Kecepatan Suara dan komponen - komponen Kecepatan Suara

1.      Definisi

Istilah yang digunakan untuk menyebut kecepatan gelombang suara yang melalui medium elastis merpakan kecepatan suara. 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.

2.      Faktor-faktor

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan suara di perairan laut, sebagai berikut:

a.       Suhu, Pada prinsipnya semakin tinggi suhu suatu medium, maka semakin cepat rambat bunyi dalam medium tersebut. Dikarena makin tinggi suhu, maka semakin cepat getaran partikel-partikel dalam medium tersebut. Akibatnya, proses perpindahan getaran makin cepat. Temperatur yang lebih panas atau lebih dingin mempengaruhi kecepatan bunyi di udara.

b.      Tekanan, setiap penambahan kedalaman maka tekanan akan semakin tinggi. Semakin tinggi tekanan maka akan semakin tinggi cepat rambat bunyinya. Pengaruh tekan akan lebih besar dari suhu dan salinitas pada lapisan Deep Layer. Hal tersebut karena partikel-partikel zat yang bertekanan tinggi terkompresi sehingga cepat rambat yang dihasilkan lebih besar. Pada kedalaman berdasarkan kecepatan suara dibagi dalam 3 zona, yaitu :

·         Zona 1 (mix layer) : Kecepatan suara cenderung meningkat akibat faktor perubahan tekanan mendominasi faktor perubahan suhu

·         Zona 2 (termochline) : Kecepatan suara menurun dan menjadi zona minimum kecepatan suara akibat terjadinya perubahan suhu yang sangat drastis dan mendominasi faktor perubahan tekanan.

·         Zona 3 (deep layer) : Kecepatan suara meningkat kembali akibat faktor perubahan tekanan mendominasi kembali faktor perubahan suhu.

c.     Salinitas, Kenaikan salinitas meningkatkan modulus axial (larutan menjadi kurang kompres), sehingga tiap kenaikan salinitas akan meningkatkan cepat rambat bunyi. Cepat rambat bunyi terhadap salinitas seharusnya berkurang seiring kenaikan salinitas karena meningkatnya densitas.

d.    Densitas, makin rapat medium umumnya semakin besar cepat rambat bunyi dalam medium tersebut. Penyebabnya adalah makin rapat medium maka makin kuat gaya kohesi antarpartikel. Akibatnya pengaruh suatu bagian medium kepada bagian yang lain akan mengikuti getaran tersebut dengan segera sehingga perpindahan getaran terjadi sangat cepat.

Kecepatan perambatan gelombang suara di air adalah antara 1450 m per detik sampai dengan 1540 meter per detik. Kecepatan perambatan gelombang suara ini sangat dipengaruhi oleh temperatur, salinitas dan kedalaman air laut. ada juga persamaan yang menggambarkan dan membuktikan bahwa ada pengaruh ini, yaitu:

           

C = (1449.2 + 4.6T) – (0.055 T²) + 0.00029T³ + (1.34 – 0.010T)(S-35) + 0.016z

Keterangan :

            C = kecepatan suara [m/s]

            T = suhu [^oC]

            Z = kedalaman [m]

            S = salinitas [psu]

3.    Komponen-komponen dalam metode akustik, antara lain:

a.     Backscattering strength adalah rasio antara intensitas yang direfleksikan oleh suatu kelompok single target yang diukur dari target. Scattering volume (SV) merupakan rasio antara intensitas suara yang direfleksikan oleh suatu grup single target yang berada pada suatu volume air tertentu (1m³).

V = 10 log pV + TS

Keterangan:

                  SV = Scattering Volume

                  ρ    = Densitas perairan

                  V   = Volume perairan

                  TS = Target Strength

b.    Absorbsi dapat diartikan sebagai transmisi yang hilang sejak berada di echosouder dari transducer. Absorbsi bergantung pada banyak hal, antara lain: suhu, salinitas, pH, kedalaman dan frekuensi. Proses absorbsi yaitu menjauh dari tranducer.

c.     Target strength adalah kekuatan pantulan gema yang dikembalikan oleh target dan relative terhadap intensitas suara yang mengenai target. Target strength didefinisikan sebagai sepuluh kali nilai logaritma dari intensitas yang mengenai ikan (Ii).

TS = 10log (Ir/Ii)

         Keterangan:

                        Ir = energy suara yang dipantulkan yang diukur

                        Ii = energy suara yang mengenai ikan

             d. Lapisan Sofar

       Pada lautan, ada satu titik dimana laju gelombang minimum. perbedaan laju gelombang analog dengan perbedaan indeks refraksi. Sehingga bisa dinyatakan pada tiap kedalaman lautan memiliki medium yang berbeda bagi gelombang. Pada lapisan medium dimana titik laju gelombang minimum ini, gelombang akan merambat mengikuti Huygens principle. Oleh karena itu gelombang juga akan merambat sepanjang lapisan tersebut. lapisan dimana gelombang merambat dengan laju yang minimum inilah yang disebut 'sound channel'. Sound channel sering disebut sound fixing and ranging (SOFAR) channel. Suara akan bergerak dengan sangat efesien dalam sound channel. Kedalaman sound channel bervarisai tergandung pada kondisi geografisnya. Sound channel sering kali ditemukan pada kedalaman 1500m pada lintang – lintang menengah, pada kedalaman 500m pada 50^o sampai dengan 60^o utara (dekat inggris). Dan mencapai permukaan didaerah kutub. Kedalaman rata – rata sound channel ialah 1000m. Kedalaman sound cahnnel juga dipengaruhi oleh bentuk topografi.

Sumber :
http://id.wikipedia.org/wiki/Kecepatan_suara
http://andrynugrohoatmarinescience.wordpress.com/2011/03/21/sifat-fisika-dan-faktor-yang-mempengaruhi-suara-di-laut/
 http://www.dosits.org/science/soundmovement/sofar/sofartravel/

Shadow Zone dan Atenuasi Gelombang Suara

1.      Shadow zone

Suatu wilayah yang gelombang suaranya tidak dapat merambat atau lemah sehingga hampir tidak dapat merambat dalam suatu medium Shadow zone. Pada Shadow zone ini temperatur dan salinitas laut pada lapisan tersebut dapat memantulkan gelombang suara yang datang merpakan. Jarak dari sumber suara ke shadow zone ditentukan oleh laju perubahan suhu terhadap kedalaman, kedalaman sumber suara, dan kedalaman penerima suara.Urick (1983) mengatakan di kolom perairan terjadi pembelokan gelombang suara (refraksi) yang terjadi karena perbedaan kedalaman, salinitas dan suhu air laut. Pengaruh yang sangat nyata terlihat jika terjadi kenaikan suhu air laut sebesar 1 ^oC 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. 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.  

Gambar 1. Shadow Zone

(Sumber : Google.com)

2.      Atenuasi gelombang suara

            Pada saat gelombang suara merambat, suara yang dipancarkan akan melemah karena berbagai faktor yang terdapat dalam lingkungan. Pelemahan suara karena berbagai faktor tersebut dinamakan atenuasi. Terdapat tiga jenis atenuasi yang umum berpengaruh pada propagasi suara, yaitu:

·         Atenuasi karena absorpsi molekuler oleh udara,

·         Atenuasi karena keberadaan obstruksi, dan

·         Atenuasi karena keadaan-keadaan tertentu di titik penerima.

Dalam arti lain atenuasi adalah melemahnya gelombang suara yang diakibatkan oleh adanya jarak yang semakin jauh yang harus ditempuh oleh suatu gelombang suara dan juga oleh karena makin tingginya frekuensi gelombang suara tersebut. Apabila sebuah gelombang suara dilewatkan suatu medium seringkali mengalami berbagai perlakuan dari medium (kanal) yang dilaluinya. Ada satu mekanisme dimana gelombang suara yang melewati suatu medium mengalami pelemahan energi yang selanjutnya dikenal sebagai atenuasi (pelemahan atau redaman) gelombang suara.

            Atenuasi akibat penyerapan, yaitu konversi energi akustik menjadi energi panas dan energi kimia; dan penyebaran akibat refleksi oleh partikel tersuspensi dan gelembung udara. Penyebaran tidak tergantung frekuensi; tetapi tidak untuk penyerapan. Pada frekuensi tinggi, penyerapan viskositas mendominasi (yaitu penyerapan akibat viskositas air itu sendiri) dan dalam air tawar hal ini penyebab dominan dari atenuasi oleh penyerapan dalam kisaran frekuensi tertentu. Tetapi dalam air laut, frekuensi intermediate dan rendah, mekanisme secara prinsip dari penyerapan disosiasi dari pasangan ion MgSO₄ dan kompleks dari B(OH)₃. Pasangan ion tersebut akan terpisah ke dalam unsur ion-ion pada jalur gelombang bunyi. Proses ini juga mengekstrak energy dari gelombang bunyi yang disebut ‘relaksasi’ oleh para akustik. Pada frekuensi rendah (beberapa ratus Hz atau kurang), terlihat bahwa penyebab utama atenuasi oleh penyerapan adalah sifat tidak homogennya dalam kolom air.

sumber :

en.wikipedia.org/wiki/Shadow_zone

 http://pulawkurma.wordpress.com/2010/11/23/atenuasi/

 http://mustofaabihamid.blogspot.com/2010 /07/mengenal-gelombang.html

Alat - alat Aplikasi Akustik Kelautan

1.      Conductivity Temperature Depth (CTD)

            Alat yang digunakan dalam sampling oseanografi untuk mengukur salinitas air laut, suhu serta kedalaman air laut pada tempat dan kedalaman yang diinginkan adalah 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).

Gambar 2. CTD (Conductivity Temperature Depth)

(Sumber : Google.com)

Cara kerja CTD, sebagai berikut:

           

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.

           Pencatatan tekanan dalam desibar kemudian tekanan dikonversi menjadi kedalaman dalam meter. Sel induktif yang terdapat dalam CTD digunakan sebagai sensor salinitas. Sensor temperatur yang terdapat pada CTD menggunakan thermistor, termometer platinum atau kombinasi keduanya. 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.

2.      ADCP (Accoustic Doppler Current Profiler)

            RDI/Fran Rowe dan Kent Deines membuat ADCP (Accoustic Doppler Current Profiler) pada tahun 1981. 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. ADCP berfungsi untuk mengukur arus, plankton, dan lain-lain.

Gambar 1. ADCP (Accoustic Doppler Current Profiler)

(Sumber : Google.com)

Sumber :

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

http://abymarssiono.wordpress.com/2011/03/17/tekanan-dan-alat-alat-pengukurnya/

Konsep Dasar Akustik Kelautan 

1. Definisi

Suatu teori yang membahas tentang gelombang suara dan perambatannya dalam suatu medium disebut sebagai akustik. Sedangkann akustik kelautan adalah suatu ilmu yang membahas tentang gelombang suara dan perambantannya dalam suatu medium air laut. Akustik kelautan ini merupakan satu bidang kelautan yang mendeteksi  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. Adanya suatu anggapan bahwa manusia telah mencapai planet terjauh namun belum mencapai laut terdalam sehingga dibutuhkan alat dan metode untuk melakukan pendeskripsian kolom dan dasar laut. Metode yang saat ini sudah cukup banyak dilakukan yaitu metode akustik. Objek yang dapat dilihat dengan metode akustik yaitu dapat berupa plankton, ikan, jenis subtrat maupun kandungan minyak yang berada di bawah dasar perairan.

2. Metode Akustik

Metode yang digunakan dalam akustik secara umum akan terbagi menjadi 2 macam, yaitu :

a.       Akustik pasif dapat dilakukan dengan mendengarkan gelombang suara yang datang dari berbagai objek pada kolom perairan. manfaat dari akustik Akustik pasif dapat digunakan untuk mendengarkan ledakan bawah air, gempa bumi, letusan gunung api, suara yang dihasilkan oleh ikan dan hewan lainnya, aktivitas kapal-kapal laut, ataupun sebagai peralatan untuk mendeteksi kondisi di bawah air.

b.      Akustik aktif memakai prinsip SONAR yaitu mengukur jarak dan arah dari objek yang dideteksi dan ukuran relatifnya dengan menghasilkan gelombang suara serta mengukur waktu tempuh dari gelombang tersebut.

3. Konsep Metode akustik

Prinsip hidroakustik cukup sederhana yaitu gelombang dipancarkan dari sebuah alat yang menghasilkan energi suara. Gelombang suara dipancarkan oleh suatu bagian yang disebut transducer. Gelombang suara dipancarkan pada kolom perairan ataupun dasar perairan. Hal ini dilakukan dengan mengubah energi elektrik menjadi energi mekanik. Ketika energi tersebut mengenai suatu target maka gelombang suara akan dikembalikan (dipantulkan) dalam bentuk echo yang akan kembali ke receiver (suatu bagian dari alat akustik sebagai penerima gelombang pantulan). Dengan menentukan selang waktu antara gelombang yang dipancarkan dan yang diterima, transducer dapat memperkirakan jarak dan orientasi dari suatu objek yang dideteksi. Dapat dirumuskan sebagai berikut :

Jarak = Kecepatan x Waktu

4. Sejarah Akustik Kelautan

Berikut ini merupakan tahapan sejarah dari akustik kelautan :

a.       Leonardo da vinci pada tahun 1490 pada harian menuliskan : “Dengan menempatkan ujung pipa yang panjang didalam laut dan ujung lainnya di telinga anda, dapat mendengarkan kapal-kapal laut dari kejauhan”. Ini mengindikasikan bahwa suara dapat berpropagasi di dalam air. Ini yang disebutkan dengan Sonar pasif (passive Sonar) karena kita hanya mendengar suara yang ada.

b.      Jacques and Pierre Currie pada abad ke-19 menemukan piezoelectricity yang merupakan sejenis kristal yang dapat membangkitkan arus listrik jika kristal tersebut ditekan, atau jika sebaliknya jika kristal tersebut dialiri arus listrik maka kristal akan mengalami tekanan yang akan menimbulkan perubahan  tekanan di permukaan kristal yang bersentuhan dengan air. Selanjutnya signal suara akan berpropagansi didalam air. Ini yang selanjutnya  disebut dengan Sonar Aktif (Active Sonar).

c.       Akustik berkembang dengan lanjut khususnya digunakan untuk pendeteksian kapal-kapal selam yang ada dibawah laut pada Perang Dunia pertama akustik kelautan. Pendeteksian ini menggunakan 12 hydrophone ( setara dengan microphone untuk penggunaan di darat) yang diletakan memanjang di bawah kapal laut untuk mendengarkan sinyal suara yang berasal dari kapal selam.

d.      Penggunaan torpedo yang menggunakan sinyal akustik untuk mencari kapal musuh adalah penemuan yang hebat pada zaman pperang dunia yang membuat akustik lebih berkembang. Pada saat itu ilmu tentang akustik hanya di fokuskan untuk keperluan-keperluan militer.

e.       Penggunaan akustik kelautan tidak hanya pada bidang kelautan tetapi juga pada pada beberapa aspek seperti : mempelajari proses perambatan suara didalam medium air, penelitian sifat-sifat akustik dari air dan benda-benda bawah air, pengamatan benda-benda dari echo yang mereka hasilkan, pendeteksian sumber-sumber suara bawah air, komunikasi dan penetapan posisi dengan alat akustik bawah air. Perkembangan yang lebih meluas ini berlangsung diakhir perang dunia ke dua.

f.       Perkembanga dari akustik kelautan ini lebih intensif lagi pada decade 70. Negara Inggris dan di beberapa Negara lain seperti Norwegia, Amerika, Jepang, Jerman dan sebagainy penerapan tentang akustik ini sudah dapat dilihat. Ilmu tentang akustik diterapkan dalam pendeteksian dan pendugaan stok ikan, yakni dengan dikembangkannya analog echo-integrator dan echo counter.

     Sumber :
- http://nikonflickr.blogspot.com/2012/10/sejarah-akustik-kelautan.html
http://kuliahkelautan.blogspot.com/2012/10/ilmu-kelautan-sejarah-ilmu-akustik.html

Pertukaran Karbon antara Laut dan Atmosfer

pertukaran carbon pada laut dan atmosfir

siklus carbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui).

Dalam siklus ini terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial (biasanya termasuk pula freshwater system dan material non-hayati organik seperti karbon tanah (soil carbon)), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil). Pergerakan tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.

 

• Karbon di atmosfer

Bagian terbesar dari karbon yang berada di atmosfer Bumi adalah gas karbon dioksida (CO2). Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari seluruh gas yang ada di atmosfer (hanya sekitar 0,04% dalam basis molar, meskipun sedang mengalami kenaikan), namun ia memiliki peran yang penting dalam menyokong kehidupan. Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah metan dan kloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan gas artifisial atau buatan). Gas-gas tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer telah bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalam pemanasan global.

• Karbon di laut

Laut mengandung sekitar 36.000 gigaton karbon, dimana sebagian besar dalam bentuk ion bikarbonat. Karbon anorganik, yaitu senyawa karbon tanpa ikatan karbon-karbon atau karbon-hidrogen, adalah penting dalam reaksinya di dalam air. Pertukaran karbon ini menjadi penting dalam mengontrol pH di laut dan juga dapat berubah sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon. Karbon siap untuk saling dipertukarkan antara atmosfer dan lautan. Pada daerah upwelling, karbon dilepaskan ke atmosfer. Sebaliknya, pada daerah downwelling karbon (CO2) berpindah dari atmosfer ke lautan. Pada saat CO2 memasuki lautan, asam karbonat terbentuk:

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Reaksi ini memiliki sifat dua arah, mencapai sebuah kesetimbangan kimia. Reaksi lainnya yang penting dalam mengontrol nilai pH lautan adalah pelepasan ion hidrogen dan bikarbonat. Reaksi ini mengontrol perubahan yang besar pada pH:

H2CO3 ⇌ H+ + HCO3

untuk mengetahui kelanjutannya tentang siklus biogeokimia klik di sini