Berapa ramai dalam kalangan anda semua yang menggemari filem perperangan dunia kedua (World War II) ataupun yang pernah bermain permainan video bertemakan sedemikian? Jika anda adalah penggemar filem dan permainan video perperangan dunia kedua seperti admin, pasti anda akan tahu beberapa bunyi ikonik yang sinonim dengan perang pada waktu teresebut. Mungkin anda dah dapat tangkap bunyi apa yang admin maksudkan ni, bagi yang tak tahu, inilah bunyi yang admin maksudkan.
Ya bunyi semboyan yang sering dimainkan sekiranya ada bahaya yang sedang mendatang, kebiasaannya kalau ada kehadiran pesawat pengebom musuh. Apabila para tentera mendengar bunyi ini, pasti mereka semua akan bersiap sedia untuk berperang. Namun bunyi semboyan ini masih lagi digunakan pada hari ni di kebanyakan negara untuk mengingatkan para penduduk bahaya yang sedang mendatang, seperti ribut taufan, puting beliuang dan fenoma-fenoma alam yang lain.
Pernahkah anda terfikir bagaimana bunyi tersebut dihasilkan? Pasti ramai yang membayangkan bahawa ianya dihasilkan menggunakan alat seperti radio dan corong pembesar suara umpama yang kebanyakkannya digunakan di masjid. Tanggapan anda mungkin betul untuk semboyan yang digunakan pada masa kini, tetapi bagaimana bunyi tersebut dihasilkan pada masa perang dunia pertama dan perang dunia kedua? Haaa mari kita lihat alat yang menghasilkan bunyi ikonik tersebut di dalam video berikut.
Inilah alat yang menghasilkan bunyi semboyan tersebut pada ketika waktu perang dunia pertama dan kedua, dengan hanya menggunakan kipas bermotor dan beberapa lubang. Bunyi ini kemudiannya dikuatkan lagi dengan menggunakan corong pembesar suara. Bunyi yang dihasilkan oleh alat ini adalah sangat kuat mencapai sehingga 130 dB (decibel).
Apakah Bunyi?
Bagaimana dengan hanya menggunakan kipas dan lubang, bunyi boleh dihasilkan? Jadi untuk memahami dengan lebih lanjut bagaimana bunyi tersebut boleh dihasilkan, mari kita fahami dahulu apakah itu bunyi. Bagi yang pernah mengikuti bebenang (thread) yang pernah dihasilkan di laman twitter kami, mungkin sudah mengetahui bagaimana bunyi dihasilkan dan tenaganya dipindahkan.
Baiklah, sebelum memulakan topik, admin nak tanya, bunyi apa yang paling kuat kat bumi ni? *dilarang google*
— Fiziklah! (@fiziklah) January 5, 2017
Tapi tak mengapa, admin akan terangkan di sini juga apakah itu bunyi. Bunyi adalah sejenis gelombang (wave) dan gelombang terbahagi kepada dua, iaitu transverse wave dan longitudinal wave.
Transverse wave adalah gelombang yang dihasilkan apabila sumber gelombang (zarah) bergerak berserenjang (perpendicular) dengan arah tenaga disebarkan. Hah? Macam mana tu? Okay contohnya adalah seperti apabila anda mengayunkan tali ke atas dan ke bawah.
Tenaga akan bergerak kehadapan; 90 darjah daripada sumber ayunan, inilah yang dimaksudkan dengan transverse wave. Boleh rujuk animasi di bawah, arah pergerakan panjang gelombang (wavelength) mewakili pergerakan tenaga.
Longitudinal wave pula adalah gelombang yang dihasilkan apabila sumber ayunan adalah selari dengan arah pergerakan tenaga. Contoh yang kita boleh lihat adalah pada slinky spring.
Jadi untuk kes gelombang bunyi pula yang mana? Gelombang bunyi adalah mengikut prinsip longitudinal wave. Bunyi dihasilkan melalui getaran zarah dan molekul sesuatu medium (ruang penyebaran bunyi). Jika bunyi disebarkan di dalam udara, maka molekul-molekul di dalam udaralah yang bergetar, jika di dalam air, maka molekul-molekul air yang bergetar, begitu juga dengan di dalam pepejal getaran molekul-molekul ini akan dipindahkan kepada molekul-molekul yang berdekatan dengannya, dan inilah cara bagaimana bunyi disebarkan di dalam skala atomik.
Molekul-molekul ini tadi akan mengalami proses compression and rarefaction untuk memindahkan tenaga bunyi dari sumber ke kawasan sekitarnya. Apa itu compression and rarefaction ? Compression adalah bahagian di mana molekul-molekul udara dimampatkan dan kelihatan lebih hampir di atara satu sama lain dan rarefaction adalah kawasan yang mempunyai ciri-ciri di sebaliknya. Lihat animasi di bawah untuk perincian yang lebih jelas.
Getaran ini akan terus dipindahkan dari satu molekul ke molekul yang lain sehinggalah sampai kepada telinga pendengar. Tenaga getaran tadi akan menggetarkan gegendang telinga dan akan diintepretasi oleh otak sebagai bunyi. Secara mudah, bunyi dihasilkan dan dipindahkan dengan kewujudan zarah-zarah dan molekul-molekul pada ruang medium. Jika tiada molekul pada medium tersebut, maka gelombang bunyi tidak dapat dihasilkan mahupun dipindahkan, sebagai contoh, di ruang angkasa. Ruang angkasa adalah hampir vakum (hampir tiada molekul mahupun zarah) oleh itu tiada bunyi mampu dihasilkan dan dipindahkan di ruang angkasa.
Kipas + Lubang = Bunyi?
Admin sudah pun menjelaskan mengenai apakah itu gelombang bunyi dan bagaimana ianya dipindahkan, jadi mari kita berbalik kepada video semboyan di atas itu tadi. Bagaimana dengan menggunakan bilah kipas dan beberapa lubang, bunyi sedemikian mampu dihasilkan? Faktor yang memainkan peranan di dalam penghasilan bunyi ini adalah pengaliran molekul-molekul udara. Udara yang mengalir ini akan “dipotong-potongkan”, proses yang sama iaitu compression and rarefaction akan terjadi dan proses ini adalah kunci utama dalam penjanaan dan penyebaran bunyi. Prinsip menghasilkan bunyi dengan “memotong” aliran udara telah mencetuskan idea penghasilan alat penjana semboyan pertama yang dinamakan sebagai cakera semboyan (siren disk).
Cara penggunaannya adalah dengan memutarkan cakera sambil meniupkan udara kepada lubang-lubang yang terdapat pada permukaan cakera tersebut. Lihat video di bawah untuk demonstrasi penggunaannya.
Semakin laju putaran cakera, semakin tinggi kekerapan udara dipotong maka semakin tinggilah frequency gelombang bunyi. Frequency ini yang akan mempengaruhi kenyaringan bunyi. Oleh itu, semakin laju putaran, maka semakin nyaring bunyi.
Prinsip daripada siren disk ini kemudiannya digunakan untuk menghasilkan alat seperti berikut.
Motor akan memusingkan bilah kipas di dalamnya dan akan menyedut udara masuk kedalam sebelum dialirkan keluar mengikut lubang-lubang yang berada di sisi alat tersebut, prinsip yang sama digunakan seperti peggunaan siren disk cuma di dalam versi ini semuanya adalah automatik. Putaran bilah kipas akan bertambah laju meningkatkan lagi kekerapan udara “dipotong”, maka terhasilah boleh semboyan yang ikonik itu (rujuk video pada permulaan artikel). Demonstrasi dan penjelasan penuh boleh dilihat pada video di bawah.
Alat ini masih lagi digunakan di beberapa buah negara di dunia yang sering dilanda fenomena alam yang berbahaya, majoriti negara di dunia sudah menghalang penggunaan alat ini kerana bunyinya yang terlalu kuat. Hampir kesemua bunyi semboyan pada masa kini dihasilkan dengan menggunakan tone generator. Bertapa menariknya dunia sains ini, kita mampu menghasilkan bunyi dengan hanya menggunakan udara dan lubang sahaja. Jadi selepas ini jika anda terdengar bunyi ini, bolehlah anda terangkan kepada rakan-rakan anda asal-usulnya. Sekian sahaja untuk artikel kali ini.
Untuk sebarang persoalan sila ajukan di laman twitter kami @Fiziklah.
Extra: Longitudinal wave dalam slinky spring.
Apa lagi?
Fiziklah!
