Pelajaran 7
Reverbasi dan Gema
Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa suara di aula besar meluruh lebih lama daripada di kamar tidur? Fenomena ini ada hubungannya dengan kemampuan suara untuk dipantulkan atau disebarkan. Dalam pelajaran ini, kami akan membahas dengan Anda mengapa dan bagaimana suara dapat memiliki peluruhan yang begitu lama.
Figure 1. Sound in concert halls decays longer than in bedrooms (Envato, bialasiewicz & Aleks_Sg)
Reverberasi: Apa itu?
Pada pelajaran sebelumnya, Anda telah mempelajari bahwa bunyi dalam suatu ruangan dapat dipantulkan, dihamburkan, diserap, didifraksikan, dan diresonansi. Sekarang Anda dapat membayangkan apa yang terjadi ketika Anda menghasilkan suara di ruang tertutup di mana beberapa atau semua permukaannya memantulkan cahaya. Suara akan dipantulkan beberapa kali. Pemantulan berulang ini dapat membuat energi suara meluruh lebih lama. Ini adalah saat Anda dapat mendengar gaung/gaung. Sekarang, mari kita pelajari lebih lanjut tentang fenomena ini.
Apa Saja Faktor yang Menentukan Waktu Dengung?
Ketika kita mempelajari tentang dengung, salah satu aspek yang perlu kita perhatikan dalam akustik ruangan adalah waktu dengung. Menurut ISO 3382-1:2009, definisi waktu dengung adalah durasi yang diperlukan agar suara dalam enklosur berkurang sebesar 60 dB setelah sumber emisi berhenti. Misalnya, jika kita menghasilkan suara 110 dB di sebuah ruangan dan perlu 5 detik untuk turun menjadi 50 dB, waktu dengung ruangan itu adalah 5 detik.
Matematika Waktu Dengung
Parameter ini dapat dihitung dengan persamaan Sabine yang terkenal, yang diturunkan oleh Wallace C. Sabine. Jangan khawatir! Kami tidak akan berbicara tentang bagaimana kami mendapatkan formula di sini. Yang perlu kita lakukan sekarang adalah melihat variabel apa yang terlibat dalam persamaan ini. Dengan memahami persamaan tersebut, Anda akan mengetahui apa yang mempengaruhi durasi waktu dengung.
Waktu dengung atau sering dinotasikan dengan RT tergantung pada volume ruangan (V), koefisien penyerapan total permukaannya (αtot), dan luas permukaan totalnya (Stot).
Gambar 2. Persamaan Sabine
Persamaan Sabine memberi kita gambaran sederhana tentang bagaimana dimensi sebuah ruangan dapat mempengaruhi waktu dengung. Sebuah ruangan besar akan memiliki peluang lebih besar untuk memiliki lebih banyak reverb.
Waktu dengung juga dipengaruhi oleh material permukaan. Kita tahu sebelumnya bahwa jika suara dihasilkan di sebuah ruangan, itu akan dipantulkan ketika menyentuh permukaan reflektif apa pun. Sekarang, apa yang terjadi ketika setiap permukaan di dalam ruangan menyerap? Suara akan diserap semua, sehingga energi suara di dalam ruangan akan berkurang dengan cepat. Fenomena penyerapan suara ini menjelaskan bagaimana koefisien penyerapan dalam suatu ruangan mempengaruhi waktu dengung.
Seperti yang dijelaskan dalam pelajaran sebelumnya, koefisien penyerapan menentukan seberapa baik suatu bahan dapat menyerap energi suara. Anda tahu bahwa sangat jarang menemukan ruangan dengan hanya satu jenis bahan. Itu sebabnya dalam persamaan Sabine, kami menyebutnya koefisien penyerapan total. Ini menghitung semua koefisien penyerapan material pada permukaan ruangan sehubungan dengan luas permukaannya. Jika Anda memiliki n jenis bahan, koefisien penyerapan didefinisikan lebih lanjut sebagai berikut.
Gambar 3. Rumus koefisien penyerapan total
Disini, αi and Si masing-masing adalah koefisien penyerapan dan luas permukaan bahan ke-i.
Ruang Hidup vs Ruang Mati
Ketika kita berbicara tentang akustik di gedung konser, biasanya kita berbicara tentang ruang hidup dan ruang mati. Parameter subjektif ini mengacu pada waktu dengung ruangan. Sebuah ruang hidup memiliki waktu dengung yang panjang. Ruangan untuk pertunjukan musik–biasanya untuk pertunjukan tanpa sound system)-memiliki parameter subjektif semacam ini. Di sisi lain, ruang mati mengacu pada ruangan dengan waktu dengung yang singkat. Itu bisa ditemui di ruang rekaman. Biasanya ruangan seperti ini menggunakan beberapa bahan penyerap sehingga suara cenderung terserap ke permukaan.
Ruang Mati [RT(60) = 0.6 s]
Ruang Hidup [RT(60) = 2.0 s]
Gambar 4. Perbedaan antara ruang hidup dan ruang mati (mcsquared.com)
Desain Standar untuk Waktu Dengung
Menurut DIN 18041:2004, waktu dengung yang direkomendasikan untuk suatu ruangan dapat ditentukan dari grafik waktu dengung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Grafik ini dapat membantu kita menentukan target desain akustik ruangan kita. Strategi untuk menghasilkan waktu dengung tertentu membutuhkan banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Ahli akustik dan insinyur biasanya menggunakan simulasi komputer untuk menghindari pekerjaan yang berlebihan untuk menghitung waktu dengung dari desain yang mereka usulkan.
Gambar 5. Waktu dengung yang direkomendasikan (DIN18041:2004)
Trivia: Gema Terpanjang yang Pernah Diukur
Ada begitu banyak tempat terkenal yang memiliki waktu dengung panjang seperti Taj Mahal dan Gol Gumbaz di India, Mausoleum Hamilton di Skotlandia, dan Tombo Emmanuelle di Oslo, Norwegia. Jika Anda ingin mengalami sendiri tempat-tempat seperti itu, pergilah ke katedral kota terdekat. Jika cukup besar, Anda mungkin mengalami waktu dengung yang lama.
Pernahkah Anda mengetahui tempat dengan waktu dengung terlama? Dalam “The Sound Book: The Science of the Sonic Wonders of the World”, Trevor Cox, seorang insinyur akustik Inggris menjelaskan penemuannya tentang tempat yang memiliki waktu dengung terpanjang yang pernah diukur. Tempat ini adalah tangki penyimpanan minyak Inchindown yang digunakan untuk memasok jangkar angkatan laut di Cromarty Firth selama Perang Dunia II. Tangki ini memiliki panjang 240 meter, lebar 9 meter, dan tinggi 13,5 meter serta mampu menampung 25,5 juta liter bahan bakar.
Gambar 6. Tangki penyimpanan minyak Inchindown (www.warhistoryonline.com)
Dengan menggunakan tembakan sebagai sumber impuls, Trevor Cox menemukan bahwa waktu dengung pada 125 Hz dan frekuensi tengah masing-masing adalah 112 detik dan 30 detik. Dan jumlah rata-rata untuk semua frekuensi adalah 75 detik.
Gema: Apa itu?
Sekarang apa yang terjadi ketika Anda memiliki ruangan yang sangat besar, katakanlah gedung konser yang besar atau stadion dalam ruangan? Anda mungkin mendengar gema. Gema terjadi ketika telinga manusia dapat membedakan perbedaan antara suara langsung asli dan suara pantul. Artinya, suara yang dipantulkan harus memiliki magnitudo dan delay yang cukup.
Di mana kita menemukan gema?
Umumnya, telinga manusia dapat mengenali waktu tunda 0,1 detik atau lebih. Dengan mengetahui kecepatan suara di udara sekitar 343 m/s pada suhu kamar dan tekanan atmosfer, Anda dapat menghitung kira-kira seberapa jauh setidaknya suara harus bergerak untuk menghasilkan gema. Perhitungannya hanya 343 m/s x 0,1 s = 34,3 m 34 m. Jadi, sekarang Anda memiliki petunjuk kapan Anda harus khawatir bahwa gema akan merusak ruangan yang Anda desain. Jika Anda memiliki ruangan di mana panjang antara setiap permukaan paralel setidaknya 34 m / 2 = 17 m, Anda mungkin perlu mempertimbangkan strategi mitigasi gema.
Bagaimana kita bisa mengatasi gema?
Sebelumnya kita ketahui bahwa dengan mengaplikasikan material dengan koefisien serap yang tinggi dapat menyerap energi bunyi. Strategi ini memang bisa menghindari gema yang hadir di sebuah ruangan. Ini dapat bekerja untuk ruangan dengan waktu dengung yang pendek, seperti auditorium. Padahal, ketika Anda ingin mendesain gedung konser atau ruangan lain yang membutuhkan waktu dengung relatif lama, Anda pasti membutuhkan strategi lain. Salah satu teknik yang umum adalah dengan mengaplikasikan diffuser (diffusor).
Diffuser adalah jenis panel akustik yang memiliki kemampuan untuk menyebarkan suara. Seperti bahan akustik lainnya, setiap diffuser memiliki rentang frekuensi kerja tertentu. Ketika suara mengenai diffuser, energi suara akan bercampur menjadi beberapa suara yang dipantulkan. Masing-masing suara ini akan mengenai permukaan lain sehingga total dari semua pantulan akan bermanifestasi menjadi reverb. Dengan menerapkan ini, Anda tidak akan lagi melihat gema. Besarnya energi yang dibawa oleh suara yang dipantulkan tidak cukup tinggi untuk dikenali sebagai gema.