Tugas Mata Kuliah AKUSTIK KELAUTAN LANJUTAN
“
ACOUSTIC TOMOGRAPHY MOORING”
Disusun oleh:
Mochamad Alfadz Gemasabil
135080600111076 135080600111076
Wahyu Tandrio Putra
135080601111044 135080601111044
Livia Mayan Agustina
145080600111007 145080600111007
R Arif Nurlistianto
145080600111044 145080600111044
Wulan Cahya Ayuningtyas
145080601111065 145080601111065
PROGRAM STUDI ILMU KELAUTAN JURUSAN PEMANFAATAN SEMBERDAYA PERIKANAN DAN KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG
2017
A. PENDAHULUAN
Akustik bawah air merupakan teknologi akustik bawah air, dikenal juga sebagai hidro akustik, erupakan suatu teknologi pendeteksian bawah air yang menggunakan suara atau bunyi untuk melakukan pendeteksian. Penelitian tentang akustik bawah laut berawal dari percobaan yang dilakukan oleh Leonardo Da Vinci, percobaan yang dilakukan oleh Da Vinci adalah memasukkan salah satu ujung pipa kedalam air dan ujung lainnya ditempelkan ke telinga, hasilnya dia dapat mendengarkan suara kapal dari jarak yang jauh. Pada perang dunia kedua perkembangan teknologi akustik ini lebih banyak digunakan di bidang maritim. Setelah perang dunia berakhir, teknologi akustik telah berkembang pesat dalam berbagai bidang seperti komunikasi dan perikanan. Karena teknologi ini mampu digunakan untuk mengukur dan menganalisis hampir semua kolom dasar laut. Aplikasi dari deteksi menggunakan teknologi akustik bawah laut antara lain adalah : ekplorasi tambang minyak, deteksi lokasi bangkai kapal, estimasi biota laut, mengukur kontur dasar laut dan lain sebagainya (Pristanty, 2013). Gelombang akustik di air memiliki atenuasi cukup rendah, transmisi panjang rentang dapat diperoleh, terutama untuk frekuensi rendah, Oleh karena itu Gelombang akustik di laut digunakan untuk transmisi informasi dalam cara yang sama juga sebagai gelombang elektromagnetik yang digunakan di udara. Namun, laut dengan batas-batas pada permukaan laut dan bagian bawah adalah saluran transmisi sangat rumit yang dapat berubah dengan cepat dengan kondisi lingkungan. Untuk mengatasi masalah ini dan keterbatasan, pemrosesan sinyal lanjut sangat penting dan diperlukan untuk mengoptimalkan penggunaan kemampuan transmisi. Sinyal pengolahan di waktu, frekuensi dan spasial domain karena itu adalah bagian penting dari akustik laut modern. Manfaat dari akustik kelautan di bidang aplikasi kelautan yang paling penting adalah: aplikasi militer dan surveying daerah pesisir untuk kapal dan pertambangan, Perikanan akustik dan kelimpahan estimasi ikan dan plankton, akustik dasar laut, Pemetaan Topografi dan struktur dasar laut dan bawah sub, dan lainya (Hovem, 2015). Salah satu fungsi dari pengaplikasian akustik kelautan yaitu untuk mengukur rata-rata suhu suatu wilayah. Metode pengukuran ini disebut dengan akustik tomografi atau Ocean Acoustic Tomography . Akustik tomografi adalah alat yang dengannya kita
dapat mempelajari suhu rata-rata di wilayah laut yang l uas. Dengan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk bepergian antara lokasi sumber dan penerima yang diketahui, kita dapat menentukan kecepatan suara. Perubahan kecepatan suara kemudian bisa dikaitkan dengan perubahan suhu. Karena teknik ini mengintegrasikan variasi suhu ke wilayah yang luas, skala kecil bergolak dan fitur gelombang internal yang biasanya mendominasi pengukuran titik dirata-ratakan dan kita dapat menentukan dinamika skala besar dengan lebih baik. Meskipun waktu perjalanan harus diukur dengan akurasi nominal 1 milidetik, transmisi tomografi terdiri dari sinyal kode panjang yang berlangsung 30 detik atau lebih. Transmisi ini terdengar di dekat sumbernya, namun sebagian besar samudra berada di bawah tingkat kebisingan sekitar, yang memerlukan teknik pemrosesan sinyal spektrum menyebar yang canggih untuk memulihkannya. Dekat sumber sinyal tomografi khas memiliki suara gemeresik khas seperti sinyal yang dihasilkan komputer ini (WHOI,2017). Tomografi akustik merupakan metode yang dilakukan untuk mengukur kecempatan rambat suara dan medan arus dengan menggunakan perbedaan waktu tempuh sinyal akustik yang dikirimkan antar stasiun pengamatan pada suatu perairan, dan memantau fluktuasi suhu dan medan arus laut. Tomografi akustik cocok untuk penelitian wilayah intens yang dilakukan secara berulang dengan kapal pesiar dan untuk tambatan/mooring tradisional atau pengapungan yang tidak memerlukan pencakupan spasial dan temporal. Array tomografi daerah yang sama telah berhasil digunakan untuk mempelajari konveksi musim dingin di Greenland, Labrador, dan Mediterania Seas. Tomografi akustik terbukti sangat berguna pula untuk pemantauan selat.
B. PENGERTIAN AKUSTIK TOMOGRAFI MOORING
Kata tomografi berasal dari bahasa Yunani yaitu tomos yang artinya potongan dan graphia yang artinya penggambaran. Tomografi dapat diartikan sebagai cara membuat citra interior, pencitraan dengan memanfaatkan irisan dari suatu obyek atau dapat juga diartika rekonstruksi citra secara irisan melintang tanpa mengganggu obyek yang sedang diukur. Tomografi digunakan dalam banyak disiplin ilmu. Sebelmunya teknik ini digunakan dalam dunia medis, namun kemudian berkembang ke bidag lainnya seperti tomografi seismik (tomografi perut bumi), tomografi akustik (tomografi kelautan) dan tomografi ionosfer. Tomography akustik juga telah diterapkan dalam skala basin di laut untuk mendeteksi pemanasan dengan skala yang sangat besar atau pendinginan. Sumber suara dari kekuatan yang cukup dapat didengar di seluruh dunia sejak gelombang akustik merambat mudah di dalam air. Perubahan waktu perjalanan untuk gelombang akustik yang sangat panjang tergantung pada total perubahan suhu ("suhu terintegrasi") di sepanjang jalan. Sebuah tes dibuat dengan sumber suara di Samudera Hindia Selatan, yang hasilnya akan mudah terdengar dari kedua pantai timur dan barat dari Amerika Serikat. Sebagaimana telah dibahas, bahwa penetrasi radiasi elektromagnetik hanya menembus pada jarak pendek dengan kedalam 100-200 m. Namun, pembahasan dalam bagian 3.7 laut transparan dengan gelombang suara. kecepatan suara bergantung dengan suhu dan tekanan. Perubahan suhu merupakan pembahasan menarik, perubahan suhu dalam kisaran pendek dan pusaran waktu singkat dan konveksi musim dingin (puluhan hingga ratusan kilometer dalam beberapa minggu) dan jangka panjang dan rentang panjang rata-rata di basin. Perjalanan waktu dari getaran bunyi antara sumber dan penerima di daerah tertentu dapat digunakan untuk mendapatkan informasi tentang perubahan suhu. Teknik yang dikembangkan ini disebut acoustic tomography . Hal ini sejalan dengan tomografi medis di mana otak mampu memetakan menggunakan penerapan radiasi dari luar kepala. Peneliatan Acoustic tomography berskala besar pertama menggunakan moored array dari sumber suara dan penerima dalam 300 km2 . setiap sumber dan penerima mempunyai perhitungan waktu akurat sehingga perjalanan waktu untuk getaran bunyi masing-masing dapat ditentukan dengan jarak kedalaman sekitar 2000
m dalam cakupan suara. arah sumber atau penerima mungkin 5-10 dalam jalur vertical menunjuukan kecepatan suara berada pada rentang kedalaman antara 500 m dan 3500 m. Bab 6 membahas analisis data perjalanan waktu “ inverse method” yang akan menghasilkan kecepatan suara yang berasal dari struktur suhu dalam volume Array. Variasi kecepatan suara sekitar 2 m/s dengan variasi suhu 0.4 0c pada kedalaman 700 m. stuktur suhu berasal dari tomografi sesuai dengan survey CTD. Ocean acoustic tomography adalah teknik yang digunakan untuk mengukur suhu dan arus di wilayah laut yang luas. Pada skala samudra, teknik ini juga dikenal dengan istilah akustik termometri. Teknik ini bergantung pada ketepatan mengukur waktu yang dibutuhkan sinyal suara untuk melakukan perjalanan di antara dua instrumen, satu sumber akustik dan satu receiver, dipisahkan oleh rentang 100-5000 km. Jika lokasi instrumen diketahui secara tepat, pengukuran time-of-flight dapat digunakan untuk menyimpulkan kecepatan suara, rata-rata di atas jalur akustik. Perubahan kecepatan suara terutama disebabkan oleh perubahan suhu laut, maka pengukuran waktu tempuh setara dengan pengukuran suhu. Perubahan suhu tiap 1 ° C sesuai dengan perubahan sekitar 4 m / s dalam kecepatan suara. Eksperimen oseanografi yang menggunakan tomografi biasanya menggunakan beberapa pasangan penerima sumber dalam moored array yang mengukur area samudra. Air laut adalah konduktor listrik, sehingga lautan yang buram menjadi energi elektromagnetik (mis., Cahaya atau radar). Lautan cukup transparan terhadap akustik frekuensi rendah. Lautan berperilaku sangat efisien, terutama terdengar pada frekuensi rendah, yaitu kurang dari beberapa ratus hertz. Properti ini memotivasi Walter Munk dan Carl Wunsch untuk menyarankan "tomografi akustik" untuk pengukuran laut di akhir 1970an. Keuntungan dari pendekatan akustik untuk mengukur suhu ada dua. Pertama, area luas interior laut bisa diukur dengan penginderaan jarak jauh. Kedua, teknik ini secara alami rata-rata pada skala kecil fluktuasi suhu (yaitu, kebisingan) yang mendominasi variabilitas laut.
C. APLIKASI AKUSTIK TOMOGRAFI MOORING
Akustik tomografi menggunakan waktu tempuh suara di laut untuk mengukur suhu laut di wilayah yang luas. Para ilmuwan menggunakan tambatan tomografi akustik untuk mengirim dan menerima suara. Dengan mengukur waktu tempuh suara di antara dua tambatan, para ilmuwan dapat menghitung suhu lautan di atas area tempat suara dilalui. Penambatan tomografi akustik terdiri dari paket transceiver akustik yang mencakup sumber suara dan penerima. Mooring mungkin juga mengandung sensor tambahan untuk mengukur suhu, salinitas, dan jumlah dan arah mooring yang miring. Dari atas ke bawah, mooring tomografi akustik terdiri dari pelampung bawah permukaan untuk menjaga agar tambat kaku, paket tiltmeter dan kompas, rangkaian hidrofon tepat di atas sumber akustik, paket rilis akustik, dan jangkar.
Aplikasi tomografi di perairan dangkal Aplikasi tomografi akustik di parairan dangkal pernah dilakukan di lepas pantai barat Italia selama musim panas tahun 1994. Data akustik diperoleh dari survei CTD dan seismik. Struktur kecepatan suara dan medan suara di seluruh laut yang diukur secara bersamaan dengan transmisi oseanografi dan profiler akustik (TOAP). Sifat dari geoakustik dari dasar laut ditentukan dari stratigrafi akustik, sedimen dan pengukuran reflektifitas. Gambar 1 menunjukan parameter geoakustik dari dasar laut sebelah barat dari Formiche di Grosseto, yang ditentukan dari inversi data akustik yang luas bandnya sepanjang 15 km yang sebarannya tergantung pada transek. Sebuah skema inversi pertama terus digunakan melalui pita frekuensi yang luas (200800 Hz) yang diterima oleh array vertikal yang sebagian menutupi kolom air diakhir musim panas. Skema ini berdasarkan distrubusi waktu frekuensi dari matched-fi ltered yang terbentuk dari gelombang yang diterima oleh angka yang terbatas (<4) dari hidrofon. Cakupan dari stratifikasi pada sedimen ditambahkan pada data model. Kedua skema menunjukan parameter geoakustik, misalnya profil kecepatan gelombang (e ∆e), atenuasi (β), dan densitas (ρ).
G ambar 1. S ifat geoakus tik dari dasar laut di barat daya Formiche di P ulau G ros s erto, ditentukan dari MFP broad-band akus tik data (Y S 94). s us unan penelitian dan rata-rata kec epatan g elombang (a). Di s tribus i dari estimasi parameter G A
Gambar 2. Alat akustik yang digunakan dalam pengukuran dengan metode tomografi mooring
Sumber akustik HLF-5 (250 Hz) dikerahkan dari Ocean Construction Platform (OCP) Seacon di dekat Bermuda pada bulan Juli 1990, untuk percobaan tomografi. Sumber akustiknya adalah benda bulat berbentuk drum yang dipasang di tengah bingkai aluminium terbuka. Piston berbasis hidrolik yang terletak di dalam dorong sumber di pusat permukaan seperti drum. Gerakan in-and-out permukaan menciptakan suara pada frekuensi di mana piston mendorong masuk dan keluar.
D. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN AKUSTIK TOMOGRAFI MOORING
Kelebihan : 1. Dapat digunakan untuk memantau selat (Selat Denmark, Selat Fram, Selat Gibraltar) 2. Tomografi akustik telah diterapkan untuk basin scale di laut mendeteksi pemanasan skala besar dan pendinginan. 3. Memantau fluktuasi temperature dan medan arus laut Kekurangan : 1. Membutuhkan biaya yang besar (karena kebutuhan dan perawatan alat yang terhitung mahal). 2. Satu alat hanya bisa dipakai untuk satu titik penelitian, sehingga untuk meneliti beberapa titik harus menanamkan alat lagi. 3. Efektif hanya untuk satu tahun penelitian.
Prinsip tomografi akustik : Dalam tomografi akustik lautan informasi terpenting yang diperlukan adalah struktur temperatur darilautan, terkadang berhubungan dengan struktur arus di tempat yang sama. Jenis informasi ini pada umumnya merupakan informasi yang diperlukan oleh oseanografer untuk menurunkan informasi yang diperlukan dalam proses oseanografik, atau sebagai input dari suatu model numerik untuk melakukan prediksi. Tomografi akustik lautan memanfaatkan fakta bahwa properti akustik yang dapat diukur seperti waktu tempuh, fasa atau bahkan medan suara berhubungan langsung dengan temperatur dan kecepatan arus dari lautan. Penurunan profil temperatur dan profil kecepatan arus laut merupakan tujuan utama dari tomografi akustik lautan. Prinsip tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
G ambar 3. Pr ins ip tomog rafi akus tik laut
Teknik pengambilan data Tomografi akustik lautan melibatkan adanya sumber suara dan stasiun penerima. Sebuah sumber sinyal mengirimkan suatu sinyal yang diketahui dan sebuah stasiun penerima mendefinsikan satu pasang tomografik. Dalam banyak kasus stasiun penerima terdiri dari satu hidrofon (mikrofon yang digunakan di dalam air) atau array vertikal dari beberapa hidrofon dan alat perekam. Kecepatan tomografi akstik dilakukan dengan menggunakan pengukuran perbedaan waktu tempuh antara pasangan transreceiver (terletak sepasang pemancar/penerima) untuk memberikan informasi mengenai kecepatan air. Misalnya juka air antara lokasi A dan B bergerak dari A menuju B, maka waktu tempuh untuk pulsa suara kurang dari A ke B daripada dari B ke A. Perbedaan waktu perjalanan sebanding dengan kecepatan air di sepanjang jalan AB dengan akurasi beberapa sentimeter per detik.
G ambar 4. Teknik peng ambilan data
DAFTAR PUSTAKA
Arda, A., Djatmiko, E.B., Murdjito, M., 2012. Studi Pengaruh Gerak Semi-submersible Drilling Rig dengan Variasi Pre-tension Mooring Line terhadap Keamanan Drilling Riser. J. Tek. ITS 1, G186 –G191. Ekawati, S., 2011. Tomografi Ionosfer Dari Penerima ITS-30 Di SPD Pontianak Sebagai Bagian Dari Jaringan LITN. Ber. Dirgant. 12, 12 –20. Hermand, P.-P., 1997. The application of broad-band acoustic tomography to the monitoring of the shallow water environment: Validation and trends. Oceanogr. Ser. 62, 568 –575. doi:10.1016/S0422-9894(97)80068-2 Hovem, Jens M. 2015. Marine Acoustic. Norwegia: Norwegian University of Science and Technology (NTNU). Pristanty, Myta. 2013. PENGUKURAN SINYAL AKUSTIK UNTUK MENDETEKSI SUMBER NOISE MENGGUNAKAN METODE BEAMFORMING. Digital Library ITS. Surabaya
