Info Kesehatan

healhty

Sabtu, 14 April 2012

BIOAKUSTIK










BIOAKUSTIK
GELOMBANG BUNYI
 







·      Gelombang mekanik yang menjalar dalam medium gas, cair dan padat
·      Hubungan antara frekuensi bunyi (f) , panjang gelombang (l) dan kecepatan (v) adalah :
 

                                                V = l f

KECEPATAN RAMBAT BUNYI
 

 


       Bunyi merambat dalam media :
§  Padat
·      Cair
o  Gas

Bunyi yang merambat dalam medium padat :
 

                                   

                E : modulus Young

              r : rapat massa

Modulus Young (Modulus Rentang) :



Bunyi yang merambat dalam medium cair :


·                  B adalah modulus Bulk (bilangan yang menggambarkan perubahan volume benda yang elastis)




·                  Misal pada benda yang bervolume J, tekanan diperbesar Dp menyebabkan adanya perubahan volume DJ yang berharga negatif (-)

Bunyi yang merambat dalam medium gas :

                                                       (4)

dengan  p : tekanan
r : rapat massa
M : massa molekul
g = 1,67 untuk gas monoatomik ( He, Ne)
g = 1,40 untuk gas diatomic (N2, O2, H2)



KECEPATAN   RAMBAT BUNYI DALAM BERBAGAI MEDIUM
 

       Zat                      Suhu oC                    v ( m / s)
  Gas :
       CO2                           0                         259
       Oksigen                    0                         316
       Udara                        0                         331
                                         20                       343
       Nitrogen                   0                         334
       Helium                             0                         965

  Cair :
       Air raksa                   25                       1450
       Air  /H20                   25                       1498
Air laut                     25                       1531

  Padat :
       Karet                                                     1800
       Timbal                                                  2100
       Emas                                                    3000
       Besi                                                      5000 – 6000
       Kaca                                                     5000 – 6000





GELOMBANG BUNYI BERDASARKAN FREKUENSINYA
 


1. Gelombang  infrasonik
    frekuensi (f ) antara 0 – 20 Hz
2. Gelombang sonik
                  frekuensi (f) antara 20 – 20.000 Hz
3. Gelombang ultrasonik
                                 frekuansi (f) di atas  20.000 Hz
1. GELOMBANG INFRASONIK
 


·      Dihasilkan oleh getaran tanah, getaran truk
·      Jika mengenai tubuh akan beresonansi , menyebabkan rasa  sakit pada beberapa bagian tubuh.
·      Frekuensi antara 13 – 20 Hz ® sakit kepala, gangguan pembicaraan
·      Frekuensi  6 – 8 Hz ®   sakit rahang
·      Frekuensi  5 – 7 Hz ®   sakit dada




2. GELOMBANG  SONIK
 


Hubungan antara  intensitas bunyi dan frekuensi (Hz) serta nilai ambang pendengaran ditunjukkan pada Gambar 1 di bawah ini :

Gambar 1. Nilai ambang pendengaran manusia

Nilai ambang pendengaran untuk anak-anak
     ------- Nilai ambang pendengaran untuk segala   umur



Nilai ambang pendengaran  adalah :
frekuensi yang berkaitan dengan intensitas  bunyi (dB) yang dapat di dengar oleh telinga manusia.

Misalnya bunyi dengan frekuensi f = 30 Hz , agar bisa didengar oleh telinga manusia maka intensitas  bunyi harus 60 dB setara dengan  intensitas (106 x 10-12 W/m2)

Contoh :
 


1. Berapakah jangkauan panjang gelombang bunyi yang dapat di dengar ?
Frekuensi bunyi yang dapat didengar telinga manusia berkisar antara
, akan diperoleh jangkauan panjang gelombang bunyi yang dapat didengar berada diantara 0,0171 m  – 17,1 m

2. Berapakah kecepatan rambat bunyi di dalam gas ideal diatomik (He) dengan massa jenis 4,0 kg/m3 dan  tekanan 200 kPa ?
g      = 1,4
P = 200 x 103 Pa
r = 4 kg/m3
R = 8314 J/k mol oK  =  8,3 J/mol oK
Gunakan persamaan (4)

v =
INTENSITAS BUNYI
 



Intensitas bunyi adalah  daya yang dirambatkan gelombang melalui satu satuan luas permukaan yang tegak lurus arah rambat.
I =                                       (5)
Satuannya 

Gelombang bunyi yang beramplitudo A, berfrekuensi f dan merambat dengan kecepatan v dalam zat yang rapat massanya r maka :
 

                        I  =  2p2 f2 r v A2                          (6)

Contoh :
 


1. Selama selang waktu 5 s sebuah mikrofon dengan luas efektif sebesar 3 cm2 menerima 1,5 x 10-9 J energi bunyi, berapakah intensitas bunyi itu ?

2. Bunyi yang berintensitas 0,54 W/m2 terdengar terlalu bising. Kalau bunyi itu berfrekuensi 8000 Hz, berapakah amplitudonya ? (r udara = 1,29 kg/m3 dan vbunyi = 340 m/s






KEKERASAN  BUNYI
 



adalah istilah penerimaan bunyi oleh  telinga manusia

¨ Hubungan antara kekerasan bunyi dengan intensitas  bukan merupakan hubungan yang  linier tetapi merupakan hubungan LOGARITMIC

¨ Tingkat intensitas bunyi (skala dB)
-       secara kasar menggambarkan kerasnya bunyi
-       tidak  berkaitan langsung dengan frekuensi

¨ Tingkat kepekaan telinga tidak sama sensitivitasnya untuk semua frekuensi

¨ Untuk mendengar kenyaringan yang sama dari bunyi yang  frekuensinya berbeda dibutuhkan intensitas yang  berbeda pula, hal ini dapat dilihat pada Gambar 2 di bawah ini .





Pada Gambar 2  di atas :
·      Setiap kurva menyatakan tingkat kekerasan / kenyaringan (satuannya phon) yang secara numerik sama dengan tingkat intensitas (dB) pada frekuensi 1000 Hz
Contoh :
-       Kurva yang  diberi label 40 menyatakan bunyi yang terdengar memiliki kenyaringan yang sama dengan bunyi 1000 Hz dengan tingkatan  intensitas 40 dB


-       Dari kurva 40 phon ini ® bunyi dengan frekuensi 1000 Hz harus memiliki tingkatan intensitas sekitar 62 dB agar terdengar sekeras bunyi 1000 Hz dengan hanya 40 dB.

·      Nilai ambang pendengaran :
Bunyi 1000 Hz terdengar pada tingkat 0 dB sedangkan bunyi 100 Hz agar bisa terdengar paling tidak harus 40 dB

Tingkat Intensitas Bunyi (b)
                     b = 10 log                                      (7)
       dengan satuan b adalah  desibel (dB)
              I = intensitas bunyi dari sumber
Io = 1 x 10-12  W/m2 yang merupakan intensitas terendah yang   masih bisa didengar





Jangkauan intensitas yang masih bisa didengar

              10-12  W/m2 sampai 1 W/m2

 Jika dinyatakan dalam skala desibel :
              b = 10 log
                  = 10 log
                  = 10 log 1 = 0 dB
Sampai :
              b = 10 log
                 = 10 log 10+12 = 120 dB

Jadi dalam skala desibel :
       Jangkauan bunyi yang masih bisa di dengar oleh manusia adalah 0 – 120 dB







DAFTAR INTENSITAS DAN dB PADA BERBAGAI SUMBER BUNYI


BUNYI

INTENSITAS W/M2
dB
·      Suara bisik
·      Kantor sibuk
·      Bicara jarak 1 m
·      Kesibukan lalin
·      Suarayang menimbul kan  nyeri (pemotong logam)
·      Pesawat Jet
10-10
10-7
10-6
10-5

100

101
20
50
60
70

120

130

Contoh :
1. Suatu gelombang bunyi dengan tingkat intensitas sebesar 80 dB datang pada gendang telinga dengan luas 0,6 x 10-4m2. Berapa banyak energi diserap oleh gendang telinga dalam waktu 3 menit ?.
2. Bunyi intensitasnya 3 x 10-8 W/m2, berapakah tingkat intensitasnya jika dinyatakan  dalam satuan dB ?

SIFAT GELOMBANG BUNYI
 



Gelombang bunyi memiliki sifat :
-       dapat dipantulkan
-       dapat diteruskan
-       dapat diserap

Medium 1                 Medium 2
       (sumber bunyi)        (Tubuh Manusia)
                     A0
                                         T   
                     R
                    

Ao : Amplitudo gelombang bunyi mula-mula
R    : Amplitudo gelombang bunyi yang  dipantulkan
T    : Amplitudo gelombang bunyi yang diteruskan

Penyerapan energi bunyi akan mengakibatkan berkurangnya amplitudo gelombang bunyi :
              A = Ao   e-ax                                                (8)
        

Karena  I  ~  ½A½2 ,        A2 = Ao2  e-2ax
      
maka :  I  =  Io  e-2ax                                       (9)
      
I     : intensitas bunyi pada jaringan setebal x
       Io    : intensitas bunyi mula-mula
       x     : tebal jaringan
       a    : koefisien serap jaringan

Koefisien Serap dan Nilai Tebal Paruh (X1/2) Beberapa Jaringan


Jaringan      a (cm-1)              Tebal paruh jaringan  
                                                              (cm)
 

       Otot                    0,13                    2,7
       Lemak                0,05                    6,9 
       Otak                   0,11                    1,2
       Tulang               0,4                      6,95

 











AZAS  DOPPLER
 



Suatu bunyi bergerak sambil mengeluarkan frekuensi fo



       Pendengar B      Sumber bunyi          Pendengar A

       V ® kecepatan rambat bunyi
Vs ® kecepatan sumber bunyi mendekati   pendengar
       Vo® kecepatan pendengar mendekati sumber
Maka :
       Pendengar akan mendengar bunyi dengan frekuensi f :
              f = fo                                               (10)
       tanda (+) dan (-)  ® bisa berubah bergantung pada arah gerak pendengar dan sumber bunyi



Kita lihat beberapa keadaan berikut ini :

1. Sumber bunyi bergerak mendekati pendengaran A yang diam,  maka :
 
2. Pendengar B diam, sumber bunyi bergerak ke kanan dengan kecepatan vs, maka :

3. Pendengar B mendekati sumber bunyi yang diam, maka :

4. Pendengar A menjauhi sumber bunyi yang diam



Salah satu aplikasi azas Doppler pada peralatan medis adalah Ultrasonic Blood Flow Meter Tipe Doppler, bagan peralatannya ditunjukkan pada Gambar 3 berikut ini :








Gambar 3. Ultrasonic Blood Flow Meter Tipe Doppler,

Alat ini dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran darah. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut . Bunyi ultra dengan fekuensi f0 mengenai darah, dipantulkan kembali masuk ke detector kemudian diterima oleh frekuensi meter fd, di mana :
             


              vD   : kecepatan darah
              vs    : kecepatan sumber
q                   : sudut arah sumber bunyi dan  fd
3. GELOMBANG  ULTRASONIK
 


·      Memiliki frekuensi f > 20.000 Hz
·      Dapat digunakan untuk pengobatan, diagnosis, penghancuran sel
·      Memiliki daya tembus jaringan yang cukup besar
·      Dihasilkan oleh magnet listrik (fe2 O3 ) dan kristal piezo electric.
Sumber Gelombang Ultrasonik
(i) MAGNET LISTRIK
 

 





·      Batang ferromagnetik Fe2O3 diletakkan pada medan magnet listrik sehingga menimbulkan  gelombang bunyi ultra pada ujung Fe2O3

·      Batang Fe2O3 dilingkari kawat ® dialiri listrik ® timbul gelombang ultra pada ujung batang
(ii) KRISTAL PIEZO ELEKTRIK (PE)
 


·      Kristal fiezo elektrik (PE) dialiri tegangan listrik sehingga lempengan kristal mengalami vibrasi dengan frekuensi yang sangat tinggi sekali yaitu frekuensi  ultra

·      Vibrasi kristal (PE) dapat  menimbulkan listrik , sehingga kristal PE ini berfungsi juga  sebagai  transduser dalam ultrasonik
INTENSITAS  ULTRASONIK
 

 


Dalam aplikasinya maka besarnya intensitas gelombang ultrasonik berbeda-beda sesuai yang dibutuhkan .
(i)          untuk diagnostik : f = 1 MHz s/d 5 MHz , intensitas =  0,01 W/cm2
(ii)      untuk pengobatan : I = 1 W/cm3
(iii)  Pengrusakan jaringan kanker: I = 103 W/cm2

EFEK GELOMBANG ULTRASONIK

1. Mekanik  : membentuk emulsi asap
2. Panas       : mengalami perubahan panas
3. Kimia       : proses oksidasi
4. Biologi     : pemanasan ® pelebaran pembuluh darah

ULTRASONIK DALAM KEDOKTERAN
A. PELENGKAP DIAGNOSIS
 

 

 


Kristal piezo elektrik (Transduser)

Mengirim gelombang ultrasonik ke obyek

Dipantulkan oleh obyek

Diterima oleh transduser

Diteruskan ke amplifier berupa gelombang listrik

Gelombang tersebut ditangkap oleh osiloskop

Ada beberapa metode diagnostik dengan menggunakan gelombang ultrasonic, yaitu
·      A SCANING     ®   BESARNYA AMPLITUDO
·      B SCANNING  ®   TRANSDUSER DIGERAKKAN ® 2 DIM
·      C SCANNING ®   GERAKAN JANTUNG DLL
B.  ULTRASONIK DALAM PENGOBATAN
 

 


(i). Sebagai diathermi / pemanasan
Gelombang ultrasonic                  mengenai jaringan m              ada penyerapan energi yang dilakukan oleh jaringan                temperatur dan tekanan pada jaringan tersebut meningkat.

(ii)      Menghancurkan sel kanker
Gelombang ultrasonik memiliki daya tembus jaringan yang cukup besar sehingga kemampuan dipakai untuk menghancurkan sel-sel kanker.




SOAL-SOAL
 


1.  Garpu tala (6000 getaran dalam 1 menit). Hitung panjang gelombang yang terjadi. ( v = 346 m / s)
2.  Bunyi yang berintensitas 0,54 W / m2 terdengar terlalu bising. Kalau bunyi itu berfrekuensi 800 Hz, berapakah amplitudonya ? (r ud = 1,29 kg / m3 dan v = 346 m / s)
3.  Bunyi intensitasnya 3 x 10-8 W / m2 , berapakah tingkat intensitasnya dalam satuan dB ?
4.  Sebuah garpu tala ( f = 400 Hz) digerakkan menjauhi pendengar dan mendekati dinding dengan kecepatan 2 m / s. Berapakah frekuensi gelombang yang dating dari sumber dan langsung ditangkap pendengar ?
5.  Pagelaran musik rock dapat menimbulkan tingkat intensitas bunyi 107 dB dalam ruangan. Berapakah intensitas bunyi tersebut ?
6.  Gelombang bunyi berfrekuensi 8000 Hz dan tingkat dB-nya adalah 62 dB. Kalau dimisalkan rapat massanya 1,29 kg / m3, berapakah amplitudo getarannya ?
7.  Untuk membunuh sel kanker pada tulang ( a=0,4 cm-1) diperlukan intensitas gelombang ultrasonik 80% intensitas sumber mula-mula. Berapakah ketebalan jaringan yang dapat ditembus ?




Tidak ada komentar:

Poskan Komentar