Jurnal Fisika Indonesia No: 52, Vol XVIII, Edisi April 2014
ISSN : 1410-2994
Optimasi Kinerja Primitive Root Diffuser (PRD) dengan Teknik Sisipan

## Resonator Jamak
Fahrudin Ahmad, Harjana, Suparmi, Iwan Yahya* LAB RISET AKUSTIK (IARG) – JURUSAN FISIKA FMIPA UNIVERSITAS SEBELAS MARET Jl. Ir. Sutami 36A Kentingan , Surakarta 57126 *E-mail: iwanyy@yahoo.com
Abstrak  -  Telah    dilakukan  kajian  untuk  meningkatkan  kinerja  primitive  roots  diffuser  (PRD)  dengan  model  standar berbentuk Skyline dengan jumlah elemen 5x8. Teknik modifikasi yang telah diterapkan adalah penyisipan rangkaian resonator seperempat  panjang  gelombang  dengan  kedalaman  yang  bersesuaian  dengan  masing-masing  elemen  PRD.  Pengujian dilaksanakan  dengan  metode  interrupted  noise  mengacu  kepada  prosedur  standar  ISO  3382  untuk  mendapatkan  nilai waktu dengung  T 30 dan  T 20 .  Adapun  respon  spasial  dari  PRD  yang  dikembangkan  disimulasikan  dengan  perangkat  lunak  AFMG Reflex.  Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  penambahan  rangkaian  resonator  jamak  berhasil  mengurangi  nilai  waktu dengung rerata sebesar  0,78 dan 1,83 sekon berturut-turut untuk T 30 dan T 20 pada bentang frekuensi rendah. Di samping itu pemakaian resonator memperbaiki respon spasial omnidireksional PRD.
Kata    kunci : PRD,    Skyline,    waktu dengung, respon spasial
Abstract – The improve performance of primitive roots diffuser (PRD) with the standard model Skyline shaped by the number of  5x8 elements. Modification technique that has been applied is the insertion of a quarter-wavelength resonator circuit with depth  corresponding  to  each  element  of  the  PRD.  Theb  The  method  of  interrupted  noise  refers  to  the  ISO  3382  standard procedures  to  obtain  the  value  of  reverberation  time  T30  and  T20.  The  spatial  response  of  PRD  developed  simulated  with software  AFMG  Reflex.  The  results  that the  addition  of    resonator  to  reduce  reverberation  time  average  value  of  0.78  and 1.83  the  T30  and  T20  in  the  low  frequency.  In  addition,  the  use  resonator  improved  spatial  response  of  omnidirectional  of PRD.
Keywords: PRD, Skyline, reverberation time, the spatial response

## I. PENDAHULUAN
Pemakaian diffuser untuk  maksud  peningkatan  kualitas akustik ruangan  telah berlangsung dalam waktu relatif lama khususnya  untuk  pengendalian  bunyi  di  frekuensi  rendah. Prinsip kerja diffuser berkaitan dengan reduksi fraksi energi gelombang  yang  dipantulkan  secara  spekular  akibat  adanya sebagian  energi  bunyi  yang  dihamburkan  oleh  permukaan benda.
Diffuser mempunyai  fungsi  yaitu  menghamburkan gelombang  bunyi  dan  tidak  menghilangkan  energi  bunyi. Diffuser berasal  dari  kata diffuse mempunyai  arti  yaitu hamburan.Hamburan suara ini terjadi dalam ruang, sehingga ruangan  tersebut  mempunyai  sifat  dan  ciri  akustik  yang distribusi bunyinya merata.[1]
Paper  ini  menyajikan  hasil  dari  modi ﬁkasi  desain  yang berbeda yakni pengaruh sisipan resonator jamak seperempat panjang  gelombang  terhadap  pengujian  waktu  dengung dengan  kinerja  serapan  bunyi  elemen  diffuser.  Pilihan  pada pemakaian  resonator  jamak  didasarkan  pertimbangan fungsional dari rancangan yang dikembangkan. [2]

## II. LANDASAN TEORI
I. Diffuser Diffuser merupakan  material  akustik  yang  digunakan untuk  memperbaiki  penyimpangan  suara  dalam  ruangan seperti  gema.  Di  bandingkan  dengan  menggunakan  dinding
pemantul  yang  menyebabkan  sebagian  besar  energi dipantulkan  pada  sudut  yang  sama  dengan  sudut  datang, diffuser  akan  menyebabkan  energi  bunyi  akan  terpancar  ke berbagai arah, sehingga membuat ruangan lebih difusif.[3]
Bunyi  yang  mengenai  permukaan diffuser akan  terpantul dari  dasar  sumur  dan  akhirnya  terpantul  kembali  ke  ruang. Hal  ini  dapat  dianggap  bahwa  tidak  ada  energi  yang  hilang pada  diffuser,  karena  semua  bunyi  yang  datang  akan dipantulkan  kembali  ke  ruang.  Semua  gelombang  bunyi yang  terpantul  ini  memiliki  jumlah  energi  yang  sama  tetapi fasenya  berbeda.  Hal  ini  dikarenakan  perbedaan  jarak  yang ditempuh  tiap  gelombang  bunyi  mengenai  bagian-bagian dari diffuser yang  berbeda-beda.  Dengan  demiki-an  agar hamburan  dapat  terjadi  maka  pemilihan  kedalaman  sumur menjadi sesuatu yang penting.[4]
Diffuser QRD  adalah  diffuser  yang  berstruktur  kaku, terdiri dari kedalaman  berbeda dan dipisahkan oleh  dinding tipis. Quadratic Residue Diffuser ini juga mempunyai 2 tipe yaitu  satu  dimensi  dan  dua  dimensi. Diffuser satu  dimensi menghamburkan bunyi hanya  pada  bidang  yang tegak lurus dengan  sumur  sedangkan  dua  dimensi  menghamburkan bunyi datang ke berbagai arah.[5]
Tabel 1. Kedalaman Quadratic Residue Diffuser
Pada Quadratic Residue Diffuser (QRD) cara menentukan kedalaman difuser dengan menggunakan Tabel (1).
Sedangkan  untuk  menentukan  panjang  dari  elemen diffuser (QRD)  ini  yang  ada  pada  teori  dengan  lambang  Sn dapat mengikuti persamaan berikut ini (Cox and D’Antonio, 2004):
Sn = mod N
(1)
dengan n = 0,1,2,3,….. N-1 dan N adalah banyaknya sumur (bilangan prima).
Dimana  “mod”  menunjukkan  modulo  yaitu  sedikitnya sisa  yang  tidak  negatif  dan  N  adalah  pem-bangkit  bilangan yang  merupakan  bilangan  pokok    dan    juga    menun- jukkan    jumlah    sumur    dalam    satu    periode. Schroeder  diffusers  bekerja  pada  kelipatan  bilangan  bulat dari desain  frekuensi.    Desain    frekuensi    normal    diatur pada    batas    frekuensi rendah.
Kedalaman  sumur diffuser sangat  berpengaruh  terhadap hamburan  gelombang  bunyi.  Penentuan  kedalaman  sumur diffuser dengan persamaan sebagai berikut :
(2)
dengan dn yaitu  kedalaman  per  elemen  sumur diffuser, yaitu    merupakan    kecepatan    bunyi    di    udara dalam    keadaan normal.
Lebar sumur diffuser ( w )  berpengaruh terhadap  frekuensi gelombang  bunyi  yang  akan  dihamburkan.  Lebar  sumur diffuser dengan persamaan berikut:
(3)
dengan adalah  panjang  gelombang  minimum  dan w adalah lebar sumur. Di kaitkan dengan panjang gelombang λ dapat diperoleh persamaan :
(4)
dengan v adalah  kecepatan  bunyi  di  udara  dan f adalah frekuensi desain.
Ragam  diffuser  telah  berkembang  pesat.  Modi ﬁkasi permukaan  umumnya  menjadi  teknik  yang  dipilih  untuk tujuan optimasi kinerja serapan. [6]
Hal  baru  yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini  adalah memberi  lubang  pada  permukaan diffuser yang  digunakan untuk  modifikasi  permukaan diffuser .  Hal ini  merujuk  pada penelitian terdahulu yang dilakukan oleh [6] bahwa multi - Helmholtz  resonator memberikan  efek  yang  baik  bagi pengurangan  bising  dan  dapat  meningkatkan bandwith penyerapan.
II. Waktu    Dengung
Waktu dengung    adalah    wak-tu yang diperlukan    oleh bunyi    untuk    berkurang    60    dB,  dihitung  dalam  detik. Setiap ruangan mem-butuhkan waktu dengung berbeda-beda tergantung    dari    pengguna-annya. Waktu    dengung  yang terlalu    pendek    akan  menyebabkan  ruangan  mati, sebaliknya    waktu    dengung    yang    panjang    akan memberikan su-asana hidup pada ruangan. [8]
Reverberatoin    time    dapat    dihitung    dari    data ruangan    yang    diketahui persamaan :
(5) Dimana:
RT    : waktu dengung (s)
V        : volume ruang ( ) A        : penyerapan ruang total (sabin)
Persamaan    (5)    dikenal    dengan    teori    klasik Sabine.    Penyerapan    suatu  permukaan  diperoleh  dengan mengalikan    luasnya S dengan koefisien penyerapan  α  dan penye-rapan  total  A    diperoleh    dengan    menjumlahkan perkalian    ini    deng-an  menyertakan    penyerapan    yang dilakukan    oleh    orang    dan    benda–benda  lain  dalam ruang  (tempat  duduk,  karpet,  tirai,  dan  lain  -  lain),  dan digunakan rumus :
(6)
Dengan  S1  …  Sn  adalah    luas    masing-masing permukaan    dalam
dan … adalah
koefisien penyerapannya masing – masing. [9]
III. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN
A. Alat yang digunakan
Peralatan yang digunakan pada pengukuran ini antara lain : i. B&K  Power  Amplifier Type 2734 digunakan  untuk menguatkan gelombang bunyi.
ii. B&K  Sound  Source  Omni  Power  Type  4292 digunakan  untuk pembangkit  bunyi berupa  random noise . iii. B&K  Hand-Held  Analyzer  Type  2270  d igunakan untuk  merekam  bunyi  /  data  pada  frekuensi tertentu.
iv. Software    BZ    5503    Utility    Software    for Hand    Held    Analyzer    Pulse Refluk
v. Laptop
vi. Tripod berfungsi  sebagai  dudukan Sound  Source Omni Power dan Hand-Held Analyzer.

## B. Perancangan dan Pembuatan Diffuser
1. Pembuatan Model Elemen Diffuser Model elemen diffuser disajikan dalam Gambar 2. Dalam hal  ini  elemen  pada  QRD  standar  dimo-di ﬁkasi  menjadi resonator. Dengan demikian, kon ﬁgurasi dasar QRD dengan satu  elemen  berubah  menjadi  QRD  termodi ﬁkasi  dengan tiga  elemen  dimana  elemen  terkecuali  pada  elemen  posisi maksimal  {0}.  Gambar  3.b  menjelaskan  bahwa  sisipan resonator jamak  pada  tiap  elemen  kecuali  elemen  yang bernilai maksimal, sehingga PRD berubah menjadi N:30.
Elemen  diffuser  dibuat  dari  bahan Styrofoam dengan ketebalan 3 cm. Spesi ﬁkasi elemen diffuser yang digunakan
Jurnal Fisika Indonesia No: 52, Vol XVIII, Edisi April 2014
dalam penelitian adalah sebagai berikut. Kon ﬁgurasi resona - tor  jamak  dan  sumur  diffuser  standar  yang  membentuk diffuser  termodi ﬁkasi  dengan  elemen  berukuran  8  cm  x  8 cm  berbentuk  persegi  dengan  ukuran  panjang  dan  lebar bantalan  papan diffuser 40 cm dan 64 cm. Diameter lubang resonator  3  cm,  sementara  sumur  diffusernya  sendiri memiliki jari-jari 4 cm.
2. Model Modifikasi QRD
Model  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  berupa struktur QRD dengan jumlah elemen N = 30 yang dibentuk dari kon ﬁgurasi perulangan pola enam buah diffuser sejenis dengan N = 11 sehingga diperoleh urutan kedalaman sumur diffuser adalah { 46323644632} .
Lebar  elemen  sumur  diffuser  adalah  8  cm,  sementara resonator  yang disisipkan  memiliki diameter 3    cm dengan kedalaman  yang  berbeda.  Rancangannya  disajikan  pada Gambar 3.b.
Gambar  (1).  Struktur  diffuser  yang  digunakan  dalam penelitian,  (a)  kon- ﬁgurasi  standar  PRD  N:11 tanpa  sisipan Resonator, (b) diffuser dengan sisipan resonator jamak pada tiap  elemen  kecuali  elemen  yang  bernilai  maksimal, sehingga PRD berubah menjadi N:30.
Gambar  (1b)  diatas  adalah  modifikasi  QRD,  dimana untuk  menentukan  panjang  dari  elemen diffuser (QRD)  ini dapat mengikuti persamaan (1).
Sedangkan  untuk  penentuan  kedalaman  sumur diffuser modifikasi  digunakan  persamaan  (2)  tetapi  dengan mengalikan    matriks    [h,0,h] sebagai berikut :
[ h,0,h ] (7)
dengan  (0)  adalah  maximum  depth  ,  sedangkan dn adalah kedalaman per elemen sumur diffuser, yaitu merupakan    kecepatan    bunyi    di    udara    dalam keadaan normal.
Dari  uraian  diatas  dapat  diketahui  bahwa  pengkalian matriks  [h,0,h]  merupakan  formula  baru  untuk  menghitung kedalaman  per  elemen  sumur  diffuser  untuk  QRD modifikasi pada penelitian ini.
C. Skema Pengujian
Gambar (2). Skema Pengujian Difusser Hasil  dari  pengujian  disajikan  pada  grafik  menggunakan perangkat  lunak Origin versi 8.0.  Dengan  menggunakan software Software    BZ    5503    Utility    Software    for Hand    Held    Analyzer    Pulse Refluk kemudian dilakukan analisis  terhadap  koefisien  serap  pada  orientasi  sudut sebesar dan terhadap  sumber  bunyi  pada frekuensi 20 Hz – 6.300 Hz.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Nilai  koe ﬁsien  serapan  elemen  diffuser  disajikan  pada Grafik 4.1 dan 4.2. Dalam hal ini terdapat kondisi pengujian yang  berbeda  berkait  dengan  penempatan  resonator  pada konstruksi diffuser.
Grafik  (1).  Hubungan pada  pengujian  pada  ruangan tanpa diffuser,diffuser standart, dan diffuser modifikasi pada orientasi .
Pada  Grafik  (1)  di  atas  adalah  grafik  hubungan  antara koe-fisien  serapan  bunyi terhadap    frekuensi dengan    variasi    perlakuan  pengujian  diffuser  pada orientasi .
Nilai    koefisien    serapan    bunyi    lebih    dari    2,93 sekon pada    ruangan tanpa diffuser terjadi    pada    bentang frekuensi    500-1000  Hz.  Pada  diffuser  standar  nilai koefisien serapan bunyi lebih besar dari 2 sekon terjadi pada bentang    frekuensi    250-500    Hz    dan    untuk    diffuser modifikasi nilai koefisien serapan bunyi lebih kecil dari 2,08 sekon terjadi pada    bentang    frekuensi    250-500    Hz.
Grafik  (2).  Hubungan pada  pengujian  pada  ruangan tanpa diffuser,diffuser standart, dan diffuser modifikasi pada orientasi . Pada  Grafik  (2)  di  atas  adalah  grafik  hubungan  antara koefisien  serapan  bunyi terhadap    frekuensi dengan    variasi    perlakuan  pengujian  diffuser  pada orientasi .
(b) (a)
Jurnal Fisika Indonesia No: 52, Vol XVIII, Edisi April 2014
Nilai    koefisien    serapan    bunyi    lebih    dari    2,93 sekon pada    ruangan tanpa diffuser terjadi    pada    bentang frekuensi    500-1000  Hz.  Pada  diffuser  standar  nilai koefisien  serapan  bunyi  lebih  besar  dari  2,11  sekon  terjadi pada    bentang    frekuensi    250-500    Hz    dan    untuk diffuser modifikasi nilai koefisien serapan bunyi lebih kecil dari  2,15  sekon  terjadi  pada    bentang    freku-ensi    250- 500    Hz.
Grafik  (3).  Hubungan pada  pengujian  pada  ruangan tanpa diffuser,diffuser standart, dan diffuser modifikasi pada orientasi
.
Pada  Grafik  (3)  di  atas  adalah  grafik  hubungan  antara koe-fisien  serapan  bunyi
terhadap    frekuensi dengan    variasi    perlakuan  pengujian  diffuser  pada orientasi .
Nilai    koefisien    serapan    bunyi    lebih    dari    3 sekon pada    ruangan tanpa diffuser terjadi    pada    bentang frekuensi    250-1000  Hz.  Pada  diffuser  standar  nilai koefisien  serapan  bunyi  lebih  besar  dari  1,97  sekon  terjadi pada    bentang    frekuensi    250-500    Hz    dan    untuk diffuser modifikasi nilai koefisien serapan bunyi lebih kecil dari 2,17 sekon terjadi pada    bentang    frekuensi    250-500 Hz.
Grafik  (4).  Hubungan pada  pengujian  pada  ruangan tanpa diffuser,diffuser standart, dan diffuser modifikasi pada orientasi
.
Pada  Grafik  (4)  di  atas  adalah  grafik  hubungan  antara koe-fisien  serapan  bunyi
terhadap    frekuensi dengan    variasi    perlakuan  pengujian  diffuser  pada orientasi .
Nilai    koefisien    serapan    bunyi    lebih    dari    3,11 sekon pada    ruangan tanpa diffuser terjadi    pada    bentang frekuensi    500-1000  Hz.  Pada  diffuser  standar  nilai koefisien  serapan  bunyi  lebih  besar  dari  2,14  sekon  terjadi pada    bentang    frekuensi    250-1000    Hz    dan    untuk diffuser modifikasi nilai koefisien serapan bunyi lebih kecil
dari 2,17 sekon terjadi pada    bentang    frekuensi    250-500 Hz.
Dari uraian keterangan grafik  diatas menunjukkan bahwa modi ﬁkasi  diffuser  dengan  resonator  jamak  memberikan dampak  yang  signi ﬁkan  pada  perubahan  serapan  di frekuensi rendah pada bentang yang lebih kecil dari 600 Hz. Hal  ini  disebabkan  karena  perubahan  volume  yang signi ﬁkan yang dapat dapat memicu mekanisme resonansi di frekuensi rendah.
Sehingga, diffuser merupakan    komponen  material akustik    yang  sangat  penting  digunakan    untuk memperbaiki    penyimpangan    suara    dalam    ruangan seperti  gema.    Di  bandingkan    dengan    menggunakan dinding    pemantul  yang  menyebab-kan    sebagian    besar energi    dipan-tulkan    pada  sudut    yang    sama    de-ngan sudut    datang,    penggunaan diffuser akan  menyebabkan energi    bunyi    akan    terpancar    ke    berbagai    arah, sehingga membuat ruangan lebih difusif.

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  di  laboratorium  terhadap elemen  diffuser  yang  dikembangkan,  dapat  disimpulkan bahwa  teknik  sisipan  resonator  jamak  dapat  memberikan peningkatan  kinerja  serapan  yang  bersifat  akumulatif  dan signi ﬁkan  serta  pada  saat  yang  bersamaan  d apat memunculkan  respon  spasial omni-directional yang  baik pada  bentang  frekuensi  rendah.  Dengan  demikian  dapat  di simpulkan  bahwa  rancangan  diffuser  dengan  sisipan resonator  jamak  memiliki  potensi  yang  baik  untuk  aplikasi pada  kondisi  dimana  terdapat  bising  yang  diakibatkan  oleh mesin,  kendaraan,  atau  peralatan  industri  maupun  peralatan elektronik yang dapat menimbulkan kebisingan.
Berdasarkan  hasil  penelitian  modi ﬁkasi  penempatan resonator  jamak  pada  konstruksi  diffuser  mempengaruhi nilai  koe ﬁsien  sera -pan  bunyi  pada  frekuensi  tertentu.  Pada frekuensi  rendah  diffuser  modifikasi  mempunyai  nilai  koe- ﬁsien serapan bunyi lebih baik daripada diffuser standar.

## PUSTAKA
Buku:
[1]   Leslie  L,  Doelle  &  Dra.  Lea  Prasetio,  M.Sc.. Akustik Lingkungan .  Mc  Graw-Hill  Book  Company:New  York, 1972.
Buku kompilasi makalah (edited book):
[2]     Zhang, R., Gu, H., Hu, Y., and Xia, S. 2010.    Investigation on  Multi-Helmholtz  Resonator  in  the  Discharge  System  of Rotary  Compressor .  International  Compressor  Engineering Conference . Paper 1954.
Buku:
[3] Cox,  T.  J.  and  D’Antonio,  P.. Acoustic  Absorbers  and Diffusers  -    Theory,  design  and  application .  Spon  Press, London and New York, 2004.
[4] Doelle,  L. Environmental  Acoustics. Mc  Graw  Hill  B.C, New York, 1972.
[5] Negro,  F.,  Cremonini  ,C.,  Properzi,  M.,  and  Zanuttini,  R. Sound  absorption  coefficient  of  perforated  plywood:    an experimental  case  study. World  Conference  on  Timber Enginering (WCTE)., 2010.
[6]    Werner    Hans,    S,    “More    on    the    diffraction    theory of    Schroeder  diffusors”,  J.  Acoust.  Soc.  Am,  1981,  70, 633.
Jurnal Fisika Indonesia No: 52, Vol XVIII, Edisi April 2014
[7] Everest    Alton    F,    Ken.    C    Pohlmann,    Master Handbook of Acoustic, McGraw-Hill, ,    2009 : 257-259.
[8]    Satwiko, Prasasto, fisika  bangunan 2,  Edisi 1, Penerbit Ansi
.Yogyakarta, , 2004.