## Pengujian Sistem Konversi Energi Suara menjadi Energi Listrik menggunakan Piezoelektrik
Eddy Wijanto 1 , Budi Harsono 2 , Rendy Renandy 3 , Ade Septian 4 , Kevin Sutanto 5
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Kristen Krida Wacana – Jakarta 1 eddy.wiyanto@ukrida.ac.id, 2 budi.harsono@ukrida.ac.id,
3 rendy.2015te002@civitas.ukrida.ac.id, 4 ade.2015te007@civitas.ukrida.ac.id,
5 kevin.2015te008@civitas.ukrida.ac.id

## Ringkasan
Beberapa  penelitian  terkait  energi  terbarukan,  seperti  energi  air,  angin,  dan  bahkan nuklir telah  dilakukan.  Namun,  suara  sebagai  energi  mekanik,  ternyata  juga  memiliki  potensi untuk  menjadi  salah  satu  alternatif  energi.  Sebagai  konsekuensi  dari  Hukum  Kekekalan Energi,  energi  suara  dapat  diubah  menjadi  energi  listrik.  Dalam  penelitian  ini  dilakukan pengujian  sistem  konversi  energi  suara  menjadi  energi  listrik,  dengan  memanfaatkan komponen  piezoelektrik.  Berdasarkan  data baseline dari  beberapa  area  jalan  dan  pabrik, dilakukan  pengukuran  dengan  menggunakan signal  generator sebagai  sumber  suara  dan piezoelectric sebagai transducer yang mengkonversi energi suara menjadi energi listrik. Nilai frekuensi yang dihasilkan berada pada kisaran tertentu, dan nilai tertinggi berkisar diantara 760-780  Hz.  Semakin  dekat  sumber  suara,  resonansi  semakin  sering  terjadi  dan  tegangan yang dihasilkan Piezoelectric Transducer semakin besar.
Kata kunci: energi terbarukan, energi suara, konversi energi, piezoelektrik

## 1. Pendahuluan
Berdasarkan  data  dari Statistical  Review  of  World  Energy ,  Indonesia  dengan  jumlah penduduk  terbesar  keempat  di  dunia  setelah  Cina,  India,  dan  Amerika  Serikat,  berada pada  posisi  ke  20  pada  tingkat  konsumsi  energi  dunia  dengan  total  konsumsi  sebesar 1,1% dari total energi dunia. Data yang dikeluarkan oleh kementerian ESDM dalam Blue Print Pengelolaan  Energi  Nasional  menunjukkan  bahwa  dengan  kondisi  produksi minyak  saat  ini  dan  perjanjian  bagi  hasil  yang  sedang  berlaku,  Indonesia  harus mengimpor minyak mentah sebesar 487 ribu barel per hari dan produk minyak sebesar 212 ribu barel per hari, melebihi besar ekspor minyak mentahnya sebesar 514 ribu barel per hari [1].
Kebutuhan  akan  energi  di  Indonesia  makin  berkembang  seiring  dengan  pesatnya peningkatan  pembangunan  di  bidang  teknologi,  industri,  dan  informasi.  Dengan tingginya  konsumsi  energi  di  Indonesia  dan  semakin  berkurangnya  cadangan  energi fosil,  maka  Indonesia  sudah  saatnya  untuk  secara  serius  mengembangkan  energi  non fosil,  diantaranya  dengan  energi  terbarukan.  Berbagai  bentuk  energi  terbaru  telah dikembangkan, diantaranya tenaga angin, tenaga uap, biomassa, dan sebagainya [1].
Tabel 1. Ketersediaan Energi No. Jenis Energi Ketersediaan Energi (MW) 1. Batubara 28.050 2. Gas 14.760 3. Minyak 320 4. Solar 4.060 5. Panas Bumi 430 6. Air 10.310 7. Biomass 460 8. Lain-lain 370
Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan,  energi  hanya  dapat  berubah  bentuk.  Dengan  hukum  tersebut,  pada dasarnya  energi  suara  juga  dapat  diubah  bentuknya  menjadi  energi  listrik  yang  dapat dimanfaatkan  untuk  berbagai  kebutuhan  manusia.  Lokasi-lokasi  dengan  tingkat kebisingan  yang  tinggi,  seperti  di  jalan  raya,  dimana  arus  lalu  lintas  cukup  padat  di Indonesia,  khususnya  di  kota-kota  besar;  di  pabrik,  juga  memiliki  tingkat  kebisingan yang  tinggi.  Melihat  adanya  peluang  tersebut,  penelitian  ini  dilakukan  untuk menghasilkan sebuah sistem konversi energi suara kebisingan menjadi energi listrik [1].

## 2.    Konsep Dasar

## 2.1 Energi Terbarukan
Konsep energi terbarukan mulai dikenal pada tahun 1970. Ide pengembangan energi terbarukan  muncul  seiring  dengan  semakin  terbatasnya  energi  fosil  yang  merupakan energi tak terbarukan. Pada dasarnya, energi terbarukan merupakan sumber energi yang dapat  dengan  cepat  dipulihkan  kembali  secara  alami  dan  prosesnya  berkelanjutan. Energi terbarukan  senantiasa tersedia di alam dalam  waktu yang relatif sangat  panjang [1].

## Gambar 1. Energi Terbarukan [1]
Energi  terbarukan  bersifat  ramah  lingkungan,  aman,  dan  terjangkau  masyarakat. Penggunaan  energi  terbarukan  lebih  ramah  lingkungan  karena  mampu  mengurangi pencemaran  lingkungan  dan  kerusakan  lingkungan  dibandingkan  dengan  energi  tak terbarukan. Adapun contoh dari energi terbarukan adalah sebagai berikut:
1.  Angin
Angin  merupakan  salah  satu  sumber  energi  yang  terbarukan.  Selama  bumi  ini masih  ada,  maka  angin  akan  tetap  ada  selamanya  karena  ketersediaannya  tidak
Eddy Wijanto, Budi Harsono, Rendy Renandy, Ade Septian, Kevin Sutanto
terbatas. Angin seringkali dimanfaatkan dalam teknologi kincir angin, khususnya di negara dengan intensitas angin yang tinggi. Angin ini akan mendorong turbin dari kincir angin yang dapat menghasilkan energi listrik.
2.  Matahari
Matahari  merupakan  sumber  energi  paling  penting  dalam  kehidupan  manusia.
Sumber  energi  panas  dari  matahari  juga  banyak  digunakan  untuk  berbagai macam aktivitas, seperti fotosintesis buatan, listrik tenaga surya, dan sebagainya.
3.  Panas Bumi
Sumber energi panas bumi atau geothermal merupakan energi panas dari kerak bumi.  Energi  geothermal  diperoleh  akibat  peluruhan  radioaktif  dan  juga pelepasan kalor atau panas secara terus-menerus di dalam bumi.
4. Biofuel Biofuel merupakan  bahan  bakar  yang  dihasilkan  dari  bahan-bahan  organik.
Sumber  dari  energi  terbarukan  ini  adalah  tanaman  yang  memiliki  kandungan gula  tinggi,  seperti  tebu  dan  sorgum,  serta  tanaman  yang  memiliki  kandungan minyak nabati tinggi, seperti kelapa sawit, ganggang, dan jarak.
5.  Air
Energi  air  juga  merupakan  energi  alternatif  yang  dapat  digunakan  sebagai pengganti  bahan  bakar  fosil.  Sumber  energi  ini  didapatkan  dengan memanfaatkan energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh air.
6.  Biomassa
Biomassa merupakan energi terbarukan yang mengacu pada bahan biologis yang berasal dari organisme yang masih hidup ataupun yang belum lama mati.

## 2.2. Suara dan Energi Suara
Suara atau kebisingan merupakan salah satu sumber energi yang tersedia secara luas. Suara  pada  dasarnya  merupakan  gelombang  mekanik  yang  dihasilkan  dari  osilasi tekanan  melalui  beberapa  media.  Suara  yang  dapat  didengar  oleh  indera  pendengaran manusia  memiliki  frekuensi  dari  sekitar  20  Hz  sampai  20.000  Hz.  Di  udara  pada  suhu dan tekanan standar, panjang gelombang suara berkisar dari 17 m sampai 17 mm.
Energi  suara  adalah  energi  yang  dihasilkan  oleh  getaran  suara  saat  melakukan perjalanan  melalui  udara,  air,  atau  ruang  lainnya.  Frekuensi  dari  sumber  energi  suara yang  pertama  adalah  infrasonik.  Infrasonik  adalah  suara  yang  sangat  lemah  karena jumlah  getaran  yang  dihasilkan  pada  gelombang  infrasonik  kurang  dari  20  getaran  per detik.  Audiosonik  adalah  jenis  suara  yang  dapat  didengar  oleh  manusia.  Gelombang Ultrasonik adalah gelombang dengan jumlah getaran suara lebih dari 20.000 getaran per detik.
Kebisingan  adalah  polusi  suara  yang  pada  umumnya  terjadi  pada  daerah-daerah pemukiman  yang  padat,  kawasan  industri,  dan  lain-lain.  Oleh  karena  itu,  kebisingan yang  merupakan  energi  suara  yang  terbuang,  biasanya  diminimalisasi.  Efek  psikologis dan  kesehatan  yang  ditimbulkan  oleh  kebisingan,  antara  lain  tuli,  merasa  tertekan, hipertensi,  dan  lain-lain.  Untuk  mencegah  hal-hal  tersebut,  pekerja  yang  berada  di daerah dengan tingkat kebisingan tinggi pada umumnya diwajibkan memakai pelindung [2].
Sebagai salah satu  bentuk  energi, kebisingan dapat dimanfaatkan. Hambatan dalam penggunaan  energi  kebisingan  ini,  antara  lain  kekonsistenan  dari  sumber  energi
kebisingan.  Untuk  kawasan  industri  yang  mengoperasikan  mesin-mesin  secara  terus- menerus,  kebisingan  relatif  konstan.  Solusi  untuk  permasalahan  ini  antara  lain  dengan mengefektifkan komponen penyimpanan energi.
Salah  satu  pemanfaatan  energi  kebisingan  adalah  pada Sound-Driven  Piezoelectric Nanowire .  Penelitian  ini  dilakukan  oleh  beberapa  peneliti  asal  Korea  Selatan  dimana dalam  penelitian  ini  sumber  energi  telepon  akan  diperoleh  dari  energi  suara pembicaraan  dan  suara  lain  yang  ada  di  sekitarnya,  seperti  suara  kebisingan  yang dihasilkan  oleh  kendaraan  yang  melintas  [3].  Adapun  kelemahan  dari  penelitian  ini adalah  tingkat  energi  yang  dihasilkan  masih  cukup  kecil  dan  belum  ada  mekanisme optimalisasi dan penyimpanan energi.
Penelitian  lain  mengenai  pemanfaatan  energi  suara  dilakukan  oleh  Orest  Symko yang memanfaatkan energi suara yang berasal dari udara untuk mengubahnya menjadi energi  listrik.  Prosesnya  dilakukan  dengan  sebuah  silinder  yang  ditempatkan  di  antara hot  heat  exchanger dan cold  heat  exchanger .  Selanjutnya  panas  diberikan  sehingga  udara akan  mengalir  dan  akan  mengeluarkan  suara  dengan  frekeunsi  tertentu.  Adanya frekeunsi  ini  akan  mengakibatkan  terjadinya  fenomena  resonansi.  Frekuensi  ini  akan mengakibatkan  silinder  bergerak  dan  menekan  piezoelektrik  sehingga  menghasilkan energi listrik. Penelitian ini lebih berfokus kepada perancangan sensor suara.
Berdasarkan dua penelitian sebelumnya, pada penelitian ini akan dirancang sebuah sistem  konversi  energi  suara  menjadi  energi  listrik,  sebagai  konsekuensi  dari  Hukum Kekekalan  Energi,  dimana  suara  sebagai  energi  mekanik  dapat  diubah  menjadi  energi listrik  [4].  Penelitian  ini  diawali  dengan  pengambilan  data baseline di  beberapa  lokasi dengan  tingkat  kebisingan  suara  yang  cukup  tinggi,  seperti  pabrik  dan  jalan  raya. Berdasarkan  hasil  data  awal  tersebut, signal  generator digunakan  sebagai  pengganti sumber suara. Suara yang dihasilkan dari signal generator kemudian difokuskan dengaan memanfaatkan  tabung  resonansi  untuk  selanjutnya  dikonversi  menjadi  energi  listrik dengan piezoelektrik.

## 2.3. Piezoelektrisitas
Piezoelektrisitas  adalah  sebuah  fenomena  saat  sebuah  gaya  yang  diterapkan  pada suatu  bahan  menimbulkan  muatan  listrik  pada  permukaan  bahan  tersebut  yang disebabkan  oleh  adanya  distribusi  muatan  listrik  pada  sel-sel  kristal.  Nilai  koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton.
Piezoelectric berasal  dari  bahasa  Yunani,  yaitu piezo yang  berarti  tekanan  dan electric yang  berarti  listrik.  Material Piezoelectric pertama  kali  ditemukan  pada  tahun  1880  oleh Jacques dan Pierre Curie. Jacques dan Pierre Curie mengombinasikan pengetahuan akan piroelektrisitas (kemampuan bahan ‐ bahan tertentu untuk menghasilkan sebuah potensial listrik  saat  bahan ‐ bahan  itu  dipanaskan  atau  didinginkan)  dengan  pemahaman  akan struktur dan perilaku sebuah kristal pada kristal turmalin, kuarsa, dan garam rossel. Dari uji  coba  tersebut  diketahui  bahwa  kristal  kuarsa  dan  garam  rossel  memperlihatkan kemampuan piezoelektrisitas paling besar saat itu  [5]. Bahan piezoelektrik adalah suatu bahan  yang  apabila  diberikan  tekanan  mekanik  akan  menghasilkan  medan  listrik, sebaliknya  apabila  medan  listrik  diterapkan  pada  bahan piezoelectric akan  terjadi deformasi  mekanik.  Sifat  yang reversible ini  membuat  material Piezoelectric dapat berfungsi sebagai transduser dan aktuator [6].
Adapun  kelebihan  dari piezoelectric adalah piezoelectric tidak  memerlukan  daya  dari luar dan dapat digunakan pada perangkat yang berukuran kecil, sedangkan kelemahan
Eddy Wijanto, Budi Harsono, Rendy Renandy, Ade Septian, Kevin Sutanto
dari piezoelectric adalah  adanya  kebocoran  muatan  pada  material piezoelectric ,  sehingga ada suatu konstanta waktu penyimpanan tegangan setelah diberikan gaya [7].

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Data Baseline
Untuk  merancang  sistem  konversi  energi  suara  kebisingan  menjadi  energi  listrik, dilakukan  pengambilan  data baseline di  beberapa  area  jalan  dan  pabrik.  Adapun  hasil yang diperoleh adalah sebagai berikut:
1.  Ruas Jalan: Kawasan Perumahan Banjar Wijaya Tangerang Hasil yang diperoleh:
a.  Rata-Rata Kebisingan Suara sekitar 87 dB
b.  Frekuensi berkisar antara 50-500 Hz
c.  Lokasi jalan jarang dilalui kendaraan bermotor.
Jalan Daan Mogot
Hasil yang diperoleh:
a.  Rata-Rata Kebisingan Suara sekitar 90 dB
b.  Frekuensi berkisar antara 50-100 Hz
c.  Lokasi jalan cukup banyak dilalui kendaraan bermotor sebagai jalan utama
2.  Pabrik:  PT  Karilla Berkat  Abadi, Berlokasi di Jl.  Quary D. No. 38 RT. 05  RW. 01 Kp.  Lulut,  Desa  Lulut,  Kec.  Klapanunggal,  Kab.  Bogor.  Konsentrasi  Produk: Katup Tabung LPG dan Katup Tabung Baja LPG
Kesimpulan dari hasil pengambilan data di PT Karilla Berkat Abadi:
a.  Rata-rata kebisingan suara sekitar 100 dB
b.  Frekuensi berkisar antara 5-10 kHz
PT Indodaya Cipta Lestari; Lokasi: Jl. Nusa Indah No. 62/63, Kapuk, Cengkareng, Kota  Jakarta  Barat,  DKI  Jakarta.  Konsentrasi  Produk:  Trafo  ( Transformator )  dan Power Supply

## 3.2 Hasil Pengamatan
Berdasarkan  data baseline yang  telah  diperoleh,  dilakukan  pengukuran  dengan menggunakan signal  generator sebagai  sumber  suara,  tabung  resonansi  untuk memfokuskan  suara  yang  akan  dikonversi,  piezoelektrik  sebagai transducer pengubah energi  getaran  suara  menjadi  energi  listrik.  Adapun  pengukuran  dilakukan  dengan beberapa kondisi yang berbeda.
1.  Kondisi I: Sumber suara sejauh 2,5 cm dari ujung tabung yang diamati, Panjang tabung 0,99 m dengan diameter 5,5 cm
2.  Kondisi  II:  Sumber  suara  sejauh  2  cm  dari  ujung  tabung  yang  diamati,  Panjang tabung 1,40 m dengan diameter 4 cm
3.  Kondisi III: Sumber suara sejauh 14 cm dari ujung tabung yang diamati, Panjang tabung 0,99 m dengan diameter 5,5 cm
4.  Kondisi  IV:  Sumber  suara  diletakkan  14  cm  dari  ujung  tabung  yang  diamati, Panjang tabung adalah 1,40 m dan mempunyai diameter 4 cm
Berdasarkan  hasil  pengukuran  yang  sudah  dilakukan,  dapat  dirangkum  dalam Gambar  7 – 10.  Dari  hasil  pengukuran  dapat  dilihat  bahwa  nilai  frekuensi  yang dihasilkan akan berada pada kisaran tertentu, dan nilai tertinggi selalu berkisar diantara
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 17 No. 1 April 2018 Hal 59 - 67
760-780 Hz. Semakin dekat sumber suara, resonansi semakin sering terjadi dan tegangan yang  dihasilkan Piezoelectric  Transducers semakin  besar.  Semakin  panjang  tabung  yang digunakan, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan
Gambar 2. Rancang bangun Piezoelectric
Gambar 3. Hasil pengukuran di Kawasan Perumahan Banjar Wijaya, Tangerang
Gambar 4. Hasil pengukuran di Jalan Daan Mogot
Eddy Wijanto, Budi Harsono, Rendy Renandy, Ade Septian, Kevin Sutanto
Gambar 5. Titik pengambilan data Tabel 2. Hasil pengamatan di PT Karilla Berkat Abadi Pengamatan ke- Hasil Posisi 1 Hasil Posisi 2 Satu 101,9 dB 97,7 dB Dua 101,9 dB 98,1 dB Tiga 101,5 dB 102,3 dB Empat 102,0 dB 101,2 dB Lima 102,2 dB 101,1 dB Gambar 6. Titik pengambilan data
Tabel 3. Hasil pengamatan di PT Indodaya Cipta Lestari
Pengamatan ke- Hasil Posisi 1 Hasil Posisi 2 Satu 97,9 dB 99,7 dB Dua 98,3 dB 100,4 dB Tiga 99,0 dB 99,9 dB Empat 98,6 dB 100,1 dB Lima 99,1 dB 100,0 dB Tabel 4. Hasil pengamatan untuk Kondisi I Frekuensi 254,1 Hz 323,8 Hz 432,1 Hz 608,2 Hz 768,3 Hz 934,3 Hz 1,10 kHz 1,42 kHz 1,77 kHz 2,57 kHz Vpeak to peak 14,2 mV 16,8 mV 32,8 mV 22,4 mV 272 mV 89,6 mV 42,4 mV 24,0 mV 21,2 mV 40,6 mV Tabel 5. Hasil pengamatan untuk Kondisi II Frekuensi 227,3 Hz 426,4 Hz 561,6 Hz 783,1 Hz 906,3 Hz 1,02 kHz 1,14 kHz 1,56 kHz 2,42 kHz 2,65 kHz Vpeak to peak 12,8 mV 29,2 mV 36,4 mV 230,4 mV 62,4 mV 24,0 mV 17,6 mV 12,0 mV 17,2 mV 38,4 mV

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 17 No. 1 April 2018 Hal 59 - 67
Tabel 6. Hasil pengamatan untuk Kondisi III Frekuensi 618,3 Hz 785,8 Hz 954,2 Hz 1,12 kHz 1,41 kHz Vpeak to peak 9,0 mV 40 mV 18,4 mV 17,0 mV 8,8 mV Tabel 7. Hasil pengamatan untuk Kondisi IV Frekuensi 784,8 Hz 950,3 Hz 1,18 kHz 1,68 kHz 2,61 kHz Vpeak to peak 33,6 mV 11,6 mV 7,2 mV 11,4 mV 20,6 mV
Gambar 7. Grafik hasil pengukuran Vpp untuk kondisi I
Gambar 8. Grafik hasil pengukuran Vpp untuk kondisi II
Gambar 9. Grafik hasil pengukuran Vpp untuk kondisi III
Eddy Wijanto, Budi Harsono, Rendy Renandy, Ade Septian, Kevin Sutanto

## Gambar 10. Grafik hasil pengukuran Vpp untuk kondisi IV

## 4.    Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengukuran dan analisisnya, dapat disimpulkan sebagai berikut:
1.  Dari hasil pengukuran data baseline , untuk area jalan raya, intensitas suara antara 87-90 dB sedangkan untuk area pabrik, intensitas suara 97-101 dB
2.  Tegangan  keluaran Piezoelectric  Transducers akan  semakin  besar  apabila  sumber suara semakin dekat dengan ujung tabung.
3.  Nilai  frekuensi  saat  terjadi  resonansi  berkisar  di  antara  760 – 780  Hz,  dan berbanding terbalik dengan panjang tabung yang dipakai.
4.  Energi suara memiliki potensi sebagai sumber energi alternatif yang terbarukan
5.  Posisi  alat  terhadap  sumber  suara  menentukan  besaran  energi  listrik  yang dihasilkan

## Daftar Pustaka
[1]. Kement erian  ESDM  RI,  “Peluang  Menawan  Bisnis  Energi  Terbarukan  di Indonesia”, Kompasiana , 2017.
[2]. Schaijk, Van, Elfrink, Kamel, Goedbloed, “ Piezoelectric AIN Energy Harvesters for Wireless Autonomous Transducer Solutions ” , IEEE Sensors Conference , 2008.
[3]. Cha,  Seung  Nam,  Ju-Seok  Seo,  Seong  Min  Kim,  Hyun  Jin  Kim,  Young  Jun  Park, Sang-Woo  Kim,  Jong  Min  Kim, “ Sound-Driven  Piezoelectric  Nanowire-Based
Nanogenerators ”, Advanced Materials , pp. 4726-4730, 2010.
[4]. Gupta,  Alankrit,  Vivek  Goel,  Vivek  Yadav, “ Conversion  of  Sound  to  Electric Energy ” , International  Journal  of  Scientific  and  Engineering  Research ,  Vol.  05  Issue  1, January 2014.
[5]. Saadon,  Salem,  Othman, “ A  Review  of  Vibration-Based  MEMS  Piezoelectric Energy  Harvesters ” , Energy  Conversion  and  Management ,  Vol.  52  Issue  1,  pp.  500- 504, January 2011.
[6]. Kim, Heung Soo, Joo-Hyong Kim, Jaehwan Kim, “ A Review of Piezoelectric Energy Harvesting  Based  on  Vibration ” , International  Journal  of  Precision  Engineering  and Manufacturing , Vol. 12 No. 8, pp. 1129-1141, 2011.
[7]. Minazara,  Vasic,  Costa,  Poulin, “ Piezoelectric  Diaphragm  for  Vibration  Energy Harvesting ” , Ultrasonics , Vol. 22, pp. e609 – e703, December 2006.
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 17 No. 1 April 2018 Hal 59 - 67