KECEPATAN SUARA DI LAUT
Kecepatan
suara di air dipengaruhi oleh suhu, salinitas dan kedalaman. Selain
terhadap suhu dan salinitas, kecepatan suara juga berubah dengan adanya perubahan
frekuensi atau panjang gelombang suara yang dipancarkan.
Kecepatan
suara di laut berkisar antara 1450 m/s hingga 1550 m/s. Menurut MacKenzie, 1981
dan Munk et al. 1995 dalam Stewart, 2007, hubungan
kecepatan suara dengan suhu, salinitas dan tekanan dapat digambarkan melalui
persamaan sebagai berikut.
C =
1448.96 + 4.591 T - 0.05304 T2 +
0.0002374 T3 + 0.01630 Z +
( 1.340 - 0.01025 T ) (S - 35) + 1.675×10-7Z2 - 7.139 × 10-13 T Z3
( 1.340 - 0.01025 T ) (S - 35) + 1.675×10-7Z2 - 7.139 × 10-13 T Z3
Dimana C adalah
kecepatan suara dalam m/s, T adalah suhu dalam Celsius, S adalah
salinitas, and Z adalah kedalaman dalam meters. Persamaan ini memiliki
keakuratan hingga 0.1 m/s (Dushaw, et al., 1993 dalam Stewart,
2007).
KOMPONEN YANG MEMPENGARUHI KECEPATAN BUNYI DI LAUT
Yang dapat mempengaruhi
cepat rambat bunyi di laut antara lain suhu, tekanan dan kedalaman, salinitas,
densitas (kerapatan).
·
Suhu /
Temperatur (T)
Pada
prinsipnya, semakin tinggi suhu suatu medium, maka semakin cepat perambatan
bunyi dalam medium tersebut. Dikarenakan 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 pada lapisan 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 mempengaruhi karena perubahan suhu yang tidak mencolok.
·
Tekanan
dan Kedalaman (P)
Setiap
penambahan kedalaman maka tekanan akan semakin tinggi. Semakin tinggi tekanan,
akan semakin tinggi cepat rambat bunyinya. Hal tersebut karena
partikel-partikel zat yang bertekanan tinggi terkompresi sehingga cepat rambat
yang dihasilkan lebih besar. Pengaruh tekanan akan lebih besar dari suhu dan
salinitas pada lapisan Deep-Layer.
·
Salinitas
(S)
Kenaikan
salinitas meningkatkan modulus axial, sehingga tiap kenaikan salinitas akan
meningkatkan cepat rambat bunyi.
·
Densitas
atau Kerapatan (ρ)
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 yang lain
akan mengikuti getaran tersebut dengan segera sehingga perpindahan getaran
terjadi sangat cepat.
PROFIL KECEPATAN BUNYI DI LAUT
Pada lapisan permukaan (surface
layer), kecepatan bunyi cenderung meningkat karena suhu dan salinitas relative
konstan dan kecepatan suara hanya dipengaruhi oleh tekanan yang meningkat. Pada
lapisan termoklin (Thermocline), di mana terjadi perubahan suhu dan salinitas
yang lebih dominan daripada perubahan tekanan, maka kecepatan bunyi mengalami
penurunan.
Pada lapisan dalam (Depp-Layer),
suhu dan salinitas kembali konstan dan terjadi perubahan tekanan terhadap
kedalaman sehingga kecepatan bunyi relative meningkat.
ATENUASI GELOMBANG SUARA
Atenuasi adalah melemahnya suatu sinyal yang
disebabkan oleh adanya jarak yang semakin jauh, yang harus ditempuh oleh suatu
sinyal tersebut dan karena frekuensi sinyal tersebut semakin tinggi. Energi
gelombang suara akan berkurang sepanjang perambatannya dari sumbernya karena
gelombang suara menyebar keluar dalam bidang yang lebar, energinya tersebar
kedalam area yang luas. Gelombang suara yang merambat melalui media air akan
mengalami kehilangan energi yang disebabkan oleh penyebaran gelombang,
penyerapan energi, dan pemantulan yang terjadi di dasar atau permukaan
perairan. Intensitas gelombang suara
akan semakin berkurang dengan bertambahnya jarak dari sumber bunyi.
Atenuasi disebabkan oleh karena adanya
penyebaran dan absorbsi gelombang. Penyebaran gelombang terjadi akibat ukuran
berkas gelombang berubah, pola berkas gelombang tergantung pada perbandingan
antara diameter sumber gelombang dan panjang gelombang medium. Absorbsi
gelombang yaitu penyerapan energi yang diakibatkan penyerapan energi selama menjalar
di dalam medium (penurunan intensitas).
Sebuah sumber gelombang suara dari suatu
akustik di perairan yang memancarkan gelombang akustik dengan intensitas energi
tertentu akan mengalami penurunan intensitas bunyi bersamaan dengan
bertambahnya jarak dari sumber gelombang akustik tersebut. Hal ini terjadi karena sumber akustik
memiliki intensitas yang tetap, sedangkan luas permukaan bidang yang dilingkupi
akan semakin besar dengan bertambahnya jarak dari sumber bunyi. Penyebaran gelombang akustik dibatasi oleh
permukaan laut dan dasar suatu perairan.
Gelombang suara yang sedang merambat akan
mengalami penyerapan energi akustik oleh medium sekitarnya. Secara umum, penyerapan suara merupakan salah
satu bentuk kehilangan energi yang melibatkan proses konversi energi akustik
menjadi energi panas, sehingga energi gelombang suara yang merambat mengalami
penurunan intensitas (atenuasi).
Gelombang dalam perambatannya akan mengalami
penurunan intensitas (atenuasi) karena penyebaran dan karena penyerapan.
Penyebaran gelombang juga mengakibatkan intensitas berkurang karena pertambahan
luasannya, terkait dengan bentuk muka gelombang.
SHADOW ZONE
Shadow Zone adalah suatu wilayah dimana
gelombang suara tidak dapat merambat
atau lemah sehingga hampir tidak dapat merambat dalam suatu medium.
Menurut Urick (1983) di kolom perairan terjadi pembelokan gelombang suara (refraksi) yang terjadi karena
perbedaan kedalaman, salinitas dan suhu
ait laut. Pengaruh yang paling nyata
terlihat jika terjadi kenaikan suhu air
laut sebesar 1 Co akan menyebabkan meningkatnya kecepatan suara
sebesar 1m/detik. Akibatnya jika suhu meningkat menurut
kedalaman maka gelombang suara yang
dipancarkan akan cenderung dibelokan ke arah permukaan air.
Gambar 1. Shadow zone
Sebaliknya jika suhu menurun karena kedalaman
maka gelombang suara akan cenderung
dibelokan ke dasar perairan. Karena
terjadi pembelokan gelombang suara ke permukaan dan ke dasar perairan, maka terdapat
wilayah yang tidak terjadi perambatan gelombang suara yang disebut shadow zone.
Jarak dari sumber suara ke shadow zone ditentukan oleh laju perubahan suhu
terhadap kedalaman, kedalaman sumber suara, dan kedalaman penerima suara.
CTD (Conductivity
Temperature Depth).
Gambar 2. CTD (Conductivity Temperature Depth).
Secara umum, sistem CTD terdiri dari unit
masukan data, sistem pengolahan, dan unit luaran. CTD digunakan untuk mengukur
karakteristik air seperti suhu, salinitas, tekanan, kedalaman, dan densitas.
Unit pengolah terdiri dari sebuah unit
pengontrol CTDS (CTD Sensor) dan komputer yang dilengkapi perangkat lunak. Unit
pengontrol berfungsi sebagai pengolah sinyal CTD, penampil hasil pengukuran
serta pengubah sinyal analog ke digital. CTD mengontrol setiap kegiatan akusisi
dan pengambilan sampel serta kalibrasi. Setiap penekanan tombol fungsi sesuai
pada menu, maka printer akan mencetak posisi, kedalaman, salinitas,
konduktifitas dan temperatur sehingga kronologis kegiatan pengoprasian CTD
dapat terekam.
Sensor adalah sebuah piranti yang mengubah
fenomena fisika menjadi sinyal elektrik. CTD memiliki tiga sensor utama, yakni
sensor tekanan, sensor temperatur, dan sensor untuk mengetahui daya hantar
listrik air laut (konduktivitas).
a. Sensor Tekanan.
Sensor tekanan merupakan sensor yang
memanfaatkan hubungan langsung antara tekanan dan kedalaman. Sensor ini
terdirai dari tahanan yang berbentuk seperti jembatan wheatsrone kemudian
dinamakan strain gauge. Strain gauge merupakan alat resistansi yang berubah
ketika mendapat tekanan, Tahanan ini akanmemegang peranan ketika mendapat gaya
dalam bentuk fisika seperti tekanan, beban (berat), arus dll. (Herunadi, 1998).
Cara kerja:
CTD diturunkan ke kolom perairan dengan
menggunakan winch disertai seperangkat kabel elektrik secara perlahan hingga ke
lapisan dekat dasar kemudian ditarik kembali ke permukaan. CTD memiliki tiga
sensor utama, yakni sensor tekanan, sensor temperatur, dan sensor untuk
mengetahui daya hantar listrik air laut (konduktivitas). Pengukuran tekanan
pada CTD menggunakan strain gauge pressure monitor atauquartz crystal.
Tekanan akan dicatat dalam desibar kemudian
tekanan dikonversi menjadi kedalaman dalam meter. Sensor temperatur yang
terdapat pada CTD menggunakan thermistor, termometer platinum atau kombinasi
keduanya. Sel induktif yang terdapat dalam CTD digunakan sebagai sensor
salinitas. Pengukuran data tercatat dalam bentuk data digital. Data tersebut
tersimpan dalam CTD dan ditransfer ke komputer setelah CTD diangkat dari
perairan atau transfer data dapat dilakukan secara kontinu selama perangkat
perantara (interface) dari CTD ke komputer tersambung.
ACOUSTIC DOPPLER CURRENT
PROFILER (ADCP)
ADCP kependekan dari Acoustic Doppler Current
Profiler, merupakan alat yang digunakan untuk mengukur arus laut. Alat ini
mengirimkan sinyal akustik frekuensi tinggi yang disebarkan kembali oleh
plankton, sedimen terlarut, dan gelembung udara, yang diasumsikan bergerak
dengan kecepatan rerata air. Perubahan Doppler (Doppler shift atau Doppler
effect) dari gema yang disebarkan kembali ini memungkinkan kita untuk
menentukan kecepatan air. Proses lebih lanjut dari sinyal yang diterima
memungkinkan kita untuk menentukan profil dari kecepatan dan arah arus.
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
3. ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)
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 spektral, 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.
Sumber :
§ http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/51099/C11mis.pdf?sequence=1
§ http://abymarssiono.wordpress.com/2011/03/17/tekanan-dan-alat-alat-pengukurnya/
