Intensitas & Taraf Intensitas Bunyi — Fisika Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa menghitung intensitas bunyi pada suatu jarak, mengonversi ke taraf intensitas desibel, dan menjelaskan mengapa skala desibel bersifat logaritmik.

Konser rock terasa sepuluh ribu kali lebih bising daripada percakapan santai — tapi di pengukur desibel kedua angka hanya berbeda 40 satuan. Mengapa? Karena telinga kita menangkap rentang intensitas yang sangat lebar (satu banding triliun), sehingga skala linear tak lagi praktis. Di sini kamu akan menyelami skala logaritmik desibel dan merasakan hal kontraintuitif: menggandakan jarak hanya mengurangi 6 dB, dan sepuluh speaker identik menambah 10 dB, bukan 10 dB per speaker.

Geser jarak pendengar dari sumber bunyi dan amati bagaimana intensitas melemah.

Intensitas: daya per satuan luas

Sumber bunyi memancarkan daya $P$ (Watt) ke segala arah. Daya itu tersebar di permukaan bola berjari-jari $r$ , sehingga rapat daya — yang kita sebut intensitas — mengecil saat menjauhi sumber.

$I = \frac{P}{4\pi r^{2}}$

Arti tiap simbol: $I$ = intensitas bunyi (W/m²), $P$ = daya sumber (W), $r$ = jarak dari sumber (m), $4\pi r^{2}$ = luas permukaan bola berjari-jari $r$ .

Karena penyebutnya $r^2$ , hubungannya bukan linear. Saat jarak berlipat ganda, intensitas turun kuadrat lipat itu: jarak $2\times$ → intensitas $\tfrac{1}{4}$ ; jarak $3\times$ → intensitas $\tfrac{1}{9}$ . Inilah hukum kuadrat terbalik, yang juga berlaku untuk cahaya, gravitasi, dan gaya listrik — semua fenomena yang menyebar seragam ke segala arah dari satu titik.

Taraf intensitas: skala logaritmik desibel

Telinga manusia mampu menangkap intensitas dari $10^{-12}$ W/m² (ambang dengar, daun jatuh) sampai $1$ W/m² (ambang sakit, roket lepas landas) — rentang $10^{12}$ kali. Skala linear akan menjadikan percakapan santai tampak “nol” dibanding ledakan. Maka dipakai skala logaritmik.

$TI = 10 \cdot \log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right), \quad I_0 = 10^{-12}\ \text{W/m}^{2}$

Arti tiap simbol: $TI$ = taraf intensitas (dB), $I$ = intensitas bunyi (W/m²), $I_0$ = intensitas ambang dengar acuan ( $10^{-12}$ W/m²). $TI = 0$ dB berarti $I = I_0$ .

Skala desibel memetakan rentang triliunan kali menjadi 0–120 satuan. Setiap kenaikan 10 dB berarti intensitas naik 10 kali lipat; 20 dB berarti 100 kali lipat; 30 dB berarti 1.000 kali. Lihat di bawah bagaimana kurva $TI$ melandai meski intensitas melonjak eksponensial — ciri khas logaritma.

Sepuluh speaker hanya menambah 10 dB

Inilah yang paling kontraintuitif. Kita mungkin mengira dua speaker identik menggandakan desibel — sayangnya tidak. Karena desibel bersifat logaritmik, dua sumber identik hanya menambah:

$\Delta TI = 10 \cdot \log_{10}\!\left(\frac{2I}{I}\right) = 10 \cdot \log_{10}(2) \approx 3\ \text{dB}.$

Untuk sepuluh sumber identik, $\Delta TI = 10 \cdot \log_{10}(10) = 10$ dB — naiknya sama saja satu sumber diperkuat sepuluh kali lipat dayanya. Jadi menambah 9 speaker lagi (total 10) hanya menambah 10 dB, bukan menggandakan angka dB. Inilah sebab band kecil dengan beberapa amplifier tidak menjadikan panggung sepuluh kali lebih bising. Geser jumlah sumber di bawah untuk merasakannya.

Menjauh dua kali: turun 6 dB

Hukum kuadrat terbalik punya akibat rapi dalam desibel. Saat jarak digandakan, intensitas turun seperempat ( $\tfrac{1}{2^2}$ ). Dalam desibel:

$\Delta TI = 10 \cdot \log_{10}\!\left(\tfrac{1}{4}\right) = -10 \cdot \log_{10}(4) \approx -6\ \text{dB}.$

Jadi menggandakan jarak selalu mengurangi 6 dB (dan melipatgandakan jarak tiga kali mengurangi sekitar 9,5 dB). Inilah sebab berdiri dua kali lebih jauh dari speaker tidak menjadikan suara separuh kuat secara linear — penurunannya tetap 6 dB di skala log. Coba geser jarak di bawah dan amati pola tangga turun 6 dB tiap kali jarak berlipat dua.

Ambang dengar sampai ambang sakit

Rentang yang ditangkap telinga di skala desibel: 0 dB (ambang dengar), 30 dB (perpustakaan), 60 dB (percakapan), 85 dB (lalu lintas padat — batas aman paparan lama), 100 dB (konser), 120 dB (ambang sakit), 140 dB (ledakan — merusak seketika). Standar K3 menetapkan paparan 85 dB selama 8 jam sebagai ambang kerusakan pendengaran; setiap kenaikan 3 dB memangkas durasi aman menjadi setengahnya. Lihat di bawah bagaimana beberapa titik penting ini terpampang pada kurva logaritmik.

Intensitas dan taraf intensitas bunyi masuk cakupan TKA Fisika, elemen gelombang (kerangka TKA 045/H/AN/2025). Tiga jebakan paling sering: (1) lupa faktor 10 di depan logaritma, (2) salah menyimpulkan “dua kali intensitas = dua kali dB” padahal hanya +3 dB, dan (3) keliru menganggap menggandakan jarak mengurangi separuh dB padahal turun 6 dB. Hafalkan tiga angka kecil ini: +3 dB = 2× intensitas, +10 dB = 10× intensitas, −6 dB = 2× jarak.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sebuah sumber bunyi memancarkan daya $8 \times 10^{-3}$ W. (a) Hitung intensitas pada jarak 2 m. (b) Berapa taraf intensitasnya (dB)? (c) Berapa taraf intensitas pada jarak 4 m?

$I = \frac{P}{4\pi r^{2}} = \frac{8 \times 10^{-3}}{4 \pi (2)^{2}} = \frac{8 \times 10^{-3}}{16\pi} \approx 1{,}59 \times 10^{-4}\ \text{W/m}^{2}.$

$TI = 10 \cdot \log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right) = 10 \cdot \log_{10}\!\left(\frac{1{,}59 \times 10^{-4}}{10^{-12}}\right) = 10 \cdot \log_{10}(1{,}59 \times 10^{8}) \approx 82\ \text{dB}.$ Setara lalu lintas padat — di ambang kerusakan bila dipaparkan lama.

Jarak digandakan dari 2 m ke 4 m, jadi intensitas turun seperempat. Aturan praktis: menggandakan jarak mengurangi 6 dB. $TI_{4\text{m}} = TI_{2\text{m}} - 6 = 82 - 6 = 76\ \text{dB}.$ Mengapa −6 dB? Karena $\Delta TI = 10\log_{10}(1/4) \approx -6$ . Akhirnya di 76 dB, masih cukup keras tapi lebih aman.

Jebakan: menjumlahkan desibel langsung seperti angka biasa (60 + 60 = 120 dB). Yang benar: desibel dijumlahkan secara logaritmik. Dua sumber identik 60 dB hanya menghasilkan 63 dB total, karena intensitas (bukan desibel) yang digandakan, lalu dikonversi balik ke dB.

Jebakan: lupa faktor 10 di depan logaritma. Yang benar: rumusnya $TI = 10 \cdot \log_{10}(I/I_0)$ , bukan $\log_{10}(I/I_0)$ saja. Tanpa faktor 10, angka dB akan salah sepuluh kali lebih kecil.

Jebakan: mengira menggandakan jarak mengurangi separuh desibel (misal 80 dB jadi 40 dB). Yang benar: menggandakan jarak selalu mengurangi 6 dB saja (80 → 74 dB), karena intensitas turun seperempat dan $\Delta TI = 10\log_{10}(1/4) \approx -6$ .

Intensitas bunyi $I = P/(4\pi r^{2})$ — kuadrat terbalik jarak.
Taraf intensitas $TI = 10\log_{10}(I/I_0)$ desibel; $I_0 = 10^{-12}$ W/m².
Skala desibel logaritmik: +10 dB = 10× intensitas, +3 dB = 2× intensitas.
Menggandakan jarak menurunkan 6 dB; menjauh tiga kali menurunkan 9,5 dB.
Sepuluh sumber identik hanya menambah 10 dB, bukan 10× angka dB.