Akustik Kelautan

Akustik Kelautan; Acoustic System mulai dikenal dan populer dengan istilah SONAR (sound navigation and ranging). ASDIC 'Allied Submarine Detection Investigation Committee' pada masa Perang Dunia I (PD I). Lalu Acoustic System mulai dikembangkan oleh Inggris pada masa pra-Perang Dunia II (PD II) dengan membuat ASDIC (Anti Sub-marine Detection Investigation Committee) yang terbukti sangat berguna bagi Angkatan Laut Negara-negara Sekutu pada PD II. Setelah PD II berakhir, penggunaan akustik semakin berkembang luas untuk tujuan damai dan ilmiah, antara lain digunakan untuk; mempelajari proses perambatan suara pada medium air, penelitian sifat-sifat akustik dan benda-benda yang terdapat pada suatu perairan, komunikasi dan penentuan posisi di kolom perairan. Selanjutnya perkembangan akustik semakin pesat pada awal dekade 70-an karena telah ditemukan Echo Integrator yang dapat menghasilkan nilai absolut untuk pendugaan dan estimasi bawah air.

1.     Latar Belakang

Hydro Acoustic merupakan suatu teknologi pendeteksian bawah air dengan menggunakan perangkat akustik (acoustic instrument), beberapa antara lain: ECHOSOUNDER, FISHFINDER, dan SONAR. Teknologi ini menggunakan suara atau bunyi untuk melakukan pendeteksian. Sebagaimana diketahui bahwa kecepatan suara di air adalah 1.500 m/detik, sedangkan kecepatan suara di udara hanya 340 m/detik, sehingga teknologi ini sangat efektif untuk deteksi di bawah air. Beberapa langkah dasar pendeteksian bawah air adalah adanya transmitter yang menghasilkan listrik dengan frekwensi tertentu. Kemudian disalurkan ke transducer yang akan mengubah energi listrik menjadi suara, kemudian suara tersebut dalam berbentuk pulsa suara dipancarkan (biasanya dengan satuan ping).

Suara yang dipancarkan tersebut akan mengenai obyek (target), kemudian suara itu akan dipantulkan kembali oleh obyek (dalam bentuk echo) dan diterima kembali oleh alat transducer. Echo tersebut diubah kembali menjadi energi listrik; lalu diteruskan ke receiver dan oleh mekanisme yang cukup rumit hingga terjadi pemprosesan dengan menggunakan echo signal processor dan echo integrator.

Pemrosesan didukung oleh peralatan lainnya; komputer; GPS (Global Positioning System), Colour Printer, software program dan kompas. Hasil akhir berupa data siap diinterpretasikan untuk bermacam-macam kegunaan yang diinginkan. Bila dibandingkan dengan metode lainnya dalam hal estimasi atau pendugaan, teknologi hydro- acoustic memiliki kelebihan, antara lain. Informasi pada areal yang dideteksi dapat diperoleh secara cepat (real time). Dan secara langsung di wilayah deteksi (in situ).

Kelebihan lain adalah tidak perlu bergantung pada data statistik. Serta tidak berbahaya atau merusak objek yang diteliti (friendly), karena pendeteksian dilakukan dari jarak jauh dengan menggunakan suara (underwater sound). Menurut MacLennan and Simmonds (1992) hasil estimasi populasi adalah nilai absolut. Hydro-acoustic dapat digunakan dalam mengukur dan menganalisa hampir semua yang terdapat di kolom dan dasar air, aplikasi teknologi ini untuk berbagai keperluan antara lain adalah; eksplorasi bahan tambang, minyak dan energi dasar laut (seismic survey), deteksi lokasi bangkai kapal (shipwreck location), estimasi biota laut, mengukur laju proses sedimentasi (sedimentation velocity), mengukur arus dalam kolom perairan (internal wave), mengukur kecepatan arus (current speed), mengukur kekeruhan perairan (turbidity) dan kontur dasar laut (bottom contour).

Saat ini hydro-acoustic memiliki peran yang sangat besar dalam sektor kelautan dan perikanan, salah satunya adalah dalam pendugaan sumberdaya ikan (fish stock assessment). Teknologi hydro-acoustic dengan perangkat echosounder dapat memberikan informasi yang detail mengenai kelimpahan ikan, kepadatan ikan sebaran ikan, posisi kedalaman renang, ukuran dan panjang ikan, orientasi dan kecepatan renang ikan serta variasi migrasi diurnal-noktural ikan. Saat ini instrumen akustik berkembang semakin signifikan, dengan dikembangkannya varian yang lebih maju, yaitu Multibeam dan Omnidirectional. Perangkat Echosounder memiliki berbagai macam tipe, yaitu single beam, dual beam.

Metode hydro-acoustic merupakan suatu usaha untuk memperoleh informasi tentang obyek di bawah air dengan cara pemancaran gelombang suara dan mempelajari echo yang dipantulkan. Dalam pendeteksian ikan digunakan sistem hidroakustik yang memancarkan sinyal akustik secara vertikal, biasa disebut echo sounder atau fish finder (Burczynski, 1986). Penggunaan metode hydro-acoustic mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya :

1.    Berkecepatan tinggi,

2.    Estimasi stok ikan secara langsung dan wilayah yang luas dan dapat memonitor pergerakan ikan,

3.    Akurasi tinggi tidak berbahaya dan merusak sumberdaya ikan dan lingkungan, karena frekwensi suara yang digunakan tidak membahayakan bagi si pemakai alat maupun obyek yang disurvei.

Akustik pasif merupakan suatu aksi mendengarkan gelombang suara yang datang dari berbagai objek pada kolom perairan, biasanya suara yang diterima pada frekuensi tertentu ataupun frekuensi yang spesifik untuk berbagai analisis.  Pasif akustik dapat digunakan untuk mendengarkan ledakan bawah air (seismic), gempa bumi, letusan gunung berapi, suara yang dihasilkan oleh ikan dan hewan lainnya, aktivitas kapal-kapal ataupun sebagai peralatan untuk mendeteksi kondisi di bawah air (hidroakustik untuk mendeteksi ikan).

Akustik aktif memiliki arti yaitu dapat mengukur j arak dari objek yang dideteksi dan ukuran relatifnya dengan menghasilkan pulsa suara dan mengukur waktu tempuh dari pulsa tersebut sejak dipancarkan sampai diterima kembali oleh alat serta dihitung berapa amplitudo yang kembali.  Akustik aktif memakai prinsip dasar SONAR untuk pengukuran bawah air. Akustik aktif seperti split-beam system dapat mendeteksi organisme yang berukuran kecil (contoh:krill), dengan tanpa batasan ukuran. Posisi dari ikan dapat dideteksi secara akurat dengan menggunakan split beam system, dapat juga digunakan untuk menghitung target strength, kecepatan jelajah serta arah pergerakan dari  suatu objek.  Dengan perkembangan zaman yang begitu pesat, ilmu akustik juga berkembang sejalan dengan kebutuhan manusia.  Arah penelitian dari akustik aktif termasuk penemuan multibeam, multi-frekuensi, dan “high frequency imaging system”.

2.    Manfaat

1.    Dapat mengetahui daerah diduga mempunyai kelimpahan/kepadatan ikan yang tinggi.

2.    Memberikan Informasi kepada Nelayan setempat sekaligus mengevaluasi kinerja unit penangkapan yang digunakan sehingga dapat dihasilkan hasil tangkapan yang optimum.

3.    Memberikan informasi kepada pelayaran agar terhindar dari bahaya-bahaya kapal kandas dikarenakan dangkalnya suatu perairan.

4.    Dapat mempermudah unit penelitian laut beserta sumberdaya laut tersebut.

Pembahasan

Perangkat Akustik (Acoustic Instrument)

1.    Echosounder

Echosounder merupakan salah satu alat yang penting untuk mengetahui kedalaman laut dan dapat juga sebagai pengukur jarak dengan ultr sonic. Kedalaman dasar laut dapat dihitung dari perbedaan waktu antara pengiriman dan penerimaan pulsa suara. Echosounder memiliki beberapa pertimbangan sistem, diantaranya Side-Scan Sonar, Sub-Bottom Profling, Single-Beam Echosounder, dan Multi-Beam Echosunder.

Side-Scan Sonar pada saat ini, pengukuran kedalaman dasar laut (bathymetry) dapat dilaksanakan bersama-sama dengan pemetaan dasar laut (Sea Bed Mapping) dan pengidentifikasian jenis-jenis lapisan sedimen dibawah dasar laut (subbottom profilers).

Sistem Side-Scan Sonar mengirimkan pulsa akustik pada suatu sisi dari receiver dan merekam amplitude energi balikan dari pulsa yang dipancarkan oleh sensor. Tiap pancaran pulsa, satu lajur kecil (sekitar 100 sampai 200 m ke tiap sisi) dari dasar laut dipetakan. Tiap pergerakan kapal, lajur ke lajur dipetakan. Pada dasar laut yang datar sempurna semua energi dipantulkan dari sensor sonar dan tidak ada sinyal yang terekam. Dalam faktanya, dasar laut tidak rata sempurna. Ketidakteraturan seperti bebatuan dan riak-riak air karena pantulan (backscatter) dari energi akustik dan sistem dapat menyediakan informasi secara kasar keadaan dasar laut.

Sub-Bottom Profling Adalah merupakan suatu sistem untuk mengidentifikasi dan mengukur variasi dari lapisan-lapisan sedimen yang ada di bawah permukaan air. Sistem akustik yang digunakan dalam penentuan sub-bottom profiling hampir sama dengan alat pada echosounder.

Sumber suara memancarkan sinyal secara vertikal ke bawah menelusuri air dan reciever memonitor sinyal balikan yang telah dipantulkan dasar laut. Batasan antara dua lapisan memiliki perbedaan ciri akustik (acoustic impedance = rintangan akustik). Sistem menggunakan energi pantulan untuk mengumpulkan informasi lapisan-lapisan sedimen di bawah dasar permukaan air (tampilan muka sedimen bawah air). Rintangan akustik berhubungan dengan tingkat kekentalan atau berat jenis (densitas) dari kandungan material dan tingkat kecepatan suara menelusuri material. Ketika terjadi perubahan rintangan akustik, seperti tampilan muka sedimen bawah air, bagian suara yang diteruskan kemudian dipantulkan kembali. Bagaimanapun, beberapa energi suara menembus menelusuri sampai batas dan kedalam lapisan sedimen. Energi ini dipantulkan ketika menembus batas antara lapisan sedimen yang lebih dalam yang memiliki rintangan akustik yang berbeda-beda. Sistem ini menggunakan energi yang dipantulkan oleh lapisan-lapisan untuk membentuk penampang dari bagian sub-bottom lapisan-lapisan sedimen.

Beberapa parameter-parameter dari sonar (tenaga keluaran, frekuensi dari sinyal, dan panjang gelombang pulsa yang dipancarkan) mempengaruhi performa dari alat yang digunakan.

Single-Beam Echosunder merupakan alat ukur kedalaman air yang menggunakan pancaran tunggal sebagai pengirim dan penerima sinyal gelombang suara. Sistem batimetri dengan menggunakan single beam secara umum mempunyai susunan :

transciever (tranducer/reciever) yang terpasang pada lambung kapal atau sisi bantalan pada kapal. Sistem ini mengukur kedalaman air secara langsung dari kapal penyelidikan. Transciever yang terpasang pada lambung kapal mengirimkan pulsa akustik dengan frekuensi tinggi yang terkandung dalam beam (gelombang suara) secara langsung menyusuri bawah kolom air. Energi akustik memantulkan sampai dasar laut dari kapal dan diterima kembali oleh tranciever. Transciever terdiri dari sebuah transmitter yang mempunyai fungsi sebagai pengontrol panjang gelombang pulsa yang dipancarkan dan menyediakan tenaga elektris untuk besar frekuensi yang diberikan. Transmitter ini menerima secara berulang-ulang dlam kecepatan yang tinggi, sampai pada orde kecepatan milisekon. Perekaman kedalaman air secara berkesinambungan dari bawah kapal menghasilkan ukuran kedalamn beresolusi tinggi sepanjang lajur yang disurvei. Informasi tambahan seperti heave (gerakan naik-turunnya kapal yang disebabkan oleh gaya pengaruh air laut), pitch (gerakan kapal ke arah depan (mengangguk) berpusat di titik tengah kapal), dan roll (gerakan kapal ke arah sisi-sisinya (lambung kapal) atau pada sumbu memanjang) dari sebuah kapal dapat diukur oleh sebuah alat dengan nama Motion Reference Unit (MRU), yang juga digunakan untuk koreksi posisi pengukuran kedalaman selam proses berlangsung. Single-Beam echosounder relatif mudah untuk digunakan, tetapi alat ini hanya menyediakan informasi kedalaman sepanjang garis track yang dilalui oleh kapal. Jadi, ada feature yang tidak terekam antara lajur per lajur sebagai garis tracking perekaman, yang mana ada ruang sekitar 10 sampai 100 m yang tidak terlihat oleh sistem ini.

Multi-Beam Echosunder merupakan alat untuk menentukan kedalaman air dengan cakupan area dasar laut yang luas. Prinsip operasi alat ini secara umum adalah berdasar pada pancaran pulsa yang dipancarkan secara langsung ke arah dasar laut dan setalah itu energi akustik dipantulkan kembali dari dasar laut (sea bed), bebrapa pancaran suara (beam) secara elektronis terbentuk menggunakan teknik pemrosesan sinyal sehingga diketahui sudut beam. Dua arah waktu penjalaran antara pengiriman dan penerimaan dihitung dengan algoritma pendeteksian terhadap dasar laut tersebut. Dengan mengaplikasikan penjejakan sinar, sistem ini dapat menentukan kedalaman dan jarak transveral terhadap pusat area liputan. Multi-Beam Echosounder dapat menghasilkan data batimetri dengan resolusi tinggi ( 0,1 m akurasi vertikal dan kurang dari 1 m akurasi horisontalnya).

2.    Fish Finder

Fish Finder bekerja berdasarkan pemantulan gelombang suara yang dipancarkan dari permukaan perairan sampai dasar lautan. Ketika bunyi yang dipancarkan kedasar lautan tersebut membentur suatu benda dan kembali ke penerima sonar, maka jaraknya yang ditempuh oleh bunyi tersebut dapat diukur, maka dapat diketahui letak benda tersebut dibawah permukaan laut.

3.     Sonar

Sonar (Sound Navigation and Ranging) merupakan suatu peralatan atau piranti yang digunakan dalam komunikasi di bawah laut, sonar sendiri bekerja untuk mencari atau mendeteksi suatu benda yang ada di bawah laut dengan cara mengirim gelombang suara yang nantinya gelombang suara tersebut dipantulkan kembali oleh benda yang akan dideteksi. Sonar biasa dimanfaatkan dalam mengukur kedalaman laut (Bathymetry), pengidentifikasian jenis-jenis lapisan sedimen dasar laut (Subbottom Profilers), pemetaan dasar laut (Sea Bed Mapping), mendeteksi kapal selam dan ranjau, analisa dampak lingkungan didasar laut, menangkap ikan serta berbagai kegiatan komunikasi di bawah laut. Sebuah sonar terdiri dari sebuah pemancar, transducer, penerima/receiver, dan layar monitor. Sonar sendiri pada awalnya diinspirasi dari lonceng bawah air yang digunakan untuk mengukur kecepatan suara dalam air, kemudian berkembang dan dimanfaatkan dalam mendeteksi gunung es yang ada dalam laut ketika kapal laut melintas. Seiring dengan perkembangan waktu, sonar dimanfaatkan dalam perang dunia I untuk mendeteksi kapal selam. Semenjak itu sonar benar-benar dikembangkan dan dimanfaatkan dalam dunia militer dan perang.