Akustika

Akustika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang gelombang mekanik dalam gas, cairan, dan padatan termasuk topik-topik seperti getaran, suara, ultrasonik, dan infrasonik. Ilmuwan yang bekerja di bidang akustika adalah seorang akustikan sedangkan seseorang yang bekerja di bidang teknologi akustika dapat disebut sebagai seorang insinyur akustik. Penerapan akustika hadir di hampir semua aspek masyarakat modern dengan yang paling jelas adalah industri audio dan pengendalian kebisingan.

Mendengar adalah salah satu cara paling penting untuk bertahan hidup di dunia hewan dan ucapan adalah salah satu karakteristik paling khas dari perkembangan dan budaya manusia. Karenanya, ilmu akustika menyebar ke banyak aspek masyarakat manusia—musik, kedokteran, arsitektur, produksi industri, peperangan, dan banyak lagi. Demikian pula, spesies hewan seperti burung penyanyi dan katak menggunakan suara dan pendengaran sebagai elemen kunci dalam ritual kawin atau menandai wilayah. Seni, kerajinan, sains, dan teknologi telah saling memprovokasi untuk memajukan satu sama lain keseluruhan, seperti di banyak bidang pengetahuan lainnya. "Wheel of Acoustics" karya Robert Bruce Lindsay adalah gambaran umum yang diterima dengan baik dari berbagai bidang dalam akustika.^[1]

Kata "akustik" berasal dari kata Yunani ἀκουστικός (akoustikos), yang berarti "dari atau untuk mendengar, siap untuk mendengar" dan dari ἀκουστός (akoustos), "mendengar, terdengar", yang berasal dari kata kerja ἀκούω (akouo), "Aku mendengar".

Sinonim bahasa Latin adalah "sonik", setelah itu istilah sonik digunakan untuk menjadi sinonim untuk akustik dan kemudian merupakan cabang akustika. Frekuensi di atas dan di bawah rentang suara disebut "ultrasonik" dan "infrasonik".

Pada abad ke-6 SM, filsuf Yunani kuno Pythagoras ingin mengetahui mengapa beberapa kombinasi suara musik terdengar lebih indah daripada yang lain, dan dia menemukan jawaban dalam hal rasio numerik yang mewakili rangkaian nada harmonis pada sebuah dawai. Ia terkenal telah mengamati bahwa ketika panjang getar dawai diekspresikan sebagai rasio bilangan bulat (misalnya 2 sampai 3, 3 sampai 4), nada yang dihasilkan akan harmonis, dan semakin kecil bilangan bulat semakin harmonis bunyinya. Misalnya, dawai dengan panjang tertentu akan terdengar sangat harmonis dengan dawai dua kali panjangnya (faktor lain dianggap sama). Dalam bahasa modern, jika senar membunyikan nada C saat dipetik, senar yang panjangnya dua kali akan membunyikan C dengan satu oktaf lebih rendah. Dalam satu sistem penyeteman musik, nada-nada di antaranya diberikan oleh 16:9 untuk D, 8:5 untuk E, 3:2 untuk F, 4:3 untuk G, 6:5 untuk A, dan 16:15 untuk B, dalam urutan menaik.^[2]

Aristoteles (384-322 SM) memahami bahwa suara terdiri dari kompresi dan penghalusan udara yang "jatuh dan menghantam udara di sebelahnya ...",^[3][4] penggambaran yang sangat baik mengenai sifat gerakan gelombang. On Things Heard, umumnya dianggap berasal dari Strato of Lampsacus, menyatakan bahwa tinggi nada berkaitan dengan frekuensi getaran udara dan kecepatan suara.^[5]

Pada sekitar 20 SM, arsitek dan insinyur Romawi, Vitruvius, menulis sebuah risalah tentang properti akustik teater termasuk diskusi tentang interferensi, gema, dan gema—permulaan akustika ruang.^[6] Dalam Buku V De architectura (Sepuluh Buku Arsitektur), Vitruvius menggambarkan suara sebagai gelombang yang sebanding dengan gelombang air yang diperluas ke tiga dimensi, yang, ketika terganggu oleh penghalang, akan mengalir berbalik arah dan memecah gelombang yang mengikutinya. Dia menggambarkan bahwa kursi menanjak di teater kuno dirancang untuk mencegah kerusakan suara seperti ini dan juga merekomendasikan bejana perunggu dengan ukuran yang sesuai ditempatkan di teater agar beresonansi dengan nada keempat, kelima dan seterusnya, hingga oktaf ganda, agar beresonansi dengan nada harmonis yang lebih diinginkan.^[7][8][9]

Pada masa keemasan Islam, Abū Rayhān al-Bīrūnī (973-1048) dipercaya mendalilkan bahwa kecepatan suara jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya.^[10][11]

Pemahaman fisik proses akustika maju pesat selama dan setelah Revolusi Ilmiah. Terutama Galileo Galilei (1564–1642) dan juga Marin Mersenne (1588–1648), secara terpisah, menemukan hukum lengkap getaran dawai (melengkapi apa yang telah dimulai Pythagoras dan pengikutnya 2.000 tahun sebelumnya). Galileo menulis "Gelombang dihasilkan oleh getaran benda yang nyaring, yang menyebar melalui udara, membawa suatu rangsangan ke timpani telinga yang ditafsirkan oleh pikiran sebagai suara", sebuah pernyataan luar biasa yang menunjuk pada permulaan fisiologis dan psikologis akustika. Pengukuran eksperimental kecepatan suara di udara berhasil dilakukan antara tahun 1630 dan 1680 oleh sejumlah peneliti, terutama Mersenne. Sementara itu, Newton (1642–1727) menurunkan hubungan kecepatan gelombang dalam benda padat, yang merupakan landasan akustika fisik (Principia, 1687).

Kemajuan substansial dalam akustika bertumpu pada konsep matematika dan fisika yang lebih kuat, dibuat selama abad kedelapan belas oleh Euler (1707–1783), Lagrange (1736–1813), dan d'Alembert (1717–1783). Selama era ini, fisika kontinum, atau teori medan, mulai menerima struktur matematika yang pasti. Persamaan gelombang muncul dalam sejumlah konteks, termasuk perambatan suara di udara.^[12]

Pada abad kesembilan belas, tokoh utama matematika akustika adalah Helmholtz di Jerman, yang mengkonsolidasikan bidang akustik fisiologis, dan Lord Rayleigh di Inggris, yang menggabungkan pengetahuan sebelumnya dengan kontribusinya sendiri ke bidang ini dalam karya monumentalnya The Theory of Sound (1877). Juga di abad ke-19, Wheatstone, Ohm, dan Henry mengembangkan analogi antara listrik dan akustika.

Abad ke-20 menyaksikan berkembangnya penerapan teknologi dari sekumpulan besar pengetahuan ilmiah yang pada saat itu sudah ada. Penerapan pertama adalah karya inovatif Sabine dalam bidang akustika ruang, dan banyak lagi yang menyusul. Akustika bawah air digunakan untuk mendeteksi kapal selam dalam Perang Dunia pertama. Rekaman suara dan telepon memainkan peran penting dalam transformasi masyarakat global. Pengukuran dan analisis suara mencapai tingkat akurasi dan kecanggihan baru melalui penggunaan elektronik dan komputasi. Rentang frekuensi ultrasonik memungkinkan jenis aplikasi yang sepenuhnya baru di bidang kedokteran dan industri. Jenis transduser baru (generator dan penerima energi akustik) ditemukan dan digunakan oleh masyarakat luas.

Subcabang ilmu ini adalah daftar yang sedikit dimodifikasi dari pengkodean PACS (Physics and Astronomy Classification Scheme) yang digunakan oleh Acoustical Society of America.^[13]

Arkeoakustika, juga dikenal sebagai arkeologi suara, adalah satu-satunya cara untuk mengalami masa lalu dengan indra selain mata kita.^[14] Arkeoakustika dipelajari dengan menguji sifat akustik situs prasejarah, termasuk gua. Iegor Rezkinoff, seorang arkeolog suara, mempelajari sifat akustik gua melalui suara alam seperti senandung dan siulan.^[15] Teori arkeologi akustik difokuskan di sekitar tujuan ritual serta cara ekolokasi di dalam gua. Dalam arkeologi, suara akustik dan ritual berkorelasi langsung karena suara tertentu dimaksudkan untuk membawa peserta ritual lebih dekat ke kebangkitan spiritual.^[14] Kesimpulan paralel juga dapat ditarik antara lukisan dinding gua dan sifat akustik gua; keduanya bersifat dinamis.^[15] Karena arkeoakustika adalah subjek arkeologi yang cukup baru, suara akustik masih diuji di situs-situs prasejarah tersebut hingga hari ini.

Aeroakustika adalah ilmu yang mempelajari kebisingan yang ditimbulkan oleh pergerakan udara, misalnya melalui turbulensi, dan pergerakan suara melalui udara fluida. Pengetahuan ini diterapkan dalam teknik akustik untuk mempelajari cara mengurangi kebisingan pesawat. Aeroakustika penting untuk memahami cara kerja alat musik tiup.^[16]

Akustika bawah air adalah kajian ilmiah tentang suara alami dan buatan manusia di bawah air. Aplikasi termasuk sonar untuk menemukan lokasi kapal selam, komunikasi bawah air oleh paus, pemantauan perubahan iklim dengan mengukur suhu laut secara akustik, senjata sonik,^[17] dan bioakustika laut.^[18]

Akustika lingkungan berkaitan dengan kebisingan dan getaran yang disebabkan oleh kereta api,^[19] lalu lintas jalan raya, pesawat terbang, peralatan industri dan kegiatan rekreasi.^[20] Tujuan utama dari kajian ini adalah untuk mengurangi tingkat kebisingan dan getaran di lingkungan. Pekerjaan penelitian sekarang juga berfokus pada penggunaan suara yang positif di lingkungan perkotaan: pemandangan suara dan ketenangan.^[21]

Bioakustika adalah studi ilmiah tentang pendengaran dan panggilan hewan, serta bagaimana hewan dipengaruhi oleh akustik dan suara di habitatnya.^[22]

Pemrosesan sinyal akustik adalah manipulasi elektronik dari sinyal akustik. Aplikasi meliputi: pengendali derau aktif; desain alat bantu dengar atau implan koklea; pembatalan gema; pengambilan informasi musik, dan pengkodean persepsi (mis MP3 atau Opus).^[23]

Ultrasonik menangani suara pada frekuensi yang terlalu tinggi untuk didengar oleh manusia. Spesialisasi meliputi ultrasonik medis (termasuk ultrasonografi medis), sonokimia, karakterisasi material, dan akustika bawah air (sonar).^[24]