Interferensi gelombang bunyi

Dalam pembahasan mengenai prinsip superposisi dan interferensi gelombang mekanik, sudah dijelaskan bahwa ketika dua atau lebih gelombang melewati tempat yang sama, gelombang-gelombang tersebut saling berinterferensi. Kalau dirimu belum paham dengan pengertian interferensi, sebaiknya segera meluncur ke tkp untuk mempelajarinya terlebih dahulu. Kali ini gurumuda ingin mengajakmu berkenalan dengan interferensi yang dialami oleh gelombang bunyi.

Interferensi gelombang bunyi

Sebagaimana gelombang mekanik lainnya, interferensi gelombang bunyi terjadi jika dua atau lebih gelombang bunyi melewati tempat yang sama. Bahasa gaulnya , gelombang bunyi saling tumpang tindih ketika berpapasan. Untuk mempermudah penjelasan, gurumuda menggunakan contoh saja ya… Kita andaikan terdapat dua sumber bunyi (anggap saja sumber bunyi tersebut adalah loudspeaker alias pengeras suara), sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah .

Jika kedua loudspeaker dinyalakan maka masing-masing loudspeaker tersebut akan menggetarkan udara disekitarnya sehingga timbul rapatan dan regangan yang merambat sepanjang udara (rapatan dan regangan yang merambat ini dikenal dengan julukan gelombang bunyi, jangan pake bingun). Kalau dirimu sulit membayangkan gelombang bunyi yang merambat di udara, nonton saja video di bawah…

Dalam video di atas tampak bahwa gelombang bunyi merambat lurus ke kanan. Dalam kenyataannya gelombang bunyi merambat ke segala arah (ke kiri, ke kanan, ke atas, ke bawah, ke muka , ke belakang dkk). Video di atas hanya membantumu memahami bagaimana gelombang bunyi merambat di udara.

Garis berbentuk lingkaran pada gambar loudspeaker di atas sekedar menunjukkan bahwa gelombang bunyi merambat ke segala arah. Garis yang tidak putus-putus mewakili rapatan (puncak) gelombang bunyi, sedangkan regangan (lembah) gelombang bunyi diwakili oleh garis putus-putus.

Silahkan perhatikan lagi gambar loudspeaker di atas. Interferensi konstruktif terjadi pada titik-titik berwarna merah… Interferensi konstruktif terjadi ketika rapatan (puncak) bertemu dengan rapatan (puncak) atau ketika regangan (lembah) bertemu dengan regangan (lembah). Apabila kedua loudspeaker tersebut menghasilkan gelombang-gelombang bunyi yang memiliki amplitudo yang sama maka amplitudo resultan pada titik di mana terjadi interferensi konstruktif menjadi dua kali amplitudo masing-masing gelombang bunyi. Amplitudo berkaitan dengan intensitas bunyi. Intensitas berkaitan dengan kenyaringan (keras atau lembutnya bunyi). Bisa dikatakan bahwa pada titik di mana terjadi interferensi konstruktif, bunyi akan terdengar dua kali lebih keras dibandingkan dengan bunyi yang dihasilkan oleh masing-masing loudspeaker.

Sebaliknya interferensi destruktif terjadi pada titik-titik berwarna putih. Interferensi destruktif terjadi ketika regangan (lembah) bertemu dengan rapatan (puncak). Apabila kedua loudspeaker tersebut menghasilkan gelombang-gelombang bunyi yang memiliki amplitudo yang sama maka amplitudo resultan pada titik di mana terjadi interferensi destruktif menjadi nol. Karena amplitudo sama dengan nol maka intensitas juga sama dengan nol. Dalam hal ini tidak ada bunyi yang terdengar pada titik di mana terjadi interferensi destruktif. Btw, apabila kedua loudspeaker menghasilkan gelombang-gelombang bunyi yang memiliki amplitudo yang berbeda maka amplitudo resultan pada titik di mana terjadi interferensi destruktif tidak sama dengan nol. Untuk kasus ini, tetap ada bunyi yang terdengar walaupun agak lemah.

Beda fase, panjang lintasan dan interferensi gelombang bunyi

Sebelumnya sudah dijelaskan secara panjang pendek mengenai interferensi gelombang bunyi. Kali ini kita mencoba melihat hubungan antara fase gelombang bunyi, panjang lintasan gelombang bunyi dan interferensi yang dialami oleh gelombang bunyi. Sebelum melangkah lebih jauh, terlebih dahulu kita berkenalan dengan istilah sefase dan tidak sefase alias berbeda fase.

Contoh gelombang bunyi yang sefase

Contoh 1Contoh 2

Contoh gelombang bunyi yang tidak sefase alias berbeda fase
Contoh 1

Contoh 2

Interferensi yang dialami gelombang bunyi bisa saja berupa interferensi konstruktif atau bisa juga berupa interferensi destruktif. Terjadinya interferensi konstruktif atau interferensi destruktif dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain fase gelombang bunyi yang berinterferensi dan panjang lintasan antara sumber gelombang bunyi dan posisi di mana terjadi interferensi. Untuk memahami hal ini, cermati beberapa contoh berikut…

Contoh 1 : Kedua gelombang bunyi pada mulanya sefase. Panjang lintasan kedua gelombang bunyi sama (AC = BC).

Titik C adalah posisi di mana terjadi interferensi. Kedua gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara A dan B, memiliki panjang gelombang, amplitudo dan frekuensi yang sama (bisa bandingkan dengan gambar di atas). Tahu dari mana kalau frekuensinya sama ? perhatikan gambar di atas… panjang gelombangnya khan sama tuh. Nah, gelombang juga merambat melalui medium yang sama (udara) sehingga lajunya sama. Karena laju (v) dan panjang gelombang (lambda) sama maka frekuensinya (f) juga sama… ingat saja rumus cepat rambat gelombang — v = (f)(lambda). Lanjut ya…

Kedua gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara A dan B sefase. Yang dimaksudkan dengan sefase di sini adalah ketika puncak gelombang bunyi meninggalkan pengeras suara A, pada saat yang sama puncak gelombang bunyi yang lain meninggalkan pengeras suara B… Ketika tiba di titik C, puncak gelombang bunyi yang dipancarkan pengeras suara A berpapasan dengan puncak gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara B (terjadi interferensi konstruktif).

Contoh 2 : Kedua gelombang bunyi pada mulanya sefase. Panjang lintasan kedua gelombang bunyi tidak sama (AC tidak sama dengan BC).

Kedua gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara A dan pengeras suara B pada mulanya sefase. Panjang lintasan kedua gelombang bunyi tidak sama. BC lebih jauh dibandingkan dengan AC. Dalam hal ini, kedua gelombang bunyi berbeda panjang lintasan sebesar setengah panjang gelombang (½ lambda)

Walaupun kedua gelombang bunyi pada mulanya sefase, tetapi karena berbeda panjang lintasan sebesar setengah panjang gelombang maka ketika tiba di titik C kedua gelombang menjadi tidak sefase (berbeda fase ½ panjang gelombang). Dalam hal ini, lembah gelombang bunyi yang dipancarkan pengeras suara A berpapasan dengan puncak gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara B (terjadi interferensi destruktif).

Contoh 3 : Kedua gelombang bunyi pada mulanya sefase. Panjang lintasan kedua gelombang bunyi tidak sama (AC tidak sama dengan BC).

Kedua gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara A dan pengeras suara B sefase. Panjang lintasan kedua gelombang bunyi tidak sama. BC lebih jauh dibandingkan dengan AC. Dalam hal ini, kedua gelombang bunyi berbeda panjang lintasan sebesar satu panjang gelombang (lambda)

Ketika tiba di titik C, puncak gelombang bunyi yang dipancarkan pengeras suara A berpapasan dengan puncak gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara B (terjadi interferensi konstruktif).

Contoh 4 : Kedua gelombang bunyi pada mulanya tidak sefase. Panjang lintasan kedua gelombang bunyi sama (AC = BC).

Kedua gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara A dan pengeras suara B tidak sefase Yang dimaksudkan dengan tidak sefase di sini adalah ketika puncak gelombang bunyi meninggalkan pengeras suara A, pada saat yang sama lembah gelombang bunyi meninggalkan pengeras suara B. Perbedaan fase antara kedua gelombang bunyi sebesar setengah panjang gelombang (½ lambda atau 180^o).

Ketika tiba di titik C, puncak gelombang bunyi yang dipancarkan pengeras suara A berpapasan dengan lembah gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara B (terjadi interferensi destruktif).

Contoh 5 : Kedua gelombang bunyi pada mulanya tidak sefase. Panjang lintasan kedua gelombang bunyi tidak sama (AC tidak sama dengan BC).

Kedua gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara A dan pengeras suara B pada mulanya tidak sefase Perbedaan fase antara kedua gelombang bunyi sebesar setengah panjang gelombang (½ lambda atau 180^o). Panjang lintasan kedua gelombang bunyi tidak sama. BC lebih jauh dibandingkan dengan AC. Kedua gelombang bunyi berbeda panjang lintasan sebesar setengah panjang gelombang (½ lambda)

Walaupun kedua gelombang bunyi pada mulanya tidak sefase, tetapi karena berbeda panjang lintasan sebesar setengah panjang gelombang maka ketika tiba di titik C kedua gelombang menjadi sefase. Dalam hal ini ketika tiba di titik C, puncak gelombang bunyi yang dipancarkan pengeras suara A berpapasan dengan puncak gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara B (terjadi interferensi konstruktif).

Contoh 6 : Kedua gelombang bunyi pada mulanya tidak sefase. Panjang lintasan kedua gelombang bunyi tidak sama (AC tidak sama dengan BC).

Kedua gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara A dan pengeras suara B pada mulanya tidak sefase Perbedaan fase antara kedua gelombang bunyi sebesar setengah panjang gelombang (½ lambda atau 180^o). Panjang lintasan kedua gelombang bunyi tidak sama. BC lebih jauh dibandingkan dengan AC. Kedua gelombang bunyi berbeda panjang lintasan sebesar satu panjang gelombang (lambda)

Ketika tiba di titik C, puncak gelombang bunyi yang dipancarkan pengeras suara A berpapasan dengan lembah gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara B (terjadi interferensi destruktif).

Dari beberapa contoh di atas bisa disimpulkan bahwa gelombang gelombang bunyi yang pada mulanya sefase bisa menjadi tidak sefase sehingga berinterferensi destruktif jika panjang lintasannya berbeda sebesar ½ panjang gelombang, 1 ½ panjang gelombang, 2 ½ panjang gelombang dstnya… Demikian juga gelombang gelombang bunyi yang pada mulanya berbeda fase sebesar ½ panjang gelombang bisa menjadi sefase sehingga berinterferensi konstruktif jika panjang lintasannya berbeda sebesar ½ panjang gelombang, 1 ½ panjang gelombang, 2 ½ panjang gelombang dstnya…

Jika gelombang gelombang bunyi pada mulanya sefase dan panjang lintasannya berbeda sebesar 1 panjang gelombang, 2 panjang gelombang dst maka gelombang gelombang bunyi tersebut akan tetap sefase sehingga berinterferensi konstruktif. Demikian juga jika gelombang gelombang bunyi pada mulanya berbeda fase sebesar ½ panjang gelombang dan panjang lintasannya berbeda sebesar 1 panjang gelombang, 2 panjang gelombang dst maka gelombang gelombang bunyi tersebut akan tetap berbeda fase sebesar ½ panjang gelombang sehingga berinterferensi destruktif.

Perlu diketahui bahwa jika beda fase gelombang gelombang bunyi selalu konstan alias tidak berubah-ubah maka bentuk interferensi juga akan selalu konstan. Misalnya kita tinjau contoh 6 sebelumnya (terjadi interferensi destruktif pada titik C). Interferensi destruktif akan selalu terjadi di titik C apabila beda fase gelombang gelombang bunyi yang dipancarkan oleh pengeras suara A dan pengeras suara B harus selalu seperti pada gambar… tidak boleh berubah.  Jika berubah-ubah maka pada titik C tidak hanya terjadi interferensi destruktif saja tetapi bisa berubah menjadi interferensi konstruktif. Gelombang bunyi yang mempunyai beda fase konstan disebut sebagai gelombang bunyi koheren. Sebaliknya gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi, amplitudo dan beda fase selalu beubah-ubah disebut sebagai gelombang bunyi tidak koheren. Contoh sumber bunyi yang menghasilkan gelombang bunyi koheren adalah garputala, pengeras suara yang mempunyai amplifier (penguat) yang sama dkk.

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.