Ketika kebanyakan orang mendengar kata ombak, mereka membayangkan lautan - ombak yang bergulung-gulung, ombak yang menerjang, bahkan mungkin seorang peselancar yang meluncur dengan cara yang spektakuler. Namun dalam dunia musik dan suara, gelombang bekerja dengan cara yang sedikit berbeda.

Bukan berarti gelombang laut dan gelombang suara tidak memiliki banyak kesamaan. Keduanya bergerak melalui ruang angkasa, membawa energi, dan dapat diukur dalam hal ukuran dan kecepatannya.

Tentu saja, perbedaan besarnya adalah gelombang laut bergerak melalui air, sedangkan gelombang suara bergerak melalui udara (atau materi apa pun yang dilaluinya). Dan sementara gelombang laut membuat pergerakannya mudah dilihat, gelombang suara sedikit lebih kompleks, bekerja di ranah mikroskopis.

Mengetahui bagaimana gelombang ini berperilaku dapat sangat bermanfaat bagi siapa saja yang bekerja dengan suara, baik Anda seorang insinyur audio, pembangun studio, atau pengembang perawatan akustik. Jadi, mari kita uraikan semuanya dengan cara yang sesederhana mungkin!

Apa yang dimaksud dengan Gelombang Suara?

Pada intinya, gelombang suara hanyalah getaran yang bergerak melalui udara (atau air, atau benda padat. Suara tidak pilih-pilih). Itulah alasan mengapa kita bisa mendengar segala sesuatu, mulai dari musik, suara, hingga benda-benda yang berbunyi di malam hari!

Kami mendeskripsikan gelombang suara berdasarkan beberapa ciri utama, termasuk seberapa cepat gelombang tersebut bergerak (frekuensi), seberapa besar gelombang tersebut (amplitudo), dan bagaimana gelombang tersebut berubah seiring waktu. Namun sebelum kita membahas semua itu, penting untuk memahami bahwa gelombang suara adalah jenis gelombang khusus yang disebut gelombang longitudinal.

Tidak seperti gelombang laut, yang bergerak naik dan turun saat bergerak maju, gelombang longitudinal mendorong dan menarik udara ke arah yang sama dengan arah perjalanannya.

Untuk membayangkan cara kerja gelombang longitudinal, bayangkan sebuah barisan panjang orang yang berdiri saling bahu-membahu. Jika orang pertama mencondongkan tubuh ke depan dan menabrak orang berikutnya, dan orang tersebut melakukan hal yang sama pada orang berikutnya, Anda akan mendapatkan reaksi berantai, seperti molekul udara yang bereaksi terhadap suara. Gerakan bolak-balik inilah yang menyebabkan suara sering disebut sebagai gelombang tekanan.

Sekarang, ketika kita berbicara tentang gelombang suara dalam musik dan kehidupan sehari-hari, kita benar-benar berbicara tentang gelombang tekanan suara. Gelombang suara ini mendarat dalam rentang pendengaran manusia, yaitu sekitar 20 Hz hingga 20.000 Hz. Di bawah suara yang dapat ditangkap oleh telinga manusia adalah rentang infrasonik, yang terlalu rendah untuk didengar, namun berguna untuk hal-hal seperti mendeteksi gempa bumi dan melacak gajah (ya, Anda tidak salah baca). Di atas jangkauan telinga manusia adalah ultrasound, yang kita gunakan untuk segala hal, mulai dari pencitraan medis hingga membersihkan perhiasan. Kami akan kembali membahasnya sebentar lagi.

Selain musik, ada beberapa industri di mana gelombang suara memainkan peran besar. Mulai dari membantu dokter melihat ke dalam tubuh manusia hingga memungkinkan kapal selam menavigasi di bawah air. Namun bagi kami sebagai musisi dan produser, gelombang ini adalah dasar dari segala sesuatu yang kami kerjakan, dan semakin baik kami memahaminya, semakin besar kendali yang kami miliki atas suara kami.

Apa Saja Komponen Gelombang Suara?

Gelombang suara mungkin tampak seperti sihir yang gelap, tetapi sama seperti hal lain dalam fisika, gelombang suara mengikuti serangkaian aturan. Setiap suara yang kita dengar memiliki ciri-ciri khusus yang menentukan bagaimana perilakunya, dan ada beberapa komponen utama yang membentuk gelombang suara.

Frekuensi

Frekuensi adalah salah satu faktor terbesar yang membentuk cara kita mendengar suara. Secara sederhana, frekuensi adalah seberapa cepat gelombang suara bergetar. Kami mengukurnya dalam hertz (Hz), yang memberi tahu kami berapa kali siklus gelombang dalam satu detik.

Semakin cepat getarannya, semakin tinggi frekuensinya. Dan frekuensi itulah yang menentukan nada. Sebagai contoh, nada C tengah pada piano memiliki frekuensi sekitar 261,6 Hz, yang berarti udara bergetar dengan kecepatan tersebut per detik untuk menghasilkan nada tersebut. Sementara itu, nada bass rendah mungkin berada di sekitar 60 Hz, dan peluit anjing yang menusuk dapat melambung di atas 20.000 Hz (yang, secara mudahnya, merupakan titik di mana pendengaran manusia dapat mendengarnya).

Panjang gelombang

Panjang gelombang (λ) adalah ukuran gelombang suara - khususnya, seberapa jauh gelombang suara tersebut bergerak dalam satu siklus penuh. Jika Anda membekukan gelombang suara dan merentangkannya di depan Anda, panjang gelombang akan menjadi jarak dari satu puncak ke puncak berikutnya.

Ada rumus sederhana untuk mengetahuinya:

λ = c / f

Inilah maksudnya:

• λ (Panjang gelombang): Panjang satu siklus penuh gelombang
• c (Kecepatan Suara): Seberapa cepat suara bergerak di udara (kira-kira 343 meter per detik pada suhu kamar)
• f (Frekuensi): Seberapa cepat gelombang bergetar, diukur dalam hertz

Jadi, jika Anda memiliki suara 100 Hz, Anda bisa menyambungkannya:

λ = 343/100 = 3,43 meter

Itu berarti ombak tersebut memiliki panjang lebih dari 3 meter!

Sekarang, jika kita bandingkan dengan suara 1.000 Hz:

λ = 343/1000 = 0,343 meter

Seperti yang Anda lihat, frekuensi yang lebih tinggi memiliki panjang gelombang yang lebih pendek, itulah sebabnya mengapa bass (frekuensi rendah) terasa besar dan lebar, sedangkan treble (frekuensi tinggi) lebih terfokus dan terarah.

Ini juga merupakan alasan mengapa suara low-end dapat merambat melalui dinding, sementara suara bernada lebih tinggi cenderung lebih mudah diserap atau dipantulkan.

Amplitudo

Amplitudo mewakili kekuatan atau volume suara. Ini adalah bagian dari gelombang suara yang membuatnya keras atau lembut. Secara lebih teknis, amplitudo merepresentasikan seberapa jauh partikel udara terdorong dari posisi diamnya ketika gelombang suara melewatinya. Semakin besar gerakannya, semakin kuat gelombangnya, dan semakin keras suaranya.

Anggap saja seperti ini: jika Anda mengetuk drum dengan lembut, udara nyaris tidak bergerak, dan Anda akan mendapatkan suara yang pelan. Tetapi jika Anda memukul drum dengan kuat, udara akan memampatkan dan mengembang jauh lebih dramatis, menciptakan suara yang lebih keras.

Itulah amplitudo dalam aksi.

Dalam bentuk gelombang, amplitudo adalah ketinggian gelombang. Gelombang yang lebih tinggi berarti amplitudo yang lebih tinggi, yang kita rasakan sebagai volume yang lebih besar. Gelombang yang lebih kecil berarti amplitudo yang lebih rendah, yang kita dengar sebagai suara yang lebih pelan.

Selain volume, amplitudo juga berperan dalam cara suara berinteraksi dengan ruang, bagaimana rasanya secara fisik, dan bahkan bagaimana hal itu dirasakan secara emosional dalam musik.

Kecepatan

Ketika kita berbicara tentang kecepatan suara (dan tidak bisa dibilang salah satu lagu terbaik Coldplay), ini adalah seberapa cepat gelombang suara merambat melalui sebuah medium. Tidak seperti cahaya, yang melesat di ruang angkasa dengan kecepatan yang sulit untuk dipahami, suara membutuhkan sesuatu untuk merambat. Ini bisa berupa udara, air, logam, apa saja. Dan tergantung pada sesuatu itu, kecepatan suara berubah.

Di udara (pada suhu kamar), suara bergerak dengan kecepatan sekitar 343 meter per detik (1.125 kaki per detik). Tetapi jika Anda berteriak di bawah air, suara bergerak empat kali lebih cepat daripada di udara. Dan jika Anda mengetuk pipa logam, getarannya akan lebih cepat lagi menembus logam.

Jadi, mengapa hal ini bisa terjadi?

Hal ini tergantung pada seberapa rapatnya molekul dalam bahan yang berbeda. Dalam gas seperti udara, molekul-molekulnya cukup tersebar, sehingga gelombang membutuhkan waktu lebih lama untuk melewatinya. Dalam cairan, molekul-molekulnya lebih rapat, sehingga suara bergerak lebih cepat. Dalam benda padat, di mana molekul-molekul dikemas dengan rapat, suara bergerak paling cepat.

Itulah mengapa jika Anda mendekatkan telinga Anda ke rel kereta api (saya tidak menyarankan hal ini), Anda akan mendengar kereta api yang sedang melaju jauh sebelum suaranya sampai ke telinga Anda melalui udara. Ini juga mengapa suara berperilaku berbeda di lingkungan yang berbeda, seperti bagaimana suara Anda terdengar teredam secara aneh di dalam kabut tebal, karena kelembapan ekstra di udara mengubah kecepatan dan penyerapan gelombang suara).

Intensitas

Jika amplitudo memberi tahu kita seberapa besar gelombang suara, intensitas memberi tahu kita seberapa kuat gelombang tersebut. Lebih khusus lagi, intensitas adalah jumlah daya yang dibawa gelombang suara per satuan luas, dan kami mengukurnya dalam watt per meter persegi (W/m²).

Anggap saja seperti senter. Senter yang redup menyebarkan sejumlah kecil energi ke suatu area, sementara senter bertenaga tinggi memancarkan banyak cahaya di ruang yang sama. Suara bekerja dengan cara yang sama. Semakin banyak energi yang dikemas ke dalam gelombang, semakin kuat gelombang tersebut.

Intensitas sangat penting karena intensitas memainkan peran besar dalam cara kita merasakan kenyaringan. Sementara amplitudo memberi tahu kita ketinggian gelombang, intensitas memberi tahu kita berapa banyak energi total yang dihantarkan. Speaker kecil dan sistem suara stadion mungkin menghasilkan amplitudo yang sama pada satu titik, tetapi sistem stadion menyebarkan kekuatan itu ke area yang jauh lebih luas, sehingga membuatnya jauh lebih kuat.

Ini juga merupakan alasan mengapa jarak mempengaruhi seberapa keras suara yang terdengar. Ketika gelombang suara menyebar, intensitasnya menurun karena energinya terdistribusi ke ruang yang lebih besar. Itulah mengapa sebuah konser terdengar memekakkan telinga di dekat speaker, tetapi memudar jika Anda semakin jauh dari speaker.

Fase

Fase melihat waktu dari sebuah gelombang. Ini adalah di mana gelombang suara berada dalam siklusnya pada saat tertentu. Jika Anda dapat membekukan bentuk gelombang dan menunjuk ke titik tertentu pada gelombang tersebut, Anda akan mengidentifikasi fasanya.

Kami mengukur fase dalam derajat, dengan satu siklus gelombang yang lengkap adalah 360°. Gelombang pada 0° atau 360° berada di titik awal, sedangkan 180° berarti gelombang sudah setengah jalan dan telah terbalik.

Ketika beberapa gelombang suara berinteraksi, fase-fase mereka menentukan apakah mereka bekerja sama atau saling berlawanan.

Jika dua gelombang yang identik berada dalam fase (berbaris pada titik yang sama), mereka saling memperkuat, membuat suara lebih kuat. Namun, jika keduanya tidak sefase, yang berarti puncak satu gelombang sejajar dengan penurunan gelombang lainnya, maka gelombang tersebut akan meniadakan sebagian atau seluruhnya, yang dapat mengurangi atau bahkan menghilangkan suara.

Pembatalan fasa adalah kutukan bagi setiap insinyur audio. Misalnya, jika Anda pernah merekam drum kit dan melihat snare terdengar sangat tipis, pembatalan fase antara mikrofon bisa menjadi penyebabnya. Ini juga alasan mengapa membalik fase pada mixer atau DAW terkadang dapat menghidupkan kembali suara.

Kami memiliki sebuah blog tentang mengapa fase penting dalam musik yang saya rekomendasikan untuk Anda baca jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut.

Berbagai Jenis Gelombang Suara Berdasarkan Perambatannya

Penting untuk diperhatikan bahwa tidak semua gelombang suara bergerak dengan cara yang sama. Meskipun semuanya membawa energi melalui suatu media, cara perambatannya (istilah keren untuk bagaimana gelombang suara bergerak) dapat berbeda tergantung pada situasinya.

Perambatan adalah cara gelombang bergerak melalui ruang. Beberapa gelombang mendorong dan menarik ke arah yang sama dengan arah perjalanannya, sementara gelombang lainnya bergerak naik dan turun atau menyebar dalam pola yang kompleks.

Mari kita uraikan jenis-jenis utama gelombang suara berdasarkan bagaimana gelombang tersebut bergerak dan mengapa hal itu penting.

Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal adalah format gelombang suara yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Gelombang ini ditentukan oleh bagaimana mereka bergerak. Partikel udara bergetar bolak-balik ke arah yang sama dengan arah perjalanan gelombang.

Saya suka membayangkan mendorong salah satu ujung slinky ke depan sambil menariknya ke belakang, dan melihat gulungannya berkumpul dan menyebar di bagian tertentu. Pada dasarnya, gelombang longitudinal bergerak melalui area kompresi (di mana partikel-partikel saling berdesakan) dan penghalusan (di mana partikel-partikel menyebar). Siklus dorongan dan tarikan yang konstan ini adalah bagaimana suara bergerak melalui udara dan mencapai telinga kita.

Kita mendengar gelombang longitudinal di udara dan air karena material tersebut tidak memiliki struktur untuk mendukung jenis gerakan gelombang lainnya. Namun, gelombang ini juga merambat melalui benda padat.

Karena gelombang ini bertanggung jawab atas hampir semua suara yang kita dengar, gelombang ini merupakan inti dari segala sesuatu dalam musik, mulai dari getaran senar gitar hingga ketukan hi-hat yang tajam.

Gelombang Melintang

Gelombang transversal bergerak sedikit berbeda dari gelombang longitudinal. Alih-alih partikel bergetar bolak-balik ke arah yang sama dengan gelombang, gelombang transversal memiliki gerakan yang tegak lurus dengan jalur perjalanan gelombang, yang berarti energinya bergerak maju, tetapi partikelnya bergerak ke atas dan ke bawah.

Cara yang baik untuk membayangkan hal ini adalah dengan menggoyangkan seutas tali. Jika Anda memegang salah satu ujungnya dan menggoyangkannya ke atas dan ke bawah, Anda akan melihat gelombang yang bergerak di sepanjang tali, tetapi bahan tali yang sebenarnya bergerak dari sisi ke sisi, bukan di sepanjang gelombang. Begitulah perilaku gelombang transversal.

Perbedaan utamanya adalah gelombang transversal hanya terjadi pada benda padat. Hal ini karena benda padat memiliki struktur kaku yang diperlukan untuk mendukung gerakan naik-turun. Cairan dan gas tidak memiliki hambatan internal semacam itu.

Meskipun bukan bagian dari cara kita mendengar suara, gelombang transversal memainkan peran besar dalam memahami sifat mekanik material di dunia sekitar kita. Gelombang ini muncul dalam aktivitas seismik, getaran pada struktur padat, dan bahkan bagaimana instrumen beresonansi. Jika Anda pernah merasakan badan gitar akustik bergetar ketika Anda memainkan sebuah nada, Anda sedang mengalami gelombang transversal yang sedang bekerja.

Gelombang Permukaan

Gelombang permukaan seperti gabungan terbaik dari kedua dunia, menggabungkan elemen-elemen gelombang longitudinal dan gelombang transversal. Alih-alih bergerak maju-mundur atau naik-turun, gelombang permukaan menciptakan gerakan yang lebih melingkar atau bergulir saat bergerak di sepanjang batas antara dua material yang berbeda.

Kembali ke gelombang laut , ketika ombak bergulung ke arah pantai, air bergerak dalam pola melingkar. Partikel-partikel di dekat permukaan bergerak dalam lingkaran yang lebih besar, sementara partikel-partikel yang lebih dalam bergerak lebih sedikit. Prinsip yang sama berlaku untuk gelombang permukaan pada material lain, termasuk beberapa kasus di mana suara berinteraksi dengan permukaan padat.

Hal yang penting tentang gelombang permukaan adalah energinya memudar seiring dengan kedalaman. Semakin jauh Anda pergi dari permukaan, semakin kecil gerakan ombak. Inilah sebabnya mengapa penyelam laut dalam tidak merasakan gerakan yang sama seperti yang dirasakan perahu di atas.

Berbagai Jenis Gelombang Suara Berdasarkan Frekuensi

Beberapa gelombang suara dapat kita dengar, sementara gelombang suara yang lain sama sekali di luar jangkauan kita. Berdasarkan frekuensinya, gelombang suara terbagi menjadi tiga kategori utama:

• Gelombang Suara yang Dapat Didengar: Ini adalah frekuensi yang dapat didengar oleh manusia. Segala sesuatu dari 20 Hz hingga 20 kHz termasuk dalam rentang ini. Seiring bertambahnya usia, batas atas cenderung menurun, itulah sebabnya beberapa suara berfrekuensi tinggi hanya dapat didengar oleh telinga yang lebih muda (Anda mungkin ingat teman sekelas Anda yang memainkan aplikasi nyamuk yang mengganggu di kelas karena gurunya tidak dapat mendengarnya)
• Infrasonik: Ini adalah frekuensi ultra-rendah di bawah 20Hz yang terlalu dalam untuk pendengaran manusia, tetapi masih sangat nyata dan kuat. Infrasonik digunakan dalam pendeteksian gempa bumi, pemantauan aktivitas gunung berapi, dan bahkan komunikasi hewan. Gajah, misalnya, menggunakan infrasonik untuk "berbicara" jarak jauh. Beberapa peneliti bahkan mengaitkan infrasonik dengan perasaan tidak tenang, yang dapat menjelaskan momen "Aku bersumpah aku baru saja melihat hantu".
• Ultrasonografi: Gelombang suara frekuensi tinggi di atas 20kHz ini tidak dapat didengar oleh manusia, tetapi memiliki banyak sekali aplikasi praktis. Pencitraan medis (pemindaian ultrasound), teknologi sonar, dan bahkan beberapa alat pencegah hama mengandalkan ultrasound. Beberapa hewan, seperti kelelawar dan lumba-lumba, menggunakannya untuk ekolokasi untuk "melihat" dengan cara yang tidak dapat kita lihat.

Pemikiran Akhir tentang Gelombang Suara

Jadi, apa yang dapat Anda lakukan dengan semua informasi yang baru ditemukan tentang gelombang suara ini?

Sebagai permulaan, memahami gelombang suara akan memberi Anda lebih banyak kendali atas produksi musik, pencampuran, perekaman, dan bahkan pengaturan suara secara langsung. Baik saat Anda menyesuaikan EQ dan mencoba mencari tahu frekuensi gelombang yang Anda dengar atau menempatkan mikrofon dan mencoba menghindari fase, mengetahui bagaimana suara bergerak akan membantu Anda membuat pilihan yang lebih baik.

Ingin eksperimen gelombang suara yang menyenangkan?

Cobalah ini: ambil speaker, mainkan gelombang sinus frekuensi rendah (sekitar 50-100 Hz), dan letakkan tangan Anda di dekatnya. Apakah Anda merasakan getaran itu? Sekarang, mainkan gelombang sinus frekuensi tinggi (5.000 Hz atau lebih). Perhatikan bagaimana getarannya memudar? Itulah panjang gelombang dan frekuensi yang bekerja. Semakin rendah frekuensinya, semakin panjang panjang gelombangnya, dan semakin banyak gelombang tersebut bergerak di udara dengan cara yang dapat Anda rasakan secara fisik.

Pada akhirnya, gelombang suara bukan hanya bagian dari ilmu pengetahuan yang abstrak. Gelombang suara membentuk semua yang kita dengar dan rasakan dalam musik. Dan semakin Anda memahaminya, semakin Anda dapat membengkokkannya sesuai keinginan Anda.