Materi Gelombang Bunyi – Karakteristik, Ciri, dan Penerapan

Apa Itu Gelombang Bunyi?

Suara atau bunyi merupakan gelombang merambat yang dihasilkan dari benda bergetar sebagai sumber bunyinya.

Sehingga gelombang bunyi adalah gelombang yang merambat melalui medium tertentu. Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang digolongkan sebagai gelombang longitudinal.

Kenapa gelombang longitudinal? Karena, arah rambat bunyi itu searah. Dan dikatakan sebagai gelombang mekanik, karena bunyi membutuhkan medium perambatan.

Jadi, sebelum sampai ke telinga kita, bunyi yang berasal dari sumber bunyi tersebut akan merambat terlebih dahulu di udara ataupun air.

Syarat bunyi dapat didengar ada 3: sumber bunyi, medium perambatan, dan pendengar.

Medium perambatan bunyi yang paling umum itu udara. Misalnya, temen elo lagi curhat, elo bisa dengar curhatan temen itu karena bunyi atau suara yang dia katakan merambat lewat udara. Bayangkan kalau kalian berdua curhatannya lagi di tempat kedap udara, suara temen elo itu tidak akan bisa didengar.

Klasifikasi Bunyi

Elo tau gak kalau normalnya kita hanya dapat mendengar bunyi di rentang frekuensi 20 – 20.000 Hz? Yap, jadi gelombang bunyi juga ada rentang frekuensinya gitu, Sobat Zenius. Nah, lihat rentangnya di bawah ini.

  • Infrasonik: bunyi yang memiliki frekuensi < 20 Hz. Normalnya, manusia tidak bisa mendengar bunyi ini. Yang bisa mendengar bunyi ini adalah hewan seperti anjing, jangkrik, gajah, hiu, dan laba-laba. Selain itu, bunyi infrasonik juga dimanfaatkan oleh seismometer untuk mendeteksi gempa bumi.
  • Audiosonik: bunyi yang memiliki frekuensi di kisaran 20 – 20.000 Hz. Nah, bunyi inilah yang bisa didengar oleh manusia.
  • Ultrasonik: bunyi yang memilki frekuensi > 20.000 Hz (20 KHz). Wah, tinggi banget frekuensinya! Berhubung bunyi ini sangat tinggi, jadi kita tidak bisa mendengarnya, guys. Yang bisa mendengar bunyi ini adalah kelelawar dan lumba-lumba. Selain itu, bunyi ini juga dimanfaatkan untuk USG (ultrasonografi) yang digunakan untuk mendiagnosa janin di dalam kandungan.
gelombang bunyi
Ilustrasi Gelombang Bunyi (Dok. Pixabay oleh Geralt)

Nah, sekarang elo sudah mengetahui apa itu gelombang bunyi dan klasifikasinya nya. Sekarang lanjut ke karakteristik gelombang bunyi, yuk!

Karakteristik Gelombang Bunyi

Berikut ini yang merupakan karakteristik gelombang bunyi, yaitu:

  • Bunyi merupakan gelombang longitudinal.
  • Hanya merambat melalui medium padat, cari, dan gas. Dengan kata lain tidak dapat merambat pada ruang hampa.
  • Cepat rambat bunyi dipengaruhi oleh kerapatan medium perambatannya. Bunyi akan lebih cepat merambat pada medium yang memiliki kerapatan tinggi, yaitu medium padat.
  • Bunyi dapat memantul kalau gelombangnya mengenai suatu benda.

Sifat-sifat Gelombang Bunyi

Ternyata bunyi juga punya sifat-sifat ya, Sobat Zenius? Kira-kira apa saja sifat-sifat dasar gelombang bunyi? Ada 6 sifat bunyi perlu elo ketahui.

Nah, sifat-sifat gelombang bunyi sebenarnya sama dengan sifat dari gelombang. Masih ingat apa saja sifat gelombang? Mari kita bahas!

Refleksi

Tahu kan arti lainnya dari refleksi? Yap, refleksi atau pemantulan adalah sifat bunyi yang akan pertama dibahas. Ketika bunyi merambat melalui mediumnya, maka bunyi akan dipantulkan apabila mengenai permukaan benda yang keras. Misalnya, bunyi tersebut mengenai permukaan batu, kaca, ataupun besi.

Oh iya, contoh kasusnya begini, ketika elo berada di dalam gua, maka suara elo akan terdengar lebih keras akibat pantulan dari dinding gua. Tapi, sebelumnya gue akan sebutkan faktor yang mempengaruhi pemantulan bunyi dulu, antara lain:

  • Sudut bunyi yang datang sama dengan sudut bunyi yang terpantulkan. Nah lho, gimana tuh? Gini deh, misal bunyi datang 60° dari arah kiri, nah bunyi tersebut akan terpantulkan pada arah kanan sebesar 60° juga.
  • Arah datang, arah pantulan, dan garis normal bunyi di antara keduanya berada dalam satu bidang yang sama.
Reflaksi gelombang bunyi
Ilustrasi pemantulan bunyi.

Refraksi

Sifat selanjutnya adalah refraksi atau pembiasan. Sifat ini terjadi ketika ada bunyi yang melewati dua medium perambatan yang berbeda, misalnya melewati air dan udara, maka bunyi tersebut akan dibiaskan atau dibelokkan.

Difraksi

Sifat difraksi atau pelenturan ini berlaku apabila ada bunyi yang melewati celah sempit, maka bunyi tersebut akan dilenturkan.

Contohnya begini, ketika elo melewati gang sempit, elo akan tetap bisa mendengar orang-orang berbicara dari dalam ruangan atau di seberang gang, karena bunyi bisa melewati celah-celah sempit.

Efek Doppler

Sifat yang satu ini bakal menjelaskan kalau ada sumber bunyi yang menjauhi atau mendekati pendengar, maka frekuensi yang didengar oleh si pendengar akan naik turun (perubahan frekuensi). Bingung ah!

Oke gue coba kasih contoh. Misalnya elo lagi berdiri di pinggir jalan, tiba-tiba elo mendengar suara sirine ambulance dari kejauhan. Nah, ketika ambulance tersebut berjalan menjauh, maka suara sirine yang elo dengar akan lebih rendah. Berikut ini rumusnya:

Rumus efek dopler
Sumber: Zenius Video

Keterangan:

Fp: frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz).

Fs: frekuensi sumber bunyi (Hz).

v: cepat rambat bunyi di udara (m/s).

vp: kecepatan pendengar (m/s) à bernilai positif kalau pendengar mendekati sumber bunyi, negatif kalau pendengar menjauhi sumber bunyi, dan 0 kalau pendengar diam.

vs: kecepatan sumber bunyi (m/s) à Kebalikan dari vp: bernilai positif kalau sumber bunyi menjauhi pendengar, negatif kalau sumber bunyi mendekati pendengar.

Nah, efek doppler itulah yang menyebabkan frekuensi sirine ambulance berubah ketika mendekati atau menjauhi kita sebagai pendengar. Efek doppler juga akan berpengaruh ketika sumber bunyi dan pendengar bergerak relatif satu sama lainnya, lho Sobat Zenius.

Interferensi

Rumus interferensi
Rumus interferensi

Interferensi atau perpaduan ini terjadi apabila ada dua bunyi yang saling padu. Kalau keduanya memiliki frekuensi yang sama, maka bunyi yang dihasilkan akan semakin kuat. Namun, jika salah satu bunyi tersebut frekuensinya lebih rendah, maka bunyi yang akan terdengar hanya satu, yaitu yang lebih nyaring atau frekuensinya tinggi. Rumusnya adalah sebagai berikut:

Rumus (a) untuk perpaduan yang frekuensinya saling menguatkan (interferensi konstruktif).

Rumus (b) untuk perpaduan yang frekuensinya saling melemahkan (interferensi destruktif).

Pelayangan Gelombang

Sifat yang terakhir adalah pelayangan bunyi. Sifat yang satu ini menjelaskan apa sih? Jadi, sifat ini akan menjelaskan kalau ada dua bunyi yang berbunyi secara bersamaan, tetapi memiliki frekuensi yang berbeda. Berikut ini merupakan ilustrasi bunyi yang memiliki frekuensi berbeda.

Ilustrasi pelayangan bunyi
Pelayangan bunyi dengan frekuensi berbeda

Cara mencari frekuensi layangan itu bagaimana? Di bawah ini aku tulis rumusnya.

Frekuensi layangan (fL) = |f1 – f2|

Karena mutlak, jadi hasil dari frekuensi layangan selalu positif.

Menghitung Cepat Rambat Bunyi

Pada prinsipnya, rumus cepat rambat bunyi adalah sebagai berikut:

rumus cepat rambat bunyi
Cara menghitung cepat rambat bunyi.

Keterangan: v (cepat rambat bunyi), s (jarak tempuh), dan t (waktu).

Seperti yang sudah dibahas di atas, kalau bunyi melalui medium perambatannya terlebih dahulu sebelum sampai ke gendang telinga. Nah, cepat rambatnya bunyi juga tergantung medium perambatannya.

Cepat rambat bunyi yang dipengaruhi oleh mediumnya, itulah mengapa suara di permukaan bumi dapat didengar dengan mudah. Karena di bumi terdapat medium perambatan bunyi, yaitu udara, sementara di luar angkasa tidak ada medium perambatan ini.

Bunyi tidak dapat merambat tanpa adanya medium sehingga tidak bisa merambat di luar angkasa.

Medium Padat

Elo ingat kan kalau bunyi akan lebih cepat merambat pada medium yang memiliki kerapatan tinggi. Nah, medium padat ini akan lebih cepat merambatkan bunyi dibandingkan dengan medium lainnya, karena penyusun zat padat itu sangat rapat. Persamaan dari cepat rambat bunyi yang melalui medium padat adalah sebagai berikut:

Rumus cepat rambat bunyi medium padat
Cara menghitung cepat rambat bunyi yang melalui medium padat.

Keterangan: v (cepat rambat bunyi), E (modulus young), ρ (massa jenis).

Medium Cair

Medium selanjutnya adalah cair. Contohnya apa nih kira-kira? Yap, ada air tawar, air laur, air raksa, dll. Kecepatan rambat bunyi yang melalui medium cair lebih rendah dibandingkan dengan medium padat. Kenapa? karena, kerapatan molekul penyusunnya lebih longgar. Jadi, simpelnya bunyi yang diterima oleh pendengar akan lebih lama sampai dibandingkan melalui zat padat. Rumus persamannya begini:

Rumus cepat rambat medium cair
Cara menghitung cepat rambat bunyi yang melalui medium cair.

Keterangan: v (cepat rambat bunyi), E (modulus young), ρ (massa jenis).

Medium Gas

Terakhir adalah medium gas. Contohnya adalah udara. Medium ini merupakan medium yang memiliki kecepatan rambat paling rendah dibandingkan kedua medium di atas. Hal ini dikarenakan molekul penyusun gas berubah-ubah dan menyebar.

Rumus cepat rambat medium gas
Cara menghitung cepat rambat bunyi yang melalui medium gas.

Keterangan: v (cepat rambat bunyi), y (konstanta laplace), R (konstanta gas umum), T (suhu gas), M (massa molekul relatif gas).

Penerapan Gelombang Bunyi dalam Kehidupan Sehari-hari

Nah, barusan sudah membahas mengenai seluk-beluk gelombang bunyi nih. Sekarang, gue mau mengajak elo untuk mengeksplor lagi mengenai penerapan gelombang bunyi bagi kehidupan kita. Kira-kira sudah ada yang kepikiran belum apa saja sih penerapan dari gelombang bunyi ini? Kita bahas satu-satu ya.

Ultrasonografi (USG)

gelombang bunyi
Ilustrasi Ultrasonage (USG) Mesin (Dok. freepik.com)

Di awal sudah dibahas kalau USG ini salah satu penerapan dari gelombang bunyi yang memanfaatkan frekuensi ultrasonik, yaitu yang frekuensinya lebih dari 20.000 Hz atau setara dengan 20 KHz.

Alat ini digunakan untuk melihat gambaran dari organ dalam, contohnya untuk melihat janin dalam kandungan. Kerja alat ini yaitu dengan menempelkan transducer ke permukaan tubuh yang akan dilihat gambaran dalamnya.

Kemudian, pada alat tersebut akan disalurkan listrik yang dapat menghasilkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi dan panjang gelombang tertentu. Nah, di sini juga memanfaatkan sifat gelombang bunyi yaitu pemantulan atau refleksi, di mana gelombang ultrasonik tersebut akan dipantulkan kembali menuju transducer.

Selanjutnya, gelombang tersebut akan diproses oleh mesin USG, sehingga akan muncul gambaran organ pada monitor.

Menghitung Kedalaman Laut

Pernah ngebayangin tidak bagaimana caranya mengukur kedalaman laut yang super duper dalam itu? Kalau pakai meteran ya tidak bisa dong. Lalu pakai apa?

Menghitung jarak kedalaman laut itu dengan memanfaatkan gelombang bunyi, yaitu ultrasonik. Gelombang ultrasonik akan dipancarkan ke dalam lautan secara garis lurus hingga mengenai penghalang, sehingga gelombang bunyi tersebut akan dipantulkan kembali ke kapal sebagai gema.

Nah, waktu yang dibutuhkan gelombang tersebut untuk bergerak turun ke bawah hingga memantul lagi dan kembali ke atas itulah yang akan dihitung untuk mendapatkan jarak kedalaman laut.

Rumus menghitung kedalaman laut
Menghitung kedalaman laut menggunakan gelombang ultrasonik (sumber gambar: sumber.belajar.kemdikbud.go.id)

Cara menghitungnya bagaimana? Begini persamaannya:

Rumus menghitung kedalaman laut
Cara menghitung kedalaman dengan gelombang.

Keterangan: s (kedalaman laut), v (kecepatan gelombang ultrasonik), dan t (waktu tiba gelombang ultrasonik).

Latihan Soal Gelombang Bunyi

Kamu sudah tahu konsep dari gelombang bunyi. Nah, biar lebih paham lagi kita latihan soalnya yuk!

Soal 1

Dengan menggunakan garpu tala berfrekuensi 1.368 Hz dan tabung resonator, bunyi keras pertama terjadi jika panjang kolom udara di atas permukaan air 6,25 cm. Kecepatan bunyi di udara pada saat itu adalah….

Pembahasan

latihan soal gelombang bunyi

Soal 2

Sebuah sirine pada mobil pemadam kebakaran dengan frekuensi 2.000 Hz mendekati seseorang yang memancarkan bunyi dengan frekuensi yang sama. Bergerak mendekati mobil pemadam kebakaran (saling mendekati). Jika pemadam kebakaran mendekat dengan kecepatan 30 m/s dan pendengar mendekat dengan kecepatan 20 m/s, maka pelayangan bunyi yang didengar oleh pendengar adalah….

Pembahasan

latihan soal gelombang bunyi