Gelombang Bunyi — Sifat, Kecepatan & Desibel

Gelombang bunyi adalah getaran yang merambat melalui materi seperti udara, air, atau benda padat. Jika Anda ingin gambaran cepatnya, fokuslah pada tiga gagasan: frekuensi, panjang gelombang, dan cepat rambat. Ketiganya berhubungan melalui

$$v = f\lambda$$

Di sini, $v$ adalah cepat rambat gelombang, $f$ adalah frekuensi, dan $\lambda$ adalah panjang gelombang. Desibel, yang ditulis dB, tidak memberi tahu seberapa cepat bunyi merambat. Desibel menjelaskan tingkat bunyi pada skala logaritmik.

Apa Itu Gelombang Bunyi

Gelombang bunyi memerlukan medium. Bunyi dapat merambat melalui gas, cairan, dan benda padat, tetapi tidak dapat merambat melalui ruang hampa. Partikel-partikel medium tidak bergerak sepenuhnya dari sumber ke telinga Anda. Partikel-partikel itu bergetar di sekitar posisi setimbang saat gangguan merambat melaluinya.

Di udara, kerucut speaker yang bergerak ke luar menghasilkan rapatan. Saat bergerak ke dalam, terbentuk daerah bertekanan lebih rendah yang disebut renggangan. Pola tekanan yang berulang itulah yang membawa bunyi.

Sifat Gelombang Bunyi yang Paling Penting

Frekuensi. Frekuensi menunjukkan berapa banyak osilasi yang terjadi setiap detik. Besaran ini diukur dalam hertz, dengan $1\ \mathrm{Hz} = 1\ \mathrm{s^{-1}}$. Frekuensi yang lebih tinggi biasanya berarti nada yang lebih tinggi.

Panjang gelombang. Panjang gelombang adalah jarak antara titik-titik yang bersesuaian pada siklus berturut-turut, misalnya dari satu rapatan ke rapatan berikutnya.

Amplitudo. Amplitudo berkaitan dengan besar variasi tekanan atau gerak partikel. Amplitudo yang lebih besar biasanya berarti bunyi yang lebih intens.

Kecepatan. Kecepatan menunjukkan seberapa cepat gangguan merambat melalui medium. Besaran ini terutama ditentukan oleh medium dan kondisinya.

Gagasan-gagasan ini saling terhubung. Jika kecepatan tetap dan frekuensi meningkat, maka panjang gelombang harus berkurang.

Apa yang Menentukan Cepat Rambat Bunyi

Cepat rambat bunyi bukanlah konstanta universal. Nilainya bergantung pada material dan, dalam banyak kasus, pada kondisi seperti suhu.

Di udara kering pada sekitar $20^\circ\mathrm{C}$, cepat rambat bunyi kira-kira

$$343\ \mathrm{m/s}$$

Nilai itu hanyalah pendekatan untuk kondisi tersebut. Di udara yang lebih hangat, bunyi merambat lebih cepat. Dalam cairan dan banyak benda padat, bunyi biasanya merambat lebih cepat daripada di udara karena medium tersebut menyalurkan rapatan dengan lebih efektif.

Untuk banyak soal fisika dasar, Anda akan diberi nilai kecepatan atau diminta menggunakan nilai standar pendekatan. Setelah nilai itu ditetapkan, $v = f\lambda$ menjadi hubungan utama yang digunakan.

Contoh Soal: Mencari Panjang Gelombang Bunyi

Misalkan sebuah garpu tala menghasilkan bunyi dengan frekuensi $680\ \mathrm{Hz}$ di udara pada sekitar $20^\circ\mathrm{C}$. Gunakan $v = 343\ \mathrm{m/s}$ sebagai cepat rambat bunyi. Berapa panjang gelombangnya?

Mulai dari

$$\lambda = \frac{v}{f}$$

Substitusikan nilainya:

$$\lambda = \frac{343}{680}\ \mathrm{m}$$ $$\lambda \approx 0.504\ \mathrm{m}$$

Jadi, panjang gelombangnya sekitar $0.50\ \mathrm{m}$.

Contoh ini menunjukkan hubungan timbal balik utamanya dengan jelas. Dalam medium yang sama, kecepatan tetap, sehingga kenaikan frekuensi membuat panjang gelombang menjadi lebih pendek. Jika frekuensi menjadi dua kali lipat, panjang gelombang akan menjadi setengahnya.

Apa Arti Desibel dalam Bunyi

Desibel mengukur tingkat bunyi pada skala logaritmik. Untuk tingkat intensitas bunyi, salah satu definisi yang umum adalah

$$\beta = 10 \log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right)$$

dengan $I$ adalah intensitas dan $I_0$ adalah intensitas acuan.

Poin utamanya adalah logaritma. Perubahan dalam desibel tidak mewakili perubahan intensitas yang linear. Jika intensitas bunyi meningkat sebesar faktor $10$, tingkat bunyinya meningkat sebesar $10\ \mathrm{dB}$.

Itulah sebabnya nilai desibel dapat menggambarkan rentang intensitas bunyi yang sangat lebar tanpa menghasilkan angka yang sangat besar. Karena itu juga, Anda tidak boleh memperlakukan nilai dB seperti pengukuran linear biasa atau menggunakannya untuk membandingkan cepat rambat gelombang.

Kesalahan Umum tentang Gelombang Bunyi

Mengira bunyi dapat merambat di ruang hampa

Tidak bisa. Bunyi memerlukan medium material.

Menganggap bunyi yang lebih keras bergerak lebih cepat

Dalam soal gelombang biasa, bunyi yang lebih keras berarti amplitudo lebih besar, bukan cepat rambat gelombang yang lebih besar.

Tertukar antara frekuensi dan kecepatan

Frekuensi ditentukan oleh sumber. Kecepatan ditentukan oleh medium dan kondisinya. Ketika bunyi memasuki medium baru, frekuensinya tetap sama, sedangkan panjang gelombangnya biasanya berubah.

Menganggap desibel sebagai skala linear

Skala dB bersifat logaritmik. Perubahan angka yang kecil dalam dB dapat mewakili perubahan fisik yang besar dalam intensitas.

Di Mana Gelombang Bunyi Digunakan

Konsep gelombang bunyi penting dalam musik, akustik ruangan, pencitraan ultrasonik, sonar, seismologi, desain speaker, dan pengendalian kebisingan. Pertanyaan dasar yang sama terus muncul: seberapa cepat gelombang merambat, apa yang menentukan panjang gelombangnya, seberapa kuat gelombangnya, dan bagaimana medium mengubah apa yang Anda amati?

Coba Soal Serupa

Cobalah versi Anda sendiri dengan mempertahankan bunyi $680\ \mathrm{Hz}$ dan mengubah asumsi suhu udara, atau dengan mempertahankan kecepatan yang sama dan memilih frekuensi yang berbeda. Itu adalah cara sederhana untuk melihat kapan panjang gelombang berubah dan kapan tidak.