Ketika gelombang merambat, gelombang tersebut memindahkan energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Misalnya kita tinjau gelombang pada tali… Jika kita menggerakan tali naik turun secara teratur maka akan timbul gelombang yang merambat sepanjang tali tersebut… ketika merambat sepanjang tali, gelombang membawa atau memindahkan sejumlah energi dari satu bagian tali ke bagian tali yang lain. Energi pada tali sebenarnya merupakan energi kinetik dan energi potensial elastis yang dimiliki tali ketika berosilasi di sekitar posisi setimbang. Gelombang pada tali merupakan contoh gelombang satu dimensi…

Apabila kita membicarakan gelombang satu dimensi maka lebih penting jika kita membahas energi. Sebaliknya jika kita membicarakan gelombang tiga dimensi maka lebih penting jika kita membahas intensitas. Yang dimaksudkan dengan gelombang tiga dimensi adalah gelombang yang merambat ke segala arah. Misalnya gelombang bunyi… jika dirimu berbicara maka orang yang berada di depan, belakang, samping kiri, samping kanan, di atas atau di bawah bisa mendengar pembicaraanmu. Hal ini dikarenakan gelombang bunyi merambat ke segala arah… ketika merambat, gelombang bunyi juga membawa sejumlah energi… btw, karena arah perambatan gelombang bunyi ke segala arah maka lebih penting jika kita membahas intensitas. Yang dimaksudkan dengan intensitas adalah energi yang dibawa oleh gelombang per satuan waktu, melalui satu satuan luas yang tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Energi per satuan waktu adalah daya karenanya bisa dikatakan bahwa intensitas merupakan daya yang dibawa oleh gelombang, melalui satu satuan luas yang tegak lurus dengan arah perambatan gelombang.

Intensitas bunyi

Untuk membantumu lebih memahami intensitas, kita andaikan sumber bunyi berada pada pusat sebuah bola. Dari pusat bola, gelombang bunyi akan merambat ke segala arah… Karena merambat ke segala arah maka arah perambatan gelombang bunyi pasti tegak lurus melewati setiap satuan luas permukaan bola tersebut. Ketika merambat, gelombang bunyi membawa energi… Energi yang dibawa oleh gelombang per satuan waktu, melalui satu satuan luas yang tegak lurus dengan arah perambatan gelombang dikenal dengan julukan intensitas. Karena energi per satuan waktu adalah daya maka bisa dikatakan bahwa intensitas merupakan daya yang dibawa oleh gelombang, melalui satu satuan luas yang tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Apabila sumber bunyi tersebut memancarkan gelombang bunyi secara seragam ke segala arah maka energi yang dibawa gelombang juga akan terbagi secara merata pada permukaan bola. Misalnya jari-jari bola adalah r, luas permukaan bola = L = 4phi r² dan daya yang dibawa gelombang adalah P maka intensitas gelombang bisa dinyatakan melalui persamaan :

Dari persamaan ini tampak bahwa intensitas gelombang bunyi (I) berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r²). Ini berarti semakin jauh suatu tempat dari sumber bunyi maka semakin kecil intensitas gelombang bunyi tersebut. Persamaan intensitas gelombang bunyi yang lebih mendetail sudah diturunkan dalam pokok bahasan energi, daya dan intensitas gelombang.

Satuan sistem internasional daya adalah Joule/detik. Nama lain dari Joule/detik adalah Watt (menghargai jasa om James watt). Sebaliknya satuan sistem internasional luas adalah meter kuadrat (m²). Dengan demikian, satuan sistem internasional Intensitas adalah watt per meter kuadrat (W/m²).

Kenyaringan dan tingkat intensitas

Kenyaringan menyatakan keras atau lembutnya bunyi… misalnya bunyi teriakan lebih keras dibandingkan dengan bisikan. Dalam hal ini bunyi teriakan lebih nyaring dibandingkan bunyi bisikan. Besaran fisika yang berkaitan langsung dengan kenyaringan adalah intensitas. Telinga manusia secara rata-rata bisa mendengar bunyi yang memiliki intensitas paling rendah sekitar 10^-12 W/m² (disebut juga ambang pendengaran. Intensitas di bawah ini tdk bisa didengar) dan paling tinggi sekitar 1 W/m² (disebut juga ambang rasa sakit karena bunyi dengan intensitas sebesar ini menimbulkan rasa sakit bagi sebagian besar orang). Perhatikan bahwa jangkauan intensitas gelombang bunyi yang bisa didengar manusia dari intensitas terendah hingga tertinggi adalah sekitar 10¹² W/m² = 1 triliun W/m². Sangat lebar…

Untuk menghasilkan bunyi yang kenyaringannya 2 kali lebih besar dibutuhkan bunyi yang intensitasnya sekitar 10 kali lipat. Misalnya bunyi yang intensitasnya 10^-4 W/m² terdengar 2 kali lebih nyaring dibandingkan dengan bunyi yang intensitasnya 10^-5 W/m². Bunyi yang intensitasnya 10^-5 W/m² terdengar 2 kali lebih nyaring dibandingkan dengan bunyi yang intensitasnya 10^-6 W/m². Bunyi yang intensitasnya 10^-4 W/m² terdengar 4 kali lebih nyaring dibandingkan dengan bunyi yang intensitasnya 10^-6 W/m².

Karena jangkauan intensitas yang bisa dideteksi oleh telinga sangat lebar (sekitar 1 triliun W/m²) dan kenyaringan bunyi yang didengar tidak berubah secara langsung terhadap intensitas tetapi mendekati logaritmik maka tingkat intensitas bunyi dinyatakan dengan skala logaritmik. Secara matematis, tingkat intensitas bunyi dinyatakan melalui persamaan :

Satuan sistem internasional untuk tingkat intensitas adalah desibel (dB). 10 desibel = 1 bel. Kata bel berasal dari nama Alexander Graham Bell (1847 – 1922), penemu telepon.

Contoh soal 1 :

Tentukan tingkat intensitas bunyi yang memiliki intensitas sebesar I = 10^-12 W/m².

Pembahasan :

Contoh soal 2 :

Tentukan tingkat intensitas bunyi yang memiliki intensitas sebesar I = 10^-11 W/m².

Pembahasan :

Contoh soal 3 :

Tentukan tingkat intensitas bunyi yang memiliki intensitas sebesar I = 10^-10 W/m².

Pembahasan :

Contoh soal 4 :

Tentukan tingkat intensitas bunyi yang memiliki intensitas sebesar I = 10^-9 W/m².

Pembahasan :

Dari beberapa contoh soal di atas tampak bahwa setiap penambahan intensitas sebesar faktor 10 (misalnya dari 10^-12 ke 10^-11) sama dengan penambahan tingkat intensitas sebesar 10 dB. Penambahan intensitas sebesar faktor 100 = 10² (misalnya dari 10^-12 ke 10^-10) sama dengan penambahan tingkat intensitas sebesar 20 dB. Penambahan intensitas sebesar faktor 1000 = 10³ (misalnya dari 10^-12 ke 10^-9) sama dengan penambahan tingkat intensitas sebesar 30 dB. Dengan demikian, bunyi yang tingkat intensitasnya 40 dB, misalnya, adalah 10 kali lebih nyaring atau 10 kali lebih keras daripada bunyi yang tingkat intensitasnya 30 dB, 100 kali lebih keras dari bunyi yang tingkat intensitasnya 20 dB dan 100 kali lebih keras dari bunyi yang tingkat intensitasnya 10 dB. Dan seterusnya…  ;)

Berikut beberapa data intensitas dan tingkat intensitas bunyi dalam kehidupan sehari-hari…

Referensi :

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I  (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.