks yang cukup cepat) yang dapat mengukur selang waktu antara saat suara dipancarkan dan kapan itu kembali ke lokasi sumber melalui gema dari permukaan pemantulan, Anda akan memiliki informasi yang cukup untuk menentukan kecepatan.
Cukup ambil jarak dua kali dari sumber ke permukaan pantul (karena suara merambat 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 akrab dengan fenomena pesawat tertentu yang melanggar penghalang suara. Artinya, pesawat terbang lebih cepat dari kecepatan suara. Pada saat melebihi kecepatan ini, ia menciptakan ledakan sonik.
Sebuah pesawat terbang diMach 1sedang berjalan dengan kecepatan suara. Mach 2 adalah dua kali kecepatan suara dan seterusnya. Pesawat tercepat di dunia adalah X-15 Amerika Utara, 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 banyaknya getaran yang terjadi pada suatu titik tertentu dalam medium per sekon. Ini diukur dalam satuan hertz (Hz) di mana 1 Hz = 1/s. Panjang gelombang dari 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 frekuensifpanjang gelombang lambda melaluiv = f.
Kecepatan suara dalam medium tertentu tidak bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang, tetapi merupakan konstanta dari medium tertentu. Frekuensi gelombang bunyi akan selalu sesuai dengan frekuensi sumber bunyi, sehingga tidak bergantung pada medium atau kecepatan gelombang.
Oleh karena itu, dalam dua media yang berbeda, frekuensinya akan sama, sedangkan kecepatan akan spesifik untuk media 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. kHz!
“Di Luar Angkasa, Tidak Ada yang Bisa Mendengar Anda Berteriak”
Anda pasti menemukan kutipan ini dari film 1979Asing, dan memang benar: suara tidak merambat dalam ruang hampa. Karena itu butuh 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 palsu! Tidak akan ada suara karena tidak ada medium yang dilaluinya.
Intensitas Suara dan Energi Suara
Intensitas suara,saya, adalah kekuatan suara per satuan luas. Satuan SI untuk intensitas suara adalah watt/m2 dimanasaya0 = 10-12 W/m2 dianggap sebagai ambang batas pendengaran manusia. Bahasa sehari-hari, intensitas suara adalah apa yang kita 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 merasakan kenyaringan secara linier. Artinya, suara dengan intensitas dua kali lipat bisa tampak lebih dari dua kali lebih keras ketika mulai tenang, dan kurang dari dua kali lebih keras jika mulai agak keras. Skala desibel memberikan angka yang lebih konsisten dengan persepsi kita.
Suara pernapasan ringan sekitar 10 dB, sedangkan percakapan di restoran sekitar 60 dB. Sebuah flyover jet pada 1.000 kaki adalah sekitar 100 dB. Suara petir yang menyakitkan di garis batas adalah 120 dB, dan gendang telinga Anda pecah pada 150 dB.
Energi dalam gelombang suara berhubungan langsung dengan intensitas. Satuan intensitas, W/m2, sama dengan J/(sm2) atau energi dalam joule per detik per meter persegi.
Alat-alat musik
Ingat bahwa kecepatan suara hanya bergantung pada medium, dan bukan pada frekuensi gelombang. Ini adalah hal yang baik karena jika tidak, mendengarkan konser akan menjadi pengalaman yang mengerikan, dengan nada musik yang berbeda menjangkau Anda secara tidak teratur.
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 nada murni biasanya dengan menciptakan gelombang berdiri, baik dalam tabung atau pipa, atau sepanjang string.
Pertimbangkan alat musik gesek seperti gitar. Frekuensi getaran senar yang dipetik bergantung pada rapat massanya (berapa massa per satuan panjang), tegangan tali (seberapa kencang 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 untuk menyesuaikan ketegangan senar, dan fret memberi Anda tempat untuk meletakkan jari Anda untuk mengubah panjang senar saat Anda bermain, memungkinkan Anda untuk membuat berbagai macam catatan.
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 untuk 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 ke depan dan ke belakang, memungkinkan gelombang berdiri dengan frekuensi berbeda, dan karenanya nada yang berbeda dimainkan.
Instrumen perkusi, seperti drum, mengandalkan getaran membran (seperti kepala drum). Sama seperti memetik senar gitar, ketika Anda memukul kepala drum di lokasi yang berbeda, gelombang berdiri terbentuk pada membran, menciptakan suara. Frekuensi dan kualitas suara tergantung pada ukuran membran, ketebalan dan tegangannya.