Gelombang bunyi termasuk ke dalam gelombang longitudinal karena perambatannya membentuk pola rapatan dan renggangan. Gelombang bunyi membutuhkan medium dalam perambatannya.
Pada bab ini, kamu akan mempelajari pengertian bunyi dan hal-hal yang berkaitan dengan bunyi. Bunyi yang teratur menghasilkan nada yang enak didengar, sedangkan bunyi yang tidak teratur menghasilkan suara yang bising.
A. Pengertian Bunyi
Tuhan telah menciptakan telinga sebagai alat untuk mendengar. Setiap saat kamu bisa mendengar bunyi orang berbicara, suara nyanyian, suara musik, suara binatang, suara lonceng, dan sebagainya. Oleh karena itu, kamu wajib mensyukuri nikmat Tuhan yang telah dilimpahkan kepadamu. Dapatkah kamu bayangkan jika kamu tidak memiliki alat pendengaran? Salah satu cara mensyukurinya adalah dengan mempelajari gejala alam, khususnya tentang bunyi. Apakah yang disebut dengan bunyi? Bagaimanakah bunyi merambat?
Pada saat memetik gitar, memukul gendang, dan memegang tenggorokan ketika kamu bicara, kamu merasakan adanya getaran. Akan tetapi, jika benda-benda itu sudah tidak bergetar, bunyi pun akan hilang. Jadi, dapat disimpulkan bahwa sumber bunyi adalah getaran.
Kamu sudah mengetahui bahwa bunyi merupakan gelombang. Bunyi merambat ke segala arah, melalui udara sekitarnya. Kamu dapat mendengar suara lonceng pada jarak tertentu karena lonceng menggetarkan udara di sekitarnya sehingga udara pun ikut bergetar. Perambatan getaran membentuk pola rapatan dan renggangan. Pola rapatan dan renggangan ini menggetarkan udara di dekatnya dan menjalar ke segala arah. Ketika getaran udara sampai di gendang telingamu maka informasi akan disampaikan ke otak. Hal itulah yang menyebabkan kamu dapat mendengar bunyi.
Masih ingatkah kamu tentang gelombang? Berdasarkan arah getarnya, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Termasuk gelombang apakah bunyi itu? Oleh karena dalam perambatannya gelombang bunyi membentuk pola rapatan dan renggangan, gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal.
1. Bunyi Merambat Melalui Zat Antara
Tahukah kamu bahwa Bulan merupakan daerah hampa udara? Mengapa demikian? Oleh karena di sana tidak ada atmosfer, apakah di Bulan bunyi dapat didengar. Di dalam wadah terdapat bel listrik yang dapat dikendalikan dari luar. Pada awal percobaan, wadah berisi udara. Percobaan dilakukan dengan cara membunyikan bel listrik terus menerus disertai dengan penyedotan udara dari wadah tersebut keluar sehingga udara dalam wadah sedikit demi sedikit menjadi hampa.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa bunyi bel semakin lama semakin lemah seiring dengan semakin sedikitnya udara di dalam wadah. Pada akhirnya, bunyi bel listrik tidak dapat terdengar ketika udara dalam wadah sudah terpompa seluruhnya atau di dalam wadah sudah menjadi hampa udara. Apakah yang dapat kamu simpulkan dari hasil percobaan tersebut? Kegiatan tersebut membuktikan bahwa gelombang bunyi hanya dapat merambat jika ada udara.
Selain dapat merambat dalam udara (zat gas), gelombang bunyi juga dapat merambat melalui zat padat dan zat cair. Jadi, dapat disimpulkan bahwa gelombang bunyi merambat melalui zat antara atau medium.
2. Cepat Rambat Bunyi
Jika kamu memukul batu di dalam air, kamu akan mendengar suara pukulan tersebut. Demikian juga, ikan yang berenang di dalam kolam yang jernih, kamu tentu akan beranggapan ikan-ikan tersebut tidak bersuara. Akan tetapi, jika kamu menyelam ke dalam air, kamu akan mendengar suara kibasan ekor dan sirip ikan tersebut. Hal ini membuktikan bahwa bunyi dapat merambat di dalam zat cair. Dengan bantuan alat seismograf, para ahli gempa dapat mendeteksi getaran gempa bumi. Getaran lebih kuat jika jaraknya lebih dekat pada sumber getar. Dari contoh-contoh tersebut, kamu dapat menyimpulkan bahwa bunyi yang terdengar bergantung pada jarak antara sumber bunyi dan pendengar. Jarak yang ditempuh bunyi tiap satuan waktu disebut cepat rambat bunyi (v). Secara matematis, hal itu dituliskan sebagai berikut:
dengan : v = cepat rambat gelombang bunyi (m/s),
s = jarak yang ditempuh (m),
t = waktu tempuh (s).
Pernahkah kamu mendengarkan bunyi rel kereta api pada saat kereta api mau lewat? Jika pernah, kalian harus berhati-hati. Ketika kereta api akan tiba, terdengar suara gemuruh dari kereta, walaupun keretanya belum terlihat. Suara kereta yang belum kelihatan juga dapat kamu dengar melalui rel kereta api. Hal ini membuktikan bahwa cepat rambat bunyi di udara berbeda dengan cepat rambat bunyi pada rel kereta api (zat padat). Manakah yang lebih cepat? Bunyi yang merambat melalui rel kereta api (yang merupakan zat padat) lebih cepat dibandingkan dengan bunyi yang merambat melalui udara. Mengapa demikian?
Suatu eksperimen yang telah dilakukan oleh para ahli membuktikan bahwa sebuah bunyi nyaring membutuhkan waktu lima sekon untuk sampai ke telinga kamu melalui udara. Jika bunyi tersebut merambat melalui air, ternyata lebih cepat dan hanya membutuhkan waktu empat sekon. Jika bunyi tersebut melalui besi, ternyata hanya membutuhkan tiga sekon, atau satu sekon lebih cepat daripada dalam zat cair. Hal ini membuktikan bahwa di dalam medium yang berbeda, cepat rambat bunyi akan berbeda pula.
Zat padat merambatkan bunyi lebih cepat daripada zat cair dan zat cair lebih cepat merambatkan bunyi daripada gas. Kamu bisa bermain-main untuk membuktikannya dengan membuat telepon mainan.
3. Frekuensi Gelombang Bunyi
Kamu pasti pernah terganggu oleh suara nyamuk. Pada saat akan tidur, suara itu kadang-kadang nyaring di dekat telingamu. Pada bagian tubuh nyamuk yang manakah yang menjadi sumber bunyi? Sayap nyamuk bergetar sangat cepat sehingga menimbulkan bunyi. Sayap nyamuk dapat bergetar kurang lebih 1.000 kali setiap sekon sehingga menghasilkan suara yang unik. Jadi, setiap sekon terjadi 1.000 kali gelombang bunyi merambat di udara. Banyaknya gelombang bunyi setiap sekon disebut frekuensi. Berapakah frekuensi sayap nyamuk tersebut?
Semakin besar frekuensi gelombang bunyi, berarti, semakin banyak pola rapatan dan renggangan. Sehingga bunyinya akan terdengar semakin nyaring (nadanya lebih tinggi).
Tuhan telah menciptakan telingamu dengan sempurna. Dengan telinga ini, kamu dapat mendengar bunyi pada rentang frekuensi tertentu. Coba kamu bayangkan jika kamu dapat mendengar bunyi pada seluruh rentang frekuensi, tentunya hidupmu akan merasa terganggu dan tidak nyaman. Mengapa demikian? Jika kamu dapat mendengar semua rentang frekuensi, kamu tidak akan pernah beristirahat dengan tenang karena getaran-getaran rendah dari binatang tertentu atau getaran-getaran tinggi sekalipun akan terdengar.
Berdasarkan hasil penelitian, pendengaran telinga manusia normal berada pada frekuensi 20 Hz sampai 20.000 Hz. Daerah ini disebut daerah audiosonik. Frekuensi di bawah 20 Hz disebut daerah infrasonik, sedangkan daerah di atas frekuensi 20.000 Hz disebut daerah ultrasonik.
Daerah infrasonik tidak dapat didengar oleh manusia, tetapi hanya binatang-binatang tertentu saja yang dapat mendengarnya. Binatang yang dapat mendengar suara infrasonic adalah anjing, sedangkan binatang yang dapat mendengar suara ultrasonik, antara lain lumba-lumba, burung robin, anjing, kucing, dan kelelawar.
Manusia hanya mampu memancarkan gelombang bunyi dalam daerah yang sempit, yaitu sekitar 85 Hz sampai 1.100 Hz. Beberapa binatang tertentu dapat memancarkan gelombang bunyi dengan frekuensi yang tinggi (ultrasonik), di antaranya ikan lumba-lumba, kelelawar, dan jangkrik. Anjing memiliki pendengaran yang sangat peka terhadap frekuensi bunyi. Dia dapat mendengar bunyi dari daerah infrasonic sampai daerah ultrasonik. Inilah yang menyebabkan anjing sering dimanfaatkan manusia sebagai penjaga.
B. Nada
Kamu pasti menyukai musik, bukan? Kamu sudah mengetahui bahwa frekuensi adalah banyaknya gelombang bunyi dalam satu sekon. Banyaknya gelombang tiap satu sekon ada yang teratur dan ada yang tidak teratur. Bunyi alat musik adalah salah satu contoh dari bunyi yang frekuensinya teratur. Bunyi kendaraan di jalan, frekuensinya tidak teratur sehingga tidak enak untuk didengar. Gelombang bunyi yang frekuensinya teratur disebut nada, sedangkan gelombang bunyi yang frekuensinya tidak teratur disebut desah. Pada nada dikenal nada tinggi dan nada rendah. Apakah hubungan antara nada dan frekuensi?
Ketika garputala dipukul, terdengar bunyi yang tetap dan teratur. Itulah yang disebut nada. Nada yang dihasilkan oleh garputala yang frekuensinya berbeda akan berbed pula. Semakin besar frekuensi maka semakin tinggi nadanya. Begitu pula sebaliknya, semakin rendah frekuensi maka semakin rendah pula nadanya. Jadi, dapat disimpulkan bahwa tinggi rendahnya nada ditentukan oleh frekuensi. Semakin tinggi frekuensinya, jarak rapatan dan renggangannya semakin pendek. Kamu masih ingat bahwa jarak rapatan dan renggangan yang berdekatan disebut panjang gelombang. Jadi, semakin tinggi frekuensi, panjang gelombangnya semakin pendek.
Dalam teori musik, simbol nada biasanya digunakan huruf C, D, E, F, G, A, B, c, d, e, f, g, a, b, dan seterusnya. Masing-masing nada memiliki frekuensi yang teratur. Misalnya, sebuah garputala mengeluarkan nada musik A. Artinya, garputala bergetar sebanyak 440 kali tiap sekonnya. Hal ini menghasilkan 440 pasang perapatan dan perenggangan. Dengan kata lain, nada A menghasilkan frekuensi 440 Hz.
1. Frekuensi Nada pada Senar
Jika kamu sedang memetik gitar, jari tanganmu tidak pernah diam untuk mendapatkan suatu nada yang diharapkan. Kamu sudah mengetahui bahwa setiap kunci nada memiliki frekuensi yang berbeda-beda. Jadi, perpindahan jari tanganmu adalah untuk mendapatkan frekuensi yang diharapkan. Misalnya, salah satu senar dipetik tanpa ditekan mendapatkan nada A yang berfrekuensi 440 Hz. Jika senar ditekan pada jarak 8 cm dari ujung papan pegangan, berarti kamu sudah mengurangi panjang tali dan bagian massa tali yang bergetar. Akibatnya, frekuensi akan naik.
2. Kuat Lemahnya Nada Bergantung pada Amplitudo
Pada saat kamu memetik gitar, bunyi yang dihasilkannya akan semakin keras jika petikannya lebih kuat. Sebaliknya, bunyi senar mejadi lemah jika kamu memetiknya dengan lembut. Hal ini menunjukkan bahwa ada sesuatu yang memengaruhi lemah kuatnya nada.
Jika kamu memukul garputala dengan lemah, simpangan maksimum getarannya hanya sedikit sehingga bunyinya lemah. Jika kamu memukulnya dengan kuat, simpangan maksimum getarannya juga besar dan bunyi pun terdengar lebih keras. Kamu sudah mengetahui bahwa simpangan maksimum itu disebut amplitudo. Jadi, kuat lemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudo.
3. Desah
Suara ombak di pinggir pantai memiliki frekuensi tidak teratur. Gelombang bunyi yang frekuensinya tidak teratur disebut desah. Contoh lain dari desah adalah bunyi angin, bunyi kendaraan bermotor, dan bunyi suara mesin. Dapatkah kamu menyebutkan yang lainnya?
C. Resonansi
Ayunan yang didorong atau ditarik secara teratur dapat berayun semakin lama dan semakin tinggi. Jika ayunan tersebut didorong atau ditarik dengan frekuensi yang tidak seirama dengan ayunan, ayunan akan berhenti. Apakah penyebabnya?
Jika bandul kamu ayunkan, bandul akan bergetar dengan frekuensi alamiahnya. Bandul yang panjang talinya sama akan bergetar dengan frekuensi alamiah yang sama. Itulah sebabnya, ketika bandul A kamu getarkan, bandul yang panjang talinya sama akan ikut bergetar. Peristiwa seperti itu disebut resonansi. Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena getaran benda lain. Syarat terjadinya resonansi adalah frekuensi yang sama dengan sumber getarnya. Apakah pada gelombang bunyi juga terjadi resonansi?
Pada saat kamu menggetarkan garputala tanpa kotak, kamu akan mendengar suara lemah sekali. Akan tetapi, jika garputala tersebut kamu tekankan pada kotaknya, kamu akan mendengar garputala bersuara lebih keras. Hal itu membuktikan bahwa getaran garputala akan lebih keras jika udara di dalam kotak ikut bergetar. Pantulan yang terjadi di dalam kotak akan memperbesar suara garputala. Prinsip resonansi ini dijadikan dasar mengapa alat musik selalu dilengkapi dengan kotak.
Resonansi dapat terjadi pada beberapa garputala yang berfrekuensi sama jika salah satunya digetarkan. Resonansi terjadi pula pada dua buah gitar dengan menggetarkan salah satu senar sehingga senar yang sama pada gitar yang lain akan ikut bergetar. Jika kamu memiliki dua buah gitar, letakkanlah potongan kertas kecil-kecil pada senar gitar 1, kemudian petiklah senar gitar 2. Akibatnya, potongan kertas yang diletakkan pada senar gitar 1 akan turut bergetar sehingga kertasnya jatuh.
D. Pemantulan Gelombang Bunyi
Kamu sudah mengetahui bahwa salah satu sifat gelombang adalah dapat dipantulkan. Bunyi sebagai salah satu jenis gelombang mekanik tentu memiliki sifat seperti itu.
1. Pemantulan Bunyi pada Kehidupan Sehari-hari
Pada saat kamu bernyanyi di kamar mandi, suaramu terdengar lebih keras dan enak didengar daripada kamu bernyanyi di ruangan yang luas dan terbuka. Suara musik di ruangan tertutup terdengar lebih keras daripada suara musik di ruangan terbuka. Mengapa demikian?
Pada ruangan kecil, bunyi yang datang pada dinding dengan bunyi yang dipantulkan sampai ke telingamu hamper bersamaan sehingga bunyi pantul akan memperkuat bunyi aslinya yang menyebabkan suaramu terdengar lebih keras. Sifat pemantulan bunyi sangat penting bagi beberapa hewan, seperti kelelawar. Kelelawar dapat memancarkan gelombang bunyi sehingga dengan memanfaatkan peristiwa pemantulan bunyi, kelelawar dapat menghindari dinding penghalang ketika terbang di malam hari. Selain itu, kelelawar dapat mengetahui mangsa yang akan disantapnya.
Pemantulan gelombang bunyi juga digunakan manusia untuk mengukur panjang gua dan kedalaman lautan atau danau. Dengan cara mengirimkan bunyi datang dan mengukur waktu perjalanan bunyi datang dan bunyi pantul, panjang suatu gua atau kedalaman suatu tempat di bawah permukaan air dapat ditentukan.
Bunyi pantul yang diterima telah menempuh dua kali perjalanan, yaitu dari sumber bunyi ke pemantul dan dari pemantul ke penerima atau pendengar. Waktu yang dibutuhkan untuk sampai ke pemantul adalah Oleh karena itu, jarak yang ditempuh oleh bunyi yang dipantulkan dapat ditulis sebagai berikut:
dengan: s = jarak yang akan ditentukan (m),
v = cepat rambat bunyi (m/s),
t = waktu yang digunakan untuk menempuh
dua kali perjalanan (s).
Gelombang bunyi ultrasonik dapat digunakan untuk mengetahui sesuatu yang berada di bawah permukaan air. Para nelayan modern memanfaatkan terjadinya gema untuk mencari kumpulan ikan di bawah air dengan alat yang disebut sonar. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan untuk mengetahui bentuk permukaan laut.
Dengan alat sonar, kedalaman laut dapat dipetakan. Alat sonar memancarkan gelombang ultrasonik ke dasar laut dan dipantulkan kembali oleh permukaan dasar laut. Hasil pemantulan diterima oleh receiver pada alat sonar yang dipasang di kapal.
2. Gaung atau Kerdam
Kamu mungkin pernah mengalami ketika berteriak, suara pantulnya berbeda sedikit dengan suara aslinya. Peristiwa ini disebut kerdam atau gaung. Jadi, gaung atau kerdam adalah bunyi pantul yang hanya terdengar sebagian bersamaan dengan bunyi asli.
3. Gema
Jika dinding pemantul sangat berjauhan, bunyi pantul akan terdengar beberapa saat setelah bunyi asli. Kejadian ini disebut gema. Misalnya, jika kamu berteriak di depan dinding tebing yang tinggi, suaramu seolah-olah ada yang mengikuti setelah selesai diucapkan. Hal ini terjadi karena bunyi yang datang ke dinding tebing dan bunyi yang dipantulkannya memerlukan waktu untuk merambat.
