Gelombang Bunyi dan Terapannya

Course Outline

BAB 5

Gelombang Bunyi dan Terapannya 5.1 Gelombang Bunyi Bunyi yang kita dengar dalam kehidupan sehari-hari adalah berasal dari suatu getaran (vibrasi) benda atau materi. Getaran merupakan suatu gerak bolak-balik. Apabila ujung suatu garpu tala digetarkan, dengan memukulkan ujungnya, maka bunyi akan dihasilkan. Bila tali senar gitar digetarkan (dipetik), maka kita mendengar bunyi yang dihasilkan. Getaran atau gerak bolak-balik tersebut, dari sisi analisis ilmiah, menghasilkan apa yang disebut dengan gelombang, yaitu gelombang yang dapat menghantarkan energi bunyi. Dengan demikian, fenomena di atas disebut sebagai gelombang bunyi. Gelombang bunyi adalah gelombang mekanis yang merambat secara lungitudinal. Lungitudinal artinya, arah gerak materi media penghantar (materi yang bergetar tersebut) untuk merambatkan energi gelombang, paralel dengan arah rambat gelombangnya. Gelombang bunyi hanya dapat merambat bila ada media rambatnya. Gelombang bunyi dapat merambat pada benda padat, benda cair, dan gas (udara). Materi penyusun media rambat bergerak berosilasi untuk merambatkan gelombang itu. Pada gambar 5.1 ditunjukkan bagaimana materi udara bergerak bolak-balik (kekiri dan kekanan) untuk merambatkan suatu gelombang bunyi.

Gambar 5.1. Partikel-partikel udara yang bergerak memadat dan merenggang (berosilasi) kekiri dan kekanan untuk merambatkan gelombang bunyi. Gelombang bunyi merambat dari kiri ke kanan pembaca.

Gelombang bunyi akan merambat ke segala arah di dalam medium (media). Jika seseorang berteriak, gelombang bunyi yang dihasilkan akan merambat ke segala arah di medium udara, sehingga semua orang yang ada di sekitarnya mendengar bunyi yang dirambatkan itu. Partikel-partikel penyusun udara bergerak berosilasi (bolak-balik) untuk merambatkan gelombang bunyi itu.

Dr. Horasdia SARAGIH

Physics in Biology and Medicine

Semua gelombang, termasuk gelombang bunyi, memiliki parameter khas, yaitu : frekuensi (f), amplitudo (A), panjang gelombang (λ), periode (T), dan kecepatan rambat (v). Ke empat parameter ini akan mencirikan setiap gelombang sehingga membedakan efek yang ditimbulkannya. Gelombang bunyi yang dihasilkan oleh seorang penyanyi berbeda dengan gelombang bunyi yang dihasilkan oleh pesawat terbang. Frekuensi atau amplitudo kedua jenis gelombang bunyi tersebut berbeda sehingga efek bunyi yang kita dengar dari kedua sumber itu menjadi berbeda.

APPLIED PHYSICS SCIENCE This document can be used only for educational purposes Corresponding author : [email protected] Phone : (022) 6624781 or 081321266714

B5.1

Course Outline

Gelombang bunyi memiliki kecepatan rambat tertentu pada media tertentu. Nilai kecepatan rambat gelombang bunyi pada berbagai jenis media didaftarkan pada tabel 1. Tabel 1. Nilai kecepatan rambat gelombang bunyi pada berbagai jenis medium.

Kecepatan Rambat (m/dtk) 3,31 x 102 14,80 x 102 15,30 x 102 15,80 x 102 14,50 x 102 40,40 x 102

Jenis Medium Udara (air) Air (water) Otak (brain) Otot (muscle) Lemak (fat) Tulang (bone)

Memperhatikan gambar 5.1, jarak yang dihasilkan oleh sepasang bagian udara yang renggang dan padat dinyatakan sebagai satu panjang gelombang, yaitu: satu panjang gelombang bunyi. Panjang gelombang disimbolkan dengan λ (lamda). Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai jarak sejauh λ disebut sebagai periode T. Sementara 1/T didefenisikan sebagai frekuensi (f). Jadi, frekuensi adalah banyaknya gelombang bunyi yang terjadi dalam selang waktu satu detik. Mengacu pada besaran-besaran tersebut di atas, maka kecepatan rambat gelombang bunyi pada suatu medium dapat dirumuskan sebagai berikut :

v=λf

(1)

dan persamaan gelombangnya dinyatakan sebagai:

y ( t ) = A cos

2π vt

λ y ( t ) = A cos 2π ft

atau (2)

dengan y(t) adalah besar pergeseran bolak-balik (kekiri dan kanan) partikel-partikel udara setelah waktu t dan 2πft adalah fase gelombangnya. Amplitudo gelombang (A) memberikan efek kuat lemahnya suara yang kita dengar. Apabila suara yang terdengar agak nge-BAS, itu artinya frekuensinya kecil, sebaliknya apabila suara yang terdengar agak men-denging, berarti frekuensinya meninggi. Gelombang bunyi memiliki energi. Apabila gelombang bunyi merambat pada suatu medium, itu artinya gelombang tersebut merambatkan suatu energi, yaitu: energi bunyi. Itulah sebabnya apabila sebuah pesawat tempur dengan kecepatan tinggi terbang rendah mendekati sebuah rumah yang memiliki jendela kaca, kaca jendelanya bisa jadi pecah. Energi bunyi yang dihasilkan oleh pesawat tersebut memiliki frekuensi yang cukup tinggi sehingga menghasilkan energi yang sangat tinggi yang cukup untuk memecahkan kaca jendela tersebut. Energi yang dibawa oleh gelombang bunyi lebih sering dinyatakan dalam bentuk intensitas (I). Intensitas gelombang (I) adalah jumlah energi yang dirambatkan oleh gelombang per satuan waktu melalui satu satuan luas yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang tersebut. Secara matematis I dirumuskan sebagai berikut :

I=


1 2 ρ vA2 ( 2π f ) 2

(3)

di mana ρ adalah kerapatan medium tempat gelombang merambat, dan π bernilai 3,14.



B5.2

Course Outline

5.2. Sifat-Sifat Gelombang Bunyi Semua gelombang, termasuk gelombang bunyi, menunjukkan fenomena refleksi, refraksi, interferensi, difraksi dan atenuasi. Fenomena ini memainkan suatu aturan penting pada berbagai aplikasi termasuk pada aplikasi medis. 1. Interferensi Mengacu pada gambar 5.1, jika garpu tala yang dibunyikan lebih dari satu dengan frekuensi yang sama atau berbeda pada waktu yang bersamaan, maka fenomena interferensi dapat terjadi. Interferensi adalah penggabungan dari 2 atau lebih gelombang bunyi yang terjadi pada waktu yang bersamaan. Interferensi dapat menghasilkan bunyi yang lebih keras atau bunyi yang lebih lemah dari suara awal masing-masing sumber. Suara yang lebih keras dihasilkan oleh interferensi konstruktif dan suara yang lebih lemah dihasilkan oleh interferensi destruktif. Kondisi ini diterangkan secara skematis pada gambar 5.2. Gambar 5.2. Gambaran skematis proses interferensi antara dua gelombang A dan B. (a) interferensi konstruktif, (b,c) interferensi destruktif. Pada kasus (a), suara hasil interferensi lebih keras dari suara awal masing-masing sumber. Sementara pada kasus (b) suara hasil interferensi lebih lemah dari suara awal masing-masing sumber. Dan pada kasus (c) hasil interferensi tidak menghasilkan suara.

Dua gelombang, yaitu gelombang A dan gelombang B yang masing-masing memiliki nilai amplitudo A dan fase 2πft yang berbeda dibunyikan secara bersama-sama. Pada kasus gambar 5.2a, gelombang A dan B sefase (nilai 2πft-nya sama) namun berbeda nilai A, menghasilkan interferensi konstruktif. Pada kasus gambar 5.2b, gelombang A dan B berbeda fase 180o ( jadi fase gelombang B adalah (1800 +2πft) dan berbeda nilai A, menghasilkan interferensi destruktif. Dan kasus gambar 5.2c, gelombang A dan B berbeda fase 180o dengan nilai A yang sama, menghasilkan interferensi destruktif dan tidak menghasilkan bunyi. Gelombang A dan B pada gambar 5.2c memiliki amplitudo yang sama, namun pada waktu t arahnya berlawanan sehingga bila dijumlahkan menghasilkan nilai nol. 2. Refleksi dan Refraksi Medium, tempat di mana gelombang bunyi merambat, memiliki sifat yang berbeda-beda. Sifat ini menyebabkan medium memiliki kemampuan menghantarkan gelombang bunyi yang berbeda-beda. Sehingga, kecepatan rambat gelombang bunyi pada medium tertentu berbeda dengan pada medium yang lain. Perbedaan sifat itu sangat ditentukan oleh kerapatan massa dan jenis materi penyusun medium. Kerapatan massa dan jenis materi penyusun medium juga menentukan kemampuan memantulkan (refleksi) dan membelokkan (refraksi) gelombang bunyi.



Jika suatu gelombang bunyi merambat dari suatu medium (sebutlah medium 1) ke medium lain (sebutlah medium 2), di mana sifat kedua medium berbeda, maka sebagian dari gelombang yang datang akan di refleksikan (dipantulkan) dan sebagian lagi di refraksikan (diteruskan) dengan mengalami pembelokan. Secara skematis, peristiwa ini ditunjukkan pada gambar 5.3.


B5.3

Course Outline

Gambar 5.3. Skema refleksi dan refraksi suatu gelombang bunyi oleh adanya perbedaan sifat dua medium yang dilaluinya. θ adalah sudut datang gelombang bunyi terhadap bidang normal medium 2. Kerapatan material medium 2 lebih besar dari pada kerapatan material medium 1.

Jika suatu gelombang bunyi dengan intensitas Ia merambat dari medium 1 dan masuk ke medium 2, maka intensitas gelombang pada medium 2, sebut saja It , yaitu intensitas yang ditransmisikan, akan mengalami penurunan. Nilainya tidak lagi sebesar Ia , karena sebagian gelombang datang direfleksikan kembali ke medium 1. Pada kasus gambar 5.3 kerapatan material medium 2 lebih besar dibandingkan kerapatan material medium 1. Perbandingan intensitas yang ditransmisikan (It) dengan intensitas yang datang (Ia) adalah :

It 4 ρ1v1 ρ 2 v2 = I a ( ρ1v1 + ρ 2 v2 )2

(4)

Dari hasil penelitian, sesuai dengan persamaan 4, suatu gelombang bunyi yang datang dari udara tegak lurus masuk menuju ke dalam air, maka hanya 0,1 % energi gelombang bunyi itu masuk ke dalam air, 99,9 % kembali direfleksikan ke udara. Persyaratan refleksi yang dialami oleh suatu gelombang bunyi yang merambat pada dua medium yang berbeda memenuhi persamaan Snellius, yaitu :

Sinθi v1 = Sinθt v2

(4a)

dimana i menyatakan gelombang datang dan t menyatakan gelombang transmisi. v1 adalah kecepatan gelombang bunyi di medium I dan v2 adalah kecepatan gelombang bunyi pada medium II. Untuk memahami perumusan Snellius ini dengan baik, perhatikan gambar 5.3a.



APPLIED PHYSICS SCIENCE

Gambar 5.3a. Refleksi dan refraksi gelombang bunyi yang merambat pada dua medium yang berbeda.

This document can be used only for educational purposes Corresponding author : [email protected] Phone : (022) 6624781 or 081321266714

B5.4

Course Outline

Apabila sudut datang (θi ) diperbesar, maka semakin besar pula sudut θt . Jika θi terus menerus diperbesar, sudut refraksi (θt ) akan mencapai sebesar π/2, yaitu sejajar dengan permukaan medium 2, sehingga nilai Sin θt = 1, maka gelombang bunyi tidak ada lagi yang diteruskan ke medium II, seluruh gelombang direfleksikan oleh permukaan medium II ke medium I. Sudut θi yang menghasilkan θt = π/2 disebut sudut kritis. Itulah sebabnya air (yang berperan sebagai medium II) sering digunakan sebagai penghambat rambatan bunyi yang bersumber dari udara (yang berperan sebagai medium I) dengan sudut datang tertentu (lebih besar dari sudut kritis). 3. Defraksi Gelombang bunyi memiliki kecenderungan untuk menyebar dan mengisi seluruh ruang. Oleh karena itu, walaupun suatu ketika gelombang bunyi menemukan suatu penghalang dalam perambatannya, gelombang tersebut dapat terdengar di balik penghalang itu. Peristiwa ini terjadi karena gelombang bunyi mengalami difraksi. Kemampuannya untuk berdifraksi bergantung pada panjang gelombangnya. Panjang gelombang yang lebih besar memiliki kemampuan menyebar (berdifraksi) yang lebih pendek. Apabila lebar penghalang lebih kecil dari panjang gelombang dari gelombang bunyi, maka gelombang tersebut dangan mudah berdifraksi ke balik penghalang. Berbeda dengan cahaya, karena cahaya memiliki panjang gelombang yang sangat pendek, maka apabila cahaya melewati penghalang jeruji suatu jendela, cahaya tersebut tidak menyebar (berdifraksi) ke balik bagian belakang jeruji itu, sebagai efeknya, kita akan melihat adanya bayangan jeruji di bagian belakangnya. Kembali ke gelombang bunyi, juga harus diketahui bahwa bila lebar penghalang lebih kecil dari panjang gelombang bunyi, maka refleksi tidak akan terjadi. 4. Atenuasi Apabila suatu gelombang bunyi dengan energi tertentu (energi gelombang ditentukan oleh besar amplitudonya) merambat melalui suatu medium, maka energinya akan berkurang (tereduksi) sebagai fungsi jarak. Energi yang berkurang tersebut dapat saja diserap oleh partikel-partikel medium dan diubah menjadi energi panas, dapat juga di refleksikan dan dihamburkan oleh material medium tersebut, namun dua hal yang terakhir sangat kecil pengaruhnya. Penelitian terakhir pada mahluk hidup menunjukkan bahwa, atenuasi energi lebih disebabkan oleh penyerapan energi oleh jaringan tubuh. Koefisien serap (α) jaringan tubuh tersebut menentukan pola atenuasi. Karena energi gelombang dapat dinyatakan dengan internsitas (I), atenuasi yang terjadi dirumuskan sebagai berikut:

I = I o e −2α x

(5)

dimana Io adalah intensitas gelombang awal (sebelum teratenuasi), x adalah jarak tempuh gelombang pada jaringan tubuh dan I adalah intensitas gelombang pada jarak tempuh x. Koefisien serap (α) suatu jaringan terhadap energi didefenisikan sebagai besar energi yang diserap oleh jaringan tubuh dalam setiap 1 cm jarak yang ditempuh. Beberapa nilai α dari berbagai jenis jaringan tubuh ditunjukkan pada tabel 2.




B5.5

Course Outline

Tabel 2. Nilai koefisien serap dari beberapa jaringan tubuh pada frekuensi tertentu.

Jaringan Otot (Muscle) Lemak (Fat) Otak (Brain) Tulang (Bone)

Air (water)

Frekuensi (MHz) 1 0,8 1 0,6 0,8 1,2 1,6 1,8 2,25 3,5 1

α (cm-1) 0,13 0,05 0,11 0,4 0,9 1,7 3,2 4,2 5,3 7,8 2,5x10-4

5.3. Efek Doppler Apabila seseorang bergerak mendekati suatu sumber bunyi yang diam, maka frekuensi bunyi yang didengarnya lebih tinggi bila dibandingkan dengan apabila ia diam tidak mendekati sumber bunyi itu. Bila seseorang tadi bergerak menjauhi sumber bunyi yang diam, frekuensi bunyi yang didengarnya akan lebih rendah bila dibandingkan dengan apabila ia diam tidak menjauhinya. Kedua hal di atas juga terjadi bila sumber bunyi yang bergerak menjauhi dan mendekati sumber bunyi yang diam. Christian Doppler (Austria, 1803-1853) adalah fisikawan yang pertama-tama mengamati dan menganalisis fenomena seperti itu. Gambar 5.4 menunjukkan fenomena efek Doppler. Pada gambar 5.4b, sumber bunyi bergerak kekanan mendekati pendengar wanita dan menjauhi pendengar pria. Gelombang bunyi bergerak menyebar menyerupai lingkaran menjauhi titik pusat sumber bunyi untuk mengemisikan energi bunyi. Dengan memperhatikan gambar dapatlah dengan mudah difahami bahwa panjang gelombang λ adalah lebih kecil ke arah kanan (wanita) dibanding dengan ke arah kiri (pria). Jika λ lebih kecil, itu artinya frekuensi gelombang bunyinya lebih besar (tinggi) karena kedua besaran itu dihubungkan oleh persamaan : v = λf , dimana v adalah kecepatan rambat gelombang bunyi di udara. Maka, frekuensi gelombang yang didengar oleh pengamat wanita lebih tinggi dari pada frekuensi gelombang yang didengar oleh pengamat pria. Peristiwa yang sama akan terjadi bila pengamat yang mendekati atau menjauhi sumber bunyi yang diam. Perumusan frekuensi gelombang bunyi yang didengar oleh pengamat yang diam dan sumber bunyi yang bergerak adalah :

⎛ ⎞ vw f obs = ⎜ ⎟ f source v ± v w source ⎝ ⎠

(6)

dimana fobs adalah frekuensi yang diamati oleh pengamat, vw kecepatan gelombang bunyi, vsource kecepatan gerak sumber, dan fsource adalah frekuensi gelombang bunyi sumber. Tanda plus (+) digunakan apabila sumber bergerak menjauhi pengamat dan tanda minus (-) digunakan apabila sumber bergerak menuju pengamat. Persamaan ini berlaku apabila sumber bergerak dan pengamat diam. Apabila kasusnya adalah pengamat yang bergerak dan sumber bunyinya yang diam, maka perumusan persamaan 6 berubah menjadi :




⎛v ±v ⎞ f obs = ⎜ w source ⎟ f source vw ⎝ ⎠


(7)

B5.6

Course Outline

Tanda positif (+) digunakan pada saat pengamat bergerak menuju sumber dan tanda negatif (-) digunakan pada saat pengamat bergerak menjauhi sumber. Gambar 5.4. Fenomena efek Doppler. (a) sumber bunyi dan pendengar sama-sama diam. (b) sumber bunyi mendekati pendengar wanita dan menjauhi pendengar pria.

5.4. Telinga dan Pendengaran Telinga adalah indra pendengar bagi manusia. Dengan adanya telinga, berbagai macam jenis bunyi dapat didengar dan dinikmati dan selanjutnya dianalisa. Melalui kemampuan deteksi oleh telinga terhadap bunyi, maka kita dapat membedakan suara kambing dengan suara kuda. Bahkan, melalui kemampuan deteksi telinga yang selanjutnya dianalisis oleh otak, kita dapat membedakan mana suara ibu dan mana suara bapak. Suatu struktur telinga manusia dan komponen-komponennya ditunjukkan pada gambar 5.5. Struktur telinga dapat dibagi secara kasar dalam tiga bagian, yaitu: bagian luar (outer ear), tengah (middle ear) dan bagian dalam (inner ear). Bagian luar terdiri dari canal dan pinna. Canal adalah suatu ruang berbentuk terowongan dimana gelombang bunyi akan dirambatkan untuk masuk ke bagian dalam telinga, dan pinna (daun telinga) adalah suatu bagian telinga yang bentuknya terdisain sedemikian rupa sehingga secara efektif dapat merefleksikan gelombang bunyi yang datang dari sekeliling kita untuk diarahkan merambat ke bagian dalam telinga melalui canal. Akhir dari bagian luar telinga adalah eardrum, yaitu: gendang telinga. Gelombang bunyi yang masuk melalui canal akan menggetarkan gendang telinga. Bagi mereka yang gendang telinganya tidak berfungsi baik akan mengalami ketulian.




Gambar 5.5. Struktur telinga manusia.

B5.7

Course Outline

Bagian tengah telinga terdiri dari tiga tulang kecil yang disebut hammer, anvil, dan stirrup. Tulang-tulang ini akan merambatkan getaran yang diterima eardrum ke bagian dalam telinga melalui oval window. Tulang hammer, anvil, dan stirrup membentuk suatu sistim yang dapat melipat-duakan besarnya getaran yang diterima oleh eardrum untuk dihantarkan ke bagian dalam telinga. Oval window memiliki luas sekitar 1/20 kali luas eardrum. Bagian dalam telinga adalah penuh dengan cairan. Bagian ini dapat mempertinggi besar getaran sampai 40 kali lipat dari getaran yang diterima oleh eardrum. Sistim inilah yang memungkinkan telinga mendengarkan bunyi yang sangat lemah (intensitas kecil). Selain mempertinggi besar getaran yang diterima eardrum, bagian tengah telinga ini juga bekerja sebagai pelindung telinga dari efek negatif (kerusakan alat pendengaran) yang diakibatkan oleh bunyibunyian yang terlalu keras (intensitas yang sangat tinggi).

Gambar 5.6. Skema dari coclea. Keterangan lengkap diterangkan pada teks.


Otot-otot yang menghubungkan tulang hammer, anvil, dan stirrup akan berkontraksi apabila gelombang bunyi yang diterima oleh eardrum terlalu keras. Kontraksi ini dilakukan oleh otot-otot itu untuk mengurangi penguatan getaran menjadi hanya 30 kali agar bagian dalam telinga tidak mengalami kerusakan. Itulah sebabnya bila seseorang mendengar suara yang terlalu keras (di atas batas ambang pendengaran) dapat menyebabkan kerusakan permanen pada organ bagian dalam telinganya. Waktu reaksi (untuk kontraksi) otot-otot tersebut berkisar 15 millidetik.



B5.8

Course Outline

Bila bunyi yang kita dengar, intensitasnya (atau suaranya) bertambah dengan cepat (di bawah 15 millidetik) ke nilai batas ambang pendengaran, maka otot-otot yang menghubungkan tulang hammer, anvil, dan stirrup tidak mampu meredam besarnya getaran yang masuk ke bagian dalam telinga. Kejadian ini akan menyebabkan kerusakan pada bagian telinga karena getaran yang diterima melebihi batas ambangnya. Eustachian tube (tabung eustachian) juga berperan sebagai penyelamat bila terjadi kasus adanya suara yang terlalu keras didengar oleh telinga. Getaran yang terlalu keras yang diterima oleh eardrum akan diloloskan sebahagian ke wilayah tabung eustachian menuju mulut sehingga mendapat redaman. Biasanya anda dapat menyetel bagian tengah telinga anda dengan cara mendorongkan udara yang ada di dalam mulut ke telinga. Hal ini sering dilakukan oleh orang yang naik pesawat untuk menyetel pendengarannya setelah dan atau pada saat mendengar suara mesin jet pesawat yang sangat keras. Mungkin juga bila anda naik bus dalam jangka waktu yang lama. Pada keadaan biasa, tabung eustachian berada pada kondisi tertutup (normally closed). Namun dapat dibuka dengan cara seperti disebut di atas tadi. Bagian dalam telinga terdiri dari cochlea, yaitu suatu organ saraf yang berperan mengkonversi gelombang bunyi menjadi pulsa-pulsa listrik yang akan dikirim ke otak. Diameternya berkisar 3 mm dan panjangnya 3 cm. Di dalam cochlea terdapat 3 tabung seperti pipa yang semuanya berisi penuh cairan. Gelombang bunyi masuk ke dalam salah satu pipa tersebut melalui oval window dan mengalir sesuai dengan arah anak panah pada gambar 5.6. Bagian tengah coclea disebut cochlear duct yang memiliki sensor bunyi. Getaran bunyi menyebabkan tectorial membrane bergetar sehingga menggesekkan bulu-bulunya (hairs) pada sel-sel sarafnya dan dirambatkan ke otak. Ada 30.000 sel saraf pada cochlea yang berpartisipasi mengirim infromasi bunyi ke dalam otak. Kemampuan kirim sel saraf pada cochlea ini hanya 1000 Hz. Bunyi berfrekuensi rendah dideteksi pada bagian pangkal cochlea (dekat oval window), kemudian sampai pada bunyi yang berfrekuensi tinggi dideteksi pada bagian ujung.

5.5. Persepsi (tanggapan) Terhadap Bunyi Bagaimana kita bisa memahami arti dari suatu bunyi ? Bagaimana kita bisa merasa nikmat mendengarkan lagu kesayangan kita ? Dan bagaimana pula kita bisa menjadi sangat tidak nyaman mendengar suara bising ? Apanya bunyi yang dianalisis oleh otak sehingga semua hal di atas berpengaruh pada diri kita ? Jawabnya adalah frekuensi dan intensitasnya. Intensitas adalah menyangkut amplitudo karena intensitas itu berbanding lurus terhadap kuadrat ampliduto. Telinga manusia normal dapat mendeteksi gelombang bunyi pada interval frekuensi 20 sampai 20.000 Hz. Dan intensitas yang dapat didengar adalah berada pada orde 1012. Lebih dari nilai intensitas ini akan merusak organ telinga. Persepsi Terhadap Frekuensi Kata yang digunakan untuk menyatakan kemampuan kita membedakan frekuensi suatu bunyi disebut : PITCH. Seseorang disebut memiliki pitch yang baik apabila ia dapat (mampu) mengetahui apakah suatu bunyi memiliki berfrekuensi tinggi atau rendah. Bila anda seorang dirijen suatu paduan suara, anda harus memiliki pitch yang baik. Anda harus mampu membaca frekuensi yang dihasilkan oleh garpu tala sebagai referensi untuk mengambil nada awal sebuah lagu. Berangkat dari nada awal itu, anda harus dapat mencari nada-nada yang lain yang lebih tinggi atau lebih rendah dari nada awal tadi. Bila nada awal adalah “do” maka anda harus mampu mencari setinggi apa (atau berapa frekuensi) suara yang harus dikeluarkan untuk menghasilkan nada “sol”. Kemampuan pitch yang baik harus dimiliki oleh para musisi.



Bila ada bunyi dari hasil suatu getaran, maka bunyi tersebut memiliki satu nilai frekuensi tertentu. Apabila bunyi yang terdengar adalah campuran dari hasil getaran berbagai alat getar, maka bunyi tersebut terdiri dari campuran berbagai frekuensi (multiple frequencies), contohnya adalah alunan musik dari suatu konser. Apabila macam nilai frekuensi yang diperdengarkan terlalu banyak, maka yang terdengar adalah kebisingan (noise).


B5.9

Course Outline

Persepsi Terhadap Intensitas Kata yang digunakan untuk membedakan intensitas bunyi disebut : LOUDNESS, yaitu tingkat keras lemahnya suatu bunyi. Loudness (tingkat bunyi, sound level) memiliki satuan Bel, namun umumnya digunakan decibel (dB) karena Bel terlalu besar (1 Bel = 10 dB). Satuan ini dibuat sebagai penghargaan terhadap Alexander Graham Bell sebagai penemu telepon. Dalam satuan dB kita tidak mengukur loudness secara mutlak akan tetapi yang diukur adalah besar kekerasan suara dibandingkan dengan kekerasan suara minimum yang dapat didengar oleh telinga manusia normal. Intensitas minimum suara yang dapat didengar oleh telinga manusia normal dinyatakan sebesar 0 dB. Perlu diketahui bahwa ada intensitas bunyi minimum sebesar 10-12 watt/m2 (pada frekuensi 1000 Hz) yang masih dapat didengar oleh telinga normal. Oleh Abraham Bell, intensitas sebesar itu didefenisikan sama dengan 0 dB. Bel menyatakan bahwa apabila terjadi perubahan intensitas suatu bunyi sebesar 10 kali lipat dari nilai awal 10-12 watt/m2, maka perubahan itu dinyatakan sama dengan 10 dB.

Gambar 5.7. Sensitifitas dengar telinga normal manusia. Garis tidak putus-putus (garis threshold) menunjukkan batas bawah tingkat bunyi (sound level atau loudness) yang dapat didengar oleh manusia muda. Garis putus-putus (garis avarage) adalah batas bawah rata-rata bagi lansia.

Gambar 5.7 menunjukkan batas bawah dan batas atas loudness (sound level, tingkat bunyi) yang dapat dan nyaman untuk didengar. Garis tidak putus-putus (garis threshold) menunjukkan batas bawah tingkat bunyi (sound level atau loudness) yang dapat didengar oleh manusia muda. Garis putus-putus (garis avarage) adalah batas bawah rata-rata bagi lansia. Daerah yang diarsir di bagian atas adalah daerah dimana kita tidak nyaman lagi (discomfort) mendengarkannya. Di atas daerah discomfort ada daerah pain yang menyatakan bahwa sound level yang kita dengar telah dapat mengakibatkan organ telinga kita menjadi rusak (sakit).

5.6. Ketulian (Hearing Loss) Ketulian (hearing loss) dapat disebabkan oleh banyak hal, terutama adalah umur. Ada 2 tipe ketulian, pertama : conductive hearing loss, dan kedua : neural hearing loss.




Conductive hearing loss disebabkan oleh kerusakan di dalam struktur organ telinga yang membawa gelombang bunyi masuk ke dalam bagian dalam telinga (inner ear). Neural hearing loss disebabkan oleh akibat


B5.10

Course Outline

kerusakan organ cochlea khususnya neuron-neuronnya (saraf yang ada di cochlea) yang berfungsi untuk mengirim informasi bunyi ke otak. Tipe neural hearing loss sulit untuk disembuhkan. Menguji Pendengaran Uji pendengaran sangat dibutuhkan, yaitu untuk mengetahui apakah kemampuan dengar, normal atau tidak sehingga secara dini dapat diambil tindakan medis yang diperlukan. Uji pendengaran dilakukan di suatu ruangan soundproof. Suatu sumber bunyi yang dapat diatur tingkat bunyinya (sound level), digunakan. Pertama-tama tingkat bunyi yang diberikan adalah yang terendah, kemudian dinaikkan ketingkat yang lebih tinggi. Batas bawah dan batas atas kemampuan dengar, kemudian ditetapkan.

Gambar 5.8. Batas-batas pendengaran pada telinga normal yang dihasilkan dari uji pendengaran. Tanda bulatan kosong menunjukkan batas bawah pendengaran telinga kanan dan tanda silang menunjukkan batas pendengaran bawah telinga kiri.

Frekuensi gelombang bunyi yang digunakan dalam uji pendengaran adalah dari 250 Hz sampai 8000 Hz. Pada setiap frekuensi, operator akan menaik-turunkan intensitas bunyi (sound levelnya) untuk mendapatkan batas bawah dan batas atas pendengaran. Batas-batas pendengaran untuk setiap frekuensi tersebut diplot ke dalam suatu kertas grafik. Kemudian hasilnya dibandingkan dengan batas-batas pendengaran untuk telinga normal. Pada gambar 5.8 ditunjukkan hasil pengukuran untuk telinga normal.

5.7. Gelombang Ultrasonic Seperti telah diterangkan sebelumnya bahwa telinga manusia normal hanya dapat mendeteksi (mendengarkan) suatu bunyi dengan frkeuensi minimum 20 Hz dan maksimum 20.000 Hz. Bunyi yang memiliki frekuensi di atas 20.000 Hz tidak lagi dapat didengar oleh telinga normal. Namun, walaupun demikian tidak berarti bahwa gelombang bunyi berfrekuensi di atas 20.000 Hz tidak berguna. Dengan frekuensinya yang sangat tinggi, maka dapat digunakan untuk merekayasa suatu peralatan medis akustik beresolusi tinggi. Sifat unik gelombang bunyi yang dapat direfleksikan oleh bidang medium yang berbeda, digunakan untuk menciptakan peralatan medis yang berfungsi memotret organ-organ bagian dalam tubuh, seperti jantung dan bayi di dalam kandungan. Sumber Gelombang Ultrasonic




Gelombang ultrasonic adalah gelombang bunyi yang frekuensinya di atas 20.000 Hz yang dihasilkan oleh suatu getaran kristal dari material piezoelectric, yaitu suatu material yang berfase kristal dan memiliki sifat ferroelektrik. Suatu material disebut kristal apabila atom-atom penyusunnya tersusun secara teratur. Dan disebut


B5.11

Course Outline

ferroelektrik apabila atom-atomnya dapat menghasilkan polarisasi listrik secara spontan apabila diberi medan listrik luar. Umumnya, untuk menghasilkan gelombang ultrasonik, material yang digunakan adalah kristal quartz (kristal kuarsa). Kristal quartz memiliki sifat piezoelectric, dimana apabila medan lsitrik dikenakan padanya, muatan listrik atom-atomnya terpolarisasi secara spontan. Suatu gambaran terhadap material yang bersifat piezoelectric ditunjukkan pada gambar 5.9.

Gambar 5.9. Suatu gambaran material piezoelectric dan sifatnya.




Gambar 5.10. Skema sederhana peralatan untuk menghasilkan gelombang ultrasonic dan teknik memfokuskannya.


B5.12

Course Outline

Bila beda potensial (tegangan listrik) diberikan pada material piezoelectric (seperti diperlihatkan pada gambar 5.9), atom-atom penyusun material tersebut akan terpolarisasi sesuai dengan polarisasi tegangan yang diberikan. Ketika arah polarisasi dari luar diubah, maka arah polarisasi atom-atom material itu juga akan berubah. Bila diberikan polarisasi bolak-balik, yaitu dengan memberikan tegangan bolak-balik atau tegangan AC, maka polarisasi atom-atomnya juga bolak-balik. Jadi tegangan bolak-balik yang diberikan dari luar akan mempengaruhi proses polarisasi atom-atom material piezoelectric menjadi bolak-balik pula. Frekuensi bolak-balik tegangan luar, mempengaruhi frekuensi bolak-balik polarisasi atom-atom material piezoelectric. Pada saat polarisasi atom-atom pizoelectrik bergerak bolak-balik (berosilasi), maka suatu gelombang ultrasonic akan dihasilkan. Frekuensi tegangan bolak-balik dari luar tidak selamanya sama dengan frekuensi bolakbalik atom-atom. Berosilasinya polarisasi atom-atom akibat pengaruh berosilasinya tegangan luar yang diberikan disebut proses resonansi. Resonansi adalah peristiwa bergetarnya (berosilasinya) suatu benda akibat getaran (osilasi) benda lain. Dalam kontek bahasan kita ini, polarisasi atom-atom material piezoelectric berosilasi akibat adanya pengaruh dari osilasi tegangan luar yang diberikan. Jadi, atom-atom material piezoelectric tersebut beresonansi akibat adanya osilasi tegangan yang diberikan dari luar. Frekuensi osilasi polarisasi atom-atom material piezoelectric sebagai akibat resonansi adalah sangat bergantung pada ketebalan material piezoelectric tersebut. Semakin tipis material kristal quartz, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan. Untuk ukuran ketebalan 2,85 mm, kristal quarzt menghasilkan frekuensi osilasi sebesar 1 MHz. Artinya, gelombang ultrasonic yang dihasilkan memiliki frekuensi 1 MHz. Dalam dunia medis, frekuensi ultrasonic yang dibutuhkan adalah 1 – 5 MHz. Suatu skema sederhana peralatan untuk menghasilkan gelombang unltrasonic dan teknik memfokuskannya ditunjukkan pada gambar 5.10. Lensa (lens) yang digunakan seperti ditunjukkan pada gambar 5.10c bertujuan untuk memfokuskan gelombang ultrasonic yang dihasilkan. Pada proses seperti diterangkan di atas, material piezoelectric quartz berperan mengubah energi listrik, berupa tegangan listrik yang diberikan, ke energi mekanik, yaitu bergeraknya atom-atom material piezoelectric tersebut secara bolak-balik. Material yang dapat berperan seperti itu sering disebut sebagai transducer. Pulsa gelombang ultrasonic yang dihasilkan oleh kristal piezoelectric quartz, dipenetrasikan (dirambatkan) ke dalam tubuh dengan menempatkan material piezoelectric itu pada permukaan kulit, yang sebelumnya diberi pasta atau jelly. Pasta atau jelly berfungsi untuk mencocokkan impedansi kulit dengan impedansi kristal piezoelectric sehingga rambatan gelombang ultrasonic ke dalam tubuh menjadi efektif. Viskositas (kekentalan) jelly mempengaruhi kemampuannya untuk mencocokan (match) perbedaan impedansi piezoelectric dan kulit. Sebagaimana telah diterangkan diawal bab ini, bahwa gelombang bunyi, termasuk gelombang ultrasonic, memiliki sifat refleksi, difraksi dan interferensi. Pada saat gelombang ultrasonic dirambatkan ke dalam tubuh, gelombang tersebut akan menjalar ke bagian dalam tubuh dan melewati berbagai jenis organ-organ yang ada di dalamnya. Ketika gelombang ini menemukan adanya perbedaan jenis organ, maka sebahagian dari gelombangnya akan direfleksikan (dipantulkan) kembali ke permukaan kulit. Gelombang yang direfleksikan ini akan dideteksi oleh bahan kirstal piezoelectric yang memancarkan gelombang itu. Jadi, kristal piezoelectric tersebut bukan saja sebagai sumber pemancar gelombang ultrasonic, akan tetapi juga berperan sebagai detektor. Intensitas gelombang ultrasonic yang terrefleksi berbeda nilainya (lebih kecil) dibanding dengan intensitas saat dipancarkan dari sumber. Intensitas refleksi tersebut selanjutnya diolah menjadi suatu gambar yang dapat dicetak untuk dianalisa. Memotret jantung di dalam dada dan memotret bayi di dalam rahim dilakukan dengan cara ini. Ultrasonografi adalah istilah yang sering digunakan.




B5.13

Course Outline

5.8. Terapi Ultrasonic Di samping sebagai alat potret jantung dan bayi seperti diterangkan di atas, peralatan ultrasonic digunakan juga untuk terapi panas terhadap otot-otot yang ada di bagian dalam tubuh. Aliran darah dan tekanan darah juga dapat diukur. Kelebihan dengan menggunakan teknik ultrasonic adalah dapat melakukan terapi seperti disebut di atas tanpa harus melakukan proses pembedahan. Gelombang ultrasonic dapat menggetarkan materi penyusun suatu organ atau otot sehingga organ tersebut menjadi panas. Fenomena ini digunakan untuk terapi panas. Daerah bagian dalam tubuh yang akan dipanaskan dan tingkat kepanasannya dapat dikendalikan dengan baik melalui pengendalian penyinaran ultrasonic dari luar (menyetel amplitudo dan frekuuensinya). Aliran darah dan tekanan darah dapat diukur dengan menerapkan efek Doppler. Peralatan Terapi Ultrasonic Peralatan terapi ultrasonic terdiri dari pembangkit tegangan AC sinusoidal (tegangan PLN), kristal piezoelectric, dan jelly. Tegangan sinusoidal berfungsi untuk memberikan gangguan listrik pada kristal piezoelectric. Karena gangguan itu, atom-atom kristal piezoelectric terpolarisasi bolak-balik melalui peristiwa resonansi sehingga menghasilkan gelombang ultrasonic. Jelly, digunakan untuk menghubungkan kulit tubuh dengan bahan kristal piezoelectric agar gelombang untrasonic yang dihasilkan dapat dirambatkan ke dalam tubuh. Jelly berfungsi untuk menyamakan impedansi antara kristal piezoelectric dengan impedansi kulit. Jika impedansi keduanya sama, maka gelombang ultrasonic akan merambat tanpa mengalami degradasi di interface (antar muka) kristal – kulit. Jika jelly yang dipakaikan kurang, dapat mengakibatkan kristal piezoelectricnya rusak karena terlalu panas akibat energi osilasi kristalnya berlebihan bdan kulit dapat terbakar karena tingginya energi panas piezoelectric. Impedansi bunyi kristal piezoelectric lebih besar dari pada impedansi bunyi kulit tubuh karena kristal piezoelectric lebih keras dari pada kulit tubuh. Secara skematis, uraian di atas ditunjukkan pada gambar 5.11.

Gambar 5.11. Peralatan ultrasonic dan skema penggunaannya.

Piezoelectric Transducer




Seperti telah disebut sebelumnya, material piezoelectric yang digunakan selama ini adalah kristal quarzt. Tapi selain quartz juga digunakan material keramik seperti kristal PbZrTiO yang disingkat dengan PZT. Untuk menghasilkan frekuensi gelombang ultrasonic sebesar 1 – 5 MHz, tebal piezoelektric yang digunakan adalah λ/2.


B5.14

Course Outline

Perhatikan gambar 5.12 . Kedua sisi bahan piezoelectric harus dimetalisasi untuk dihubungkan ke sumber tegangan AC dengan menggunakan kabel listrik. Salah satu dari sisi yang dimetalisasi diberi backing material (material penghalang) agar gelombang ultrasonic yang dihasilkan kristal piezoelectric PZT hanya keluar dari sisi yang lainnya, yaitu sisi yang bersentuhan dengan kulit. Kemduian seluruh struktur piezoelectric, metalisasi dan backing material dibalut dengan suatu bahan isolator listrik agar arus lustrik yang dialirkan ke piezoelectric melalui metal tidak mengalir ke tubuh. Peralatan kemudian digunakan dengan cara seperti ditunjukkan pada gambar 5.12.

Gambar 5.12. Suatu tranducer ultrasonic PZT.

Pemotretan Organ Dalam Tubuh Ketika peralatan ultrasonic digunakan, gelombang ultrasonic dirambatkan ke dalam tubuh. Pada saat gelombang tersebut merambat maka akan bertemu dengan permukaan organ-organ yang ada di dalam tubuh. Permukaan organ-organ tubuh tersebut akan merefleksikan sebahagian gelombang ultrasonic ke luar kembali dan ditangkap oleh peralatan ultrasonic itu lagi. Gelombang yang direfleksikan itu dideteksi oleh piezoelectric. Intensitas gelombang ultrasonic yang digunakan untuk memotret organ-organ dalam tubuh dijaga cukup rendah untuk menghindari terjadinya kerusakan pada organ-organ tersebut. Gelombang ultrasonic pada tingkat intensitas yang tinggi dapat merusak jaringan organ tubuh. Intensitas yang digunakan yang terbebas dari efek kerusakan adalah sekitar 10-2 Watt/m2. Namun, untuk kasus tertentu, misalnya untuk memanaskan suatu organ yang sangat dalam di dalam tubuh (ultrasonic diathermy) sering digunakan intensitas 1 – 10 Watt/m2. Khusus untuk merusak jaringan sel kanker, intensitas sebesar 103 Watt/m2 sering digunakan. Untuk melihat perkembangan bayi di dalam rahim ibunya, suatu intensitas 10-2 Watt/m2, digunakan seperti ditunjukkan pada gambar 5.13.

5.9. Stethoscope Stethoscope adalah suatu sistim peralatan untuk mendeteksi bunyi yang dihasilkan oleh organ-organ bergetar (bergerak) di dalam tubuh. Bunyi hasil detak jantung, bunyi yang dihasilkan oleh organ paru-paru, dll. Suatu stethoscope memiliki bagian-bagian seperti : earpieces, tube, bell, valve, dan diaphragm (gambar 5.14). Diaphragm berfungsi sebagai alat getar yang menghasilkan gelombang bunyi yang akan dirambatkan ke dalam tube (tubing) yang selanjutnya menuju telinga.




B5.15

Course Outline

Gambar 5.13. Pemotretan bayi dalam rahim dengan gelombang ultrasonic. Teknik ini sering disebut ultrasonografi disingkat dengan USG.

Diaphragm bergetar akibat peristiwa resonansi oleh gelombang bunyi yang dihasilkan dari dalam tubuh. Pada saat bagian diaphragm suatu stethoscope di letakkan di suatu bagian tubuh, maka gelombang bunyi yang dari dalam tubuh dengan frekuensi tertentu yang merambat ke bagian luar tubuh, yaitu ke permukaan kulit, akan mempengaruhi diaphragm sehingga beresonansi. Peristiwa resonansi itu mengakibatkan diaphragm menjadi bergetar pada frekuensi tertentu. Getaran tersebut menghasilkan gelombang bunyi dan dirambatkan melalui media udara yang ada di dalam tube ke telinga. Frekuensi gelombang hasil resonansi dapat disetel dengan memutar katub (valve) stethoscope (open atau closed bell). Membuka dan menutup bell (open-closed bell) adalah suatu cara untuk mencocokkan (match) impedansi bunyi antara kulit tubuh dan udara yang terdapat di antara kulit dan diaphragm. Bila kita menekan bagian bell stethoscope yang berdiaphragm ke bagian permukaan tubuh, kulit permukaan tubuh akan mengencang, hasilnya frekuensi resonansi yang dihasilkan akan bertambah. Bila diameter bell diperbesar (diameter lingkaran diaphragm) frekuensi resonansi akan berkurang. Untuk mendengar bunyi yang berfrekuensi sangat rendah, gunakanlah diameter diaphragm yang kecil, dan sebaliknya. Dan untuk memperjelas bunyi, lakukanlah penekanan bell lebih keras ke permukaan kulit atau dengan memperbesar tegangan permukaan kulit. Jadi, dimungkinkan bagi kita untuk memperbesar bunyi yang dihasilkan oleh organ tubuh dengan mengubah ukuran bell dan memvariasikan tekanan bell terhadap kulit atau memperbesar tegangan kulit. Frekuensi bunyi jantung yang rendah hanya dapat didengar apabila bagian bell ditekan lebih keras pada permukaan kulit dada. Kondisi bel yang tertutup (closed bell) digunakan untuk mengukur frekuensi bunyi yang berprekuensi tinggi, seperti frekuensi bunyi yang dihasilkan oleh paru-paru. Sementara kondisi open bell digunakan untuk mengukur frekuensi rendah seperti yang dihasilkan oleh jantung. Gambar 5.15 menunjukkan interval frekuensi bunyi yang dihasilkan oleh jantung dan paru-paru.




B5.16

Course Outline

Gambar 5.14. Skema dari suatu stethoscope.

Gambar 5.15. Interval frekuensi yang dihasilkan oleh jantung dan paru-paru. Grafik menunjukkan batas pendengaran terhadap frekuensi yang dihasilkan oleh jantung dan paru-paru.

Mengacu pada uraian di atas, suatu stethoscope yang baik haruslah memiliki volume udara (dari bel sampai ke earpieces) yang kecil agar energi gelombang bunyi yang dihasilkan diaphragm tidak habis diserap oleh udara di dalam stethoscope (teratenuasi), tapi dirambatkan secara keseluruhan ke eardrum telinga pendengar. Untuk tujuan itu maka volume tube harus kecil dan kehilangan energi akibat gesekan gelombang terhadap dinding tube harus sekecil mungkin, jadi bahan untuk tube harus tertentu. Untuk menghindari volume udara yang terlalu besar di dalam tube, maka ukuran tube tidak boleh terlalu panjang. Diameter tube harus kecil. Tapi biasanya diameter yang kecil akan menghasilkan kehilangan energi akibat gesekan terhadap dinding menjadi besar. Berdasarkan pada pertimbangan di atas, maka suatu stethoscope dibuat memiliki panjang tube sekitar 25 cm dengan diameter 0,3 cm. Earpieces harus didisain cocok dengan bagian muka canal telinga agar gelombang bunyi yang merambat di dalam tube tidak bocor ke luar telinga. Kebocoran dapat juga mengakibatkan masuknya noise ke dalam telinga.




B5.17

Course Outline

5.10. Ultrasonography (USG) Gambar 5.13 adalah contoh cara memotret suatu bayi di dalam kandungan seorang ibu dengan peralatan USG. Pada bagian ini akan diuraikan bagaimana proses yang terjadi dan konsep kerja dari suatu alat USG. A-Scan Untuk memperoleh informasi tentang kedalaman suatu objek di dalam tubuh, kita merambatkan suatu pulsa gelombang ultrasonic ke dalam tubuh dan menerima hasil refleksi gelombang itu oleh objek yang akan diukur tersebut. Waktu yang dibutuhkan gelombang tersebut dari sejak awal dirambatkan sampai ia kembali lagi sebagai hasil refleksi akan dapat diukur. Karena kecepatan rambat gelombang telah diketahui pada tubuh, maka jarak objek tersebut ke permukaan tubuh akan dapat dihitung, yaitu :

x=v x

1 2

t

(8)

Prosedur ini disebut dengan metode A-Scan. Metode A-Scan biasanya menggunakan emisi 400 – 1000 pulsa/detik. Perhatikan gambar 5.16. Gelombang ultrasonic dirambatkan (ditransmisikan) dari permukaan kulit perut seorang ibu. Gelombang tersebut merambat ke dalam perut, dan ketika menemukan medium yang berbeda, yaitu kepala bayi, gelombang ultrasonic akan direfleksikan oleh bidang kulit kepala bayi itu, kemudian sebahagian gelombang terus merambat ke dalam kepala bayi dan ketika menemukan kembali bagian kepala bayi yang paling jauh, terjadi lagi refleksi kedua. Dari data waktu yang dibutuhkan oleh gelombang ultrasonic mencapai permukaan terdekat kepala bayi (katakanlah t1) dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai permukaan kepala terjauh bayi (katakanlah t2), maka jarak bayi dari permukaan perut si ibu (katakanlah x1) telah dapat dihitung dari persamaan 8 dengan menggunakan waktu t1 . Apabila t2 digunakan, akan didapatkan x2 dan diameter kepala bayi dapatlah diperkirakan sekitar x2 – x1 , sehingga volume kepala bayi dapat diperkirakan. Untuk mengukur volume tubuh bayi, scan harus dilakukan pada seluruh tubuh bayi dan melakukan perhitungan seperti di atas. Dengan menggunakan perumusan m = ρV , maka massa bayi dapat diketahui. m adalah massa bayi, ρ adalah massa jenis tubuh bayi dan V adalah vomue tubuhnya.

Gambar 5.16. Jarak tempuh gelombang transmisi dan refleksi ultrasonic dalam pengukuran volume bayi di dalam rahim.




B5.18

Course Outline

B-Scan Untuk beberapa tujuan klinis, metode A-Scan tidak memberikan informasi yang lengkap. Oleh karena itu dibutuhkan metode lain, yaitu : B-Scan. B-Scan adalah suatu metode scan yang dapat menghasilkan gambar dua dimensi dari organ yang dideteksi. Untuk menghasilkan gambar dua dimensi bayi di dalam rahim, metode B-Scan dilakukan. Pengukurannya sebenarnya sama dengan A-Scan, hanya pada B-Scan transdusernya digerakkan pada luasan tertentu. Setiap refleksi gelombang pada luasan tertentu tadi akan ditangkap oleh transduser itu. Besar kecilnya intensitas gelombang refleksi, akan menentukan hitam-putihnya warna yang ditunjukkan pada layar alat ukur. Setelah B-scan secara sempurna telah dilakukan, suatu gambar akan terlihat pada layar alat ukur. Gambar 5.13c adalah hasil potret yang didapatkan dengan metode B-Scan. M-Scan M-Scan atau motion scan adalah metode scan yang digunakan untuk mengukur pergerakan suatu objek yang akan diukur di dalam tubuh, seperti aliran darah dan detak jantung bayi. Pada metode ini, efek Doppler digunakan. Lihat gambar 5.17. Gelombang ultrasonic yang ditransmisikan akan mencapai sel darah merah yang mengalir pada pembuluh darah. Karena darah mengalir menjauhi alat ukur, maka frekuensi gelombang hasil refleksi (fd) akan lebih kecil dari frekuensi awal (fo) sebagaimana diuraikan pada bahasan efek Doppler. Apabila sel-sel darah menerima gelombang ultrasonic pada sudut tertentu θ (seperti ditunjukkan pada gambar 5.17) maka frekuensi gelombang refleksi yang diterima oleh transducer adalah :

fd =

2 f oV cos θ v

(9)

dimana V adalah kecepatan alir sel-sel darah pada pembuluh darah. Dengan mengetahui nilai fd dan θ dari hasil pengukuran maka nilai kecepatan aliran darah V dapat diketahui karena fo dan v telah diketahui. Untuk kasus pengukuran kecepatan detak jantung bayi, harga θ adalah nol.

Gambar 5.17. Skema pengukuran aliran darah yang menggunakan peralatan ultrasonic dengan menggunakan konsep efek Doppler.




B5.19

Course Outline

DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3. 4. 5.

Hill, C.R. (Physics Department, Institute of Cancer Research, UK), Physical Principles of Medical Ultrasonics, 2nd Edition, John Wiley & Sons Ltd., UK, 2004. Davidovits, P. (Boston College Massachusetts, USA), Physics in Biology and Medicine, Second Edition, Elsevier Science, Academic Press, USA, 2001. Aston, R. (Pennsylvania State University, USA), Principles of Biomedical Instrumentation and Measurement, Macmillan Publ. Company, USA, 1990. Urone, P.P. (California State University, USA), Physics With Health Science Applications, John Wiley & Sons, Inc. USA, 1986. Cameron, J.R. (University of Wisconsin, USA), Medical Physics, John Wiley & Sons, Inc. USA, 1976.




B5.20

Gelombang Bunyi dan Terapannya

Recommend Documents