Pengantar Layangan gelombang bunyi

Sebelumnya sudah dijelaskan mengenai interferensi gelombang bunyi. Kali ini kita berkenalan dengan salah satu jenis interferensi gelombang bunyi, yakni layangan. Bukan mainan layangan ya..

Banyak penerapan konsep layangan dalam kehidupan sehari-hari, salah satunya dalam bidang musik. Penyetel alat musik, misalnya gitar atau piano, biasanya memanfaatkan layangan untuk mengetahui apakah senar sudah disetel dengan benar atau belum. Garputala standar digetarkan, senar dipetik… jika ada layangan yang dihasilkan oleh garputala standar dan senar yang dipetik, maka senar tersebut belum disetel dengan benar (maksudnya frekuensinya belum tepat – frekuensi senar belum sama dengan frekuensi garputala standar). Sebaliknya jika tidak ada layangan yang dihasilkan maka senar sudah disetel dengan benar (frekuensi senar sudah tepat – frekuensi senar sudah sama dengan frekuensi garputala standar).. Bingun dengan penjelasan gurumuda ? daripada bingun berlanjut, alangkah tidak baiknya jika dirimu kenalan terlebih dahulu dengan layangan… Met belajar ya…

Nonton video dulu…

Sebelum melangkah lebih dekat, dirimu nonton video di bawah terlebih dahulu… speakernya dinyalakan ya… dengar bunyi yang dihasilkan ketika om Paul Hewitt (guru fisika yang ada dalam video) mengetuk dua garputala yang mempunyai frekuensi yang berbeda. Gurumuda belum punya video.. Comot videonya guru hewitt dulu

Sudah mendengar bunyi tersebut ? Nah, bunyi yang volumenya naik turun tersebut namanya layangan (beats). He2… Pernah dengar dalam kehidupan sehari-hari ? syukur kalau belum laNjuTkan…

Layangan gelombang bunyi

Dalam pokok bahasan interferensi gelombang bunyi, gurumuda sudah menjelaskan bahwa jika dua atau lebih gelombang bunyi yang arah rambatnya berbeda melewati tempat yang sama, maka gelombang gelombang bunyi tersebut saling tumpang tindih alias berinterferensi. Dalam pokok bahasan tersebut, gurumuda secara khusus membahas interferensi dua gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi yang sama.

Pada kesempatan ini kita membahas interferensi dua gelombang bunyi yang arah rambatnya sama dan mempunyai frekuensi yang hampir sama (frekuensi sedikit berbeda). Misalnya kita tinjau interferensi yang dialami oleh dua gelombang bunyi yang mempunyai arah rambat sama, amplitudo sama dan frekuensinya hampir sama (22 Hertz dan 20 Hertz), sebagaimana ditunjukkan pada video di bawah…

Dalam video di atas, kedua gelombang bunyi yang berinterferensi ditayangkan secara terpisah. Ini hanya untuk mempermudah pengamatan saja. Seharusnya kedua gelombang bunyi saling nempel , seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Karena arah rambat kedua gelombang bunyi sama maka kedua gelombang bunyi tersebut saling tumpang tindih sepanjang perambatannya. Gelombang resultan (jumlah kedua gelombang bunyi – posisinya paling bawah) tampak seperti sebuah gelombang tunggal di mana amplitudonya selalu berubah-ubah. Gelombang resultan bisa diketahui dengan menerapkan prinsip superposisi pada kedua gelombang yang saling tumpang tindih.

Fekuensi kedua gelombang bunyi sedikit berbeda sehingga fasenya tidak selalu sama sepanjang waktu. Pada saat tertentu, kedua gelombang bunyi tepat sefase, pada saat tertentu keduanya berbeda fase – pada saat tertentu keduanya tepat berlawanan fase. Ketika kedua gelombang bunyi tepat sefase maka terjadi interferensi konstruktif. Dalam hal ini, amplitudo gelombang resultan bernilai maksimum (Amplitudo berkaitan dengan intensitas. Intensitas berkaitan dengan kenyaringan atau kuat lemahnya bunyi. Jika amplitudo maksimum maka intensitas juga maksimum. Dalam hal ini bunyi terdengar lebih keras). Ketika kedua gelombang bunyi tepat berlawanan fase maka amplitudo gelombang resultan bernilai nol (Tidak ada bunyi yang didengar).

Perubahan amplitudo gelombang resultan berlangsung secara terus menerus sepanjang waktu, sepanjang perambatan kedua gelombang bunyi yang berinterferensi. Adanya perubahan amplitudo gelombang bunyi secara terus menerus ini menyebabkan perubahan kenyaringan bunyi yang terjadi secara terus menerus, yang kita dengar sebagai layangan.

Frekuensi layangan

Video sebelumnya diperjelas lagi dengan gambar di bawah. Kedua gelombang bunyi yang berinterferensi, masing masing memiliki frekuensi 22 Hertz dan 20 Hertz. Frekuensi 22 Hertz artinya dalam 1 detik terjadi 22 getaran. Sedangkan frekuensi 20 Hertz artinya dalam 1 detik terjadi 20 getaran. Bandingkan dengan gambar di bawah.

Pada waktu 0,25 sekon dan 0,75 sekon kedua gelombang bunyi tepat sefase sehingga terjadi interferensi konstruktif (amplitudo maksimum- bunyi terdengar keras). Pada waktu 0,5 sekon dan 1 sekon kedua gelombang bunyi tepat berlawanan fase sehingga terjadi interferensi destruktif (amplitudo nol – tidak ada bunyi yang terdengar).

Karena kedua gelombang bunyi berinterferensi secara terus menerus maka amplitudo gelombang resultan (warna biru) berubah secara terus menerus, dari maksimum ke nol dan seterusnya. Pada gambar di atas, amplitudo gelombang resultan bernilai maksimum dan minimum sebanyak dua kali selama satu detik. Dengan kata lain, frekuensi perubahan amplitudo gelombang resultan = 2 hertz. Ini artinya dalam satu detik kita mendengar bunyi keras sebanyak dua kali dan bunyi lemah sebanyak dua kali (2 layangan per sekon). Frekuensi 2 hertz ini dikenal dengan julukan frekuensi layangan. Karena frekuensi layangan adalah 2 hertz maka kita bisa menyimpulkan bahwa frekuensi layangan = selisih frekuensi kedua gelombang bunyi yang berinterferensi (22 Hertz – 20 Hertz = 2 Hertz).

Telinga manusia biasanya hanya bisa mendengar layangan yang frekuensinya mencapai sekitar 15 hertz sampai 20 hertz. Jika frekuensi layangan lebih dari nilai ini maka telinga kita tidak bisa mendengar layangan tunggal (seperti bunyi layangan yang terdengar dalam video di atas). Sebagai contoh, kita andaikan terjadi interferensi dua gelombang bunyi yang memiliki frekuensi 1700 hertz dan 1800 hertz (frekuensi layangan = 1800 hertz – 1700 hertz = 100 hertz). Telinga kita tidak mendengar layangan tunggal tetapi akan mendengar tiga bunyi yang frekuensinya berbeda, yakni 1700 hertz, 1800 hertz dan 100 hertz (terdengar jugs sebuah bunyi berfrekuensi 100 hertz yang jauh lebih lemah).

Dalam contoh di atas tampak bahwa kedua gelombang bunyi yang berinterferensi memiliki amplitudo yang sama. Bagaimana jika keduanya memiliki amplitudo yang berbeda ? apabila amplitudonya sedikit berbeda maka interferensi antara kedua gelombang bunyi masih bisa menghasilkan layangan. Tetapi jika perbedaan amplitudonya cukup besar maka interferensi antara kedua gelombang bunyi tidak lagi berupa layangan. Untuk membuktikan hal ini, dirimu bisa menggambar dua gelombang bunyi yang frekuensi sedikit berbeda dan amplitudonya juga berbeda (pertama, amplitudonya nyaris sama; kedua, amplitudonya jauh berbeda). Setelah itu terapkan prinsip superposisi untuk menentukan gelombang resultan… apakah gelombang resultan berupa layangan atau berupa gelombang kompleks.

Catatan :

Gambar di atas bukan gambar gelombang tali, tetapi berupa grafik tekanan (atau grafik simpangan). Silahkan baca pengantar gelombang bunyi…  Sudah saya jelaskan bagaimana membaca grafik simpangan atau grafik tekanan.  Mengapa harus digambarkan berupa grafik, bukan rapatan atau regangan saja ? Sulit sekali menggambarkan atau memahami interferensi gelombang bunyi dalam bentuk rapatan atau regangan.

Sumber animasi yang divideokan

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.