TidakSeluasLautan: Ruang Lingkup, Manfaat, dan Aplikasi Akustik dalam Kelautan

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.