Akustik & Gelombang Suara

Suara adalah getaran mekanis yang merambat melalui medium (udara, air, benda padat) sebagai gelombang tekanan.

Ketika senar gitar dipetik:

1. Senar bergetar bolak-balik
2. Getaran menekan dan meregangkan molekul udara di sekitarnya
3. Tekanan ini merambat sebagai gelombang longitudinal
4. Gelombang mencapai telinga dan menggetarkan gendang telinga
5. Otak menerjemahkan getaran menjadi persepsi suara

Empat properti utama suara:

Properti	Fisika	Persepsi
Frekuensi	Jumlah getaran/detik (Hz)	Pitch (tinggi-rendah)
Amplitudo	Besar getaran	Volume (keras-pelan)
Waveform	Bentuk gelombang	Timbre (warna suara)
Durasi	Panjang gelombang dalam waktu	Panjang nada

Kecepatan suara di udara: ~343 m/s (pada 20°C) — artinya petir yang terlihat 3 detik sebelum terdengar berjarak ~1 km.

Frekuensi (Hertz/Hz) = jumlah siklus getaran per detik.

• Frekuensi rendah → nada bass (contoh: Open E gitar = 82 Hz)
• Frekuensi tinggi → nada treble (contoh: E4 = 330 Hz)

Rentang pendengaran manusia: ~20 Hz – 20.000 Hz

• Di bawah 20 Hz: infrasonik (bisa "dirasakan" tapi tidak "didengar")
• Di atas 20 kHz: ultrasonik (anjing bisa dengar hingga ~65 kHz)

Hubungan frekuensi dan pitch:

• Pitch naik satu oktaf = frekuensi ×2
• A3 = 220 Hz → A4 = 440 Hz → A5 = 880 Hz
• Hubungan ini logaritmik: telinga menilai jarak nada berdasarkan rasio, bukan selisih

Mengapa skala frekuensi logaritmik? Telinga manusia merespons perubahan frekuensi secara proporsional. Kenaikan dari 100 Hz ke 200 Hz (×2) terdengar sama dengan kenaikan dari 1000 Hz ke 2000 Hz (×2), meskipun selisih absolutnya 100 Hz vs 1000 Hz.

Amplitudo = besar getaran dari posisi istirahat. Semakin besar amplitudo, semakin keras suara.

Skala Desibel (dB): dB menggunakan skala logaritmik karena telinga merespons tekanan suara secara proporsional.

Rumus: dB = 20 × log₁₀(p/p₀)

di mana p₀ = threshold of hearing (20 μPa).

Referensi level:

• 0 dB — ambang pendengaran (sangat sunyi)
• 30 dB — perpustakaan, bisikan
• 60 dB — percakapan normal
• 85 dB — lalu lintas kota padat (batas aman paparan lama)
• 100 dB — konser rock
• 120 dB — ambang nyeri
• 140 dB — jet take-off (bisa merusak telinga langsung)

Aturan praktis:

• Kenaikan +10 dB ≈ terasa 2× lebih keras
• Kenaikan +3 dB = daya akustik ×2 (tapi terasa sedikit lebih keras)

Hearing damage: Paparan 85+ dB selama lebih dari 8 jam/hari bisa menyebabkan kerusakan pendengaran permanen. Musisi profesional wajib menggunakan ear protection!

Gitar dan piano bisa memainkan nada A4 (440 Hz) yang sama, tapi suaranya berbeda. Perbedaan ini disebut timbre (warna suara).

Apa yang menentukan timbre? Setiap instrumen menghasilkan campuran harmonik yang berbeda:

• Gitar nylon: harmonik genap dan ganjil seimbang; attack empuk
• Piano: harmonik sangat kaya; attack tajam lalu sustain panjang
• Flute: hampir hanya fundamental (sinus murni); harmonik sangat lemah
• Oboe: harmonik ganjil kuat; suara "nasal"
• Violin: harmonik kuat sampai ke-10+; bowing menciptakan variasi

Komponen timbre:

1. Spectral content — harmonik mana saja yang hadir dan seberapa kuat
2. Attack — bagaimana suara dimulai (tajam vs empuk)
3. Sustain & decay — bagaimana suara berkembang dan pudar
4. Formant — puncak frekuensi khas instrumen/suara manusia

Digital synthesis memanfaatkan pemahaman ini:

• Additive synthesis: menjumlahkan gelombang sinus individual
• Subtractive synthesis: memulai dari gelombang kaya harmonik, lalu menyaring
• FM synthesis: menggunakan satu gelombang untuk memodulasi frekuensi gelombang lain
• Sampling: merekam dan memutar ulang suara instrumen asli

Resonansi terjadi ketika suatu benda bergetar secara simpatik pada frekuensi naturalnya.

Contoh dalam musik:

• Body gitar meresonansikan getaran senar, memperbesar volume
• Senar simpatik pada sitar bergetar tanpa dipetik saat senar lain dimainkan
• Pedal sustain piano — melepas damper sehingga semua senar bisa beresonansi
• Vokal overtone singing — penyanyi memperkuat harmonik tertentu menggunakan rongga mulut sebagai resonator

Resonansi ruangan: Setiap ruangan punya frekuensi resonansi berdasarkan dimensinya:

• Standing waves terbentuk di ruangan kotak
• Room modes bisa memperkuat atau melemahkan frekuensi tertentu
• Studios rekaman professional didesain untuk meminimalkan efek ini

Fun fact: Nikola Tesla pernah berkata bahwa resonansi bisa menghancurkan jembatan — dan ini benar! Jembatan Tacoma Narrows (1940) runtuh karena resonansi angin sesuai frekuensi naturalnya.