Akustik Kelautan
Akustik kelautan adalah ilmu yang
mempelajari perambatan suara di laut, dikenal dengan sonar.
Akustik kelautan sangat dibutuhkan untuk
mengukur kedalaman laut, mendeteksi apa saja yang ada di dalam laut, dan dapat
digunakan untuk mengawasi keberadaan kapal selam,Serta berfungsi untuk
mendeteksi keberadaan ikan-ikan yang ada di dalam laut yang tidak bisa
dijangkau oleh mata telanjang manusia.
Konsep Akustik
1.
Laut begitu luas dan dalam (dinamis).
2.
Manuasia belum pernah ke laut terdalam.
3.
Dibutuhkan alat dan metode untuk melakukan pendeskripsian kolom dan dasar laut.
4.
Metode yang paling baik adalah akustik.
5.
Hidroakustik gelombang suara dipancarkan melalui sebuah alat yang menghasilkan
energi suara (transduser) pada kolom perairan atau dasar perairan.
6.
Hal ini dapat mengubah energi elektrik menjadi energi mekanik.
7.
Kecepatan energi suara di perairan mencapai 1500 m/s.
8.
Metode akustik merupakan proses-proses pendeteksian target dilaut dengan
mempertimbangkan proses-proses perambatan suara.
9.
Keunggulan metode akustik mempunyai keunggulan komparatif yakni berkecepatan
tinggi.
Perbedaan Akustik Pasif dan Akustik Aktif
·
Akustik Pasif
Suatu aksi
mendengarkan gelombang suara yang datang dari berbagai objek pada kolom
perairan. Kegunaannya yaitu untuk gempa bumi, letusan gunung berapi, suara
ikan.
·
Akustik Aktif
Mengukur jarak dan
arah dari objek yang dideteksi dan ukuran relatifnya dengan menghasilkan pulsa
suara dan mengukur waktu tempuh dari pulsa tersebut.
Kecepatan suara bergantung pada suhu, salinitas, tekanan,
musim dan lokasi
·
Suhu
Suhu udara yang lebih panas atau lebih dingin
mempengaruhi kecepatan bunyi di udara. Pada prinsipnya semakin tinggi suhu
suatu medium , maka semakin cepat rambat bunyi dalam medium tersebut. Dikarena
makin tinggi suhu, maka semakin cepat getaran partikel-partikel dalam medium
tersebut. Akibatnya, proses perpindahan getaran makin cepat .
Di laut sendiri, pada lapisan Mix Layer, pengaruh suhu
sangat besar karena pada lapisan ini pengaruh dari sinar matahari terhadap suhu
permukaan sangat besar sehingga mengakibatkan suhu di Mix Layer tinggi. Pada
lapisan Termoklin pun suhu masih sangat berpengaruh, hal tersebut dikarenakan
adanya perubahan suhu yang sangat mencolok. Akan tetapi pada lapisan Deep Layer
suhu tidak begitu mempengarui karena perubahan suhu yang tidak mencolok.
·
Salinitas
Cepat rambat bunyi terhadap salinitas seharusnya
berkurang seiring kenaikan salinitas karena meningkatnya densitas. Akan tetapi
kenaikan salinitas meningkatkan modulus axial (larutan menjadi kurang kompres),
sehingga tiap kenaika salinitas akan meningkatkan cepat rambat bunyi.
·
Tekanan
Makin rapat medium umumnya semakin besar cepat rambat
bunyi dalam
medium tersebut . Penyebabnya adalah makin rapat medium maka makin kuat
gaya kohesi antar-partikel . akibatnya pengaruh suatu bagian medium kepada
bagian yg lain akan mengikuti getaran tersebut dengan segera . akibatnya
perpindahan getaran terjadi sangat cepat .
medium tersebut . Penyebabnya adalah makin rapat medium maka makin kuat
gaya kohesi antar-partikel . akibatnya pengaruh suatu bagian medium kepada
bagian yg lain akan mengikuti getaran tersebut dengan segera . akibatnya
perpindahan getaran terjadi sangat cepat .
Untuk
menghitung kecepatan suara didalam air dapat menggunakan persamaan berikut :
C=1449.2+4.6T-0.055T2+0.00029T3+(1.34-0.01T)(S-35)+0.016Z
Keterangan
: C :Kecepatan Suara
T : Suhu
S : Salinitas
Z : Kedalaman
Semakin suara dari sumbernya,
maka kegiatan echo akan menghasilkan perubahan dari segi ruang dan waktu.
Kecepatan rambat suara bergantung
pada kompressibilitas dan densitas, didalam laut kecepatan suara dan kedalaman
bergantung pada suhu, salinitas dan tekanan.
Bila suhu bertambah maka kedalaman
berkurang dan akibatnya kecepatan suara bertambah. Makin tinggi suhu makin
cepat perambatan suara.
Absorbsi dapat dikatan sebagai
transmisi yang hilang sejak di echo dan transduser bergantung pada suhu,
salinitas, pH, kedalaman dan frekuensi target strength. Strength adalah
kekuatan pantulan gema yang dikembalikan oleh target dan relatif terhadap
intensitas suara yang mengenai target.
Sound
Channel
Saluran sofar (kependekan Suara Memperbaiki dan Mulai channel),
atau saluran suara yang mendalam (DSC),
adalah lapisan horizontal air di laut di mana kedalaman kecepatan suara adalah minimal nya. Saluran sofar bertindak sebagai Waveguide
untuk suara, dan frekuensi rendah gelombang suara dalam saluran tersebut dapat melakukan perjalanan
ribuan kilometer sebelum menghilang. Fenomena ini merupakan faktor penting
dalam peperangan kapal selam . Saluran suara yang mendalam ditemukan dan
dijelaskan secara mandiri oleh Dr Maurice Ewing , dan Leonid Brekhovskikh pada 1940-an.
shadow zone
Dalam akustik bawah air, sebuah wilayah di mana energi
suara sangat sedikit menembus, tergantung pada kekuatan batas bawah dari
saluran permukaan. Hal ini biasanya dibatasi oleh batas bawah dari saluran
permukaan dan sinar membatasi. Ada zona bayangan dua: permukaan laut, di bawah
bayangan yang dilemparkan oleh permukaan di bidang suara dari sumber yang
dangkal, dan bagian bawah laut, yang menghasilkan zona bayangan di atas
air-pembiasan di atasnya.
Alat-alat Akustik Kelautan :
1. ADCP
ADCP (Acoustic
Doppler Current Profiler) adalah alat untuk mengukur arus yang memanfaatkan
gelombang akustik dan dapat dioperasikan di perairan dangkal dan perairan dalam.. ADCP mempunyai dasar yang menjulang dan
mempunyai sensor tekanan untuk mengukur pasang surut dan rata-rata kedalaman
laut.
Sebuah ADCP
biasanya memiliki transduser, penguat elektronik, penerima, mixer, osilator,
jam akurat, sensor suhu, kompas, pitch dan sensor roll, konverter
analog ke digital, memori, prosesor sinyal digital dan set instruksi. Alat
pengubah dari analog ke digital (ADC) dan prosesor sinyal digital (DSP)
digunakan untuk sampel sinyal kembali, menentukan pergeseran Doppler, dan
sampel kompas dan sensor lain untuk menghitung jangkauan dan vektor kecepatan
relatif yang dikenal orientasi.
Prinsip kerja pada ADCP adalah efek
Doppler. Efek Doppler merupakan fenomena kesetaraan perubahan frekuensi suatu
bunyi (yang diterima oleh pengamat) dengan perubahan kecepatan sumber bunyi. Di
dalam air terdapat material-material padat yang tersuspensi (misalnya: sedimen,
plankton dan lainnya) dan bergerak dengan arah dan kecepatan
yang sama dengan arus. Jika gelombang akustik dengan frekuensi dan intensitas tertentu
dibangkitkan dan ditembakkan ke suatu kolom air, maka material-material padat tersuspensi
pada lapisan air yang diukur akan memantulkan gelombang yang ditembakkan tersebut
kembali ke pembangkit. Karena material pemantul bergerak relatif terhadap sumber
gelombang, maka frekuensi gelombang pantul relatif terhadap gelombang panar diketahui,
maka kecepatan relatif antara pembangkit gelombang dengan lapisan air yang diukur
akan dapat dihitung.
Prinsip Kerja
§
Gelombang akustik dipancarkan (mentransmisikan
ping) melalui transduser sekali tiap detik dan merambat di sepanjang kolom air.
§
Pada
suatu lapisan air yang diukur kecepatan arusnya, gelombang dipantulkan kembali
menuju transduser oleh partikel sedimen dan plankton (yang bergerak dengan
kecepatan sama dengan kecepatan gerak air).
§
Tiga
atau dua beam akustik yang berbeda arah untuk menghitung tiga komponen
kecepatan dan beam terakhir untuk perhitungan error.
§
Adanya gerak relatif pemantul gelombang
terhadap alat ukur arus akustik, maka gelombang
yang diterima akan mengalami efek Doppler. Perubahan frekuensi ini sebanding
dengan perbedaan kecepatan antara alat ukur arus akustik dengan lapisan arus
yang diukur.
§
Pada
akhirnya, kecepatan relatif, dan parameter lainnya dikumpulkan di atas
kapal menggunakan Data Acquisition System (DAS) yang juga secara optional
merekam informasi navigasi, yang dihasilkan oleh GPS. Maka ADCP dapat
menghasilkan sebuah profil dari arus air rentang kedalaman.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi
nilai akurasi, resolusi dan jangkauan profil. Yang paling menonjol adalah penyerapan,
penyebaran, kecepatan suara dalam air, bandwidth dari energi suara, kekuatan sinyal dari
pulsa dikirim dan echo, ukuran transducer, balok lebar (sic) dari pulsa energi yang
menjalar melalui frekuensi, air, dan sejumlah keterbatasan yang berkaitan
dengan teknik pemrosesan sinyal dan perangkat keras, termasuk jam atau akurasi
osilator.
Kegunaan
Kegunaan ADCP
pada berbagai aplikasi :
§
Pengukuran
arus dan plankton
§
Perlindungan
pesisir dan teknik pantai.
§
Perancangan
pelabuhan dan operasional
§
Monitoring
Lingkungan
§
Keamanan
Perkapalan
Keterbatasan
§ Ping frekuensi tinggi menghasilkan lebih
banyak data yang akurat, tapi ping frekuensi rendah menjalar jauh di dalam air. Jadi para ilmuwan harus
membuat kesepakatan antara jarak profiler dan ketepatan pengukuran.
§ ADCP mengatur ping dengan cepat, maka
akan kehabisan baterai dengan cepat pula.
§ Jika air sangat jernih, seperti di
daerah tropis, ping mungkin tidak dapat cukup memantulkan partikel untuk
menghasilkan data yang dapat diandalkan.
§ Bubbles
in turbulent water or schools of swimming marine life can cause the instrument
to miscalculate the current Gelembung dalam turbulensi air laut dapat menyebabkan kesalahan
dalam perhitungan arus
§ Pengguna harus mengambil tindakan
pencegahan untuk menjaga teritip dan ganggang agar tidak tumbuh pada
transduser.
Keistimewaan
ADCP
memiliki beberapa keistimewaan, diantaranya:
§ Dapat bekerja di kapal dengan penentuan
posisi yang lengkap termasuk bottom-tracking dan permukaan laut untuk transek
dengan menggunakan GPS.
§ ADCP memberikan sistem real-time
untuk pesisir pantai, dan monitoring pelabuhan.
§ ADCP mudah digunakan
untuk mengukur arus,
§ Mempunyai sistem
otomatis yang dilengkapi dengan baterai dan
perekam untuk buoy lepas pantai atau bottom-mounting.
§ Logistik yang sederhana dengan bagian
bawah yang menjulang
§ Kerusakan yang kecil, dan resiko yang
kecil.
§ Kualitas perhitungan permukaan yang
tinggi dari dasar laut.
2.
Echosounder
a. Brand
Ø Furun FCV667
Ø Garmin FishFinder 160
Ø Garmin FishFinder 240
Ø Koden CVS-108/D
Ø Simrad EQ32
Ø Hydrostar 4300 Single Beam Survey Echosounder
Ø Digital Hydrographic EchoSounder OSSIAN EUROPE
Ø Odom Hydrotac Multibeam Echosounder/Odom DF3200 MKII
Echosounder
b. Prinsip Kerja
Karena
kedalaman laut yang bervariasi maka echosounder harus dipilih berdasarkan
frekuensinya, yaitu antara lain :
Ø Frekuensi tinggi untuk perairan dangkal
Ø Frekuensi rendah untuk perairan dalam
Pulsa
suara akan dikirim oleh tranduser tegak lurus memasuki air. Suara tersebut
memantul dari dasar laut dan kembali ke tranduser. Waktu yang dibutuhkan untuk
melalui perjalanan dari bawah kapal dan kembali lagi biasanya dihitung jarak
terhadap dasar laut. Kedalaman air diestimasi dengan menggunakan speed of
sound (kecepatan suara) melalui air ( ± 1,5 m/s) dengan perhitungan yang
sangat sederhana :
Jarak
= kecepatan x (waktu/2)
Mengapa
waktunya dibagi 2 karena dalam mengukur waktu adalah merupakan round-trip
time (dari tranduser ke dasar laut dan kembali ke tranduser.
Pulsa
yang lebih cepat akan lebih cepat kembali ke transduser dari dasar laut,
kedalaman laut yang paling dangkal merupakan ketinggian yang paling tinggi dari
dasar laut. Pulsa akan dikirimkan secara beraturan seiring dengan pergerakan
kapal di permukaan laut yang menghasilkan garis yang menunjukkan kedalaman laut
di bawah kapal.
Perangkat
echosounder memiliki berbagai macam tipe, yaitu :
·
single beam
·
dual beam (USA)
·
split beam
(Norwegia)
Tetapi
yang paling banyak digunakan untuk pendugaan sumber daya ikan adalah split beam
dan biasa juga disebut scientific echosounder, sebab memiliki keunggulan
dibandingkan dengan kedua pendahulunya, yaitu single beam dan dual beam. Pada
prinsipnya split beam ini memiliki empat kuadran yang mampu bekerja secara
simultan pada saat memancarkan suara (sounding). Lalu suara tersebut akan
mengenai obyek (target) dan memantul kembali ke transducer. Secara terpisah,
masing-masing kuadran yang ada di transducer menerima pantulan suara (echo)
yang kembali tersebut, sehingga dapat diketahui keberadaan ikan tunggal (single
target) dan kelompok ikan (multiple target), arah pergerakan ikan, serta
orientasi dan kecepatan renang ikan.
Negara-negara
yang maju pada sektor kelautan-perikanan (Norwegia, Jepang, Amerika Serikat,
China, dan Peru) bergantung pada teknologi acoustic ini. Mereka menggunakan
untuk melakukan eksplorasi sumber daya dengan cepat sehingga dapat
mengeksploitasi dengan optimal, efisien dan ekonomis karena biaya eksplorasi
yang murah dan waktu eksplorasi yang cukup singkat. Selain itu, eksploitasi
yang dilakukan dapat lebih berwawasan lingkungan, berkesinambungan, dan
lestari. Sebab, sudah diketahui dengan jelas berapa potensi sumber daya yang
akan di eksploitasi tersebut, hanya perlu memilih kebijakan apa yang paling
tepat untuk pengelolaan yang berkesinambungan dan lestari tersebut.
c. Fungsi Alat
Echosounder
merupakan suatu sistem yang paling umum digunakan dalam mengukur kedalaman dan
mendeteksi adanya batuan atau karang di bawah laut yang tidak terlihat. Sonar
sistem ini biasa dipasang pada bagian bawah dari kapal.
Data
kedalaman yang berkelanjutan yang dihasilakn oleh echosounder ini digunakan
untuk membuat peta bathimetri pada area survey.
d. Keterbatasan & Keunggulan
Setiap
alat akustik memiliki keterbatasan dan keunggulan begitu pula dengan Echosounder.
Keterbatasan
Echosounder :
Keunggulan
Echosounder:
·
Sangat integrable
dalam sisten akuisisi yang lengkap
·
Dalam memproses
data digital dapat menggunakan P.C
·
Transceiver yang
diatur oleh P.C dapat ditampilkan dan disimpan di echogram
·
Echogram dapat disimpan
dan dipanggil kembali dari magnet optical disk.
Echogram
dapat dicetak dengan printer dengan high definition ( level 256 skala
keabuan)
Referensi :
Anonymous. 2009. ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler).
http://dosit.org/technology/currentstemperature/acdp
Anonymous. 2010. Acoustic Doppler Current Profiler.
http://en.wikipedia.org/wiki/ Acoustic Doppler Current Profiler
