Pembelajaran 6
Perilaku Bunyi di Kamar
Untuk menciptakan kualitas suara yang tinggi untuk tempat musik atau ruang mendengarkan pidato, kita perlu mempelajari ilmu di balik perilaku suara.
Beberapa perilaku dapat meningkatkan atau menurunkan kualitas suara di dalam ruangan. Itu tergantung pada bagaimana Anda mengontrol perilaku tersebut sehingga gelombang suara dapat bertindak seperti yang Anda inginkan.
Ketika gelombang suara merambat di ruang tertutup dan menabrak salah satu permukaan, gelombang itu mungkin mengalami satu atau lebih perilaku berikut: (1) pemantulan, (2) penyerapan, (3) difusi, (4) difraksi, dan (5 ) resonansi. Di sini, kita akan berbicara tentang semua itu.
Reflection
Ketika gelombang suara menghantam permukaan, kita dapat dengan yakin mengatakan bahwa sebagian energi akan memantul kembali ke arah yang berbeda.
Jika Anda pernah belajar fisika bunyi di sekolah menengah, Anda mungkin masih ingat bahwa bunyi pantul akan memiliki sudut yang sama dengan bunyi datang. Mari kita lihat ilustrasi di bawah ini untuk membantu Anda membayangkan bagaimana suara memantul setelah menyentuh permukaan.
Gambar 1. Refleksi suara
Gambarlah garis tegak lurus terhadap permukaan yang dimulai dari titik di mana gelombang suara datang. Garis ini disebut garis normal. Sudut antara arah datangnya gelombang suara dan garis normal inilah yang kemudian kita definisikan sebagai sudut datang. Hal yang sama berlaku untuk sudut refleksi. Untuk pemantulan pada bidang datar, sudut pantul sama dengan sudut datang.
Namun, di dunia nyata, kita mungkin menemukan bahwa semua refleksi tidak selalu tampak seperti itu. Jika Anda mengamati bagaimana suara mengenai permukaan yang kasar, Anda mungkin menemukan bahwa ada banyak suara yang dipantulkan dan masing-masing bergerak ke arah yang berbeda. Mengapa itu terjadi?
Difusi
Ketika gelombang suara menghantam permukaan yang kasar atau tidak beraturan, gelombang itu sebenarnya mengikuti fisika pemantulan seperti yang telah kita bahas di atas—gelombang suara akan memantul kembali pada sudut yang sama dengan gelombang datangnya. Dalam hal ini, suara insiden mengenai banyak permukaan yang berbeda; masing-masing memiliki garis normal yang berbeda. Dengan demikian, sudut pantulan akan bervariasi sesuai dengan permukaan mana suara datang itu mengenai. Akibatnya, suara yang dipantulkan tersebar di banyak sudut. Kami menyebut fenomena ini sebagai difusi akustik.
Mohon jangan bingung ketika Anda menemukan refleksi specular dan refleksi menyebar di artikel atau buku lain. Istilah-istilah tersebut masing-masing sinonim dengan refleksi dan difusi.
Gambar 2. Difusi suara
Energi bunyi yang dipantulkan pada sudut selain sudut datang disebut energi hamburan. Dalam difusi, ada banyak energi suara yang tersebar karena pantulannya akan menyebar ke segala arah. Beberapa bahan akan memiliki energi suara yang tersebar berbeda. Hal ini didasarkan pada struktur mereka.
Menurut ISO 17497-1:2004, koefisien hamburan adalah nilai yang dihitung dengan satu dikurangi rasio energi akustik pantul spekular terhadap total energi akustik pantul.
Nilai ini berkisar dari 0 hingga 1, di mana 0 berarti permukaan pantul spekular penuh dan 1 berarti permukaan hamburan penuh. Koefisien hamburan menggambarkan tingkat hamburan karena kekasaran atau ketidakteraturan permukaan. Hal ini digunakan untuk mengukur jumlah suara yang tersebar jauh dari arah refleksi specular.
Penyerapan
Apakah Anda memperhatikan bahwa ketika kita membahas refleksi di atas, kita mengatakan bahwa sebagian energi akan dipantulkan? Kenapa hanya sebagian? Karena sebagian energi lain akan diserap oleh materi. Sekarang kita akan berbicara tentang penyerapan dan parameter penting yang terkait dengannya, koefisien penyerapan suara.
Gambar 3. Penyerapan suara
Koefisien penyerapan suara () adalah rasio energi suara yang diserap dengan energi suara yang datang. Koefisien penyerapan suara bahan berkisar dari 0 (menyerap) sampai 1 (reflektif), dan bervariasi dengan frekuensi. Ini dapat diukur dengan menggunakan metode ruangan menurut standar Amerika ASTM C 423 atau standar internasional ISO 354. Karena bervariasi dengan frekuensi, tidak akan mudah untuk dipahami oleh orang awam. Jadi kita biasanya menggunakan tingkat bilangan tunggal yang disebut NRC untuk menyederhanakan suku .
Koefisien pengurangan kebisingan (NRC) adalah angka tunggal yang juga berkisar dari 0 hingga 1 dan digunakan untuk mewakili persentase energi suara yang diserap oleh permukaan. Ini dapat menjadi parameter untuk menentukan efektivitas bahan penyerap suara. Angka NRC adalah rata-rata pengukuran koefisien penyerapan suara pada 125 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, dan 2000 Hz dan dibulatkan ke kelipatan terdekat 0,05.
Ketika NRC bahan adalah 1, berarti bahan tersebut akan menyerap energi suara seluruhnya pada 125 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, dan 2000 Hz. Sekarang Anda mungkin memiliki gagasan bahwa jika dua bahan yang berbeda memiliki tingkat NRC yang sama, itu tidak selalu berarti bahwa keduanya akan memiliki kinerja yang sama.
Difraksi
Pernahkah Anda menyadari bahwa Anda dapat mendengar suara yang melewati lubang kecil meskipun Anda tidak berada tepat di depan lubang tersebut? Apakah Anda juga pernah menyadari bahwa Anda masih dapat mendengar musik dari panggung bahkan ketika Anda berada di belakang sebuah tiang besar? Kemampuan gelombang suara untuk menyebar setelah lolos dari celah kecil dan membengkok ketika setelah menabrak rintangan didefinisikan sebagai difraksi.
Difraksi bergantung pada panjang gelombang. Semakin besar panjang gelombang, semakin banyak gelombang suara yang membengkok atau menyebar. Jika Anda ingin mengetahui hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi, lihat rumus di bawah ini.
Gambar 4. Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi
Dari rumus tersebut dapat kita simpulkan bahwa difraksi lebih dominan pada frekuensi yang lebih rendah karena memiliki panjang gelombang yang lebih besar.
Gambar 5. Suara frekuensi rendah menyebar lebih dari suara frekuensi tinggi dengan bukaan yang sama
Gambar 6. Suara frekuensi rendah lebih bengkok daripada suara frekuensi tinggi dengan hambatan yang sama
Resonansi
Dalam hal perilaku suara, ada perbedaan yang signifikan antara kamar kecil dan kamar besar. Di ruangan kecil, seperti ruang mendengarkan dan studio rekaman, Anda mungkin memperhatikan bahwa kenyaringan suara frekuensi rendah tidak terdistribusi secara merata di seluruh ruangan. Masalah ini terjadi ketika Anda mengalami resonansi akustik.
Resonansi akustik adalah fenomena di mana gelombang suara memiliki frekuensi yang cocok dengan salah satu frekuensi alami ruangan. Ketika itu terjadi, energi suara akan menciptakan gelombang berdiri pada frekuensi alami ini. Artinya gelombang suara ini tidak merambat. Oleh karena itu, node dan antinode menghasilkan distribusi suara yang tidak merata pada frekuensi alami.
Frekuensi alami dari ruang reflektif yang ideal dapat diturunkan dengan rumus berikut.
Gambar 7. Persamaan frekuensi alami
Mari kita lihat contoh pada Gambar 8 di bawah ini. Untuk penyederhanaan, kami hanya fokus pada resonansi yang terjadi antara dua dinding kaku di ruang persegi panjang. Di sini, kita melihatnya dari atas. Di ruangan ini suara bergema saat menyesuaikan frekuensi alami harmonik ke-2 ruangan.
Gambar 8. Resonansi memengaruhi distribusi tekanan suara di dalam ruangan
Dalam contoh ini, Anda dapat melihat bahwa tekanan suara di titik A dan C adalah yang terbesar, sedangkan di titik B, tekanannya nol. Jika Anda berada di titik A atau C, Anda akan mendengar suara lebih keras dibandingkan dengan di titik B.
Sekelompok resonansi yang hadir di ruangan yang dihasilkan oleh sumber suara seperti pengeras suara atau instrumen musik akustik menciptakan mode ruangan.
Mode kamar memengaruhi respons frekuensi rendah hingga sedang dari musik live atau reproduksi musik di kamar. Bayangkan betapa buruknya jika semua resonansi ini bersatu. Jika tidak dirawat, mereka akan menurunkan kualitas suara.