KONSEP DASAR AKUSTIK
Akustik
adalah teori gelombang suara dan perambatannya dalam suatu medium. Sehingga akustik
kelautan “Marine Acoustics” adalah teori gelombang suara dan perambatannya
dalam medium air laut. Gelombang suara atau gelombang bunyi adalah gejala yang
disebarkan oleh perubahan tekanan baik partikel-partikel padat, tekanan udara
bertambah, partikel-partikel jarang, tekanan berkurang. Perubahan tekanan dalam
perambatan suara secara periodik yang menghasilkan siklus dalam satuan waktu
tertentu dikenal dengan Frekuensi suara (f) dalam Hertz, Hz.
Sehingga akustik kelautan merupakan
bagian dari instrumentasi kelautan yang digunakan untuk mendeteksi benda, biota
laut, ataupun lapisan sedimen yang berada di dasar lautan yang secara umum
terbagi dalam sistem SONAR dan ECHOSOUNDER. Sistem Sonar memancarkan gelombang
suara secara horizontal sehingga dapat mendeteksi misalnya benda-benda yang
berada di depan kapal ataupun di belakang kapal. sedangkan Echosounder
memancarkan gelombang suara secara vertikal sehingga dalam aplikasinya sering
digunakan untuk mendeteksi keberadaan ikan atau benda-benda yang berada di
bawah kapal.
KECEPATAN SUARA
DI LAUT
Suara
atau bunyi dapat didefinisikan sebagai gelombang yang bergerak dalam medium
baik gas, cair maupun padat. Di alam udara, gelombang bunyi itu bergerak dengan
kecepatan 760 mil per jam. Kecepatan rambatan melalui air akan empat kali lebih
cepat daripada melalui udara. Kecepatan suara di laut berkisar antara 1.400 –
1.550 m/det, kecepatan rata-ratanya
1.500 m/detk. Dan di dalam hampa, gelombang bunyi tidak dapat bergerak
karena tidak ada media kenyalnya.
 |
| gambar1. profil kedalaman terhadap suhu dan kecepatan suara |
- Ket:
Zona 1 : Di
lapisan homogen (mixed layer) walaupun suhunya konstan, kecepatan suara bertambah
terhadap kedalaman karena pengaruh pertambahan tekanan.
- Zona 2
: Di lapisan thermocline penurunan suhu yang cepat lebih mendominasi pertambahan
tekanan sehingga kecepatan suara
berkurang terhadap kedalaman
- Zona 3 : Di lapisan dalam (deep layer) efek
penambahan tekanan kembali mendominasi penurunan suhu sehingga kecepatan suara
bertambah terhadap kedalaman.
Di
bawah lapisan thermocline, terdapat lapisan di mana C adalah minimum, lapisan C
minimum ini terbentuk karena di lapisan thermocline terjadi pengurangan C,
sementara di bawah lapisan thermocline terjadi penambahan C.
Kecepatan
suara di laut bisa dihitung menggunakan rumus :
C
= 1449.2 + 4.6T – 0.055T2 + 0.00029T3 + (1.34 – 0.010T)
(S – 35) + 0.016z
Dengan :
T = suhu,
temperatur
S = salinitas
Z = kedalaman
Aplikasi Kajian
Perambatan Suara di laut
-
Komunikasi
-
Pemeruman
(Penentuan Kedalaman Laut)
-
Deteksi dan Identifikasi Objek di dasar dan
dalam laut
-
Operasi Kapal
Selam
SOUND CHANNEL
Sound
channel atau kanal suara merupakan lapisan dimana kecepatan suara minimum
dimana lapisan ini terletak di bawah lapisan thermocline. Hal ini dapat terjadi
karena di lapisan thermocline terjadi pengurangan C sementara di bawah lapisan
thermocline terjadi penambahan C.
ATENUASI
Atenuasi
adalah energi gelombang suara berkurang sepanjang perambatannya dari sumbernya.
Karena gelombang suara menyebar keluar dalam bidang yang lebar, energinya
tersebar kedalam area yang luas. Dengan kata lain, atenuasi adalah melemahnya
gelombang suara karena melewati sebuah medium, intensitasnya pun akan berkurang
karena adannya pertambahan tekanan berdasarkan bertambahnya kedalaman. Atenuasi
terjadi sebelum pemantulan (refleksi).
Hal
yang dapat menyebabkan atenuasi adalah absorpsi, scattering dan refraksi.
Absorpsi adalah penyerapan energi suara oleh medium dan diubahnya menjadi
energi dalambentuk yang lain. Berbeda dengan absorpsi, scattering atau
peristiwa hamburan yang terjadi ketika gelombang ultrasonik berinteraksi dengan
batas antara dua medium. Sedangkan refraksi adalah perubahan arah gelombang
ultrasonik yang ditransmisikan pada batas antara medium yang berbeda.
SHADOW ZONE
Shadow
zone adalah sebuah daerah yang merupakan sebuah daerah yang aman atau bebas
dari suhu dan salinitas. Maksudnya adalah temperatur dan salinitas pada lapisan
ini dapat memantulkan gelombang suara yang datang. Daerah ini juga biasanya
disebut dengan daerah kedap yang sering dipakai oleh kapal selam dalam bidang
kemiliteran. Karena pada zona ini rambatan suara yang datang dapat dipantulkan
ke atas dan kebawah sehingga kapal selam tersebut sulit terdeteksi olah sistem
kerja sonar.
Dilihat
dari faktor oseanografi yang mempengaruhi kecepatan suara, laut dibagi menjadi
3 lapisan. Pertama adalah lapisan kolom air dimana semakin dalam kedalaman pada lapisan ini,
kecepatan suara akan bertambah cepat. Hal ini terjadi karena pengaruh
bertambahnya tekanan. Lapisan yang kedua adalah lapisan termoklin. Pada lapisan
ini kecepatan suara akan berkurang diakibatkan perubahan suhu yang
drastis.lapisan yang terakhir adalah deep layer dimana kecepatan suara akan
meningkat kembali karena suhu dan tekanan pada lapisan ini relatif konstan.
Akibat adanya refraksi variasi perbedaan kecepatan rambat suara tersebut mengakibatkan
adanya shadow zone.
Conductivity
Temperature Depth (CTD)
CTD
adalah alat yang digunakan dalam sampling oseanografi untuk mengukur salinitas
air laut, suhu serta kedalaman air laut pada tempat dan kedalaman yang
diinginkan. Alat ini terdiri dari 3 sensor utama, yaitu sensor tekanan untuk
pengukuran kedalaman, thermistor sebagai sensor suhu, dan sel induktif
(conductivity) sebagai sensor salinitas, juga dapat diberikan sensor tambahan
seperti sensor klorofil, kekeruhan, oksigen dsb. Umumnya ada 3 komponen utama
dalam pengoperasian CTD yaitu : CTD, perangkat komputer dengan software-nya,
dan perangkat interface sebagai unit penghubung antara CTD dan komputer
 |
| gambar2. CTD |
ADCP (Acoustic
Doppler Current Profile)
Prinsip
kerja ADCP berdasarkan perkiraan kecepatan baik secara horizontal maupun
vertikal menggunakan efek Doppler untuk menghitung kecepatan radial relatif,
antara instrumen (alat) dan hamburan di laut. Tiga beam akustik yang berbeda
arah adalah syarat minimal untuk menghitung tiga komponen kecepatan. Beam ke
empat menambah pemborosan energi dan perhitungan yang error. ADCP
mentransmisikan ping, dari tiap elemen transducer secara kasar sekali tiap
detik. Echo yang tiba kembali ke instrumen tersebut melebihi dari periode
tambahan, dengan echo dari perairan dangkal tiba lebih dulu daripada echo yang
berasal dari kisaran yang lebih lebar. Profil dasar laut dihasilkan dari
kisaran yang didapat. Pada akhirnya, kecepatan relatif, dan parameter lainnya
dikumpulkan diatas kapal menggunakan Data Acquisition System (DAS) yang juga
secara optional merekam informasi navigasi, yang diproduksi oleh GPS.
 |
| gambar3. ADCP |
TARGET STRENGTH
Target
Strength (TS) adalah kekuatan pantulan echo (gema), atau ukuran decibel
intensitas suara yang dikembalikan oleh target, diukur pada jarak satu meter
dari pusat akustik, relatif terhadap intensitas suara yang mengenai target
(Coates, 1990). Sedangkan menurut
Johannesson dan Mitson, 1983 menyatakan bahwa Target Strength (TS)
merupakankekuatan dari suatu target untuk memantulkan suara dan memiliki
hubungan yang erat dengan ukuran ikan, dimana terdapat suatu kecenderungan
semakin besar ukuran ikan maka semakin besar TS yang didapat.
SCATTERING
VOLUME
Scattering
volume (SV) merupakan rasio antara intensitas suara yang direfleksikan oleh
suatu group single target yang berada pada suatu volume air tertentu (1m3) dan
diukur pada jarak 1 meter dari kelompok target yang bersangkutan dengan
intensitas suara yang mengenai target (insident intensity). Perhitungannya
dilakukan secara vertikal yaitu per strata kedalaman yang dibagi dengan selang
1 meter. Semakin tinggi Nilai SV maka semakin besar pula dugaan ukuran kelompok
ikannya. Untuk mengatasi integrasi pada jarak kedalaman R1-R2.SV untuk satu
transmisi dari suatu ukuran intensitas akustuk, direfleksikan dari tiap-tiap m³
air yang dijumlahkan dan dirata-ratakan pada delta R sehingga SV dapat ditulis
sebagai berikut:
SV= 10 log ρv +
TS
Dengan :
SV = Volume
Backscattering Strength
ρv = densitas
ikan per volume
TS = Target
strength
