home

Rabu, 17 April 2013

OSEANOGRAFI FISIKA (Cahaya dan Bunyi di Laut)

SUARA DI LAUT


Akustik adalah Ilmu yang mempelajari tentang bunyi-bunyian beserta segala
gejalanya

Salah satu cabang ilmu akustik adalah Akustik Bawah Air (Underwater Acoustics).

Hadirnya konsep dasar akustik Bawah Air dilatar belakangi oleh :
1. Laut begitu luas dan dalam (Dinamis)
2. Manusia sudah pernah ke planer terjauh tapi belum ke laut terdalam
3. Dibutuhkan alat dan metode untuk melakukan pendeskripsian kolim dan dasar laut sesuai dengan filosofi ilmu kelautan
4. Metode terbaik saat ini adalah akustik

Konsep Dasar Akustik

1.      Hidroakustik didasarkan pada prinsip yang sederhana. Gelombang suara dipancarkan melalui sebuah alat yang menghasilkan energi suara (transducer) pada kolom perairan ataupun dasar perairan.
2.      Hal ini mengubah energi elektrik menjadi energi mekanik
3.      Kecepatan energi suara di perairan mencapai 1500 m/s
4.      Ketika energi tersebut mengenai suatu target, maka akan dikembalikan dalam bentuk echo, echo akan kembali ke receiver

Metode Akustik

1.      Metode akustik merupakan proses-proses pendeteksian target di laut dengan mempertimbangkan proses-proses perambatan suara, karakteristik suara (frekuensi, pulse, intensitas), faktor lingkungan/medium, kondisi target dll.
2.      Metode akustik mempunyai keunggulan komparatif yakni berkecepatan tinggi (great speed), estimasi stok ikan secara langsung (direct estimation), memproses data secara real time, tepat, dan akurat.
3.      Dengan menentukan selang waktu antara pulsa yang dipancarkan dan yang diterima, transducer dapat memperikarakan jarak dan orientasi dari sebuah objek yang dideteksi 

Akustik Pasif
Akustik pasif adalah Suatu aksi mendengarkan gelombang suara yang datang dari berbagai objek pada kolom air. Pasif akustik dapat digunakan untuk mendengarkan ledakan bawah air (seismich), gempa bumi, letusan gunung berapi, suara yang dihasilkan oleh ikan dan hewan lainnya, aktifitas kapal-kapal ataupun sebagai peralatan unuk mendeteksi kondisi bawah air (Hidroakustik untuk mendeteksi ikan)

Akustik Aktif
akustik aktif adalah suatu aksi menh=gukur jarak dan arah dari objek yang dideteksi dan ukuran relatifnya dengan menghasilkan pulsa suara dan mengukur waktu tempuh dari pulsa tersebut. Akustik aktif memakai prinsip SONAR untuk pengukuran bawah air.

Komplesitas
1. Adanya gangguan dari kolom air/absorbsi, pantulan dsb
2. Human Error
3. Kondisi Alat
4. Human Resources

Kecepatan Suara
Kecepatan suara tergantung suhu, salinitas, tekanan, musim, dan lokasi.
Rumus empiris kecepatan suara

  • Semakin jauh suara dari sumber suara, maka kegiatan echo akan mengalami perubahan dari segi ruang dan waktu
  • Kecepatan rambat suara bergantung pada kompressibilitas dan densitas. Di dalam laut K dan ρ bergantung pada S, T, dan tekanan
Bila suhu naik, maka densitas menurun dan kecepatan rambat suara meningkat, maka makin tinggi suhu, makin cepat rambat suara.
Di lapisan permukaan, pertambahan C akibat kenaikan suhu adalah 3 m/sec/oC

Profil Kedalaman-Suhu-Tekanan-Salinitas-dan Kecepatan Suara
  • Sound Channel
Kanal Suara SOFAR adalah lapisan di lautan, sekitar kedalaman 1 km, yang agak terisolasi dari luar. Suara yang dihasilkan pada kedalaman ini cenderung untuk berada pada jarak jauh tanpa mendapatkan jumlah yang signifikan ke permukaan. Demikian juga, suara yang dibuat pada permukaan (dari kapal dan gelombang) tidak mudah masuk ke kanal suara.
      Asal usul kanal suara adalah cara kecepatan suara bervariasi dalam air pada kedalaman. Bertentangan dengan  kecepatan suara berkurang dengan penurunan suhu air, sekitar 5 meter per detik per derajat C. Jika efek ini mendominasi, semakin dalam, kecepatan suara semakin lambat akan pergi. Namun ada efek kontra. Kecepatan suara meningkat dengan tekanan. (Pengaruh tekanan lebih penting daripada efek salinitas, dimana Efek salinitas hadir hanya di air yang relatif dangkal..) Pada kedalaman sekitar 1 km, efek tekanan mengatasi efek temperatur, dan ada minimum dalam kecepatan suara.source
      • Shadow Zone





    • Sebuah daerah bayangan seismik di sebuah tempat di permukaan bumi dimana seismograp tidak dapat mendeteksi sebuah gempa bumi setelah geombang seismic itu sudah melewati bumi. Ketika sebuah gempa bumi terjadi, gelombang seismik memancar dari pusat gempa. Gelombang seismic utama direfraksi oleh cairan di luar pusat bumi dan tidak dapat dideteksi antara 104° dan 140° (berkisar antara 11.570 dan 15.570 km atau 7.190 mil dan 9.670 mil) dari pusat gempa di permukaan bumi.






    • Shadow Zone merupakan daerah kedap transmisi gelombang suara yang sering dimanfaatkan oleh kapal selam . Pada shadow zone ini ada sedikit keunikan, dimana gelombang suara dapat dibelokan ke atas atau ke bawah sehingga sulit dideteksi, karena itulah pada zona ini banyak digunakan untuk persembunyian kapal selam agar tidak terdeteksi oleh kapal lain. Daerah ini adalah zona aman dimana suhu dan salinitas laut pada lapisan tersebut memantulkan rambatan suara yang datang, sehingga kapal selam terhindar dari deteksi SONAR (SOund NAvigation and Ranging) pihak lawan. Dalam faktor oseanography terhadap kecepatan suara di laut, shadow zone dibagi menjadi 3 zona secara vertikal. 







    • zona 1, dimana kecepatan suara meningkat akibat peningkatan tekanan karena kedalaman bertambah. 





    • zona 2, kecepatan suara menurun drastis akibat adanya daerah thermocline. 





    • zona 3, kecepatan suara meningkat akibat tekanan bertambah dan temperatur kedalaman relatif konstan. itu adalah profile kecepatan suara under water.








    • akibat adanya refraksi variasi vertikal dari kecepatan suara di dalam laut selanjutnya menghasilkan apa yang disebut dengan shadow zone dan sound channel. Selain itu, kemajuan teknologi telah mampu membuat material kapal selam memiliki efek pantulan minimum dan sistem pertahanan elektronik yang dapat mengacaukan/merusak sistem sonar aktif pihak lawan (jamming). Oleh karena itu diperlukan upaya lain melacak kehadiran mereka menggunakan teknologi tomografi akustik.

      • Atenuasi Gelombang Suara
      Attenuation atau atenuasi adalah melemahnya sinyal(gelombang suara) yang diakibatkan oleh adanya jarak yang semakin jauh yang harus ditempuh oleh suatu sinyal. Dalam arti lain atenuasi adalah melemahnya sinyal yang diakibatkan oleh adanya jarak yang semakin jauh yang harus ditempuh oleh suatu sinyal dan juga oleh karena makin tingginya frekuensi sinyal tersebut. 

      Pada gelombang elektromagnet, atenuasi merupakan berkurangnya intensitas radiasi gelombang elektromagnet akibat absorpsi dan scattering oleh photons. Energi untuk merambat akan berkurang akibat absorbsi dan scattering  sehingga daya jangkaunya akan berkurang. Gelombang dalam perambatannya akan mengalami penurunan intensitas (atenuasi) karena penyebaran dan karena absorbs.
      Penyebaran gelombang juga mengakibatkan intensitas berkurang karena pertambahan luasannya, terkait dengan bentuk muka gelombang.source
      • Refraksi Gelombang Suara





    • Refraksi merupakan fenomena akustik  saat  gelombang suara berubah arah rambatnya saat gelombang suara tersebut  merambat  melalui  dua lapisan material yang berbeda kerapatannya. Fenomena ini mirip dengan pembiasan  cahaya  pada  saat  melewati  dua  material  yang  berbeda kerapatan. Jadi, refraksi bisa diartikan fenomena pembiasan suara.







    • Pembiasan suara ternyata lebih cepat di medium dengan kerapatannya tinggi atau padat, seperti air, tanah, atau besi. Berbeda dengan cahaya yang lebih cepat merambatnya di medium dengan kerapatannya rendah.


    • Target Strength
      Target Strength adalah Kekuatan pantulan gema yang dikembalikan oleh target dan relatif terhadap intensitas suara yang mengenai target. Atau Ukuran akustik suatu target dalam satuab desibel (dB) (wikipedia)
      Target strength sering digunakan untuk pencarian ikan. 10 x nilai log dari intensitas yang mengenai ikan (Ii)
      TS=10 log (Ir/Ii)
      Ir= Energi suara yang dipantulkan yang diukur
      Ii= Energi suara yang mengenai ikan
      http://www.acoustics.org
      Volume Scatter
      Volume Scattering didefinisikan sebagai hamburan terjadi dalam media ketika radiasi elektro-magnetik mentransmisikan dari satu media ke media lain (source). Scattering volume merupakan rasio antara intensitas suara yang direfleksikan oleh suatu group single target yang berada pada suatu volume air tertentu (1m3) dan diukur pada jarak 1 meter dari kelompok target yang bersangkutan dengan intensitas suara yang mengenai target (insident intensity).    Perhitungannya dilakukan secara vertikal yaitu per strata kedalaman yang dibagi dengan selang 1 meter.   Semakin tinggi Nilai SV maka semakin besar pula dugaan ukuran kelompok ikannya. (source) 

      SV=10 log  ρ + Target Strength

      Instrumen Akustik Kelautan
      • ADCP (Accoustic Doppler Current Profiler
      http://web.vims.edu/physical/projects/craney/adcp.gif
      ADCP berfungsi untuk pengukuran arus, kelimpahan plankton, dll. Pertama kali dibuat oleh RDI/ Fran Rowe dan Kent Deines pada tahun 1981. Alat ini menggunakan prinsip Efek DopplerADCP adalah instrument pengukuran aliran yang mengirimkan sinyal akustik dengan frekuensi tinggi. Aliran/ current dihasilkan oleh perubahan Doppler dalam gema/echo pantulan dari plankton, sediment tersuspensi, dan gelembung-gelembung, semuanya dihitung untuk bergerak secara pasif dengan kecepatan rata-rata air.


      ADCP terdiri dari empat transducer akustik, yang sedikit condong ke mengarah horizontal. Ketika digabungkan dengan kemiringan instrumen dan ujung kompas, perubahan Doppler yang terukur sepanjang poros sorotan (beam) memberikan sebuah estimasi dari tiga arah aliran dasar : U (timur), V (utara), dan W (atas). Dengan membedakan sinyal yang diterima ke dalam gerbang waktu windows, sebuah estimasi dari kecepatan diperoleh secara vertikal dipisah tempatnya di atas ADCP.

      Ketika memplot kedalaman, benda ini membaca bentuk sebuah profil kecepatan. Sebuah profil kecepatan diperoleh untuk masing-masing bunyi akustik yang dipancarkan, yang mana dapat diprogram untuk mengulangnya setiap beberapa detik (0,5-2 Hz). Rata-rata profil dari banyak bunyi memberikan sebuah keakuratan profil ansembel yang lebih  dari arus samudra. Keberhasilan plotting profil memperlihatkan variasi dari arus pada setiap kedalaman dari waktu ke waktu.source
      selengkapnya klik ADCP
      • LADCP (Lower Accoustic Doppler Current Profiler)
      http://xtide.ldeo.columbia.edu/ladcp/intro/ladcp.gif
      Pada prinsipnya LADCP hampir sama dengan ADCP, namun kemampuan untuk mengambil data di kedalaman lebih dangkal dibandingkan dengan ADCP. Selengkapnya
      • CTD profiler
      http://ushydro.ucsd.edu/


      Sebuah CTD berguna untuk mengukur Konduktivitas (Conductivity), Suhu (Temperature), dan Kedalaman (Depth). Alat ini sudah tidak asing di kalangan survey oseanografi, dimana dengan kemampuan mengukur dan mengambil data di kedalaman dalam suatu rentang waktu (time series). CTD sebenarnya mengukur tekanan, yang mana berbeda dengan mengukur kedalaman. Hubungan antara tekanan dan kedalaman sangat rumit dan melibatkan massa jenis air, kemampuan tekanan yang berhubungan dengan daya grafitasi bumi di sekitar perairannya. CTD dapat digunakan untuk mengukur salinitas, densitas, kecepatan suara, dan parameter lainnya. CTD yang banyak digunakan saat ini mempunyai kemampuan sepaket yang termasuk pengukuran Oksigen Terlarut (DO), pH, turbiditas, fluorometer, altimeter, dan mengambil sampel air untuk analisis di Lab. source
      selengkapnya klik What is a CTD?

      Alat lainnya :

      1. hydrophone
      2. echo sounder
      3. boomer
      4. side scan sonar
      5. fishfinder, dll


      CAHAYA DI LAUT

      kecerahan

      Tingkat kecerahan adalah angka yang menunjukkan jarak penetralisasi cahaya matahari ke dalam kolom air laut, yang masih bisa dilihat oleh mata kita jika kita berada di atas permukaan air laut. Selain dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari kecerahan juga dipengaruhi oleh :

      •  Faktor kelarutan bahan-bahan organik misalnya terjadinya blooming alga sehingga perairan menjadi keruh dan kotor.
      • Faktor suspensi yaitu bahan-bahan yang melayang di dalam air baik berupa debu ataupun partikel-partikel sedimen.
      Kedua faktor di atas mengakibatkan air laut menjadi keruh dan susah ditembus oleh sinar matahari. Adapun satuan kekeruhan yaitu Nalametric Turbidity unit (NTU) dan dapat diukur dengan menggunakan Turbidimeter Jenekker.



      INDEKS BIAS AIR
















      Tidak ada komentar:

      Poskan Komentar