Akustik Kelautan

Konsep Dasar Akustik Kelautan

Akustik merupakan teori yang membahas tentang gelombang suara dan perambatannya dalam suatu medium. Sedangkann akustik kelautan adalah teori yang membahas tentang gelombang suara dan perambantannya dalam suatu medium air laut. Akustik kelautan merupakan satu bidang kelautan yang umendeteksi  target di kolom perairan dan dasar perairan dengan menggunakan suara sebagai mediannya. Studi kelautan dengan menggunakan akustik sangat m embantu 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. Didunia ini teknologi sudah berkembang dengan pesat, terutama dalam bidang kelautan. Teknologi dalam bidang kelautan dapat digunakan untuk memudahkan manusia dalam mengeksplorasi sumber daya kelautan selain itu dengan adanya teknologi dapat menentukan keselamatan dan kewaspadaan terhadap kondisi perairan laut yang bisa ditentukan secara pasti. Penggunaan teknologi juga membantu para peneliti untuk menentukan parameter, dan objek dengan lebih tepat.

Tentang Hidroakustik

Hidroakustik dapat 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.  Pada dasarnya pemantauan hidroakustik didasarkan pada prinsip yang sederhana. Gelombang suara akustik dipancarkan melalui sebuah alat yang menghasilkan energi akustik (suara) pada kolom perairan. Energi dari pulsa suara yang dipancarkan melalui medium air akan mencapai kecepatan 1500 m/s.  Ketika energi tersebut mengenai suatu objek, seperti ikan ataupun dasar perairan, beberapa energi akan memantul kembali ke transduser (alat pemancar dan penerima gelombang suara).  Nilai hamburan balik yang diterima oleh alat dan kemudian akan dikirimkan ke perangkat  output(seperti grafik perekam video atau layar) dan digital echo processor.  Dengan menentukan selang waktu antara pulsa yang dipancarkan dan yang diterima, transducer dapat memperkirakan jarak dan orientasi dari suatu objek yang dideteksi. (Jarak = kecepatan suara x waktu /2).

• 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).

• ·         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, terdpat beberapa pengertian yang harus dipahami. Berikut merupakan beberapa pengertian yang saya pelajari:

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.

Menurut MacLennan dan Simmonds (1992) target strength merupakan backscattering cross section dari target yang mengembalikan sinyal, sedangkan menurut Burczynski (1979), target strength mempunyai hubungan erat dengan backscattering cross section. Untuk  menghitung nilai Target strength pada transduser berfrekuensi 38 kHz digunakan formula menurut Foote (1987) dalam MacLennan dan Edmmons (1992). Sedangkan untuk perhitungan densitas ikan yang berasal dari ikan atau kelompok ikan, dilakukan dengan mengintegrasi echo yang terdeteksi dalam arah vertikal pada setiap lapisan. MacLennan dan Simmonds (1992) merumuskan target strength sebagai berikut:

TS=10 LOG(sbs)=10 log(ssp/4p)

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.

Kecepatan Suara

Kecepatan suara adalah istilah yang digunakan untuk menyebut kecepatan gelombang suara yang melalui medium elastis. Kecepatan ini dapat berbeda tergantung medium yang dilewati (misalnya suara lebih cepat melalui air daripada udara), sifat-sifat medium tersebut, dan suhu. Namun, istilah ini lebih banyak dipakai untuk kecepatan suara di udara. Pada ketinggian air laut, dengan suhu 21 °C dan kondisi atmosfer normal, kecepatan suara adalah 344 m/detik (1238 km/jam). 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.

Gambar. Pengaruh Oseanografi Terhadap Kecepatan Suara

( Sumber : http://multiply.com/mu/manwhoridethelight/image/2/photos/upload/300x300/Rh3dmQoKCmwAACGwblY1/sonar-drawing.gif?et=UJ4jHMIafkuazNyfEFvdwg&nmid=24658940 )

Aplikasi Akustik Dibidang Kelautan

Seperti kita ketahui bahwa 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  bermamfaat 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

( Sumber : http://www.simrad.com/www/01/nokbg0239.nsf/obj/cd016018a_0300_me70_fan_illustration.jpg/$File/cd016018a_0300_me70_fan_illustration.jpg?OpenElement )

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

( Sumber : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjlYscbx8KeRMit6qb6MIhIRjLUaCrm_JxmU3a9qRipcHqQKwsjBiyrHD2-BVV-Ra-Xs0afjjrDeacW35wCxj53fqyxiALxVfr3ddAfOIX4429YT6IMWD5TYmMvjiXWdhVOgWGe_XawI8c/s400/fish-finder1-150x150.jpg )

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 : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiya8k1yNnmJmoqjpRbcKyqBKBTxZE3gkwk6ky8jHIUojS1h0AQ9G3Aju_PwK_Q9siyszANbME9GSjzBdw0XWJgMxhgACcDRqs7hpaaaRKc4yCDr4poggxcMjkhOR0zYBIDL8eISZQmTP-m/s320/2.jpg )

Prinsip Kerja:

Perhitungan navigasi, menggunakan kalibrasi yang dilakukan sekali secara lengkap.Arus absolut yang melampaui kedalaman atau kedalaman referensi didapatkan dari rata-rata kecepatan relatif kapal. Arus absolut pada setiap kedalaman dapat dibedakan dari data terakhir dari kapal navigasi dan perhitungan relatif ADCP 

Prinsip Perhitungan Gelombang Oleh ADCP.

Gambar. Prinsip Kerja ADCP

( Sumber: https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhrZ5Fua_I6SprqJvhysH9jKMvvkVv1WK904VzHdUatiCuwusk0FbTzcJI7JcoXXV2YOWlhWMHXx4nIk-yDB_TPcPNB_Qf6MjjB1vTbK7TXiD4GdPjLxdNMVbFKDWGrwWC9_5e4K9JNYsjX/s320/1.jpg )

Prinsip dasar perhitungan dari perhitungan arus/gelombang yaitu kecepatan orbit gelombang yang berada dibawah permukaan dapt diukur dari keakuratan ADCP. ADCP  mempunyai dasar yang menjulang,dan mempunyai sensor tekanan untuk mengukur pasang surut dan rata-rata kedalaman laut. Time series dari kecepatan, terakumulasi dan dari time series ini, kecepatan spektral dapat dihitung. Untuk  mendapatkan ketinggian diatas permukaan, kecepatan spektrum dierjemahkan oleh pergeseran permukaan menggunakan kinematika linear gelombang.  Kegunaan ADCP pada berbagai aplikasi :

1.         Perlindungan pesisir dan teknik pantai.

2.         Perancangan pelabuhan dan operasional

3.         Monitoring Lingkungan

4.         Keamanan Perkapalan

ADCP  dapat menghitung secara lengkap, arah frekuensi gelombang spektrum, dan dapat dioperasikan di daerah dangkal dan perairan dalam. Salah satu keuntungan ADCP adalah, tidak seperti directional wave buoy, ADCP dapat dioperasikan dengan resiko yang kecil atau kerusakan. Sebagai tambahan untuk frekuensi gelombang spektal, ADCP juga dapat digunakan untuk menghitung profil kecepatan dan juga level air.

Keuntungan ADCP:

1.       Definisi yang tinggi dari arah arus/gelombang pecah.

2.       Logistik yang sederhana dengan bagian bawah yang menjulang

3.       Kerusakan yang kecil, dan resiko yang kecil.

4.       Kualitas perhitungan permukaan yang tinggi yang berasal dari dasar laut.

ADP/ADCP keistimewaannya meliputi

• 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 system otomatik yang dilengkapi dengan baterai dan perekam untuk buoy lepas pantai atau bottom-mounting.

Sumber :

http://id.wikipedia.org/wiki/Kecepatan_suara

http://suhaidi-laut.blogspot.com/p/ilmu-akustik-kelautan.html

http://hollandacocobear.wordpress.com/category/akustik-kelautan/

http://kuliahkelautan.blogspot.com/2012/10/ilmu-kelautan-aplikasi-akustik-dibidang.html

http://seandy-laut-biru.blogspot.com/2010/01/acoustic-doppler-current-profiler-adcp.html