KONSEP-KONSEP DASAR AKUSTIK KELAUTAN Praktikum Dasar-dasar Akustik Kelautan KONSEP-KONSEP DASAR AKUSTIK KELAUTAN Bagian Akustik dan Instrumentasi Kelautan Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan FPIK - IPB

Tujuan Tujuan pada praktikum Konsep-konsep Dasar Akustik Kelautan adalah agar mahasiswa mampu memahami prinsip dasar gelombang suara dan komponen-komponen gelombang suara.

Pengertian Dasar - Akustik Teori gel. suara dan perambatannya dalam suatu medium. Akustik kelautan “Marine Acoustics” Teori gel. suara dan perambatannya dalam medium air laut. - Gelombang suara : gejala yang disebarkan oleh perubahan tekanan partikel-partikel padat, tekanan udara bertambah, partikel-partikel jarang, tekanan berkurang, perubahan tekanan dalam perambatan suara secara periodik yang menghasilkan siklus dalam satuan waktu tertentu dikenal dengan Frekuensi suara, f dalam Hertz, Hz

Gelombang suara Kita akan mendengar sebuah suara ketika sebuah gong dibunyikan > getaran (vibrasi) dari gong. 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).

Ilustrasi perambatan gelombang

Gelombang suara Gelombang suara merupakan gejala yang disebabkan oleh perubahan tekanan. Pada partikel-partikel 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.

Pembentukan Gelombang Suara Dihasilkan oleh permukaan yang bergetar dimana bergerak maju dan mundur dalam bentuk suatu gerak terlihat harmonik teratur (regular harmonic motion) Dalam perambatan gelombang suara terdapat : Frekuensi (f ) : jumlah putaran/detik (Hertz, Hz) Kecepatan suara (c) : Kececepatan gelombang suara merambat dalam medium Panjang gelombang (λ) : yakni jarak antara titik-titk maksimum dan minimum λ = c/f

Frekuensi Banyaknya periode dalam 1 detik, satuan : Hertz (Hz) atau cycles per second (cps). Panjang gelombang suara/wavelength (λ) dirumuskan = c/f   Berdasarkan frekuensi, suara dibagi menjadi: Infrasound 0Hz – 20 Hz Pendengaran manusia 20Hz – 20 KHz Ultrasound 20KHz – 1 GHz Hypersound 1GHz – 10 THz Manusia membuat suara dengan frekuensi : 50Hz – 10KHz.

Kecepatan suara Kecepatan suara adalah jarak yang ditempuh suara dalam satu meter perdetik. Di udara yang bersuhu 0oC kecepatan suara adalah 322 m/detik. Kecepatan suara akan meningkat pada suhu yang lebih tinggi. Di air yang bersuhu 15oC 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

Tekanan dan Intensitas Suara Tekanan (pressure) suara = P, adalah tekanan mekanik yang dihasilkan oleh vibrasi permukaan transducer di dalam medium air yang bersangkutan Intensitas suara = I, adalah jumlah energi per detik (power) yang melalui satuan luas tertentu tegak lurus terhadap arah pemancaran/perambatan gelombang suara I = P2/ρc = power/area = (E/t)/A

Decibel Dalam dunia akustik (kelautan) decibel umum digunakan untuk : 1. Menunjukkan rasio kekuatan atau intensitas 2. Menunjukkan rasio voltase atau tekanan Decibel memberikan hubungan antara dua besaran (quantities) yakni logaritme 10 dari suatu ratio dari kedua besaran tersebut

Kecepatan Gelombang Suara Kecepatan gelombang suara (c) di air dipengaruhi oleh suhu, salinitas dan kedalaman,

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:  Solar heating (pemanasan matahari), Night time cooling (pendinginan waktu malam), Rain / run off (hujan/berkurangnya air), Upwelling  Perubahan suhu 1 ° C akan merubah 4.0 m/sec kecepatan suara, bila terjad perubahan salinitas

Salinity  Secara umum, kisaran salinitas di laut adalah 32 – 38 parts per thousand (ppt). Perubahan salinitas akan mempengaruhi densitas, mengakibatkan perubahan kecepatan suara. Perubahan salinitas 1 ppt. dapat merubah kecepatan suara 1.4m/sec.  Beberapa hal yang mempengaruhi konsentrasi salinitas di laut adalah : Evaporation (penguapan), Precipitation (pengendapan), Freshwater influx from rivers (masuknya air tawar dari sungai), Tidal effects (salt wedges)(pasang surut).

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. Pada sudut 45° di kedalaman 10 meters, ±10 m/s kecepatan suara akan mengakibatkan error kedalaman 4.6 cm.

Komponen Echosounder Time Base Transmitter Transducer Display Receiver Amplifier Pulse School Bottom

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

Latihan S = 10 knot = 10 nmi/hour = 10 x 1852 m/hour = 18.52 km/h.

Latihan 2. Jika frekuensi suara adalah 15 kHz, panjang gelombang suara tersebut di dalam air adalah?

Latihan Panjang gelombang = kecepatan suara / frekuensi, = 1500 m/detik /15000 Hz = 0.1 m.

Latihan 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 ...

Latihan Besaran yang satuannya belum diubah ke dalam SI ; 1/15 menit = 4 detik Kecepatan = 1500 m/detik, 1 detik = 1500 m. 4 detik = 6000 m Karena waktu yg diperlukan hanya setengahnya. Maka dalam 2 detik = 3000 m.

Latihan 4. Berapakah panjang gelombang untuk gelombang suara yang memiliki kecepatan rambat 343 m/s dan frekuensi 20 kHz ?

Latihan WaveLength = c/f = 343/20 = 17,15 mm.

Latihan 5. Sebuah benda bergetar 50 kali dalam waktu 2 sekon. Berapakah frekuensi dan periode benda tersebut?

Latihan Karena dalam 2 sekon terjadi 50 kali getaran, maka dalam 1 sekon terjadi 25 getaran. Jadi frekuensi (f) getaran adalah 25 Hz. Periode getaran (T) adalah:

Kegiatan Lengkapi tabel di bawah ini! Wave length Frequency Sound speed Time Depth (meter) (Hz) (m/s) (second) 150   1500 1 1.5 2 0.15 3 0.015 4 0.0075 5 0.03 10000 38000 50000 120000 200000 300 6000 0.06 1140 0.09 0.12 3600 0.3

Kegiatan Buat grafik dengan ketentuan sebagai berikut: Hubungan antara wave length dan frequency. Hubungan antara frequency dan sound speed. Hubungan antara sound speed dan depth. Hubungan antara sound speed dan time. Jelaskan hubungan yang terjadi pada masing- masing grafik di atas.

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.

SEKIAN…..