Analisis Komputasional Getaran Bilah Marimba dari Kayu Indonesia dengan Variasi Dimensi Undercut

Alifandri Asfari Yusyro, Indawari Kusumaningtyas, S.T., M.Sc., Ph.D.

2024 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Marimba merupakan sebuah alat musik perkusi yang biasa digunakan dalam berbagai macam pertunjukan musik seperti orkestra, ensembel perkusi, dan lainnya. Marimba terdiri dari susunan batang kayu dengan nada yang berbeda - beda yang ditahan dengan tali yang melewati batang tersebut pada daerah di dekat ujungnya. Marimba dimainkan dengan memukul bilah tersebut menggunakan bahan dasar kayu Honduran rosewood (Dalbergia stevensonii) yang tidak bisa didapatkan di Indonesia atau campuran bahan sintesis yang tidak mudah untuk dibuat. Karena itu, pada penelitian ini, penulis mencoba mencari kayu Indonesia yang dapat dijadikan alternatif bahan bilah marimba dengan menganalisis sifat mekanis dan akustik dari beberapa pilihan kayu Indonesia. Setelah itu, dilakukan analisis komputasional untuk bilah dengan bahan dasar kayu Indonesia tersebut.

Pada bilah marimba terdapat potongan berbentuk parabolik yang terletak pada bagian tengah sisi bawah bilah yang disebut undercut. Pada penelitian ini, analisis dilakukan dengan mencari frekuensi alami, mode shape, dan steady-state dynamics menggunakan software ABAQUS untuk mencari ketiga parameter tersebut. Simulasi dilakukan dengan memvariasikan dimensi tinggi dan panjang undercut dari bilah marimba yang direpresentasikan dengan dua simple-support pada jarak 0,224 kali panjang bilah dari kedua ujung bilah.

Setelah dilakukan studi literatur, didapatkan bahwa dari data kayu Indonesia yang diperoleh, kayu yang paling cocok dipakai sebagai bahan dasar bilah marimba adalah kayu ulin (Eusideroxylon zwagerii). Sifat mekanis dan akustiknya adalah sebagai berikut: modulus Young = 8,32 X 10^9 N/m^2; massa jenis = 925,99 kg/m^3; koefisien radiasi bunyi = 3,23 m^4/s.kg, koefisien kerugian = 0,01764; cepat rambat bunyi pada material = 2997,5 m/s; dan faktor redaman = 0,008820.

Hasil analisis komputasional menunjukkan bahwa peningkatan dimensi undercut membuat frekuensi alami pada bilah cenderung menurun. Sebaliknya, peningkatan dimensi undercut akan memningkatkan simpangan yang dialami mode transversal bilah pada semua variasi. Dari semua variasi, yang memiliki perbandingan frekuensi alami yang paling sesuai dengan marimba  pada umumnya adalah undercut dengan panjang 41 mm dan tinggi 11 mm.

The marimba is a percussion instrument commonly used in many types of musical performances such as orchestras, percussion ensembles, and many others. A marimba consists of multiple wooden bars supported by a rope running through a region near the ends of each bar. The Marimba is played by hitting the bars with a mallet. The bars are commonly made of Honduran rosewood (Dalbergia stevensoniii) which cannot be found naturally in Indonesia or synthetic materials which are not easy to make. Because of this, we tried to find a local alternative by evaluating the mechanical and acoustical properties of several kinds of Indonesian wood. After that, a computational analysis of the marimba bar made from Indonesian wood is done.

On a marimba bar, a parabolic-shaped cut called an undercut is located on the underside of the center of the bar. Computational analysis is done through modal analysis and steady-state dynamics using ABAQUS to find the natural frequency, mode shape, and frequency spectrum of the marimba bars. Computational analysis is done on six variations of a marimba bar model supported with simple supports located at a distance of 0.224 times of the total length of the bar on both ends of the bar.

After evaluating several kinds of Indonesian wood through literature review, it is found that kayu ulin or ironwood (Eusideroxylon zwagerii) fit the requirements the closest. The mechanical and acoustical properties of kayu ulin are as follows: density = 925,99 kg/m^3, sound radiation coefficient = 3,24 m^4/s.kg; loss coefficient = 0,01764; speed of sound = 2997.5 m/s; and damping ratio = 0,008820

Results of computational analysis shows that an increase in the dimension of the undercut results in a decline of the natural frequency of the marimba bar. On the contrary, an increase in the dimension of the undercut results in an increase of the amplitude of vibration of the marimba bar. From all variations, the variation with a frequency ratio closest to that of a typical marimba bar is the variation with an undercut length of 41 mm and undercut height of 11 mm.

Kata Kunci : marimba, kayu indonesia, FEA, getaran, spektrum frekuensi