2. Konsep-Konsep Dasar Tujuan: Setelah mengikuti praktikum mata kuliah ini mahasiswa akan mampu memahami komponenkomponen gelombang suara. Deskripsi: Praktikum ini akan meliputi beberapa kegiatan seperti: a. Diskusi tentang komponen-komponen gelombang suara, b. Mengerjakan hitungan-hitungan berdasarkan persamaan-persamaan yang telah diketahui. Pengertian Akustik kelautan adalah teori tentang gelombang suara dan perambatannya pada medium air laut. Gelombang suara Ketika sebuah gong dibunyikan kita akan mendengar sebuah suara. Terdengarnya suara tersebut disebabkan oleh getaran (vibrasi) dari gong dipancarkan ke partikel-partikel di sekitarnya dan suara ini kemudian berjalan melewati udara. Jika kualitas suara cukup baik, maka kita akan mendengar hanya satu nada, kurva tekanan akan teratur dan jarak antara sembarang dua puncak yang berdekatan sama. Jarak ini disebut sebagai panjang gelombang (wave length). Gelombang suara merupakan gejala yang disebabkan oleh perubahan tekanan. Pada partikelpartikel padat, tekanan udara bertambah, partikel-partikel jarang, tekanan berkurang Suara berpindah atau bergerak dengan kecepatan tertentu. Jika kita menghitung jumlah puncak yang melewati titik tertentu selama satu detik, maka kita mendapatkan frekuensi suara. Frekuensi suara Frekuensi suara adalah perubahan tekanan dalam perambatan suara secara periodik yang menghasilkan siklus dalam satuan waktu tertentu. Frekuensi tersebut menggambarkan jumlah gelombang perdetik. Satuan satu gelombang perdetik adalah Hertz (Hz); 1 cycle per second (c/s) = 1 Hz 1 kilocycle per second (kc/s) = 1 khz. Manusia dapat mengindera suara yang berfrekuensi 20 Hz hingga 20 khz. Suara yang tersusun dari frekuensi di atas kisaran tersebut disebut supersonic atau ultrasonic. Modul Praktikum Dasar-dasar Akustik Kelautan; s_ratih_2005@yahoo.com 1
Kecepatan suara Kecepatan suara adalah jarak yang ditempuh suara dalam satu meter perdetik. Di udara yang bersuhu 0 o C kecepatan suara adalah 322 m/detik. Kecepatan suara akan meningkat pada suhu yang lebih tinggi. Di air yang bersuhu 15 o C kecepatan suara adalah 1500 m/detik dan akan meningkat pada suhu yang lebih tinggi dan pada salinitas yang lebih tinggi. Panjang gelombang suara Panjang gelombang (λ) suara adalah jarak antara titik-titik maksimum dan minimum. λ, ditentukan oleh f dan c λ = c/f Satuan (marine unit) Jarak : nautical mile (nmi)» 1 nmi = 1852 m Kecepatan: knot» 1 knot = 1 nmi/hour = 1852 m/hour Konsep Dasar Suara dihasilkan oleh getaran suatu benda. Selama bergetar, perbedaan tekanan terjadi di udara sekitarnya. Pola osilasi yang terjadi dinamakan sebagai GELOMBANG. Gelombang mempunyai pola sama yang berulang pada interval tertentu, yang disebut sebagai PERIODE. Gambar 2-1. Gelombang transversal Suara berkaitan erat dengan: 1. Frekuensi Banyaknya periode dalam 1 detik, satuan : Hertz (Hz) atau cycles per second (cps). Panjang gelombang suara/wavelength (λ) dirumuskan = c/f Dimana c = kecepatan rambat bunyi, f = frekuensi Berdasarkan frekuensi, suara dibagi menjadi: Infrasound 0Hz 20 Hz Pendengaran manusia 20Hz 20 KHz Ultrasound 20KHz 1 GHz Modul Praktikum Dasar-dasar Akustik Kelautan; s_ratih_2005@yahoo.com 2
Hypersound 1GHz 10 THz Manusia membuat suara dengan frekuensi : 50Hz 10KHz. 2. Amplitudo Amplitudo adalah keras lemahnya bunyi atau tinggi rendahnya gelombang, satuan amplitudo adalah decibel (db). Bunyi mulai dapat merusak telinga jika tingkat volumenya lebih besar dari 85 db dan pada ukuran 130 db akan mampu membuat hancur gendang telinga. 3. Velocity Kecepatan perambatan gelombang bunyi sampai ke telinga pendengar. Satuan untuk kecepatan yang digunakan adalah m/s. Pada udara kering dengan suhu 20 C (68 F) kecepatan rambat suara sekitar 343 m/s. Parameter yang mempengaruhi Kecepatan Suara adalah: 1. Conductivity (salinity), 2. Temperature dan 3. Depth (pressure). Perubahan suhu 1 C akan merubah 4.0 m/sec kecepatan suara, bila terjasi perubahan salinitas 1 ppt maka dapat merubah 1.4 m/sec kecepatan suara, demikian pula dengan perubahan kedalaman 100 m (10 tekanan atm ) dapat merubah 1.7 m/sec kecepatan suara. Gambar 2-2. Sound velocity profile Modul Praktikum Dasar-dasar Akustik Kelautan; s_ratih_2005@yahoo.com 3
Salinity Secara umum, kisaran salinitas di laut adalah 32 38 parts per thousand (ppt). Perubahan salinitas akan mempengaruhi densitas, sebagai akibat dari perubahan kecepatan suara. Perubahan salinitas 1 ppt. dapat merubah kecepatan suara 1.4m/sec. Beberapa hal yang mempengaruhi konsentrasi salinitas di laut adalah : 1. Evaporation (penguapan), 2. Precipitation (pengendapan), 3. Freshwater influx from rivers (masuknya air tawar dari sungai), 4. Tidal effects (salt wedges)(pasang surut). Temperature Temperature adalah faktor utama yang mempengaruhi kecepatan suara di air. Perubahan 1 C dapat mempengaruhi rata-rata 4m/sec kecepatan suara. Perubahan temperatur di laut terjadi pada saat terjadi perubahan tekanan. Komponen yang mempengaruhi temperature terhadap kecepatan suara adalah: 1. Solar heating (pemanasan matahari), 2. Night time cooling (pendinginan waktu malam), 3. Rain / run off (hujan/berkurangnya air), 4. Upwelling Refraction Errors Pada saat pulsa akustik melewati kolom air, kecepatan gelombang pulsa akan bervariasi berdasarkan kecepatan suara; ini disebut refraksi. kesalahan refraksi terjadi karena profil kecepatan suara yang salah diterapkan pada data. Representasi yang sebenarnya adalah bahwa soundings yang dihasilkan terlalu dangkal atau terlalu dalam. Gambar 2-3. Refraction Error indication Pada sudut 45 di kedalaman 10 meters, ±10 m/s kecepatan suara akan mengakibatkan error kedalaman 4.6 cm. Convex (smiley face) = Profil kecepatan suara yang digunakan lebih tinggi dari profil yang nyata, Concave (frown face) = Profil kecepatan suara yang digunakan lebih rendah dari profil yang nyata. Modul Praktikum Dasar-dasar Akustik Kelautan; s_ratih_2005@yahoo.com 4
Kesimpulan Prinsip-prinsip akustik : Frekuensi rendah, atenuasi kecil dan daerah jangkauan lebih jauh, Semakin tinggi frekuensi, semakin tinggi resolusi pengukuran, Semakin tinggi tingkat pengulangan, lebih padat dan lebih baik data akhir yang ditetapkan, Perairan yang lebih dalam membutuhkan sistem frekuensi yang lebih rendah, Latihan 1. Berapa persamaan km/hour dari kecepatan 10 knot 2. Jika frekuensi suara adalah 15 khz, panjang gelombang suara tersebut di dalam air adalah? 3. Transduser dari sebuah kapal sedang mengirimkan gelombang ke dasar laut. Kalau perbedaan waktu antara gelombang yang dikirim dan gelombang yang diterima 1/15 menit dan cepat rambat gelombang dalam air 1,500 m/detik, maka dalamnya laut adalah... 4. Berapakah panjang gelombang untuk gelombang suara yang memiliki kecepatan rambat 343 m/s dan frekuensi 20 khz? 5. Sebuah benda bergetar 50 kali dalam waktu 2 sekon. Berapakah frekuensi dan periode benda tersebut? Kegiatan 1. Lengkapi tabel di bawah ini! Wave length Frequency Sound speed Time Depth (meter) (Hz) (m/s) (second) (meter) 150 1500 1 1.5 1500 2 0.15 1500 3 0.015 1500 4 0.0075 1500 5 0.03 10000 4 0.03 38000 4 0.03 50000 4 0.03 120000 4 0.03 200000 4 0.03 300 6000 0.06 1140 6000 0.09 1500 6000 0.12 3600 6000 0.3 6000 6000 Modul Praktikum Dasar-dasar Akustik Kelautan; s_ratih_2005@yahoo.com 5
2. Jelaskan: a. Hubungan antara wave length dan frequency. b. Hubungan antara suhu dan sound speed. c. Hubungan antara sound speed dan salinitas. d. Hubungan antara sound speed dan time travel. e. Jelaskan hubungan yang terjadi pada masing-masing grafik di atas. Daftar Pustaka Burczynski, J. 1982. Introduction to the use of sonar systems for estimating fish biomass. Food And Agriculture Organization Of The United Nations FAO Fisheries Technical paper. Brennan C.W. 2009. Basic Acoustic Theory. R2Sonic LLC Multibeam Training, Chief Hydrographic Engineer R2Sonic. Robert J. Urick, Principles of Underwater Sound, McGraw-Hill Book Company. USA. Peninsula Publishing, California, 1975. Laporan Praktikum 1. Laporkan data dan hasil yang telah dibuat pada hari ini sebagai laporan praktikum. 2. Format laporan terdiri dari: Pendahuluan (latar belakang dan tujuan) Tinjauan Pustaka (berisi hal-hal yang berkaitan dengan hasil termasuk metode/persamaan yang digunakan) Hasil (perolehan data) Pembahasan (hasil) Daftar Pustaka 3. Laporan dikumpulkan sebelum praktikum minggu depan dimulai. 4. Selamat mengerjakan. Modul Praktikum Dasar-dasar Akustik Kelautan; s_ratih_2005@yahoo.com 6