Kecepatan suara atau sound velocity melalui suatu media sangat erat kaitannya dengan komposisi, struktur, densitas, tekanan, dan suhu. Kecepatan suara material penting untuk banyak aplikasi. Misalnya, kecepatan suara pada bahan konstruksi seperti beton atau bagian kereta api yang diukur dengan menggunakan teknologi pengujian ultrasonik dapat digunakan untuk mengevaluasi kekuatan bahan demi keselamatan.
Contoh lainnya adalah menggunakan kecepatan suara melalui tengkorak, yang diperkirakan berdasarkan gambar computed tomography (CT), untuk mensimulasikan lokasi fokus ultrasound di dalam otak untuk perawatan ultrasound terapeutik. Kesalahan dalam estimasi kecepatan suara dapat memengaruhi akurasi koreksi fase elemen transduser ultrasound dan pemfokusan ultrasound transkranial. Oleh karena itu, guna meningkatkan tingkat keberhasilan perawatan ultrasound, sangat penting untuk mengukur kecepatan suara secara akurat, bukan memperkirakannya.
Baca Juga: Definisi dan Karakteristik Tekanan Uap
Apa itu Kecepatan Suara?
Kecepatan suara adalah laju gelombang suara yang merambat melalui medium. Kecepatan sama dengan akar kuadrat dari modulus curah dibagi dengan densitas. Kecepatan suara melalui material tertentu adalah jarak yang akan dirambatkan oleh energi suara dalam material tersebut dalam waktu tertentu dan merupakan fungsi dari kerapatan material, impedansi akustik material, dan suhu material.
Baca Juga: Perbedaan Cairan dan Gas
Bagaimana cara kecepatan suara bekerja?
Kecepatan suara didefinisikan sebagai a = γcRgTc, di mana γc adalah indeks isentropik pada pintu keluar nosel, Rg adalah konstanta gas dan Tc adalah suhu statis pada pintu keluar nosel (dan juga dikenal sebagai suhu kritis).
Baca Juga: Definisi, Perhitungan, dan Faktor yang mempengaruhi Kapilaritas
Pengaturan Eksperimental untuk Pengukuran Kecepatan Suara In Situ
Gambar dibawah menunjukkan pengaturan eksperimental yang digunakan dalam pengukuran ultrasonik. Pengaturan ini pada awalnya dikembangkan untuk mempelajari cairan paduan Fe dan kemudian dimodifikasi untuk cairan silikat. Di sini kami menyajikan beberapa detail pengaturan dan peningkatan baru pada sistem untuk kinerja yang lebih baik dan akuisisi data yang lebih cepat pada suhu yang sangat tinggi.
Pembuatan Transduser
Gema permukaan atas dari marmer yang sangat tebal digunakan untuk mengkarakterisasi transduser ultrasonik, ini adalah semacam metode umum di laboratorium fabrikasi perangkat transduser ultrasonik. Lebar pita efektif adalah bagian di atas 10% dari amplitudo maksimum, yang dikenal sebagai lebar pita -20 dB. Frekuensi tengah adalah rata-rata dari batas pita bagian bawah dan atas.
Transduser pada frekuensi tengah 36,5 MHz dan 13,5 MHz dibuat dengan langkah-langkah berikut: PiezoCAD digunakan untuk mensimulasikan ketebalan piezoelektrik (litium niobat) dan lapisan pencocokan (epoksi perak) transduser yang diperlukan. Mengamplas lithium niobate hingga mencapai ketebalan yang diinginkan. Satu sisi lithium niobate dihubungkan ke epoksi perak dengan pelapisan emas dan selanjutnya epoksi perak diampelas hingga ketebalan yang diinginkan. Sisi lain dari lithium niobate dihubungkan ke E-solder dengan pelapisan emas. Hubungkan kabel timah dan pasang pada Housing (cincin tembaga).
Transduser pada frekuensi tengah 9,2 MHz dan 20,5 MHz dibuat dengan langkah-langkah berikut: piezoCAD digunakan untuk mensimulasikan ketebalan piezoelektrik (lithium niobate) dari transduser yang dibutuhkan tanpa lapisan yang cocok. Ampelas litium niobate hingga mencapai ketebalan yang diinginkan. Satu sisi lithium niobate dihubungkan ke kabel utama dengan pelapisan emas. Menggunakan epoksi untuk membungkus Housing (cincin tembaga).
Baca Juga: Definisi, Jenis, dan Efek dari Kavitasi
Apa saja yang dapat diaplikasikan pada kecepatan suara?
Akustik Bawah Air
Kecepatan suara sangat penting dalam akustik bawah air untuk aplikasi seperti sistem sonar, komunikasi bawah air, dan mempelajari kehidupan laut. Memahami bagaimana suara bergerak melalui air sangat penting untuk navigasi bawah air yang efektif.
Pencitraan Medis
Di bidang medis, kecepatan suara digunakan dalam teknik seperti pencitraan ultrasound. Kecepatan suara melalui jaringan yang berbeda membantu menciptakan gambar yang terperinci untuk tujuan diagnostik, seperti dalam kebidanan atau mendeteksi kelainan.
Pengujian Material
Kecepatan suara digunakan dalam metode pengujian non-destruktif untuk menilai integritas material. Pengujian ultrasonik, misalnya, menggunakan gelombang suara untuk mengidentifikasi kekurangan atau cacat pada struktur seperti pipa dan lasan.
Eksplorasi Geofisika
Eksplorasi seismik mengandalkan kecepatan suara untuk menganalisis bawah permukaan bumi. Dengan mengirimkan gelombang suara ke dalam tanah dan mengukur waktu tempuhnya, ahli geofisika dapat memetakan struktur geologi dan menemukan sumber daya alam.
Instrumentasi
Pada instrumentasi terdapat jenis flow meter yang menggunakan kecepatan suara yaitu ultrasonic flow meter, dengan 1 set transduser hulu dan hilir untuk memberikan sinyal dan menangkap sinyal, akurasinya mencapat ±1.0%.
Baca Selengkapnya: Apa itu Ultrasonic Flow Meter?
Kesimpulan
dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu tentang kecepatan atau sound velocity. kami telah merekap data pertanyaan umum seputar kecepatan suara, dibawah ini :
- P1: Faktor apa saja yang mempengaruhi kecepatan suara?
J1: Kecepatan suara dipengaruhi oleh medium yang dilaluinya, suhu, tekanan, dan, dalam beberapa kasus, frekuensi gelombang suara. - P2: Bagaimana kecepatan suara diukur?
J2: Metode yang umum digunakan adalah teknik ultrasonik, di mana sensor mengukur waktu gelombang untuk memantul, dan metode Doppler akustik, yang menganalisis pergeseran frekuensi pada gelombang yang dipantulkan. - P3: Mengapa kecepatan suara penting dalam pencitraan medis?
J3: Dalam pencitraan medis, kecepatan suara membantu menciptakan gambar yang akurat dengan memungkinkan penghitungan yang tepat mengenai waktu yang dibutuhkan gelombang suara untuk bergerak melalui jaringan yang berbeda. - P4:Apakah kecepatan suara dapat digunakan untuk pengujian material?
J4: Ya, kecepatan suara sangat penting dalam metode pengujian non-destruktif, seperti pengujian ultrasonik, untuk mengidentifikasi kekurangan atau cacat pada material tanpa menyebabkan kerusakan. - P5: Bagaimana kecepatan suara memengaruhi navigasi bawah air?
J5: Memahami kecepatan suara di dalam air sangat penting untuk navigasi bawah air yang efektif, membantu dalam desain dan pengoperasian sistem sonar dan perangkat komunikasi.
Kecepatan suara merupakan teknologi serbaguna dengan aplikasi mulai dari pencitraan medis hingga eksplorasi geofisika. Memahami prinsip-prinsip dasarnya dan faktor-faktor yang mempengaruhinya sangat penting untuk mengoptimalkan berbagai teknologi dan proses. Seiring dengan kemajuan teknologi, penelitian lebih lanjut tentang kecepatan suara kemungkinan akan mengarah pada aplikasi dan inovasi baru di berbagai industri.
Referensi: iopscience.iop.org | www.sciencedirect.com | www.mdpi.com
