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).
·
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).
·
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
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
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.
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
seca
4.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.
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.