Mata Kuliah Akustik Kelautan

MATERI AKUSTIK KELAUTAN

Pertemuan ke-2

Konsep Konsep Akustik Kelautan

            Akustik kelautan merupakan ilmu yang mempelajari rambatan gelombang suara pada kolom air laut. Terdapat beberapa permasalahan yang dibahas dalam akustik kelautan ini, diantaranya adalah kecepatan gelombang suara, waktu (pada saat gelombang dipancarkan hingga gelombang dipantulkan kembali), dan kedalaman perairannya. Akustik kelautan dipelajari atas dasar beberapa asumsi yaitu laut begitu luas, dalam, dan sangat dinamis. Adapun anggapan bahwa manusia telah mencapai planet terjauh namun belum mencapai laut terdalam, sehingga dibutuhkan alat dan metode untuk melakukan pendeskripsian kolom dan dasar laut. Metode saat ini yang sudah cukup banyak dilakukan yaitu metode akustik.

Prinsip Hidroakustik didasarkan pada prinsip yang sederhana, yaitu gelombang suara dipancarkan melalui sebuah alat yang menghasilkan energi suara (tranducer) pada kolom perairan ataupun dasar perairan. Hal ini dilakukan dengan mengubah energi elektrik menjadi energi  mekanik.  Ketika energi tersebut mengenai suatu target maka gelombang suara akan dikembalikan (dipantulkan) dalam bentuk echo yang akan kembali ke receiver (suatu bagian dari alat akustik sebagai penerima gelombang pantulan).

Metode akustik merupakan proses-proses pendeteksian target di laut dengan mempertimbangkan proses-proses perambatan suara, karakteristik suara (frekuensi, pulsa, intensitas), faktor lingkungan atau medium, kondisi target, dan lain sebagainya. Metode akustik mempunyai keunggulan komparatif yaitu berkecepatan tinggi, estimasi stok ikan secara langsung, dan dapat memproses data secara real time, tepat, dan akurat. Dengan menentukan selang waktu antara gelombang yang dipancarkan dan yang diterima, transducer dapat memperkirakan jarak dan orientasi dari suatu objek yang dideteksi. Dapat dirumuskan sebagai berikut :      

Jarak = Kecepatan Suara x Waktu

2

           

Akustik terbagi menjadi 2 macam, yaitu akustik pasif dan akustik aktif,

1.      Akustik pasif merupakan suatu aksi mendengarkan gelombang suara yang datang dari berbagai objek pada kolom perairan. Akustik pasif dapat digunakan untuk mendengarkan ledakan bawah air, gempa bumi, letusan gunung api, suara yang dihasilkan oleh ikan dan hewan lainnya, aktivitas kapal-kapal laut, ataupun sebagai peralatan untuk mendeteksi kondisi di bawah air.

2.      Akustik aktif memakai prinsip SONAR yaitu mengukur jarak dan arah dari objek yang dideteksi dan ukuran relatifnya dengan menghasilkan gelombang suara serta mengukur waktu tempuh dari gelombang tersebut.

Salah satu kasus yang terjadi dalam aplikasi metode akustik ini yaitu kasus afternoon effect. Kasus ini terjadi pada saat Lt. Pryor (USS Semmes) di Guantanamo Bay pada tahun 1930-1936, mencoba echo ranging system yang sekarang disebut SONAR. Ketika melakukan pendeteksian dari atas kapal ternyata tidak berhasil, lalu percobaan dilakukan di bawah kapal dan ternyata berhasil. Kemudian masalah baru yang muncul yaitu pada percobaan yang dilakukan pagi hari data berhasil didapatkan namun ketika siang hari dengan kondisi cuaca sangat panas, data berubah. Lt. Pryor menduga bahwa pada siang hari fitoplankton sedang berkembang dan melepaskan banyak bubbles (gelembung oksigen) hasil dari fotosintesis sehingga menghalangi gelombang suara yang dipancarkan. Dari kasus tersebut disimpulkan bahwa pada saat perairan bersuhu cukup tinggi transmisi gelombang suara akan terhambat. Sepuluh tahun kemudian ditemukan bahwa missing sound terjadi akibat pengaruh dari suhu, salinitas, dan faktor lainnya.

Pertemuan ke-3

Kecepatan Suara Di laut

           

            Kecepatan suara bergantung pada suhu, salinitas, tekanan, musim, dan lokasi. Dengan rumus kecepatan suara :

C = 1449,2 + 4,6T - 0,055T² + 0,00029T³ + (1,34 - 0,010T)(S-35) - 0,016Z

dengan : C = Kecepatan suara (m/s)

T = Suhu (^oC)

S = Salinitas (psu)

Z = Kedalaman (m)

dengan begitu, dapat dikatakan bahwa kecepatan suara di laut dipengaruhi oleh suhu, salinitas, dan kedalaman laut. Dan semakin jauh suara dari sumber suara, maka kegiatan echo akan mengalami perubahan dari segi ruang dan waktu. Kecepatan rambat suara bergantung pada kompressibilitas dan densitas. Didalam laut, K dan ρ bergantung pada suhu, salinitas, dan tekanan

C = C ( S x T x ρ )

Bila suhu bertambah maka ρ berkurang dan akibatnya C bertambah. Sehingga semakin tinggi suhu, semakin cepat perambatan suara. Di lapisan permukaan, pertambahan C akibat dari pertambahan suhu adalah 3 m/sec/C

Dalam metode akustik, terdapat alat yang dinamakan Accoustic Doppler Current Profiler (ACDP) yang memiliki fungsi untuk mengukur arus, plankton, dan lain sebagainya. Alat ini dibuat oleh RDI/Fran Rowe dan Kent Dernes pada tahun 1981 dengan memakai prinsip efek Doppler yang berarti semakin dekat sumber suara semakin kencang suaranya. Peletakan ACDP harus dalam, bisa mencapai 700 m, karena apabila terlalu dekat dengan permukaan akan mempengaruhi pelayaran kapal. Semakin panjang alat ACDP, semakin besar harddisc nya sehingga penyimpanan alat di dasar laut dapat lebih lama.

Pertemuan ke-4

Komponen - Komponen Dalam Metode Akustik

1.        Absorbsi

Absorbsi gelombang suara yaitu penyerapan gelombang suara sehingga menyebabkan transmisi hilang pada saat echo dari transducer. Absorbsi gelombang suara di kolom perairan laut bergantung pada beberapa faktor yaitu suhu, salinitas, pH, kedalaman, dan frekuensi gelombang. Sifat gelombang ketika dipancarkan dan semakin jauh dari transducer maka kecepatannya dan pantulannya akan semakin melemah.

2.        Target Strength

Kekuatan pantulan gema yang dikembalikan oleh target dan relative tergadap intensitas suara yang mengenai target disebut Target Strength. Target Strength didefinisikan juga sebagai 10x nilai logaritma dari intensitas suara yang mengenai ikan/target. Target Strength dapat dihitung dengan rumus :

TS = 10 (log Ir/Ii)

dengan :

TS = Target Strength

Ir   = Energi suara yang dipantulkan, yang diukur

Ii   = Energi suara yang mengenai ikan/target

3.      Volume Scatter

Rasio antara intensitas yang direfleksikan oleh suatu group single target yang berada pada suatu volume air tertentu (1m³) pada  disebut Volume Scatter atau disebut jugaScattering Volume (SV). Backscattering strength yaitu rasio antara intensitas yang direfleksikan oleh suatu kelompok single target yang diukur dari target. Scattering Volume(SV) dapat dihitung menggunakan rumus :

SV = 10 log pV + TS

dengan :

SV = Scattering Volume

ρ    = Densitas perairan

V   = Volume perairan

TS  = Target Strength  à TS = 10 (log Ir/Ii)

4.      Lapisan SOFAR

Lapisan dimana terjadinya akumulasi suhu dan kedalaman disebut lapisan SOFAR (Sound Fixing and Ranging). Lapisan ini juga merupakan lapisan dimana kecepatan suara menjadi sangat lambat sehingga disebut juga lapisan C minimum, dimana C adalah kecepatan suara. Gelombang suara yang  merambat dalam jarak yang cukup besar di perairan laut akan terperangkap dalam lapisan SOFAR ini.

5.      Echosounder data

Echosounder data yaitu merupakan output data hasil dari akustik, biasanya berupa GSV, ASCII, dan lain-lain. Data ASCII dapat diolah dengan menggunakan software surfer 10. Point penting dalam Echosounder data ini yaitu terdapatnya nilai x,y (posisi koordinat), dan z (kedalaman).

           

Sumber : Kuliah Akustik Kelautan

SHADOW ZONE

Shadow Zone merupakan wilayah atau daerah dimana gelombang suara tidak dapat merambat atau lemah sehingga hampir tidak dapat merambat dalam suatu  medium.   Hal ini disebabkan karena secara umum, berdasarkan pembagian pengaruh faktor oseanografi terhadap kecepatan suara, laut dibagi menjadi 3 zona secara vertikal yaitu : zona 1 dimana kecepatan suara meningkat akibat peningkatan tekanan karena kedalaman bertambah, zona 2 dimana kecepatan suara menurun drastis akibat adanya daerah thermocline, zona 3 dimana kecepatan suara meningkat akibat tekanan bertambah dan temperatur kedalaman relatif konstan, itu adalah profile kecepatan suara underwater. Akibat adanya refraksi atau pembiasan variasi vertikal dari kecepatan suara di dalam laut selanjutnya menghasilkan apa yang disebut dengan shadow zone dan sound channel. Pada shadow zone, gelombang suara dapat dibelokkan ke atas atau ke bawah sehingga sulit dideteksi, karena itulah pada zona ini banyak digunakan untuk persembunyian kapal selam agar tidak terdeteksi oleh kapal lain. Menurut Urick (1983) di kolom perairan terjadi pembelokan  gelombang suara (refraksi) yang terjadi karena perbedaan kedalaman, salinitas  dan suhu ait laut.  Pengaruh yang paling nyata terlihat jika terjadi kenaikan suhu  air laut sebesar  1°C akan menyebabkan meningkatnya kecepatan suara sebesar  1m/detik.  Akibatnya jika suhu meningkat menurut kedalaman maka gelombang  suara yang dipancarkan akan cenderung dibelokan ke arah permukaan air.

Gambar. Pembentukan shadow zone

Sumber : http://www.dosits.org

SUMBER :

•   http://manwhoridethelight.multiply.com/journal/item/23/DISKUSI-shadow-zone-persembunyian-kapal-selam-?&show_interstitial=1&u=%2Fjournal%2Fitem
• -          http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/51099/C11mis.pdf?sequence=1

ATENUASI GELOMBANG SUARA

            Atenuasi sendiri artinya kekuatan sinyal berkurang atau melemah bila jaraknya terlalu jauh melalui media transmisi, baik dengan menggunakan media transmisi guide seperti kabel, atau media transmisi unguided seperti gelombang. Atenuasi biasa terjadi pada sinyal analog, karena atenuasi berubah-ubah sebagai fungsi frekuensi, sinyal yang diterima menjadi menyimpang dan mengurangi tingkat kejelasan. Atenuasi juga menjadi faktor pelemahan gelombang suara saat merambat. Atenuasi terjadi sebelum pantulan (refleksi) dari gelombang suara. Atenuasi ini dapat dimanfaatkan untuk alat atau instrumentasi diagnostik. Medium seperti jaringan (tissue) akan menurunkan amplitude dan intensitas gelombang dalam perjalanannya melewati medium disebut atenuasi. Peristiwa yang terjadi pada atenuasi ini terdiri dari absorbsi, refleksi dan scattering. Adapun satuan dari atenuasi adalah decibles (dB). Sedangkan koefisiensi atenuasi adalah atenuasi yang terjadi per satuan panjang gelombang yang satuanya decibles per centimeter (dB/cm)

Attenuation(dB) = attenuation coefficient (dB/cm) x path length (2)

Bila koefisien  atenuasi meningkat maka frekuensi akan meningkat pula. Setiap jaringan mempunyai koefisiensi atenuasi yang berbeda. Koefisien ini menyatakan besarnya atenuasi per satuan panjang, yaitu semakin tinggi frekuensi yang digunakan maka semakin tinggi koefisiensi atenuasinya.

            Secara sederhana, jaringan lunak hampir sama atau di atas rata-rata 1 dB atenuasi per centimeter untuk jaringan lunak adalah sebanding dengan frekuensi dalam MHz. Untuk menghitung atenuasi dalam decibles hanya perlu mengalikan frekuensi dalam megahertz (hasilnya mendekati / sebanding dengan koefisiensi atenuasi dalam dB/cm). Terdapat 3 jenis atenuasi yang umum berpengaruh pada gelombang suara, yaitu atenuasi karena absorbsi molekuler oleh udara, atenuasi karena keberadaan obstruksi, dan atenuasi karena keadaan-keadaan tertentu di titik penerima.

SUMBER :

-          http://www.babehedi.com/search/label/FISIKA%20IMEJING-ULTRASONOGRAFI