PENGUKURAN POLUSI SUARA BAWAH AIR DENGAN MENGGUNAKAN METODE AKUTIK
Oleh : Zan Zibar_C5511400411 1
Program Studi Ilmu Kelautan Pasca Sarjana FPIK IPB Email : [email protected]
PENDAHULUAN 1. Latar Belakang
Salah satu ciri khas yang terdapat di bawah laut adalah terdapatnya sumber suara yang bersumber dari biologis, aktifitas lempeng tektonik, angin dan proses fisika yang terjadi di laut. Selain bersumber dari dalam laut, adapula suara yang timbul dari kegiatan manusia (antropogenik) yang meliputi konstruksi, perikanan, tenaga angin, survei seismik, lalu lintas kapal serta sumber-sumber suara lainnya yang dapat meningkatkan kebisingan. Popper dan Hangstings (2009) menyatakan bahwa suara adalah fitur dominan dari lingkungan bawah laut sebagai akibat dari alam (sumber-sumber biologis, gempa bumi bawah laut, angin) atau kegiatan manusia yang bersumber dari suara (pengiriman, konstruksi, eksplorasi dan produksi minyak dan gas, tenaga angin).
Sumber suara antropogenik memiliki perbedaan karakteristik berdasarkan tingkat sumber (suara tingkat 1 meter dari sumber), kandungan frekuensi dalam hertz (Hz) atau kilo hertz (Khz), siklus atau pola terjadinya dan gerakan yang terdiri dari stasioner atau mobile. Sumber suara yang terjadi di laut pesisir dan laut terbuka bervariasi sebagai contoh adalah keseluruhan dari aktifitas lalu lintas kapal akan menambahkan komponen tingkat kebisingan laut tetapi dominan kebisingan yang ditimbulakan oleh induk kapal memeliki waktu yang terbatas dalam suatu local area (Richardson et al, 1995).
Hampir seluruh vertebrata laut memiliki kemampuan sampai pada batas suara tertentu dalam melakukan berbagai fungsi biologis termasuk sebagai alat komunikasi, navigasi, serta melakukan deteksi predator dan mangsa sedangkan berbagai spesies ( mamalia laut, ikan, penyu, invetebrata laut dan lain-lain) memanfaatkan dan mendengarkan suara yang berbeda ( Southall et al, 2007). Selain itu ikan laut dan organisme laut lainnya juga sangat sensitif terhadap sumber suara akibat dari kegiatan manusia seperti konstruksi, lalu lintas kapal dan lain-lain dapat memberikan gangguan terhadap lingkungan hidup mereka (Webb
et al, 2008).
Semua pengukuran suara bawah air yang dilakukan sebagai bagian dari studi
menggunakan hydrophone dengan kebisingan yang rendah. Sensor ini mampu melakukan
pengukuran yang sangat jauh pada suara bawah air yang terdapat pada suatu wilayah dengan tingkat kebisingan nol. Hydrophone memiliki sensitivitas linier untuk suara bawah air selama rentang frekuensi dari 7 Hz sampai 80 kHz. Kalibrasi grafik untuk sensor, dapat dilacak dengan standar internasional. Namun, hydrophone juga menyediakan data sensitivitas luar jangkauan linear, dari 0,25 Hz sampai 150 kHz, sehingga data akustik dapat diperpanjang jauh melampaui rentang frekuensi linier ditentukan di atas. Manfaat dari luas, frekuensi kalibrasi ini juga ditentukan bahwa filter terbalik dapat diterapkan untuk meratakan respon hydrophone tersebut (Nedwell at al, 2010).
2. Tujuan
PEMBAHASAN II. Fisika Suara Bawah Air
Perambatan gelombang suara terdiri dari bolak kompresi dan refleksi molekul dalam media elastis (cair, gas ataupun padat) yang dideteksi oleh penerima sebagai perubahan tekanan. Gelombang akustik merupakan gelombang longitudinal karena gelombang disebarkan sejajar dengan sumber.
2.1. Sifat dasar gelombang akustik:
Gelombang akustik ditandai dengan adanya amplitudo, frekuensi, panjang gelombang, fase, kecepatan dan intensitas.
Gambar 2. Sebuah diagram skematik dari gelombang suara yang menggambarkan amplitudo (tekanan) dan panjang gelombang (Sumber : Simmonds at al, 2014)
Gambar 3. Sebuah diagram skematik dari tiga gelombang suara dengan amplitudo yang berbeda (a1, a2, a3). Diperhatikan bahwa setiap gelombang memiliki frekuensi dan panjang gelombang yang sama (Sumber : Simmonds at al, 2014)
Kecepatan Suara
Kecepatan (c) gelombang adalah tingkat di mana getaran merambat melalui media elastis, dan karakteristik media, misalnya, kecepatan suara dalam air adalah sekitar 1.500 ms-1(meter per detik), sedangkan kecepatan suara di udara adalah sekitar 340ms -1
. Kecepatan (c) adalah terkait dengan akar kuadrat dari sifat elastis media ini (nilai modulus) dibagi dengan densitas. Dalam volume menengah kecepatan gelombang mengambil bentuk umum
Dimana B adalah nilai modulus dan ρ densitas
Kecepatan suara juga dapat dihitung jika frekuensi dan panjang gelombang gelombang dikenal.
Dimana c adalah kecepatan suara dalam medium,
λ
adalah panjang gelombang dan f adalah frekuensi suara.
Intensitas
Intensitas suara didefinisikan sebagai kekuatan akustik per satuan luas ke arah propagasi, yaitu Intensitas adalah ukuran dari energi mekanik (kinetik) dan energi potensial dilakukan oleh gelombang merambat per satuan luas. dengan memperhatikan bahwa energi kinetik gelombang adalah hasil dari partikel gerak, dan energi potensialnya hasil dari tekanan diatur dalam medium elastis sebagai hasil dari gerakan ini. Intensitas sebanding dengan kuadrat tekanan akustik.
I =
∞
p
2Dimana tekanan akustik (p) didefinisikan sebagai kekuatan suara per satuan luas, dan biasanya diukur dalam micropascal (μPa). Dengan memperhatikan bahwa 1μPa adalah tekanan yang dihasilkan dari kekuatan satu Newton diberikan atas seluas satu meter persegi (Nm-2). Tekanan sesaat p (t) bahwa benda bergetar diberikannya pada daerah berbanding lurus dengan kecepatan benda bergetar itu (v) dan impedansi akustik (_c).
Diperhatikan bahwa hasil kepadatan dan kecepatan suara didefinisikan sebagai akustik atau impedansi karakteristik dari media itu. Impedansi akustik adalah sama dengan hambatan listrik (impedansi), dan perbedaan nilai ini di batas antara dua media merupakan faktor penentu penting dari berapa banyak energi yang tercermin dari batas itu, lihat Hukum Snell. Impedansi akustik air 1.5x106 dan udara adalah 4.15x102 kgm-2 s -1.
Dengan demikian intensitas bunyi dapat didefinisikan sebagai:
Dimana pe adalah tekanan efektif atau RMS, yaitu tekanan puncak (amplitudo) dibagi dengan akar dua persegi.
Penyebaran Suara Bawah Air
Ketika menjelaskan propagasi suara bawah air sangat berguna untuk menerapkan model sederhana untuk proses ini Proses. Model ini didasarkan pada persamaan sonar dan mungkin yang paling sederhana adalah Source Jalur Receiver Model. Parameter dasar model ini adalah:
(1) Sumber: sumber kebisingan, misalnya kapal, sonar dll Parameter tujuan = tingkat sumber (SL)
(2) Jalur atau menengah: kolom air. Parameter yang menarik termasuk kerugian transmisi (TL), dan tingkat kebisingan ambien (NL)
Sebuah model sederhana perambatan suara:
Dimana RL adalah tingkat yang diterima, SL adalah tingkat sumber dan TL adalah hilangnya transmisi.
Transmisi yang Hilang (TL)
Transmisi yang hilang adalah penurunan intensitas suara karena menyebar melalui media, dan merupakan hasil penyebaran, penyerapan, hamburan, refleksi dan penghalusan. Transmisi yang hilang juga bisa diperkirakan dengan menambahkan efek geometris penyebaran (TLsp), penyerapan (TLA) dan transmisi loss anomali (A). Transmisi anomali yang hilang termasuk hamburan kehilangan akibat refleksi dan penghalusan pada batas antarmuka.
TL = TLspreading + TLabsorption + A
Untuk mempermudah kita hanya akan menangani penyebaran penyebaran (TLsp) dan kehilangan penyerapan (TLA):
TL = TLg+ TLa
(1)TLsp – Spreading loss Spriding Loss Bulat atau Geometris (TLG)
Spriding loss bulat mengasumsikan lingkungan yang seragam atau homogen yang khas dalam perairan ( > 2000 m ). Suara dari sumber titik akan menyebar keluar sebagai lingkaran gelombang, dan intensitas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber TLg = 20 log ( ) R<R1
Dimana R adalah kisaran meter penerima dari sumber dan R0 adalah berbagai referensi, biasanya 1m. Dengan lingkaran menyebar, tingkat suara berkurang 6 dB jika jarak dua kali lipat dan dengan 20 dB ketika jarak meningkat dengan faktor 10. R1 adalah kisaran meter di mana berhenti menyebarkan lingkaran dan dimulai menyebarkan silinder.
Gambar 6. Menyebar bulat. Dicatat bahwa untuk penyebaran bulat terjadi R1> R (Sumber : Simmonds at al, 2014)
2.2.Pengukuran Polusi Suara Bawa Air Dengan Metode Akustik
Sinyal disaring dan diperbesar oleh filter dan amplifier. Maka sinyal didigitalkan oleh 16 bit dan dengan 4096 Hz dengan analog ke digital dan disimpan dalam memori.
Gambar 7. Pengoperasian Hydrophone (Sumber : Robinson et al , 2014). Hydrophone kalibrasi
Semua akuisisi data elektronik dan amplifier dikalibrasi. Semua hydrophone yang digunakan dikalibrasi secara tertelusur berdasarkan standar nasional Inggris oleh NPL di atas frekuensi penuh berbagai penggunaan, tidak hanya pada satu frekuensi. Semua lokasi pengukuran posisi tetap dengan GPS dan semua sistem akuisisi data waktu tertera terhadap GPS untuk lebih baik dari akurasi 1 s (Robinson et al , 2014 ).
Kesimpulan
Polusi suara bersumber dari tingkat kebisingan yang terjadi di laut dan buatan oleh manusia. Kebisingan dari sumber alami biasanya di hasilkan oleh proses fisik dan biologis. Contoh proses fisik adalah aktivitas lempeng, angin dan gelombang, sementara contoh proses biologis adalah vokalisasi mamalia laut dan ikan. Kebisingan yang menyebabkan terjadinya polusi suara di laut akibat aktivitas manusia adalah ekspolarasi minyak dan gas, lalu lintas kapal, konstruksi, kegiatan perikanan, tenaga angin, dan lain sebagainya. Alat yang dapat membantu dalam pengukuran polusi suara bawa air dengan metode akustik dapat dilakukan dengan mengunakan Hydrophone.
DAFTAR PUSTAKA
http://www.scotland.gov.uk/Publications/2011/03/16182005/42. Diakses 16/01/2015 Popper, A.N. and Hastings, M.C. 2009b. The effects of anthropogenic sources of sound on
fish. Journal of Fish Biology, 75: 455 – 489.
Nedwell, J.R., Brooker, A.G., Cheesman, S., Woodward, S. 2010. Measurements of Baseline Underwater Noise and Vibration in Sruwaddacon. Subacoustech Environmental Report No. E270R0103.
Robinson, S.P., Lepper, P. A. and Hazelwood, R.A. 2014. Good Practice Guide for Underwater Noise Measurement, National Measurement Office, Marine Scotland, The Crown Estate NPL Good Practice No. 133.
Richardson, W.J., Greene, C.R. Jr., Malme, C.I. and Thomson, D.H. 1995. Marine mammals and noise. New York: Academic Press. 576pp.
Simmonds, M., Dolman, S., Weilgart, L. 2004. Ocean Of Noise. UK registered charity, no: 1014705
Southall, B.L., Bowles, A.E., Ellison, W.T., Finneran, J.J., Gentry, R.L., Greene, C.R. Jr., Kastak, D., Ketten, D.R., Miller, J.H., Nachtigall, P.E., Richardson, W.J., Thomas, J.A. and Tyack, P.L. 2007. Marine mammal noise exposure criteria: Initial scientific recommendations. Aquatic Mammals, 33: 411 – 521.
