Kumpulan Soal Fisika Pendengar: Menggali Rahasia Gelombang Suara dan Telinga Manusia

A. Pilihan Ganda

1. Sifat bunyi yang berkaitan dengan keras-lemahnya bunyi yang didengar oleh pendengar adalah…
   • Frekuensi
   • Panjang gelombang
   • Intensitas
   • Cepat rambat
   • Warna bunyi
   Jawaban: Intensitas
   Penjelasan: Kenyaringan atau keras-lemahnya bunyi yang dirasakan pendengar sebagian besar ditentukan oleh intensitas gelombang suara, yang berkaitan dengan amplitudo.
2. Seorang pendengar mendengar nada yang lebih tinggi. Ini berarti bunyi tersebut memiliki…
   • Amplitudo
   • Panjang gelombang
   • Intensitas
   • Frekuensi
   • Cepat rambat
   Jawaban: Frekuensi
   Penjelasan: Tinggi rendahnya nada suatu bunyi ditentukan oleh frekuensinya. Semakin tinggi frekuensi, semakin tinggi nadanya.
3. Jika sebuah sumber bunyi bergetar di udara, berapa kira-kira cepat rambat bunyi tersebut yang akan didengar oleh pendengar pada suhu ruang?
   • 331 m/s
   • 340 m/s
   • 1500 m/s
   • 5100 m/s
   • 3 x 10⁸ m/s
   Jawaban: 340 m/s
   Penjelasan: Cepat rambat bunyi di udara pada suhu kamar (sekitar 20°C) umumnya dianggap 340 m/s.
4. Satuan desibel (dB) dalam konteks pendengaran manusia mengukur besaran fisika apa?
   • Frekuensi
   • Panjang gelombang
   • Periode
   • Amplitudo
   • Cepat rambat
   Jawaban: Amplitudo
   Penjelasan: Satuan desibel (dB) digunakan untuk mengukur tingkat intensitas suara, yang berkaitan langsung dengan amplitudo gelombang suara.
5. Ketika sebuah ambulans bergerak mendekati seorang pendengar yang diam, apa yang akan dialami oleh pendengar terkait frekuensi bunyi sirine?
   • Semakin rendah frekuensi yang didengar
   • Cepat rambat bunyi meningkat
   • Panjang gelombang bunyi memendek
   • Semakin tinggi frekuensi yang didengar
   • Tidak ada perubahan frekuensi yang didengar
   Jawaban: Semakin tinggi frekuensi yang didengar
   Penjelasan: Menurut Efek Doppler, jika sumber bunyi mendekati pendengar, frekuensi yang diterima pendengar akan lebih tinggi daripada frekuensi asli sumber.
6. Fungsi utama gendang telinga (membran timpani) bagi pendengar adalah…
   • Mengubah getaran menjadi sinyal listrik
   • Memperkuat sinyal suara
   • Mengubah gelombang suara menjadi getaran mekanik
   • Menjaga keseimbangan tubuh
   • Menghasilkan cerumen (kotoran telinga)
   Jawaban: Mengubah gelombang suara menjadi getaran mekanik
   Penjelasan: Gendang telinga (membran timpani) adalah bagian pertama yang bergetar saat menerima gelombang suara, mengubahnya menjadi getaran mekanik yang kemudian diteruskan ke tulang pendengaran.
7. Jenis bunyi yang tidak dapat didengar oleh telinga manusia karena frekuensinya terlalu tinggi disebut ultrasonik. Ultrasonik memiliki karakteristik…
   • Frekuensi < 20 Hz
   • Frekuensi antara 20 Hz dan 20.000 Hz
   • Frekuensi = 0 Hz
   • Frekuensi > 20.000 Hz
   • Frekuensi tidak relevan
   Jawaban: Frekuensi > 20.000 Hz
   Penjelasan: Ultrasonik adalah suara dengan frekuensi di atas batas pendengaran manusia normal (20.000 Hz).
8. Mengapa penggunaan corong pada pengeras suara atau klakson dapat membuat suara terdengar lebih keras oleh pendengar?
   • Mengurangi frekuensi suara
   • Meningkatkan panjang gelombang suara
   • Meningkatkan intensitas suara
   • Mengubah timbre suara
   • Mempercepat rambat suara
   Jawaban: Meningkatkan intensitas suara
   Penjelasan: Corong atau klakson bekerja dengan mengarahkan dan memfokuskan gelombang suara, sehingga meningkatkan intensitas suara yang didengar pada arah tertentu.
9. Kenyaringan suara yang diterima oleh pendengar sangat bergantung pada…
   • Frekuensi getaran
   • Panjang gelombang
   • Cepat rambat bunyi
   • Medium perambatan
   • Amplitudo getaran
   Jawaban: Amplitudo getaran
   Penjelasan: Kenyaringan atau volume suara yang didengar berbanding lurus dengan amplitudo gelombang suara. Amplitudo yang lebih besar berarti suara yang lebih keras.
10. Peristiwa ketika suatu objek ikut bergetar karena frekuensi getarannya sama dengan frekuensi bunyi yang datang disebut…
    • Refleksi
    • Refraksi
    • Difraksi
    • Interferensi
    • Resonansi
    Jawaban: Resonansi
    Penjelasan: Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena pengaruh getaran dari benda lain dengan frekuensi alami yang sama atau kelipatannya. Ini adalah prinsip dasar alat musik dan kotak suara.
11. Jika sebuah kapal selam mengirimkan sinyal sonar (bunyi) ke pendengar lain di dalam air, bagaimana karakteristik rambatan bunyi dibandingkan di udara?
    • Bunyi tidak dapat merambat di air
    • Pendengar di air akan mendengar bunyi lebih lemah
    • Cepat rambat bunyi dalam air lebih kecil daripada di udara
    • Cepat rambat bunyi dalam air lebih besar daripada di udara
    • Frekuensi bunyi berubah saat masuk ke air
    Jawaban: Cepat rambat bunyi dalam air lebih besar daripada di udara
    Penjelasan: Bunyi merambat lebih cepat dalam medium yang lebih padat atau elastis seperti air dibandingkan udara. Sehingga pendengar di air akan mendengar lebih cepat.
12. Tingkat intensitas suara di sebuah konser musik adalah 80 dB. Jika intensitas suara meningkat 100 kali lipat, berapa tingkat intensitas suara yang didengar pendengar sekarang?
    • 82 dB
    • 90 dB
    • 100 dB
    • 160 dB
    • 800 dB
    Jawaban: 100 dB
    Penjelasan: Peningkatan 10 kali lipat intensitas suara berarti peningkatan 10 dB. Jadi dari 80 dB menjadi 80 + 20 = 100 dB.
13. Fenomena Efek Doppler paling akurat digambarkan sebagai…
    • Perubahan intensitas suara karena jarak
    • Pembiasan gelombang suara
    • Perubahan frekuensi akibat pergerakan relatif sumber dan pendengar
    • Peristiwa pemantulan suara
    • Superposisi dua gelombang suara
    Jawaban: Perubahan frekuensi akibat pergerakan relatif sumber dan pendengar
    Penjelasan: Efek Doppler menjelaskan bagaimana frekuensi yang diterima pendengar berubah ketika ada gerakan relatif antara sumber bunyi dan pendengar.
14. Bagian telinga manusia yang bertanggung jawab mengubah getaran mekanik menjadi sinyal saraf yang dapat dipahami oleh otak adalah…
    • Gendang telinga
    • Tulang pendengaran (maleus, inkus, stapes)
    • Saluran Eustachius
    • Koklea
    • Daun telinga
    Jawaban: Koklea
    Penjelasan: Koklea (rumah siput) adalah organ di telinga bagian dalam yang berisi sel-sel rambut yang mengubah getaran mekanik menjadi sinyal listrik yang dikirim ke otak.
15. Sebuah mobil membunyikan klakson dan menjauh dari seorang pendengar. Frekuensi bunyi klakson yang didengar oleh pendengar akan…
    • Meningkat
    • Menurun
    • Tetap sama
    • Menjadi tidak terdengar
    • Berfluktuasi
    Jawaban: Menurun
    Penjelasan: Jika sumber menjauh dari pendengar yang diam, frekuensi yang didengar akan menurun (nada menjadi lebih rendah) karena efek Doppler.
16. Timbre atau warna bunyi yang didengar oleh pendengar, memungkinkan kita membedakan suara gitar dan piano meskipun memainkan nada yang sama dengan kenyaringan yang sama, disebabkan oleh…
    • Frekuensi dasar
    • Amplitudo gelombang
    • Cepat rambat bunyi
    • Kombinasi nada-nada harmonik
    • Medium perambatan
    Jawaban: Kombinasi nada-nada harmonik
    Penjelasan: Timbre atau warna bunyi adalah kualitas suara yang membedakan dua suara dengan nada dan intensitas yang sama, disebabkan oleh kombinasi nada-nada harmonik (overtone) yang menyertai nada dasar.
17. Dalam aplikasi sonar, informasi apa yang paling penting untuk menentukan jarak suatu objek dari kapal yang mengirimkan gelombang suara?
    • Perubahan frekuensi sinyal
    • Intensitas sinyal yang diterima
    • Waktu antara pengiriman sinyal dan penerimaan gema
    • Kecepatan air
    • Ukuran objek yang terdeteksi
    Jawaban: Waktu antara pengiriman sinyal dan penerimaan gema
    Penjelasan: Sistem sonar (Sound Navigation and Ranging) bekerja dengan mengirimkan pulsa suara dan mengukur waktu yang dibutuhkan gema untuk kembali, yang kemudian digunakan untuk menghitung jarak objek.
18. Seorang pendengar berteriak di lembah pegunungan dan mendengar pantulan suaranya kembali beberapa detik kemudian. Fenomena ini disebut…
    • Gaung
    • Resonansi
    • Interferensi
    • Difraksi
    • Gema
    Jawaban: Gema
    Penjelasan: Gema adalah pantulan suara yang terdengar setelah suara asli berhenti, terjadi ketika jarak sumber dan dinding pantul cukup jauh (>17 m).
19. Jika intensitas suara yang diterima pendengar adalah 10⁻⁹ W/m² dan intensitas ambang pendengaran adalah 10⁻¹² W/m², berapa tingkat intensitas suara yang didengar?
    • 3 dB
    • 10 dB
    • 30 dB
    • 90 dB
    • 120 dB
    Jawaban: 30 dB
    Penjelasan: Jika intensitas ambang pendengaran Io = 10⁻¹² W/m², maka β = 10 log (10⁻⁹ / 10⁻¹²) = 10 log (10³) = 10 * 3 = 30 dB.
20. Fungsi utama dari rangkaian tulang-tulang pendengaran (maleus, inkus, stapes) pada telinga tengah adalah…
    • Mencegah masuknya air ke telinga
    • Menjaga keseimbangan tubuh
    • Memperkuat getaran dari gendang telinga
    • Mengubah sinyal suara menjadi sinyal listrik
    • Melindungi gendang telinga dari tekanan berlebih
    Jawaban: Memperkuat getaran dari gendang telinga
    Penjelasan: Tiga tulang pendengaran (maleus, inkus, stapes) berfungsi sebagai tuas yang memperkuat getaran dari gendang telinga dan mentransmisikannya ke koklea.

B. Isian Singkat

1. Apa yang dimaksud dengan frekuensi dalam konteks gelombang bunyi?
   Jawaban: Frekuensi adalah jumlah getaran atau gelombang per satuan waktu, biasanya diukur dalam Hertz (Hz).
2. Sebutkan rentang frekuensi bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia normal.
   Jawaban: Rentang frekuensi pendengaran normal manusia dewasa adalah sekitar 20 Hz hingga 20.000 Hz.
3. Jelaskan secara singkat apa itu tingkat intensitas suara.
   Jawaban: Tingkat intensitas suara adalah besaran logaritmik yang menyatakan perbandingan intensitas suara terhadap intensitas ambang pendengaran, diukur dalam desibel (dB).
4. Definisikan Efek Doppler.
   Jawaban: Efek Doppler adalah perubahan frekuensi gelombang yang diterima oleh pendengar akibat adanya gerak relatif antara sumber gelombang dan pendengar.
5. Sebutkan tiga bagian utama telinga manusia.
   Jawaban: Tiga bagian utama telinga manusia adalah telinga luar, telinga tengah, dan telinga dalam.

C. Uraian

1. Jelaskan konsep Efek Doppler dan berikan contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari dari sudut pandang pendengar.
   Pembahasan:
   Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang suatu gelombang yang diterima oleh pengamat ketika sumber gelombang atau pengamat bergerak relatif satu sama lain. Ketika sumber mendekat, frekuensi yang diterima akan lebih tinggi (nada lebih tinggi), dan ketika sumber menjauh, frekuensi yang diterima akan lebih rendah (nada lebih rendah). Perubahan ini terjadi karena gelombang ‘terkompresi’ di depan sumber yang bergerak dan ‘terentang’ di belakangnya.
2. Jelaskan rentang frekuensi pendengaran manusia. Apa yang dimaksud dengan infrasonik dan ultrasonik, dan mengapa manusia tidak dapat mendengarnya?
   Pembahasan:
   Telinga manusia dapat mendengar suara dalam rentang frekuensi sekitar 20 Hz hingga 20.000 Hz. Frekuensi di bawah 20 Hz disebut infrasonik, dan frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik. Suara infrasonik dapat dihasilkan oleh gempa bumi atau gelombang laut besar, sedangkan suara ultrasonik digunakan dalam aplikasi medis (USG) atau sonar untuk deteksi objek. Pendengar manusia tidak dapat mendengar kedua jenis suara ini karena struktur telinga kita tidak dirancang untuk beresonansi atau merespons getaran pada frekuensi tersebut.
3. Bedakan antara intensitas suara dan tingkat intensitas suara. Sertakan rumus matematis untuk keduanya dan berikan contoh bagaimana keduanya mempengaruhi pendengar.
   Pembahasan:
   Intensitas suara (I) didefinisikan sebagai daya suara (P) per satuan luas (A) yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang, dirumuskan I = P/A. Tingkat intensitas suara (β) adalah skala logaritmik yang digunakan untuk menyatakan perbandingan intensitas suara yang diukur terhadap intensitas ambang pendengaran (Io = 10⁻¹² W/m²), dirumuskan β = 10 log (I/Io). Intensitas menggambarkan seberapa kuat suara secara fisik, sedangkan tingkat intensitas lebih menggambarkan persepsi kita terhadap kenyaringan suara. Contoh, suara petir memiliki intensitas tinggi yang menyebabkan tingkat intensitas suara sangat tinggi, sehingga terasa sangat keras oleh pendengar.
4. Jelaskan perbedaan antara gema dan gaung (reverberasi) dari sudut pandang bagaimana suara tersebut dipersepsikan oleh pendengar. Berikan contoh kondisi terjadinya masing-masing.
   Pembahasan:
   Gema adalah pantulan suara yang terdengar setelah suara asli berhenti, biasanya terjadi di ruang terbuka atau besar dengan dinding pantul yang jauh (lebih dari 17 meter), sehingga suara pantulan memiliki jeda waktu yang cukup lama untuk dibedakan dari suara asli. Gaung (reverberasi) adalah pantulan suara yang terdengar hampir bersamaan dengan suara asli, sehingga terdengar seperti suara asli yang berlarut-larut atau bercampur, umumnya terjadi di ruang tertutup atau kecil dengan dinding pantul yang dekat. Bagi pendengar, gema menyebabkan suara terdengar berulang jelas, sedangkan gaung menyebabkan suara terdengar kurang jelas atau bergema samar.
5. Bagaimana prinsip kerja peredam suara dalam memengaruhi kualitas suara yang diterima oleh pendengar? Sebutkan jenis material yang biasa digunakan dan jelaskan mekanismenya.
   Pembahasan:
   Peredam suara bekerja dengan menyerap energi gelombang suara, mengubahnya menjadi bentuk energi lain (misalnya panas), dan mengurangi pantulan suara. Material peredam suara biasanya berpori atau berserat, seperti busa akustik, kapas, atau kain tebal, yang memungkinkan gelombang suara masuk dan energi getarannya terdispersi dalam struktur material. Ketika suara mengenai material ini, gelombang suara tidak dipantulkan kembali ke pendengar, melainkan ‘terperangkap’ dan energinya berkurang. Ini mengurangi kebisingan dan gaung, sehingga suara yang didengar menjadi lebih jernih dan nyaman, seperti di studio musik atau bioskop.

D. Menjodohkan