Akustik Laut
Akustik
merupakan teori yang memaparkan tentang gelombang suara dan perambatannya pada
suatu media. Media air dapat menghantarkan bunyi 10 kali lebih baik
dibandingkan dengan media udara. Akustik kelautan merupakan salah satu bidang dalam ilmu kelautan
yang diaplikasikan untuk mendeteksi target di kolom perairan dan dasar
perairan dengan menggunakan gelombang suara sebagai medianya. Studi kelautan
dengan menggunakan akustik sangat membantu peneliti untuk mengetahui objek yang
berada di kolom dan dasar perairan. Objek ini dapat berupa plankton, ikan,
jenis subtrat maupun kandungan minyak yang berada di bawah dasar perairan.
Hidroakustik
Hidroakustik digunakan untuk mendeteksi kedalaman perairan (batimetri),
keberadaan, distribusi, ukuran ataupun tingkah laku dari hewan dan tumbuhan
bawah air. Hidroakustik meliputi akustik
pasif ( mendengarkan gelombang suara yang datang) dan aktif akustik yang dapat membuat
dan menerima gelombang suara, sering juga disebutechosounder. Hidroakustik
merupakan suatu cabang ilmu yang paling baik dalam penelitian (studi)
perikanan.
a.
Akustik pasif
Akustik pasif merupakan suatu aksi mendengarkan gelombang
suara yang datang dari berbagai objek pada kolom perairan, biasanya suara yang
diterima pada frekuensi tertentu ataupun frekuensi yang spesifik untuk berbagai
analisis. Pasif akustik dapat digunakan untuk mendengarkan
ledakan bawah air (seismic), gempa bumi, letusan gunung berapi, suara yang
dihasilkan oleh ikan dan hewan lainnya, aktivitas kapal-kapal ataupun sebagai
peralatan untuk mendeteksi kondisi di bawah air (hidroakustik untuk mendeteksi
ikan).
b.
·Akustik aktif
Akustik aktif memiliki arti yaitu dapat mengukur j arak dari
objek yang dideteksi dan ukuran relatifnya dengan menghasilkan pulsa suara dan
mengukur waktu tempuh dari pulsa tersebut sejak dipancarkan sampai diterima
kembali oleh alat serta dihitung berapa amplitudo yang kembali. Akustik aktif memakai prinsip dasar SONAR untuk pengukuran bawah
air. Akustik aktif seperti split-beam system dapat mendeteksi organisme yang
berukuran kecil (contoh:krill), dengan tanpa batasan ukuran. Posisi dari ikan
dapat dideteksi secara akurat dengan menggunakan split beam system, dapat juga
digunakan untuk menghitung target strength, kecepatan jelajah serta arah
pergerakan dari suatu objek. Dengan perkembangan zaman yang begitu pesat,
ilmu akustik juga berkembang sejalan dengan kebutuhan manusia. Arah penelitian dari akustik aktif termasuk
penemuan multibeam, multi-frekuensi, dan “high frequency imaging system”.
Di dalam bidang akustik kelautan, terdapat beberapa pengertian yang harus dipahami, diantaranya :
1. Target Strength
Urick (1983) mengemukakan bahwa target strength adalah
echo yang kembali dari target di bawah air. Target strength didefinisikan
dengan 10 kali logaritma berbasis 10 dari rasio intensitas suara target pada
jarak 1 yard (dikonversi menjadi 1 m) yang kembali dari pusat akustik dalam
beberapa arah dengan intensitas dari sumber. Target strength dirumuskan sebagai
berikut: Target Strenght :
Urick (1983) juga menyebutkan target strength dengan
istilah scattering strength. Scattering strength didefinisikan sebagai
logaritma basis 10 dari rasio antara intensitas suara yang terukur pada 1 yd3
di dalam laut atau yd2 dari permukaan dengan intensitas suara pusat. Scattering
strength dirumuskan sebagai berikut:
Urick menyampaikan bahwa nilai target strength setiap
target yang berada di bawah permukaan air berbeda beda. Hal ini disebabkan oleh
pengembalian echo yang berbeda beda dari setiap target.
Nilai Target strength berhubungan erat dengan ukuran
ikan, bentuk ikan, orientasi ikan terhadap tranduser, gelembung renang, spesies
ikan, kecepatan renang ikan, acoustic impedance dan beam pattern (MacLennan and
Simmonds, 1992).
2. Area Backscattering Strength (Sa)
Scattering area (Sa) adalah luasan area yang yang
terbentuk sebagai akibat dari adanya pemancaran hambur balik dari tranduser
pada suatu perairan yang sedang di sounding. Menurut MacLennan dan Simmonds
(1992), area backscattering coefficient (sa) adalah ukuran dari energi yang
dikembalikan dari sebuah lapisan antara dua kedalaman pada kolom air. sa
didefinikan sebagai integral dari sv. Pada echoview, nilai sa ini diwakili oleh
NASC (Nautical area scattering coefficient). Sebenarnya sa tidak memiliki
satuan karena sa merupakan sebuah turunan dari sv (satuan m-1) dan
jarak. Tapi menurut hasil kesepakatan, sa memakai satuan (m2/m2).
3. Scattering volume
Pengertian dari Scattering volume mirip dengan Target
strength dimana Target strength untuk ikan tunggal sedangkan Scattering volume
untuk kelompok ikan. Volume backscattering coefficient (sv) adalah ukuran yang
menghitung biomassa di kolom perairan saat target individu tidak dapat
diketahui. Formulanya adalah sebagai berikut:
sv=Ssbs/V0
Sbs merupakan jumlah dari semua target yang
dihasilkan oleh echo dari V0( volume sampel). Volume backscattering strength
(sv) dirumuskan menjadi Sv=10 log(sv) dengan satuan dB re 1 m-1.
4. Threshold
Threshold adalah nilai ambang batas pemilihan tingkat
sinyal dibawah sinyal yang tidak dapat diproses.sinyal threshold digunakan
untuk menghilangkan sinyal noise dan sinyal yang tidak dikehendaki. Jadi semua
echo dari ikan yang berada di bawah nilai threshold akan diabaikan. Hal ini
berarti jika distribusi target strength berada di bawah nilai threshold maka
intensitas echo rata-rata akan menjadi bias (Mac Lennan dan Simmond, 1992).
5. Echo integration
Echo integration merupakan suatu metode untuk
menentukan densitas gerombolan ikan pada kolom perairan. Metode ini digunakan
jika echocounting memberikan estimasi yang terlalu tinggi terhadap densitas
ikan. Metode ini dicetuskan pertama kali oleh Dragesund and Olsen pada tahun
1965. Metode ini memberikan kemudahan dalam mengestimasi jumlah ikan. Echo
integration menjadi teknik yang secara umum digunakan untuk menduga kelimpahan
ikan. Teknik ini memberikan hasil yang cepat dan informasi terkini mengenai
distribusi ikan pelagis di suatu area survei. Teknik ini diaplikasikan secara
luas karena tidak perlu menentukan echo ikan tunggal.
Cepat Rambat Gelombang Suara di Laut
Gelombang suara memiliki kecepatan rambat
yang terbatas dan memerlukan waktu untuk berpindah. Kecepatan gelombang suara
lebih kecil daripada gelombang cahaya.Persamaan gelombang suara V=s/t dengan , s = jarak tempuh (m) , t = waktu (s) , dan v = cepat rambat
bunyi (m/s). Satu periode gelombang menempuh jarak sejauh satu panjang
gelombang. Maka jika t = T , maka s = lambda . Maka bentuk
lain ungkapan cepat rambat gelombang adalah v=Tλ oleh karena f = 1/T , maka v=λf dengan lambda = panjang gelombang bunyi (m).
T = periode gelombang bunyi (s)
F = ferkuensi gelombang bunyi (Hz)
Bunyi merambat di udara dengan kecepatan
1.224 km/jam. Pada suhu udara 15 derajat celsius bunyi dapat merambat di udara
bebas pada kecepatan 340 m/s. Bunyi merambat lebih lambat jika suhu dan tekanan
udara lebih rendah. Di udara tipis dan dingin pada ketinggian lebih dari 11 km,
kecepatan bunyi 1.000 km/jam. Di air, kecepatannya 5.400 km/jam, jauh lebih
cepat daripada di udara. Dengan s panjang Gelombang bunyi dan t waktu.
Kecepatan suara akan lebih cepat melaju di air dan di benda padat. Kecepatan
suara di air adalah 4.3 kali lipat kecepatan di udara, yaitu 1.484 m/detik.
Kecepatan suara di besi adalah 15 kali lipat kecepatan di udara, yaitu 5.120
m/detik.
Ruang Lingkup
Penggunaan aplikasi akustik laut sudah
banyak digunakan pada berbagai bidang, berikut akan dijelaskan mengenai contoh pengaplikasian
akustik laut pada beberapa bidang.
a.
Pada bidang
militer
Pada kegiatan militer seperti pada negara Amerika yang telah
mengembangkan akustik dan menghasilkan suatu Akustik Perangkat Long Range
(LRAD), perangkat jarak jauh yang berasal dan peringatan beam yang diarahkan
akustik. LRAD dikembangkan untuk berkomunikasi pada rentang operasional dengan
kewenangan dan unggul dalam tinggi kebisingan pada lingkungan ambient. LRAD
dirancang untuk komunikasi di 300
meter diatas tanah dan 500 + meter di atas
air, LRAD juga dapat mengeluarkan nada peringatan.
b.
Pada bidang biologi
Dalam bidang ini penggunaannya digunakan untuk suatu kajian Pengetahuan
dalam menentukan jenis spesies, tingkah laku ikan serta organisme lainnya.
c.
Perkapalan
Dalam bidang perkapalan, akustik laut digunakan untuk perancangan alat
tangkap berbasis akustik agar hasil tangkapan maksimal dan tidak tepat sasaran,
karena dengan akustik dapat dideteksi kumpulan suatu ikan.
d.
Pemetaan
Aplikasi aksustik laut digunakan untuk memperoleh data dari pengukuran
kedalaman dengan alat akustik nantinya dapat dijadikan suatu peta dasar laut.
e.
Oseanografi kelautan
Dalam bidang oseanografi laut digunakan untuk menyajikan duatu kajian
ilmu pengetahuan yang mempelajari
tentang sifat-sifat laut, baik dalam kimia, fisik, maupun bio-geo dan hal – hal
yang bersifat kelautan lainnya menggunakan suatu alat akustik.
f.
Industri
Biasanya dalam bidang industri diaplikasaikan untuk menentukan lokasi
yang sesuai dengan metode pendeteksian dasar laut dan menganalisis dampak yang
akan terjadi jika industri tersebut dibangun didaerah tersebut.
Manfaat Akustik Laut
Manfaat yang bisa didapatkan dari akustik laut meliputi aplikasi dalam
survei kelautan, budidaya perairan, penelitian tingkah laku ikan, aplikasi
dalam studi penampilan dan selektivitas alat
tangkap, bioakustik, penelitian
mengenai sifat fisis-kimia-biologi laut. Aplikasi dalam survei kelautan untuk
menduga spesies ikan, dengan akustik kita dapat menduga spesies ikan yang ada
di daerah tertentu dengan menggunakan pantulan dari suara, semua spesies
mempunyi target strengh yang berbeda-beda.
Aplikasi Akustik di Bidang Kelautan
Alat akustik merupakan salah satu alat yang dapat mendeteksi kedalaman dan keberadaan
suatu benda yang ada di bawah permukaan
laut salah satunya adalah ikan dan biota-biota lainnya. Alat ini merupakan
peralatan pendukung untuk para nelayan yang menangkap ikan di lautan. Teknologi
ini merupakan metode yang sangat efektif
dan bermanfaat bagi eksplorasi di bidang kelautan dan perikanan.
Metode ini dikenal dengan Hidroakustik yang terdiri dari pengukuran, analisis,
dan interpretasi dari signal yang dipantulkan oleh objek atau scattering dari
target yang dikenai gelombang akustik dari tranduser atau alat hidroakustik,
objek tersebut berupa ikan, plankton,
dan substrat dasar perairan. Secara garis besar pengunaan akustik bawah air
dalam kelautan dan perikanan dapat dikelompokkan menjadi 5 yakni:
1.Untuk survey
2.Budidaya perairan
3.Penelitian tingkah laku ikan
4.Mempelajari penampilan
5.Selektifitas alat-alat penangkapan ikan
Dalam survey kelautan dapat digunakan untuk
mengetahui spesies ikan, mengetahui ukuran individu ikan, kelimpahan/stok
sumberdaya hayati laut (plankton dan ikan). Aplikasi dalam budidaya perairan
dapat digunakan dalam penentuan/pendugaan jumlah biomassa dari ikan dalam
jaring atau kurungan pembesaran (penned fish/enclosure), untuk menduga ukuran
individu ikan dalam jaring dan untuk memantau tingkah laku ikan (dengan
telemetering tags), khususnya aktifitas makan (feeding activity).
Akustik kelautan berkaitan dengan berbagai materi,
diantaranya:
1. Echosounder
Echosounder merupakan salah satu alat yang
penting untuk mengetahui kedalaman laut. Kedalaman dasar laut dapat dihitung
dari perbedaan waktu antara pengiriman dan penerimaan pulsa suara. Dengan
pertimbangan sistim Side-Scan Sonar pada saat ini, pengukuran kedalaman dasar
laut (bathymetry) dapat dilaksanakan bersama-sama dengan pemetaan dasar laut
(Sea Bed Mapping) dan pengidentifikasian jenis-jenis lapisan sedimen dibawah
dasar laut (subbottom profilers).
Gambar. Echosounder
2. Fish Finder
Fish Finder bekerja berdasarkan pemantulkan
gelombang suara yang dipancarkan dari permukaan perairan sampai dasar lautan.
Ketika bunyi yang dipancarkan kedasar lautan tersebut membentur suatu benda dan
kembali ke penerima sonar, maka jaraknya yang ditempuh oleh bunyi tersebut
dapat diukur, maka dapat diketahui letak benda tersebut dibawah permukaan laut.
Gambar. Fish Finder
3. Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP)
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.
Gambar. ADCP
Sumber
Arie Suci Hamdani : http://ariesuci.blogspot.com/
Putu Pratama : http://putugnzlz.blogspot.com/2012/11/akustik-kelautan.html
Seandy Firmansyah : http://seandy-laut-biru.blogspot.com/2010/09/metode-akustik.html