12 Restu Kristiani / Pemanfaatan Limbah tekstil berbasis felt nonwoven sebagai bahan peredam bunyi yang ramah lingkungan

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXX HFI Jateng & DIY, Salatiga 28 Mei 2016

ISSN : 0853-0823

Analisis Kinerja Akustik Felt Nonwoven Sebagai Bahan Penyerap

Bunyi yang Ramah Lingkungan

Restu Kristiani1,2, Iwan Yahya1,*, Harjana1,2, Suparmi2, Farri Aditya3 1The Iwany Acoustics Research Group (iARG), Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret 2Jurusan Ilmu Fisika Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret

Jalan Ir. Sutami No.36 A Surakarta 57126 3PT. Rekadaya Multi Adiprima, Jakarta

*Email: iyahya@mipa.uns.ac.id

Abstrak – Paper ini berfokus pada kajian eksperimental pengaruh inklusi penghambur berupa gelembung-gelembung

udara dan lapisan fleksibel berlubang pada perubahan kinerja serapan akustik nonwoven felt. Struktur penghambur dan

lapisan fleksibel berlubang berturut-turut terbuat dari produk komersial bubble pack dan perforated headlining.

Pengujian dilakukan dengan teknik tabung impedansi sesuai prosedur standar ASTM E-1050 dengan instrumen tabung

impedansi B&K 4206. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pemakaian lapisan penghambur berupa gelembung lembut

tidak memberikan peningkatan kinerja serapan secara signifikan. Sementara lapisan perforated headlining dapat

memicu mekanisme redaman akibat resonansi seperempat panjang gelombang yang terakumulasi dengan respon

permukaan lapisan yang menyerupai membran. Pada saat bersamaan hal itu mengurangi total area permukaan

nonwoven felt yang terpapar gelombang bunyi yang menyebabkan reduksi redaman viskous. Hal ini menyebabkan

kinerja redaman di frekeuesni tinggi berkurang secara cukup signifikan.

Kata kunci: nonwoven felt, bubble pack, perforated headlining, kinerja serapan

I. PENDAHULUAN

Kain perca limbah dari industri tekstil memiliki potensi

yang baik untuk didaur ulang menjadi produk bernilai

ekonomi. Beberapa industri sekala rumahan mengolahnya

menjadi produk kerajinan seperti boneka, bantal, keset,

dan sebagainya. Pada skala industri yang lebih besar,

material yang berlimpah ini diolah menjadi produk

komersial untuk aplikasi peredaman bising dalam bentuk

nonwoven felt [1]. Industri otomotif, kereta api, dan

perkapalan merupakan pangsa pasar industri nonwoven

ini. Khusus untuk otomotif, material ini terpasang pada

lebih dari 50 % bagian mulai dari panel dan lapisan pintu,

penutup atap, lantai, dashboard, pengisi kap, penutup

belakang, lapisan hoodcase hinggga filter merupakan

aplikasi nonwoven [2].

Bahan baku pembuatan felt adalah limbah kain tekstil

dan low melt. Low melt merupakan bahan bikomponen

dari polyester yang bekerja pada suhu 110ºC - 200ºC

digunakan untuk mengikat serat limbah tekstil. Limbah

kain tekstil diurai menjadi serabut di dalam mesin

cutting. Serabut tersebut kemudian dicampur dengan low

melt dalam proses pemanasan pada temperatur diatas

100ºC lalu dibentuk menjadi lembaran menyerupai karpet

felt nonwoven [3].

Kajian atas kinerja peredaman bunyi material

nonwoven telah dilakukan sejumlah peneliti terdahulu.

Ballagh [4] misalnya menyajikan hasil yang

menunjukkan bahwa kinerja serapan bunyi bertambah

beriringan dengan peningkatan porositas serat nonwoven

dari bahan serat wol. Disebutkan bahwa ketebalan dan

porositas berpengaruh pada peningkatan penyerapan

bunyi pada rentang frekuensi rendah dan frekuensi

menengah. Penelitian lain oleh Tascan dan Vaughn [5]

memberi petunjuk tentang pengaruh luas total permukaan

dan densitas serat pada bahan serat nonwoven

berpengaruh terhadap pola interaksi antar gelombang

bunyi dan struktur serat. Semakin padat permukaan maka

besarnya penyerapan bunyi akan rendah. Densitas bahan

nonwoven mempengaruhi geometri dan volume dalam

struktur sampel uji. Soshani dan Yakubov [6]

menemukan bahwa untuk meningkatkan penyerapan

bunyi, bahan tekstil harus dirancang sedemikian rupa

sehingga porositas akan meningkatkan kinerja

peneyerapan energi gelombang bunyi.

Kajian terfokus sebagai upaya peningkatan kinerja

material peredam bising telah banyak dilakukan dengan

beragam pendekatan. Variasi ketebalan, pemakaian

struktur atau lapisan berlubang, membran dan resonator

Helmholtz merupakan teknik yang lazim digunakan [7].

Paper ini menyajikan hasil pengujian eksperimental di

laboratorium atas dampak inklusi struktur penghambur

berupa rongga-rongga udara dan lapisan fleksibel

berlubang dengan densitas rendah terhadap kinerja

serapan bunyi felt nonwoven. Struktur penghambur yang

digunakan berupa produk komersial yang di pasaran

dengan nama bubble pack, sementara lapisan fleksibel

berlapis menggunakan perforated headlining. Dengan

perlakuan dimaksud diharapkan bahwa material

nonwoven felt yang selama ini dominan digunakan dalam

aplikasi otomotif, dapat pula diterapkan dalam aplikasi

akustik ruangan yang sesuai standar, semisal ISO 11654

[8].

II. METODE PENELITIAN

Kajian eksperimental yang telah dilakukan

menggunakan metode tabung impedansi dua mikrofon

mengacu kepada prosedur standar ASTM E-1050 [9].

Pengujian dilaksanakan di iARG Fakultas MIPA UNS

dengan tabung impedansi B&K 4206. Adapun material

Restu Kristiani / Pemanfaatan Limbah tekstil berbasis felt nonwoven sebagai bahan peredam bunyi yang ramah lingkungan 13

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXX HFI Jateng & DIY, Salatiga 28 Mei 2016

ISSN : 0853-0823

felt nonwoven yang digunakan berupa produk komersial

salah satu industri felt nasional.

Ragam sampel yang digunakan dalam pengujian

disajikan pada Gambar 1. Dalam hal ini ketebalan sampel

nonwoven felt adalah 20 mm dengan diameter 30 mm.

Gambar 1. a) Felt standar, b) soft perforated headlining, and c)

plastik bubble pack.

Konfigurasi peralatan pengujian disajikan pada

Gambar 2.

Gambar 2. Konfigurasi dalam pengujian koefisien serapan

bunyi dengan ASTM E-1050.

Bunyi berupa random noise dibangkitkan dengan

generator B&K 3160-A-042 yang kemudian diperkuat

dengan amplifier B&K 2716C. Bunyi ini merambat di

dalam tabung impedansi. Sebagian energi gelombang

datang akan diserap dan sebagian lagi dipantulkan

kembali. Gelombang datang dan gelombang pantul akan

ditangkap dengan dua buah mikrofon B&K 4187. Setelah

diperkuat, sinyal yang ditangkap oleh kedua mikrofon

akan diteruskan ke 4-ch mikrofon module B&K 3160-A-

042 dan dilakukan analisis frekuensi untuk mendapatkan

fungsi respon frekuensi H12, fungsi respon frekuensi

gelombang datang Hi, dan fungsi respon frekuensi

gelombang pantul Hr.

Fungsi respon frekuensi diberikan oleh hubungan

sebagai berikut [10] :

(1)

Dari hubungan tersebut dapat diperoleh koefisien refleksi

(R) yang dinyatakan dalam persamaan:

)(2

12

12 1 sxkj

skj

skj

eHe

eHR

+

−

+

−

= (2)

dengan k adalah bilangan gelombang, h dan s berturut-

turut merupakan jarak mikrofon pertama ke sampel dan

jarak antar mikrofon.

Koefisien serapan bunyi α dapat dihitung dengan

persamaan [11]:

(3)

dengan dan adalah bagian real dan

imaginer, masing-masing pada , dan Wo adalah

impedansi yang nilainya sehingga nilai α

didapatkan :

(4)

(5)

Pengolahan data pada eksperimen dikerjakan dengan

komputer menggunakan perangkat lunak B&K Labshop

Software versi 16 serta Pulse Material Testing yang

merupakan aplikasi khusus untuk pengujian akustik

material.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 3 menyajikan nilai koefisien serapan bunyi

subyek uji pada bentang frekuensi 100 Hz - 6,4 kHz.

Tampak bahwa perlakuan dengan inklusi penghambur

berupa gelembung-gelembung udara dari bubble pack

hanya memberikan sedikit peningkatan pada semua

bentang frekuensi.

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 60000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Koe

fisie

n S

era

pa

n B

un

yi

Frekuensi (Hz)

felt standar

felt ditambahkan

bubble pack

felt ditambahkan

soft perforated headlining

Gambar 3. Hasil pengujian koefisien serapan bunyi dengan

variasi.

Pola ini diduga berhubungan dengan struktur

gelembung-gelembung penghambur yang lembut dengan

jarak antar gelembung yang cukup kecil menyajikan

sedikit ruang untuk terpicunya hamburan secara efektif,

namun lebih didominasi oleh pantulan berulang pada area

yang terbatas.

Tampak pula bahwa nonwoven felt yang dikaji

memiliki kinerja yang sangat baik pada bentang frekuensi

tinggi di atas 2 kHz dengan nilai koefisien serapan yang

lebih besar dari 0,8. Temuan ini memberikan pemahaman

14 Restu Kristiani / Pemanfaatan Limbah tekstil berbasis felt nonwoven sebagai bahan peredam bunyi yang ramah lingkungan

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXX HFI Jateng & DIY, Salatiga 28 Mei 2016

ISSN : 0853-0823

bahwa pemakaian penghambur lembut berupa gelembung

udara tidak cukup memberikan peningkatan kinerja

serapan di bentang frekuensi rendah. Kajian lanjutan

dengan penghambur yang lebih keras dengan jarak antar

penghambur bervariasi perlu dilakukan untuk

mendapatkan gambaran perubahan kinerja berkait

mekanisme hamburan pada antarmuka lapisan nonwoven

felt.

Tabel 1. Hasil penelitian nilai koefisien serapan bunyi

No Frekuensi

(Hz)

Felt

standar

Felt

ditambahkan

plastik bubble

pack

Felt

ditambahkan

soft

perforated

headlining

1 200 0,037 0,050 0,022

2 250 0,051 0,061 0,065

3 315 0,070 0,083 0,092

4 400 0,096 0,100 0,126

5 500 0,132 0,135 0,180

6 630 0,144 0,187 0,236

7 800 0,231 0,262 0,337

8 1000 0,315 0,350 0,506

9 1250 0,422 0,463 0,692

10 1600 0,565 0,616 0,872

11 2000 0,702 0,760 0,931

12 2500 0,823 0,880 0,882

13 3150 0,925 0,969 0,777

14 4000 0,987 0,998 0,679

15 5000 0,988 0,989 0,665

16 6300 0,966 1,000 0,728

Pola serapan yang berbeda teramati pada pengujian

dengan pemakaian perforated headlining. Respon

serapan bergeser ke bentang frekuensi rendah dengan

nilai koefisien serapan yang cukup baik dalam kisaran 0,5

hingga 0,9 pada bentang frekuensi 1 kHz hinggga 3 kHz,

yang kemudian berkurang dan cenderung tanpa

peningkatan signifikan di bentang frekkuensi yang lebih

tinggi.

Peningkatan kinerja serapan pada bentang frekuensi

yang lebih rendah yang terukur dalam pengujian dengan

pemakaian perforated headlining diduga berkait dengan

akumulasi mekanisme resonansi oleh pola lubang-lubang

kecil pada struktur headlining yang berketebalan 3 mm

yang memberikan respon menyerupai resonator

seperempat panjang gelombang [12]. Pada saat yang

bersamaan, mekanisme resonansi ini memicu vibrasi

struktur menyerupai busa di bagian bawah lapisan

headlining yang kemudian menyebabkan lapisan

permukaannnya bergetar menyerupai membran.

Konfigurasi perforated headlining yang menempel

dengan struktur nonwoven felt berdampak pada

berkurangnya mekanisme redaman viskous oleh serat

nonwoven felt. Hal ini dapat dimengerti karena dengan

adanya lapisan perforated headlining yang menempel di

atas nonwoven felt menyebabkan total permukaan

nonwoven yang terpapar secara langsung oleh gelombang

bunyi mengalami pengurangan secara signifikan

dibandingkan dengan keadaan pada pengujian dengan

inklusi bubble pack. Hasil pengujian lengkap pada kedua

keadaan perlakuan disajikan pada Tabel 1 dengan pilihan

frekuensi 1/3 oktaf.

V. KESIMPULAN Kajian yang telah dilaksanakan memberikan

pemahaman bahwa perlakuan dengan inklusi berupa

lapisan fleksibel berlubang di permukaan nonwoven felt

memiliki potensi yang sangat baik untuk diterapkan

dalam aplikasi pengendalian bising ruangan. Peningkatan

kinerja di bentang frekuensi 1 kHz hingga 3 kHz tercapai

secara signifikan. Pemakaian teknik sisipan rongga udara

diantara lapisan perforated headlining dengan nonwoven

felt sangat disarankan untuk mempertahankan terpicunya

mekanisme redaman viskous yang dapat memberikan

kinerja serapan yang baik pada bentang frekuensi di atas

2 kHz. Adapun pemakaian penghambur lembut tidak

cukup memberikan dampak yang signifikan pada kinerja

serapan nonwoven felt.

PUSTAKA [1] M. Kucuk and Y. Korkmaz, The effect of physical

parameters on sound absorption properties of natural fiber

mixed nonwoven composites, Textile Research Journal,

vol. 82, no 20, 2012, pp. 2043-2053.

[2] W. Albrecht, H. Fuchs, and W. Kittelmann, Nonwoven

Fabrics, Wiley-Vch Weinhelm, 2003.

[3] Aby, Pos Kota News.com, 2013, Website :

poskotanews.com/2013/03/21/didukung-astra-ventura-pt-

rma-resmikan-pabrik-felt/ diakses pada tanggal 1 April

2016.

[4] K. O. Ballagh, Acoustical properties of wool, Applied

Acoustics, vol. 48, 1996, pp. 101-120.

[5] M. Tascan and E.A. Vaughn, Effect of total surface area

and fabric density on the acoustical behavior of

needlepunched nonwoven fabrics, Textile Research

Journal, vol. 78, no. 289, 2008, pp. 289-296.

[6] Y. Shoshani and Y. Yakubov, Numerical assesment of

maximal absorption coefficients for nonwoven fiberwebs,

Applied Acoustics, vol. 59, no. 1, 2000, pp. 77-87.

[7] Harjana, and I. Yahya, Perforated flexible membran

insertion influence on the sound absorption performance

of cavity backed micro perforated panel, 7th International

Conference on Physics and its Applications, Solo, 2014,

pp. 60-64.

[8] ISO 11654, Acoustics sound absorbers for use in

buildings – rating of sound absorption, International

Standardization Organization, 1997.

[9] ASTM E-1050, Standard test method for impedance and

absorption of acoustical materials using tube two

microphones and a digital frequency analysis system,

American Society for Testing and Materials, 1998.

[10] F. P. Mechel, Formula of acoustics (2nd Edition),

Springer Verlag, Berlin, 2008.

[11] Y. Shoshani and Y. Yakubov, A model for calculating the

noise absorption capacity of nonwoven fiber webs, Textile

Res J, vol. 69, no. 7, 1999, pp. 519-526.

[12] R. Kristiani, I. Yahya, dan Harjana, Kinerja serapan bunyi

komposit ampas tebu berdasarkan variasi ketebalan dan

jumlah quarter wavelength resonator terhadap kinerja

serapan bunyi, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, vol. 10, no.

1, 2014, pp. 14-18.

Restu Kristiani / Pemanfaatan Limbah tekstil berbasis felt nonwoven sebagai bahan peredam bunyi yang ramah lingkungan 15

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXX HFI Jateng & DIY, Salatiga 28 Mei 2016

ISSN : 0853-0823

TANYA JAWAB

Ekodari, UAD

? 1. Bentuknya seperti apa?

2. Berapa range frekuensinya?

Restu Kristiani , UNS

√ 1. Bentuk seperti karpet yang digunakan untuk peredam

suara di mobil

2. Range-nya 100-6,6 kHz

Dian Artha ? 1. Lebih efektif menggunakan felt atau tidak

menggunakan felt?

Restu Kristiani , UNS

√ Lebih efektif menggunakan felt

Khairrurijal

? 1. Dari mana mendapatkan bahan yang digunakan

dalam penelitian?

2. Berapa ukuran serat kainnya?

Restu Kristiani , UNS

√ 1. Bekerjasama dengan PT. Rekadaya Multi Adiprima,

Jakarta.

2. Ukuran serat tidak teratur.